东帕米尔高原冰川流域冰川消融对径流过程的影响研究

Hydrological processes in alpine glacierized basins are sensitive to climate change and the streamflow variation would cause series of ecological problems in middle and lower reaches. However, absence of observation and unclear response regime of streamflow to glacier ablation restrict to understand the response of streamflow to climate change. Taking Muji basin on East Pamir as a study area and combining field observation and modeling, this project follows the thought of “observing factors and processes - identifying parameters and evolving rule - setting up a model and modeling - determining response mechanism and threshold”. Objectives of this project are: to observe streamflow, glacier meteorology and mass balance, and soil and vegetation parameters; to select key indicators influencing relation between glacier and streamflow; to modify the energy and mass balance model and simulate glacier mass balance and ablation; to set up a distributed hydrological model by coupling the glacier model to a mesoscale hydrological model, simulate hydrological processes and quantify the contribution of glacier ablation to streamflow combining with isotope technology, and to reveal the dynamic response of streamflow to glacier ablation; and to verify the effect of climate change on the nonlinear response of streamflow to glacier ablation and define the turning point of the response. This study will supplement data for hydrological research in alpine glacierized basin, enrich the methodology, and help to develop applicable countermeasures to climate change.

高寒区冰川流域是水文过程对气候变化响应的敏感区，其径流过程变化可对中下游水文生态产生系列重大影响。然而，资料匮乏以及径流对冰川消融响应机制不明等问题，制约了径流对气候变化响应的认知水平。本项目拟以东帕米尔高原木吉河流域为典型区域，强调野外观测与室内模拟并重，以“监测要素及过程-辨识参数和规律-构建模型并模拟-明确响应与阈值”为研究思路，实施对径流、冰川以及土壤和植被等要素的实地监测，判识影响冰川-径流水文联系的关键指标，修正冰川能量-物质平衡模型，模拟冰川物质平衡变化；构建耦合冰川能量-物质平衡模型的分布式水文模型，结合同位素技术，量化冰川融水对径流的贡献，揭示冰川消融量与径流量的动态响应关系，明确气候变化对冰川消融与径流之间非线性响应的影响，界定径流对冰川消融响应的转折点。本研究将为高寒区冰川流域水文研究补充数据资料，提升研究方法，为发展应对气候变化的适应性对策提供科学依据。

青藏高原及其周边地区拥有南北极之外最大的冰川储量，被称为第三极。作为自然水塔的重要组成部分，冰川存储并向下游地区提供淡水资源。冰川对气候变化响应敏感，其快速变化将引起相关的灾害，严重影响水资源供给、周边生态环境、危及当地以及下游地区的生态系统和社会发展。因此，理解过去气候变化对冰川的影响，不同气候情景下的冰川响应，以及未来冰川水资源供给能力具有重要意义。.项目改进了分布式冰川表面能量平衡模型，修正了冰雪表面反照率的计算方法，模拟能力好。建立了比较完善的长期冰川物质平衡变化及其对气候变化响应研究的方法体系，包括：1）分析了降雪和消融导致的冰川本身的变化，包括冰川末端面积缩减、平衡线（ELA）升高、消融区面积增大；2）建立物质平衡与ELA海拔高度的关系，获得物质平衡随ELA海拔高度变化的线性系数；3）分析了冰川物质平衡变化的主要气象驱动因子，识别关键能量项；4）分析冰川消融水-径流关系，与降水-径流关系比较，判断对径流影响的差异；5）评价不同尺度升温率和雪比例变化对冰川物质平衡的影响；6）冰雪融水在流域径流中的补给作用。主要研究结果显示，降水增加或减少对冰川物质平衡影响幅度相当，而升温的效应要大于降温效应；影响1960-2009年冰川物质平衡变化的主要气象因素是气温和降水（共79%），气温为负效应（-354 mm w.e.），降水为正效应（+136 mm w.e.），气温影响大于降水；物质平衡和ELA线性关系的系数为-319 mm (100 m)–1 w.e.；冰川融水对径流增加的影响比降水更明显；季节尺度升温率比年尺度升温率更能真是反映升温对冰川物质平衡的影响；物质平衡在低雪比例情景中波动较大，更容易受气候变化的影响；海拔、冰川和积雪分布与气候影响消融水补给的转折点。研究结果和方法体系对全球范围冰川变化及其影响具有借鉴意义。