青藏高原两条不同类型冰川的物质与能量平衡对比模拟研究

Glaciers on the Tibetan Plateau (TP) supply water resources to downstream basins and also threaten people’s living in these regions through their rapid retreat. The glaciers in the southeastern TP, mainly maritime ones, are in a rapidly shrinking status, while the glaciers in the middle TP, mainly continental type, are shrinking in rather slower speeds. The spatial differences of the shrinking rates are connected to the different energy budgets of glacier surfaces in different climatic regions. This project will study the different energy budgets and their influences on the mass balances on the Parlung No. 4 Glacier in the southern TP and the Xiao Dongkemadi Glacier in the middle TP, through our glacier mass balance and energy budget model. Firstly , our 1-D glacier mass balance and energy budget model will be developed into a 2-D model. Then, we will drive the model by the climatological data observed on these two glaciers, to evaluate the energy components’ contributions to the surface mass balance. Finally, the variation trends of the glacier surface energy budgets will be analyzed to reveal the responses of glacier mass balances to different climatic elements. A key scientific issue to be answered is: to identify the main energy component and the main climatic element in the surface mass balances of different types of glaciers.

青藏高原冰川对区域水资源具有重要贡献，其快速消融对下游居民也存在潜在威胁。藏东南冰川以海洋型为主，目前处于强烈退缩状态，而位于高原中部的冰川以大陆型为主，退缩相对较慢。这种冰川消融状态的空间差异与不同气候区冰川表面的能量平衡过程有关。本项目拟利用本人发展的冰川物质与能量平衡模型，研究藏东南帕隆藏布4号冰川和高原中部小冬克玛底冰川的能量平衡过程及其对物质平衡变化的影响。首先，将一维冰川物质与能量平衡模型扩展到二维。其次，利用两条冰川表面的气象观测资料驱动冰川物质与能量平衡模型，定量评估不同能量分量对冰川表面物质平衡的贡献。最后，分析冰川表面能量平衡的变化趋势，揭示冰川物质平衡对不同气候要素变化的响应。拟解决的关键问题是识别影响不同类型冰川表面物质平衡变化的主要能量分量和气候要素。

冰川在调节区域水循环中有重要作用，对区域气候也有重要影响。冰川物质平衡模型不仅可以量化冰川融水对水资源和河川径流的贡献，还可以用于分析和预估冰川物质平衡对气候变化的响应。. 申请人之前已初步构建基于焓的单点冰川物质与能量平衡模型，本研究进一步改进模型框架和参数化方案，完成了单点模型的发展。模型以焓为基本变量，简化模型的计算，同时提高模拟精度。模型中发展了考虑雨夹雪和薄雪影响的新反照率方案；开发了在各种海拔和气候条件下均具有普适性的降水类型识别方案；并引入了适用于冰川表面的湍流参数化方案。基于两条冰川观测数据评估新模型，结果显示，WEB-GM模型可以很好地重现观测的能量平衡和物质平衡。与一个以温度为未知变量的传统冰川能量与物质平衡模型（Fujita模型）对比，WEB-GM模型表现了较好的模拟精度，进一步验证了新模型的优越性。. 用新模型模拟藏东南帕隆藏布4号冰川（海洋性冰川）和唐古拉山小冬克玛底冰川（大陆性冰川）。结果表明，两条冰川表面的消融能量差异主要来源于净辐射和潜热；同时，升华是冰川表面物质平衡的重要支出，尤其在非消融季节对物质平衡的影响至关重要。. 本研究还在新开发的单点模型基础上，进一步构建分布式模型，主要工作为：(1) 增加预处理模块，计算坡度、坡向和流线等参数；(2) 针对站点的气象驱动数据，优选合理的分布式参数化方案并耦合进模型；(3) 合理预设格点的初始雪冰状态；(4) 修改和调整模型的程序结构，以适于矩阵计算并方便存储，从而提高分布式模型的计算效率，改善程序的可读性。. 用新分布式模型模拟帕隆藏布4号冰川的物质与能量平衡的空间分布，结果表明：冰川消融主要发生在6月和7月，消融区反照率在6月最低，表面温度在7月达最高；感热通量在消融区始终为吸热状态，而积累区从5月至8月通过感热放热越来越少，逐渐转为吸热；潜热在积累区始终为负值，即始终保持升华，升华从5月到9月逐渐减少，消融区在5月和6月还保持升华，到7月和8月则转为凝华。