典型多年冻土区小流域降雨产汇流过程观测试验研究——以唐古拉山冬克玛底流域为例

Rainfall runoff processes are affected obviously by freezing-thawing cycle of active layer in permafrost regions. Active layer depths and its freez-thaw process play vital roles in runoff discharge and velocity, and can also change the annual distribution of discharge. As a result, the relationship between freez-thaw process of active layer and rainfall runoff in permafrost zones is an important link to understand the hydrological processes in cold regions. Along with the developing of hydrological research in mountainous river basins and increasingly prominent impact of climate change on permafrost, study on rainfall runoff becomes both an important and difficult point of hydrology. In fact, rainfall runoff process has already been one of the bottlenecks of mountainous hydrology research due to lack of system, reliable and long-term field observation data. This project is to carry out field observations and experiments study on rainfall runoff in Dongkemadi River Basin of Tanggula Pass, Tibetan Plateau. It is planned to systematically collect the data of each essential factor in rainfall runoff events in a selected natural catchment and to experiment in artificial runoff field. The influencing mechanism of freezing-thawing of active layer on rainfall runoff will be modeled and analyzed based on the discussion of correlation among rainfall, discharge and freez-thaw process of active layer, as well as water and heat flux in it. We hope this project can provide some reference and theory basis on more accurate assessment of the hydrological feedbacks to climate changes in permafrost region.

多年冻土区活动层冻融过程对降水产汇流影响显著。活动层的冻结和融化过程及其深度变化直接影响地表径流产流量和汇流速率，也会改变径流的年内分配。因此，活动层的冻-融过程与降雨产汇流之间的关系是理解寒区水文过程的重要环节。随着对山区流域水文过程研究的不断深入及气候变化对冻土影响的日益显著，冻土区降雨产汇流过程的研究成为水文学的重要关注点和难点之一。在高海拔山地多年冻土区，由于缺乏长期、系统和可靠的野外观测数据，降雨产汇流过程已成为山区水文研究的瓶颈之一。本项目拟在青藏高原冬克玛底河流域开展多年冻土区降雨产汇流过程的观测试验研究。通过在选定的天然径流场和人工降雨-径流试验小区进行野外观测试验，系统地采集降雨径流事件中各要素数据。以降雨与活动层冻融过程及其水热变化的相互关系研究为基础，模拟分析活动层冻融变化对降雨产汇流过程的影响机理，为准确判断多年冻土区流域对气候变暖的响应提供科学参考和理论依据。

多年冻土区在全球变暖的背景下表现出显著的退化现象，具体体现在多年冻土覆盖面积减小，活动层厚度增加等方面。活动层的冻结和融化过程与降雨产汇流之间的关系是理解寒区水文过程的重要环节。由于缺乏长期、系统和可靠的野外观测和实验数据，降雨产汇流过程已成为山区水文研究的瓶颈之一。本项目在青藏高原唐古拉地区的冬克玛底河流域展开了野外试验和观测。项目组成员在研究区设置了人工径流场作为“点”，选择了与流域整体地理状况相一致的多年冻土小流域作为“坡面”尺度，展开了点、坡面和流域三种空间尺度的气象数据（温度、相对湿度、风速、风向和降雨等）、河流径流量数据和多年冻土（冻结锋面变化、土壤含水量、土壤温度、土壤理化性质等）等方面的观测和试验研究。这些观测和实验补足了高寒地区数据不足的缺陷，为后续的研究提供了可靠的数据支持。目前，已有的成果标明，1）在多年冻土广泛发育的地区，大气升温幅度较大；2）当多年冻土的覆盖率为46%左右时，多年冻土的退化会对使流域径流量的年内分配趋于平缓，即，河流最大径流量减小，最小径流量增大；3）多年冻土对径流的调节作用表现出一定的延迟性，而这一延迟时间基本在5年左右；在多年冻土覆盖率极高和较低的区域，这一趋势则并不明显；4）研究区年降水量稳定，无明显的年际变化趋势，净辐射值有增加的趋势；5）研究区地表蒸散发量与降水量出现负相关关系，这说明多年冻土活动层融化增加了土壤含水量（10-30 cm），使地表蒸散发量。项目组成员以降雨与活动层冻融过程及其水热状况变化的相互关系研究为基础，利用DHMS模型进行模拟，分析活动层冻融变化对降雨产汇流过程的影响机理，将为准确判断多年冻土区流域对气候变暖的响应提供科学依据。