西南高山（高原）土壤冻融作用对径流形成的影响及其动态模拟研究

The soil freezing and thawing effects are the controlling factors of runoff change of mountainous rivers. The prediction to stream flow is of large uncertainty under the influence of climate change, it is the hot-pot in the study on the global change impacting to water resource. Based on the soil freezing-thawing experiments and field runoff observation in Gongga Mountain Ecosystem Station and Shengzha Plateau Prairie Station, our research will focus on: 1) the environment factors and their impacts to alpine soil freezing and thawing, determine the soil-ice formation and melting features, find the quantitative relationship between air-temperature, ground temperature and ice-layer variations; 2)study heat transportation and temperature change in soil profile, explore the influence relationship of energy inputing to groundwater under cold environment. Explore the runoff generation mechanism impacted by the freezing-thawing of surface soil, determine the change conditions and thresholds of soil frost; 3) development the runoff generation model with distributed structure and parameters suitable for cold region, propose theory and methods in the simulation and forecasting of runoff change for riverhead in mountain and plateau.

土壤冻融是山区（高原）河流径流变化的控制性因素，气候变化下流域水资源预测存在较大不确定性，成为全球变化影响水资源问题的研究热点。本项目依托贡嘎山高山生态站和西藏申扎高寒草原站，通过野外径流场观测和室内土壤冻融模拟试验，重点研究1）高山（高原）环境要素对土壤冻结消融的影响方式，解决不同气候条件下高山（高原）冻土的形成过程和消融特征，确定不同地表覆被下土壤冻融过程的变化规律，建立气温（日气温、累积气温）、地温、地表积雪量、土壤冻结量以及它们与消融速率的关系；2）研究土壤热传导和温度变化模式，揭示高寒环境下的地表能量与水分相互影响关系，探索坡地径流形成条件受到表土层冻融的作用机制，确定地下冻结冰层和土壤水分的转化条件和阈值；3）提出高寒山区产汇流模式及确定相关参数，解决不同尺度地表形态和覆被特性的定量表达方式，研发反映土壤冻融作用的分布式流域水文模型，模拟预测高山（高原）江河源头径流变化趋势。

土壤冻融是高原河川径流变化的控制性因素，气候变化下水资源预测存在较大不确定性，成为全球变化影响水资源问题的研究热点。本项目通过野外径流观测和高寒区生态水文模型研发，揭示了土壤冻融对高原径流形成的影响，总体上完成了计划任务和主要科学目标。项目组在西藏申扎站和四川贡嘎山站开展了大量的野外观测工作，获取了系统的高原（山地）冻土水文观测数据，掌握了该区域土壤冻融和水分转化参数。结合这些观测分析，研发了适合高寒地区的冻土水文模型，率定了该模型的主要参数。采用这些观测资料和模型情景模拟，探索了西藏高原不同气候区的水文特征，特别是冻土对径流的影响作用，发表了6篇重要的研究论文。该课题研究结合中科院其他项目工作，参与了西藏生态安全屏障工程效益监测和评估，并在西藏生态文明高地建设规划中起到了重要的支撑作用，主要成果获得了西藏自治区科技进步一等奖。项目具体成果如下：.A)通过在西藏申扎站高寒草甸区5年的冻土消融试验区观测，获得了一大批气象、水文、土壤水分等方面的对应观测资料，在此基础上加以分析，揭示了高原地温-气温关系、地温梯度关系、土壤水结冰-溶解临界温度关系、土壤热传导参数等结果。发表了有关高原冻土、冰川、生态系统方面的研究论文；.B)在观测数据和Delphi语言支持下，改进和完善了过去提出的生态水文模型，将该模型扩展到了可以包括镶嵌子流域的多级流域的模拟，并且在冻土消融模块上的仿真性得到了进一步的提高，模型可以同时模拟地面积雪、地下结冰变化，以及冻融条件下的径流形成过程，是一个比较优秀的高寒区冻土水文模型；.C)采用以上自主研发的寒区生态水文模型，对西藏拉萨河、年楚河流域的降雨-径流过程进行了模拟研究，特别是分析了不同气候变化情景下的这两条河流的径流变化趋势，探讨了气候变化下西藏主要经济区河流径流的演变趋势，可以为该区域水资源评价提供参考。.D)项目撰写了研究论文10篇，发表了6篇，其中SCI论文3篇，核心刊物论文3篇，会议交流论文4篇。获得西藏自治区科技进步1等奖一项。培养青年学者2名，毕业博士生2名，并分别获得中科院院长奖学金和国家留学基金.