融雪期降雨对季节性积雪消融过程的影响

During the snowmelt flood period, the influences of rainfall on the snowmelt process and the secondary disasters induced by snowmelt flood are significant. Therefore, Tianshan Station for Snow-cover and Avalanche research, Chinese Academy of Sciences is chosen as study base, the energy budget on snow surface and snowmelt process during natural rainfall would be further investigated through field experiment, moreover, the artificial rainfall experiment will be conducted in the field. According to the results of field experiment and artificial rainfall experiment, the influence of the rainfall characteristics on snowmelt process under condition of different physical property of snowpack will be quantitatively analyzed and understood through liquid water movement model and multiple mathematical analysis methods, such as systematic analysis method, process analysis, principal component analysis, time series analysis and contrast method. A black-box model will be constructed, and the model suitable for simulating the snowmelt process under the condition of rainfall. The air temperature, solar radiation on snow surface, liquid precipitation, rainfall intensity, temperature of rainfall etc are as variables for the black-box model. Furthermore, the difference of the seasonal snow ablation process responses to rainfall between different snowmelt periods will be analyzed. The result of this study would have great significant to the physics of snow, the forecast of snowmelt flood damage and the sustainable use of water resources in arid inland.

融雪期降雨对积雪消融过程以及融雪洪水导致的次生灾害具有非常重要的影响。本项目在中国科学院天山积雪雪崩站站区内，通过对自然降雨过程期间雪面能量收支和积雪消融过程进行观测，结合人工控制降雨对比试验，应用相关分析、主成分分析法、时间序列法和对比法等数理方法以及雪层中液态水运移模型，定量地分析在不同雪层特性条件下，不同降雨特征对季节性积雪融雪过程的影响，建立包含气温、降雨量、降雨强度、雪面辐射等因子，能对降雨期间积雪消融过程的进行较好模拟的黑箱模型，分析在融雪期不同阶段，季节性积雪消融过程对降雨响应的差异。本项目研究结果对积雪物理学、融雪性洪水灾害预警以及干旱区雪水资源的可持续利用等研究都具有重要意义。

融雪期降雨对积雪消融过程以及融雪洪水导致的次生灾害具有非常重要的影响。过去50年来，天山山区气温和降水响应于全球气候变化也呈现显著增加的趋势，尤其是自1980s中后期以来，这种增加趋势更为显著。因此，通过野外观测和人工控制实验等方法对融雪期降雨对季节性积雪消融过程的影响进行相关研究对干旱区水资源的利用、生态环境建设和灾害防治具有重要意义。天山北坡地区气温和降水对不同海拔高度积雪消融过程的影响存在一个临界海拔高度(1155 ± 249)，在临界海拔以上(下)，降水(气温)是主要因素，且近几十年来临界海拔增加速率为14.5 m yr-1。过去50年来天山地区平均降雪率(降雨率)呈下降(上升)趋势，且自1980s年代以来有加速减少(增加)趋势。空间上，天山西部南坡、伊犁河谷、天山中部北坡等地的降雪率呈下降趋势；而在天山中部南坡和博尔塔拉河谷的降雪率呈增加趋势。在中海拔地区，降雪率呈现一致的下降趋势，所以在中海拔地区更多的降水会以降雨的形式发生。降雪量偏多年份、降雪量正常和偏少年份、融雪期雪面能量收支的最大差异在于湍流通量。降雪偏多年份，融雪期时间延长，气候较暖湿，降雨过程较多。降雨能显著的降低雪面反射率，但是由于受太阳高度角、降水期间入射短波辐射、以及表层积雪重新冻结的影响，降雨对雪面净短波辐射的影响较小。降雨对雪面发射长波辐射的影响主要发生在积雪表层冻结状况下。降雨对积雪消融过程的影响主要是通过影响雪层水分特征从而影响雪层内的潜热变化以及雪层含水率分布特征从而影响积雪消融过程，尤其是在融雪期后期。由于天山产（汇）流区主要分布在中（高）海拔地区，气候变化导致临界海拔高度逐渐增加、降雨降雪比例变化、积雪期降水时间以及降水量的重新分配，将影响天山地区河川径流的时空变化特征以及导致雪崩和融雪洪水等灾害加剧。