第三极典型冰雪补给流域径流对气候变化的响应研究

The lack of the meteorological information in high mountains is a major limiting factor in understanding the response mechanism of hydrology and water resources to climate changes in melt water dominated basins. In this project, three typical glacier and snow melt fed basins in the Third Pole are chosen as the study basins-the upstream of the Yarkant, Indus, and Brahmaputra river basins. The project intends to retrieve the meteorological driving fields through precipitation-temperature gradients observations and multi-source meteorological data analysis and thus to clarify the spatiotemporal change characters of precipitation and temperature in the three high mountain basins; to develop a distributed energy-balance-based coupled glacier-hydrology model based on the observations of glacier meteorology, glacier mass balance, and glacier runoff; to quantify the contribution of glaciermelt, snowmelt, and rainfall runoff to total runoff based the coupled model; and to investigate the mechanism of runoff response to climate and glacier changes for the basins in different climate zones through quantitative analysis of the changing characters of runoff components and climate factors. The project will provide science and technique supports for the water resources developments and managements in the downstream desert and oasis areas where the construction of national “The Belt and Road” has to go through.

高山区真实气象信息的缺乏，是深入理解冰雪补给流域水文水资源对气候变化响应机制的一个主要限制因素。本项目拟以第三极三大冰雪补给流域-叶尔羌河、印度河上游和雅鲁藏布江流域为研究案例，在现有观测和研究的基础上，通过加强各流域的降水-气温梯度观测和多源气象数据融合，反演三大冰雪补给流域的气象驱动场，揭示研究区降水和气温的时空分布特征和变化规律；基于典型冰川流域的冰面气象、冰川物质平衡和冰川径流观测，发展基于能量平衡的包含融冰融雪过程的分布式陆面水文耦合模型；基于耦合模型量化冰川融水、积雪融水和降雨径流对各流域总径流的贡献；通过定量分析气候要素和各径流组分演变之间的关系，揭示位于不同气候区的冰雪补给流域对气候和冰川变化的响应机理，为国家“一带一路”建设必经的沙漠-绿洲地区水资源的合理开发利用提供技术和科学支撑。

高海拔山区降水数据缺乏和模型中对冰川水文过程描述不足是制约深入理解青藏高原水文水资源对气候变化响应的重要因素。本项目以第三极三大冰雪补给流域-叶尔羌河、印度河上游和雅鲁藏布江流域为研究案例，通过加强各流域地面降水-气温梯度观测和多源降水数据融合，反演了三大冰雪补给流域的气象驱动场，构建了包含融冰融雪过程的冰川水文耦合模型模拟框架，连续模拟了研究流域过去55年的冰川水文过程，主要结果如下：1）基于地面降水梯度观测和多源降水数据融合，并综合多种降水数据矫正方法（模型反向矫正、地形矫正和线性矫正）重建了覆盖研究区1961-2015年的10km×10km日尺度网格气象驱动数据集，使得在研究流域准确水文模拟和预测成为可能。2）系统评估了高分区域气候模式（WRF, HAR）和新一代再分析（ERA5）降水数据在第三极流域水文模拟中的适用性，发现ERA5降水在高原上普遍存在高估，强调在用于第三极水文模拟时需要进行误差矫正。3）基于西风区典型冰川表面的实测辐射和物质平衡观测数据，发展和改进了基于能量平衡的冰川水文耦合模型，并在西风区木吉冰川流域上进行了充分验证。4）建立了研究区的10km×10km冰川水文模型模拟框架，定量分析了冰川径流、融雪径流和降雨径流对各流域总径流的贡献，明确了位于不同气候区流域径流在过去50多年的演变特征及其对气侯变化的响应差异。量化研究显示冰川径流对冰川分布较多且受西风主导的流域年径流影响较大（22-48%）, 而对季风主导的流域供水影响有限（<10 %），本研究成果可为第三极水资源管理部门应对气候变化和冰川退缩提供理论和实践参考。