天山地区水资源变化的主导因素与机制分析

Tianshan Mountains, with the status of "water tower of Central Asia", is the main water source and ecological barrier of the silk road economic belt. Recent observational temperature has been in a state of high variability, which may cause the meltwater-based system even more vulnerable in the Tianshan Mountains. The characteristics of water formation, spatial and temporal distribution in the Tianshan Mountains are very distinct, the unique water cycle has a strong sensitivity to climate change. This project clarifies the influence mechanism of precipitation fraction, snowfall rate, glacier / snowmelt water process on water resources under the content of high variability of temperature, and reveals the physical processes and spatial distribution of glaciers and snow. Moreover, builds a hydrological model that suit for the special topography of arid region, and analyzes the process of runoff-producing and flow concentration. Based on the isotope hydrological method, this project quantitatively depicts the components of ice-snow meltwater on the high mountains, precipitation in the mid-mountain forest, and fissure water in the low mountain areas. Combined the components of water composition and sensitivity of climate change, this project estimates the trends of water resource in different scenarios in the future. This is understanding will then lay a scientific basis for the water negotiation of the international river in Central Asia and silk road economic belt construction.

天山被誉为“中亚水塔”，是丝绸之路经济带中段的主要水源地和生态屏障。在全球气温呈高温波动态势的影响下，天山地区以冰雪融水为基础的水资源系统更加脆弱。针对该区水循环过程的复杂性及水资源对气候变化极度敏感的特点，本项目重点研究气温高位态波动状态下的中亚天山降水形式、时空分布及雨雪比变化对冰川/积雪融水过程和区域水资源的可能影响；基于多卫星遥感手段和实测数据，揭示冰川及季节性积雪变化的物理过程和空间分布规律；构建适合干旱区山、盆相间特殊地貌格局的水文模型，分析径流形成区的产汇流过程及其对气候变化的响应机理；采用同位素水文学法，定量刻画高山区冰雪融水、中山带森林降水和裂隙基岩水等水资源组分构成，探索水资源形成、转化机理；结合水资源组分构成及对气候变化的敏感性分析，预估未来不同气候情景下的水文过程和水资源变化趋势，为国家在中亚地区国际河流水资源谈判提供科学依据，服务于丝绸之路经济带建设宏伟目标。

天山被誉为“中亚水塔”，是中亚干旱区的主要水源地和生态屏障。本项目结合实地调查、野外监测和数据资料分析，系统研究了天山地区的水文要素动态变化，解析了冰川、积雪、降雪率变化及其影响，探讨了水资源形成、转化机理；采用同位素水文学方法，定量刻画了高山区冰雪融水、中山带森林降水和裂隙基岩水等水资源组分，结合干旱区山、盆相间的特殊地貌格局，构建了适合天山地区产汇流特点的分布式水文模型，对未来不同情景下的水资源变化趋势进行了预估。圆满完成了各项任务，发表学术论文56篇，其中SCI检索论文50篇（第一标注24篇），获批计算机软件著作权2项，提出的相关咨询建议被中央有关部门采纳。.主要研究结论如下：.（1）在气候变暖背景下，中亚天山地区总体表现为温度上升、降水增加，但2000年以来，温度上升幅度减缓，一直处于高位震荡。山区降雪率降低，降水形式从降雪向降雨转变。降雪率变化不仅影响冰川的积累、消融过程，而且，显著影响径流过程和水资源变化。天山地区的陆地水储量呈明显减小趋势，其中，冬季最大，递减速率约为-0.8~-1厘米/年。温度的快速升高是导致天山山区水储量减少的重要原因。.（2）天山地区约97.52%的冰川表现为退缩状态。自2000年以来，北天山和天山东部的冰川退缩速率增大，而西天山和中天山冰川的退缩速率明显减缓；天山山区的积雪面积总体呈减少趋势。其中，中天山地区积雪减少最为明显，最大和最小积雪面积减少幅度分别为-672km2/a和-60km2/a；积雪物候发生了显著变化，积雪持续时间减少，初日推迟、终日提前。.（3）基于同位素水文学方法，精细刻画了天山地区6个典型流域河川径流组分，定量估算了冰雪融水对天山河川径流的贡献，构建了含有冰川动态模块的分布式水文模型（SWAT-Glacier），并结合水资源组分构成及敏感性分析，对天山地区典型河流未来变化进行了预估，在RCP4.5情景下，径流量约减少10%左右；在高排放情景RCP8.5下，径流量约减少10%~25%。研究成果为国家在中亚地区国际河流水资源谈判提供科学依据。