羌塘高原内流区湖泊近期快速扩张的水文学机理研究—以色林错流域为例

There are large amount of lakes and glaciers in Tibetan Plateau.Recently, rapid lake expansions are observed in the closed-basin of Qiangtang Plateau,and the maximum lake area has increased to 45% since 1976. In order to better understand the hydrological mechanism of recent endorheic lake’s rapid expansion, Seling Co, a typical closed-basin in Qiangtang Plateau, is selected to study the land surface hydrological processes. The precipitation observation network would be established to understand the spatial distribution of precipitaion inputs in the basin. Similarly, the hydro-meteorological instruments would also be installed at the terminus of glaciers to quantify the glacier-melt contribution to Seling Co. Moreover, to quantify the runoff contribution from non-glacier area to Seling Co, the land surface hydrothermal observation would be setup in the alpine meadow and wetland area.In addition, the lake surface energy/water exchange observation system and inflow discharge measurements would be conducted to clarify the role of lake evaporation, precipitation and glacier-melt contribution in the recent lake expansion.There are various models e.g.Lake energy/water exchange model, glacier-melt day-degree model and distributed hydrological model would be utilized to simulate the lake water balance. Furthermore, the sensitivity analysis would also be conducted to understand the response of Seling Co due to climate change. The main purpose of this research is to identify the water sources of the recently rapid lake expansion in the Tibetan Plateau, and also to explore the role of closed-basin lake variations in the regional water cycle.

青藏高原湖泊众多，冰川广布。其中羌塘内流区湖泊近期迅速扩张，1976年以来面积最大增加达45%。为认识高原内流湖近期快速扩张的水文学机理，本项目选择具有代表性的色林错作为目标流域，以降水-不同下垫面水分平衡-湖泊水量平衡为研究思路，以地表水文过程观测为研究基础，以分布式水文模型为研究手段，开展流域水文过程研究。建立降水观测网，明确流域水分输入；在冰川末端进行水文、气象观测，量化冰川对湖泊的补给；开展高寒草甸、湿地地表水热交换观测，揭示非冰川区对湖泊的径流补给；利用湖面能量/水分交换观测平台，入湖流量观测，揭示湖面蒸发、冰川补给、降水补给在湖泊变化中的作用。利用湖面能量/水量交换模型、冰川度日因子融水模型，分布式水文模型，模拟计算湖泊水量平衡；通过模型的敏感性分析，研究高原内流湖对气候变化的响应机制，回答“青藏高原近期快速扩张的水分来源”的科学问题，并探讨高原内流湖变化在区域水循环中的作用。

国家自然科学基金重点项目“羌塘高原内流区湖泊近期快速扩张的水文学机理研究—以色林错流域为例”执行期为2015-2019年，现研究计划全部完成，取得以下重要成果：.（1）在气象水文资料匮乏地区，建立高海拔流域尺度强化水文过程观测网络：为揭示青藏高原扩张最快湖泊色林错的水文机理，建立了降水观测网络、湖面、湿地、高寒草甸水热交换观测平台、冰川融水及入湖流量观测点，连续监测与水热条件相关的冰川融水、高寒草甸径流场、湖泊、湿地、高寒草甸水文过程，建立了高原典型流域尺度的水文过程观测平台。.（2）高质量数据产品：利用以上观测网络，建立完整的色林错流域水文资料数据库，包括入湖径流、降水、蒸发、水体同位素、植被等实测资料，发展了流域尺度格点降水、积雪、蒸发等格点资料，特别地，本项目发展的新的青藏高原陆地蒸散发产品，而过去所有蒸发产品相比，具有更高的精度和分辨率。以上水文数据产品为深入揭示青藏高原水体相态转换规律及机制提供重要数据基础。.（3）聚焦前沿科学问题：为回答“高原内流区湖泊近期快速扩张的水文学机理”这一关键科学问题，以湖盆水量平衡为切入点，利用观测资料优化典型下垫面水热循环模型和流域水量平衡模型，定量描述冰川变化、蒸发、降水以及流域水文过程对湖泊变化的贡献：1）1980年以来色林错年均水量流入28.5亿吨，年均蒸发损耗20.4亿吨，年均盈余8.2亿吨，导致同期色林错水位上升14.0米，面积扩张47%；2）各水文要素对色林错扩张的贡献为降水及降水产流>蒸发损耗（含过水湖滞留作用）>冰川融水增加，其中过水湖滞留作用导致水分蒸发损耗大大超过预想。.（4）高新研究手段应用：分析不同水体同位素水文过程，刻画了高原内流湖泊流域水循环时空格局。1）冰川补给对湖泊水量平衡的贡献率为10.7%，湖面降水为30%，非冰川径流为59.3%；2）植物蒸腾与总蒸散发的比值年平均为14.3%；3）色林错流域降水水汽陆源的比率为88%，揭示了色林错流域降水水汽主要来自于内陆水循环。