1961—2006年叶尔羌河上游流域冰川融水变化及其对径流的影响

日期:2019.12.16 阅读数:72

【类型】期刊

【作者】高鑫,张世强,叶柏生,谯程骏(中国科学院冰冻圈科学国家重点实验室;中国科学院寒区旱区环境与工程研究所)

【作者单位】中国科学院冰冻圈科学国家重点实验室;中国科学院寒区旱区环境与工程研究所

【刊名】冰川冻土

【关键词】 冰川物质平衡;度日模型;冰川融水;叶尔羌河流域

【资助项】国家重点基础研究发展计划(973计划)项目  (2007CB411502);水利部公益性行业科研专项项目  (200701046);中国科学院“百人计划”项目(2008)资助

【ISSN号】1000-0240

【页码】P445-453

【年份】2019

【期号】第3期

【期刊卷】1;|7;|8;|2

【摘要】叶尔羌河是塔里木河的主源之一,发源于喀喇昆仑山北坡,冰川融水是其主要补给.以叶尔羌河流域库鲁克栏杆水文站以上流域国家气象台站的月降水与月气温资料、90 m分辨率的数字高程模型(DEM)以及1970年代的冰川分布矢量数据为基础,利用冰川度日因子融水径流模型重建了叶尔羌河上游流域平均冰川物质平衡、冰川融水径流序列,分析了叶尔羌河上游流域冰川融水径流变化的特征、趋势及其对河流径流的影响.结果表明:1961—2006年流域冰川平均年物质平衡为-163.1 mm,累积物质平衡为-7.5 m,平衡线平均海拔为5 395.7 m.1991年之后流域冰川物质平衡呈显著负平衡,平均年物质平衡为-301.2 mm,1991—2006年与1961—1990年相比平衡线平均高度上升了64.2 m.1961—2006年流域年平均冰川融水径流深为807.7 mm,冰川融水对河流径流的补给比重为51.3%;2000年之后冰川融水对河流径流的补给比重增大到63.3%,与多年平均值相比冰川融水对河流径流的贡献在2000年后明显增大.

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1961—2006年叶尔羌河上游流域冰川融水变化及其对径流的影响

1961—2006年叶尔羌河上游流域冰川融水变化及其对径流的影响

高 鑫1,2, 张世强1,2, 叶柏生1,2, 谯程骏1,2

(1.中国科学院冰冻圈科学国家重点实验室,甘肃兰州730000;2.中国科学院寒区旱区环境与工程研究所,甘肃兰州730000)

摘 要:叶尔羌河是塔里木河的主源之一,发源于喀喇昆仑山北坡,冰川融水是其主要补给.以叶尔羌河流域库鲁克栏杆水文站以上流域国家气象台站的月降水与月气温资料、90 m分辨率的数字高程模型(DEM)以及1970年代的冰川分布矢量数据为基础,利用冰川度日因子融水径流模型重建了叶尔羌河上游流域平均冰川物质平衡、冰川融水径流序列,分析了叶尔羌河上游流域冰川融水径流变化的特征、趋势及其对河流径流的影响.结果表明:1961—2006年流域冰川平均年物质平衡为-163.1 mm,累积物质平衡为-7.5 m,平衡线平均海拔为5 395.7 m.1991年之后流域冰川物质平衡呈显著负平衡,平均年物质平衡为-301.2 mm,1991—2006年与1961—1990年相比平衡线平均高度上升了64.2 m. 1961—2006年流域年平均冰川融水径流深为807.7 mm,冰川融水对河流径流的补给比重为51.3%; 2000年之后冰川融水对河流径流的补给比重增大到63.3%,与多年平均值相比冰川融水对河流径流的贡献在2000年后明显增大.

关键词:冰川物质平衡;度日模型;冰川融水;叶尔羌河流域

0 引言

高山冰川为我国西北干旱和半干旱地区地表水资源的重要组成部分[1-3],随着全球变暖的影响,我国西部冰川普遍出现后退和萎缩,水循环加剧,在高纬度和高山寒区表现尤为明显[4-5].1986/ 1987年西北地区气候发生转型以来,冰川加速退缩,物质亏损严重[6].冰川随气候的变化而改变其物质及形态(长度、厚度、面积等)[7],其中,冰川物质平衡变化是反映气候变化最敏感的指标之一[8-9],是冰川作用区能量物质水交换的纽带和引起冰川规模和径流变化的物质基础,已成为全球气候系统中一个重要的监测和研究对象[10].在全球变暖的大环境下,正确认识冰川物质平衡变化对区域气候变化、冰川水资源具有十分重要的科学价值[11].由于高山冰川区通常难以到达,进行连续定位观测的冰川数目非常有限,要以流域为单位对冰川进行监测基本不可能.因此,基于水量平衡来重建流域内冰川物质平衡和冰川融水系列具有重要的科学意义.塔里木河流域是我国最大的内陆河流域,主要以冰川融水和积雪融水补给为主,冰川融水约占其总径流的38.5%[12].在汇入塔里木河干流的三源流中,叶尔羌河是其最长的源流.流域广泛分布的冰川和冰川融水,使得该河水量丰沛,成为下游经济建设的命脉[13].近年来随着流域降水增加、温度升高[14-15],以及冰川的萎缩[16],冰川融水径流是如何变化的,成为关注的焦点.

1 流域基本概况

叶尔羌河流域位于喀喇昆仑山北坡,塔里木盆地西缘,大致介于74°28′~80°54′E,34°50′~40° 31′N之间.流域总面积9.89×104km2.其中,山区面积6.08×104km2,占流域总面积61.5%;平原区面积3.81×104km2,占流域总面积的38.5%.库鲁克栏杆站是叶尔羌河上游水量控制站,控制流域面积为3.29×104km2,本文主要对这一区域进行研究.库鲁克栏杆站以上流域主要包括支流克勒青河和叶尔羌河干流,两者均发源于喀喇昆仑山北坡的喀喇昆仑山口[13].根据中国冰川编目资料[13],该水文站控制的流域冰川总条数2 021条,冰川面积4 712 km2,占山区冰川面积的88.7%;冰储量609 km3,占山区冰川总储量的89.0%.叶尔羌河是冰川融雪补给型河流,水资源年际变化不大,年内分配不均[17].山谷冰川是流域冰川的主体,大型山谷冰川几乎全部分布于支流克勒青河,长度超过20 km且面积在70 km2以上的冰川就有10条,其中音苏盖提冰川长达42 km,冰川面积380 km2,是叶尔羌河流域最大的一条冰川[13].研究流域主要受西风气流控制,受印度洋西南季风影响范围较小,冰川区平均雪线附近的年平均气温为-10.5℃[13].降水主要受地形的影响,山区多、平原少,高山带年降水量约为500~700 mm,中高山带年降水量约为300 mm,中低山带年降水量约为150 mm[18].本文中的叶尔羌河上游流域均指库鲁克栏杆水文站控制的流域.

2 度日因子模型

流域尺度上冰川物质平衡变化是一个非常复杂的过程,通过冰川表面的能量平衡模型建立冰川消融与气象因子之间的联系,可以从机理上认识冰川物质平衡对气候变化的敏感性以及对河川径流的影响.但是能量平衡模型模拟物质平衡需要大量的模型参数,如长、短波辐射、风速和风向、气温、湿度、降水等,这些参数必须通过综合的、长期的冰川监测才能获取.在叶尔羌河流域对这些参数有长期监测的冰川非常少,基于能量平衡模型模拟流域冰川物质平衡几乎不可能实现.在众多计算冰川融水径流方法中,基于冰川消融与气温之间线性关系的度日模型最为简单、应用最为广泛[19].本模型采用气温和降水来做为计算物质平衡的输入,并计算冰川融水径流.模型的时间尺度为月尺度,驱动为流域周边国家气候数据中心提供的西部242个气象站的月气温和月降水数据.

对于冰川与积雪消融来说,度日物质平衡模型计算方法如下式:

式中:A为某时段内冰川与积雪的消融水当量(mm);DD F为冰川冰/雪的度日因子(mm·d-1·℃-1);PDD为某时段内的正积温,一般由下式获取:

式中:Tt为某天(t)的日平均气温(℃);Ht是逻辑变量,当 Tt≥0℃时,Ht=1.0;当 Tt<0℃时,Ht=0.

式中:Bn为某时段内的冰川物质平衡量(mm);P为某时段内的冰川表面积累量,即固态降水量(mm).

模型用到的主要数据有90 m分辨率的数字高程模型(Digital Elevation Model,DEM)和模拟流域内1970年代的冰川矢量图.主要参数包括雪和冰的度日因子、降水梯度、最大降水高度带、液态降水临界气温、固态降水临界气温、液态降水校正系数、固态降水校正系数、融水渗浸冻结率、高程分带间隔等,具体的计算流程为(图1):

(1)收集流域内的长期和短期观测资料,确定流域内的最大降水高度带,降水随海拔的变化梯度、气温递减率等.

(2)依据DEM资料和冰川边界资料,将流域内冰川划分为不同的高度带,并计算各高度带内的冰川面积及比例.

图1 模型计算流程
Fig.1 The flowchart of the degree-day glacier runoff model computing

(3)利用流域内部及周边气象台站数据进行冰川末端高度的月降水和月气温数据插值.然后,利用流域内气温递减率和降水梯度生成各高程带内的月气温、降水,并根据度日模型输出各高程带的冰川物质平衡、积累、消融和融水径流,最后由各高程带的融水径流和面积得流域内冰川融水径流总量.

(4)根据插值计算的相关结果与同一时间段流域内观测的短期资料以及以前冰川融水评估相关成果对比,调整模型中的有关参数.在有冰川变化分析资料的流域,根据计算时段内的冰川面积变化估算的冰川体积变化量与模型计算的物质平衡变化量对比也是模型参数调整的依据之一.

(5)利用修正后的模型参数重建流域的物质平衡和冰川融水系列,评价其在过去几十年内对流域水资源量变化的影响.

3 模型参数的确定

3.1 流域冰川面积-高程曲线的确定

由于冰川的高度分带性,在流域内按100 m高度间隔划分流域冰川,根据流域内冰川矢量图计算叶尔羌河流域库鲁克栏杆水文站以上不同高程带的冰川面积(图2).根据不同高程带的冰川面积,可以对流域内各个高程带逐带计算冰川物质平衡、冰川融水径流,高程带之间相互独立.最后由各高程带的物质平衡、融水径流和面积得流域内冰川物质平衡和融水径流总量.

图2 叶尔羌河流域库鲁克栏杆水文站以上冰川面积分布
Fig.2 The glacierized area above Kulukelangan Hydrological Station changing with altitude in the Yarkant River basin

3.2 降水梯度的确定

依据杨针娘[1]估算,在喀喇昆仑山北坡叶尔羌河流域,海拔2 000 m以下降水随海拔递增,海拔2 000~3 000 m略有递减,海拔3 000 m以上又随海拔递增.1986年张祥松在喀喇昆仑山北坡雪线附近(海拔5 520 m)测得雪层剖面资料,认为年降水量至少为584 mm[1].按照冰川雪线附近积累量等于消融量这一物理特征,估计流域冰川雪线附近的年降水量在360~640 mm之间,叶尔羌河主河源冰川上海拔5 650 m处的雪坑剖面资料也表明,雪线附近降水量至少在463~675 mm之间[13].丁永建[20]研究认为喀喇昆仑山北坡中、低山地区降水量随高度呈现递减现象,同时通过对乔戈里冰川的研究,认为海拔3 000 m以下的河谷地带降水稀少,实测年降水只有100 mm,冰川区降水量却急剧增大,零平衡线(海拔5 000 m)处的降水量可达1 300~1 500 mm.利用克勒青河周围台站的降水量计算,海拔5 000 m以下的谷地降水量很少,随着海拔增加,降水量总体呈下降趋势,呈现荒漠景观,降水主要分布在海拔5 000 m以上的高山冰川区[21].利用上述降水资料并结合叶尔羌河流域降水的四季分配规律[17-18]得到流域月降水梯度(表1).

3.3 气温递减率的确定

对西部242个国家气象台站的气温数据按纬度和月份进行月气温梯度的统计,结果表明,区分不同纬度和月份可明显提高其统计关系的相关系数,统计结果如表2所示.

3.4 度日因子的确定

表1 叶尔羌河上游流域各月降水梯度(mm·(100m)-1)
Table 1 The precipitation gradient for months in the upper stream of Yarkant River Basin(mm·(100m)-1)

月份 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12海拔<4 000 m -0.1 -0.1 -0.1 -0.2 -0.4 -0.6 -0.5 -0.3 -0.2 -0.1 -0.1 -0.1海拔>4 000 m 2.9 3.4 2.9 5.3 11.1 17.8 13.9 10.9 7.2 7.8 0.7 2.2

表2 叶尔羌河上游流域各月气温递减率
Table 2 The monthly temperature lapse rates in the upper stream of Yarkant River

月份 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12气温递减率/ (℃·(100m)-1)0.29 0.39 0.48 0.58 0.61 0.63 0.59 0.56 0.53 0.47 0.43 0.31

叶尔羌河流域没有实测的度日因子值,模型所用的度日因子首先根据邻区的度日因子观测值(表3)[22]就近插值获得初值,进而通过比较模型模拟获得的流域冰川物质平衡、融水径流并与流域内对应的短期观测资料等进行对比,对度日因子进行调整确定.同时,在模型计算过程中发现,不同的气温递减率对应不同的度日因子(图3),由流域确定的各月平均气温递减率(表2),可得叶尔羌河上游流域冰川冰度日因子为7.4 mm·d-1·℃-1,雪度日因子为4.5 mm·d-1·℃-1.模型确定的度日因子与喀喇昆仑山有短期观测资料冰川的度日因子相比稍微偏大(表3)[22],其原因可能包括以下几方面: 1)模型确定的度日因子是流域冰川的平均度日因子,没有考虑其时空变化,而天山南坡科其卡尔巴契冰川和乌鲁木齐河源1号冰川的观测资料表明,度日因子具有明显的年际、高程、月份变化[23-24]; 2)实际观测冰川的度日因子,大多由短期野外考察和观测资料得出,观测时段也都比较短,最短的只有几天,并且这些度日因子值都是某个高度带或观测点上的值,并不能代表整个流域冰川区平均度日因子;3)同时,喀喇昆仑山冰川冰面有大量表碛覆盖,对度日因子的确定也有影响.因此,文献中的度日因子值主要用于参照,依据唐古拉山冬克玛底冰川实测资料计算的冰川冰度日因子为11.2 mm ·d-1·℃-1,雪度日因子为8.6 mm·d-1·℃-1,模型确定的冰雪度日因子小于冬克玛底冰川冰雪度日因子.

图3 叶尔羌河上游流域冰雪度日因子与气温递减率的关系
Fig.3 The relationship between degree-day factor and air temperature lapse rate in the upper stream of Yarkant River

表3 喀喇昆仑山不同观测冰川的度日因子值[22]
Table 3 The degree-day factors(DDF)of some observed glaciers in the Karakorum Mountains[22]

冰川 冰川度日因子/ (mm·d-1·℃-1)海拔/m时段/(年-月-日)巴托拉 3.4 2 780 1975-06—08特拉木坎力 5.9 4 630 1987-06-25—09-07 6.4 4 650 1987-06-24—09-07切尔干布拉克 2.6 4 750 1960-06-06—07-30洋布拉克 4.3 4 800 1987-07-01—07-05

3.5 其它经验参数的确定

固、液态降水临界气温和固、液态降水校正系数是根据乌鲁木齐河源和祁连山的观测结果及相关研究确定的[25-26];融水渗浸冻结率也是根据天山乌鲁木齐河源1号冰川的研究确定[27].最终得到叶尔羌河上游流域度日因子融水径流模型参数(表4).

表4 模型计算过程中的参数
Table 4 Fixed parameters for the degree-day glacier runoff model

模型参数 参数值冰度日因子/(mm·d-1·℃-1) 7.4雪度日因子/(mm·d-1·℃-1) 4.5液态降水临界气温/℃ 2.0固态降水临界气温/℃ -0.5液态校正系数 1.1固态校正系数 1.3融水渗浸冻结率 0.1高程分带间隔/m 100

4 与相关资料的对比

在模型的参数率定过程中假定度日因子不随空间和时间变化,是流域冰川上的平均度日因子.模拟结果的对照验证数据:第一次冰川编目的雪线高度及来源时间;短期考察资料和文献中的零平衡线与时间;流域有实际观测冰川的物质平衡、雪线等以及流域冰川融水评估的结果等.

计算结果表明:1962—2002年叶尔羌河上游流域冰川平均年物质平衡为-143.4 mm,同期塔里木盆地内陆流域近40 a来冰川物质平衡主要呈负平衡,帕米尔和喀喇昆仑山的冰川流域年物质平衡约为-150 mm[28];1961—1990年流域冰川平均年物质平衡为-89.4 mm,利用最大熵原理计算的1954—1990年叶尔羌河冰川物质平衡多年平均值为-100.1 mm[29],这与模型计算的基本一致.模型计算的1968—1976年雪线平均海拔为5 355 m,根据1989年中国冰川编目喀喇昆仑山(叶尔羌河流域)统计 1968—1976年雪线平均海拔为5 360 m[13],二者结果也基本一致.模型计算的1986年雪线附近的积累量为797.2 mm,丁永建[20]依据喀喇昆仑山巴托拉冰川1980年的实测资料,获得冰川某高度处的消融深与相应高度夏季平均气温的关系推求1986年叶尔羌河上游零平衡线附近积累量为800~900 mm,二者相差不大.模型计算的1987年冰川融水径流深为827.5 mm.同期,杨针娘[1]用冰川融水径流模数法估算的冰川融水径流深为793 mm,张祥松等[18]的计算结果为710 mm,与本文结果接近.应用遥感监测手段也可知从1972/1977—2001年叶尔羌河流域冰川总体萎缩了-6.1%[16],同期模型估算的物质平衡也以负平衡为主.

此外,依据我国实测资料统计的冰川面积-储量关系,应用Liu Shiyin等[30]提出的储量计算修正公式:

式中:V为冰川储量(km3);S为冰川面积(km2).

可由冰川面积变化推算冰川储量变化,1977—2001年间叶尔羌河流域长度变化超过90 m的冰川有1 323条,其面积为3 277.62 km2,冰川面积变化了-198.24 km2.推算流域冰川储量减少了19.32 ×109m3,折合水当量16.42×109m3(假定冰川平均密度为850 kg·m-3[13]),相当于冰川减薄了5.0 m,而同期模型计算的累积物质亏损为5.1 m,二者非常接近.从以上对比结果可以看出,本模型的计算结果具有较高的可信度.

5 模拟结果

模型恢复的流域从1961—2006逐年平均冰川物质平衡变化及其累积物质平衡变化序列如图4所示.1961—2006年流域冰川平均年物质平衡为-163.1 mm,46 a累积冰川物质平衡为-7.5 m.流域最大正平衡发生在1971年,物质平衡为166.5 mm.最大负平衡发生在1993年和2005年,物质平衡分别为-624.7 mm与-608.8 mm.1991年之后物质平衡呈显著的负平衡,冰川平均年物质平衡为-301.2 mm.在气候由暖干向暖湿转型的背景下[31],1961—2006年以来冰川区降水增加了17.7 mm,温度也在持续升高.在降水增加与持续升温的气候背景下,物质平衡出现强烈的亏损状态.同时,平衡线高度也在逐年升高,1991—2006年与1961—1990年相比平衡线平均高度上升了64.2 m (图5).这就意味着在叶尔羌河上游流域冰川区,尽管降水在增加,冰川积累却呈现下降的趋势(图6).强烈的升温导致冰川物质亏损加剧,同期,升温对冰川的影响超过降水增加的影响,这一结果与乌鲁木齐河源1号冰川、海螺沟冰川、唐古拉山冬克玛底冰川以及祁连山七一冰川的观测结果一致[32-35].

图4 1961—2006年叶尔羌河上游流域冰川物质平衡和累积物质平衡的变化
Fig.4 Variations of glacier mass balance and cumulative mass balance in the upper stream of Yarkant River during 1961—2006

图5 1961—2006年叶尔羌河上游流域平衡线高度变化
Fig.5 Variation of the equilibrium line altitude in the upper stream of Yarkant River during 1961—2006

图6 1961—2006年叶尔羌河上游流域冰川降水量与冰川积累变化
Fig.6 Variations of the annual precipitation and accumulation in the upper stream of Yarkant River during 1961—2006

6 冰川融水变化及其对河川径流的影响

冰川物质平衡的变化反映了冰川系统的收支状态,当收入小于支出,物质平衡处于负平衡状态,消融量增加,冰川融水量也相应增加.通过冰川物质平衡(Bn)与河流径流(Q)的相关分析可以看出(图7),二者呈反相关关系,相关系数为-0.809,且通过了α=0.01的显著性水平检验,物质平衡越小,河流径流量越大.这表明叶尔羌河河流径流的年际变化很可能主要受控于流域内冰川物质平衡波动,冰川融水的波动对流域水资源的影响非常明显.库鲁克栏杆站1961—2006年的年平均径流量为51.4×108m3(库鲁克栏杆站因历史原因1969—1971年的径流资料缺测,本文未进行插补展延),冰川融水径流量为26.4×108m3,46 a间的变化趋势与冰川融水的变化趋势一致(图8),总体上呈现上升的趋势.46 a间冰川融水对河流径流的补给率也呈增加趋势(图9),平均补给率为51.3%,与杨针娘[1]估算的53.0%稍有差距,2000年之后冰川融水对河流径流的贡献增大到63.3%.从流域冰川不同时段平均降水、气温和冰川融水径流变化分析可以看出(表5),1991—2006年与1961—1990年相比,冰川融水径流深增加了223.9 mm,主要是消融期6—8月份夏季冰川径流的增加,相当于增加了 30.5%,其中约 1.5%来源于降水增加, 29.0%来源于冰川物质损失.表5可知,河流径流增加了2.1×108m3,而冰川融水却增加了6.3× 108m3,大于河流径流的增加,主要是由于模型计算时没有考虑冰川退缩和蒸发的影响,导致冰川融水在后期计算的结果偏大.气温升高0.6℃导致211.7 mm的冰川物质损失,它是在克服11.2 mm降水(假设全为固态降水)后的结果,相当于物质平衡变化-373.2 mm·℃-1.0.6℃的升温也使得物质零平衡线上升了64.2 m,相当于物质平衡线变化 107.0 m·℃-1.从 1961—1990年与 1991—2006年相比也可以知道,尽管降水在增加,但增加的幅度比较小,径流增加主要来源于冰川物质的损失,气温升高对冰川的影响远大于降水增加的影响.对流域冰川物质平衡变化和河流径流的分析可知冰川物质平衡变化100 mm可引起河流径流变化0.99×108m3,而46 a来累积物质平衡-7.5 m,相当于额外补给河流径流量74.3×108m3.

图7 叶尔羌河上游流域冰川物质平衡和河流径流的关系
Fig.7 The relationship between river runoff and mass balance in the upper stream of Yarkant River

图8 1961—2006年叶尔羌河上游流域冰川融水径流与河流径流的变化
Fig.8 Variations of the river runoff and glacier runoff in the upper stream of Yarkant River during 1961—2006

图9 1961—2006年叶尔羌河上游流域冰川融水对河流径流的补给率变化
Fig.9 Variation of the contribution of glacier runoff to river runoff in the upper stream of Yarkant River during 1961—2006

以上讨论冰川融水变化以及对径流响应时,并没有考虑冰川湖的影响,在叶尔羌河上游流域区,冰川湖突发洪水是比较频繁的[18,36],这可能会带来径流的年际变化,但对径流多年平均值影响较小.另外,由于缺乏冰川变化的矢量资料,在计算流域冰川融水中没有考虑冰川面积的变化,这都对计算流域冰川物质平衡和融水径流带来一定的不确定性,这一不确定性在研究时段较短、冰川面积变化较小时,对冰川融水估算结果影响不大,但对于冰川变化较大、研究时段较长时,则必须考虑这一影响.

7 结论

表5 叶尔羌河上游流域不同时段平均降水、气温和径流变化对比
Table 5 The changes of precipitation,temperature,glacier mass balance and river runoff in the upper stream of Yarkant River

年代 降水/mm 气温/℃ 物质平衡/mm 冰川融水径流/108m3河流径流/108m31961—1990 640.7 -10.9 -89.5 23.8 50.6 1991—2006 651.9 -10.3 -301.2 30.1 52.7变化量 11.2 0.6 -211.7 6.3 2.1变化/% 1.7 26.4 4.2

应用冰川度日因子融水径流模型,模拟了1961—2006年叶尔羌河上游流域平均冰川物质平衡和冰川融水径流序列,并分析了冰川物质平衡与融水径流变化的趋势、特征以及对河川径流的影响,对模型的模拟结果进行了对比验证.结果表明:46 a流域冰川平均年物质平衡为-163.1 mm,1991年之后物质平衡呈显著的负平衡,冰川平均年物质平衡为-301.2 mm,1991—2006年与1961—1990年相比平衡线平均高度上升了64.2 m.在气候由暖干向暖湿转型的背景下[31],尽管降水增加,但强烈的升温导致冰川消融加剧,积累下降,物质平衡出现强烈的亏损状态,冰川融水持续增加.46 a流域年平均冰川融水径流量为26.4×108m3,冰川融水补给比重为51.3%.冰川物质平衡与河流径流变化呈负相关关系,物质平衡越小,河流径流量越大.因此,河流径流的丰枯变化在很大程度上可能主要受控于流域内冰川物质平衡的波动.46 a来累积物质平衡-7.5 m,相当于额外补给河流径流量74.3 ×108m3.

模型模拟的结果还存在一定的误差,主要包括:1)由于冰川区降水在空间上差异很大,由冰川末端向冰川区推求降水时所采用的降水梯度梯可能并不能真实地反映冰川区的降水空间分布状况;2)模型计算时采用的度日因子没有考虑时空变化特征,这会给模型模拟结果带来一些不确定性;3)没有采用动力学模型考虑流域冰川面积和形态的变化.

叶尔羌河流域冰川观测资料极为缺乏,本文只是从流域尺度上模拟了库鲁克栏杆水文站控制流域的平均冰川物质平衡、融水径流序列,把流域的冰川作为一个系统来研究,尽量考虑了降水、气温的空间变化.这为全面评估叶尔羌河流域乃至塔里木河流域未来气候变化情景下冰川水资源的变化提供了依据.

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Glacier Runoff Change in the Upper Stream of Yarkant River and Its Impact on River Runoff during 1961—2006

GAO Xin1,2, ZHANG Shi-qiang1,2, YE Bai-sheng1,2, QIAO Cheng-jun1,2
(1.State Key L aboratory of Cryospheric Sciences,CA R EERI,CAS,L anzhou Gansu730000,China;2.Cold and A rid Regions Environmental and Engineering Research Institute,Chinese Academy of Sciences,L anzhou Gansu730000,China)

Abstract:Yarkant River is one of the main sources of the Tarim River,which is located in the north slopes of the Karakorum Mountains.The glacier runoff is the main supply of the river runoff in Yarkant River.Based on the monthly precipitation and air temperature from the Kulukelangan Hydrological Station,a national meteorological station in the Yarkant River basin,90-m resolution DEM and the digital vector map of glaciers during the 1970s,the glacier mass balance and glacier runoff sequence were reconstructed by a degree-day glacier melting model,and compared with short-term observations and other available results.The characteristics and trends of glacier runoff variation were analyzed.It is found that the mean annual glacier mass balance during 1961—2006 was -163.1 mm per year and the total 46-year glacier mass loss was-7.5 m in thickness.There was a clearly increasing trend in glacier runoff,which is caused by net ice mass loss for the period 1961— 2006.A remarkable shift from minornegative mass balance to strong negative phase has taken place since 1991,with the mean annual mass balance of-301.2 mm.The equilibrium line altitude rose up about 64.2 m during 1991—2006 as compared with the mean value over the period 1961—1990.The climate pattern has changed from warmdry to warm-wet around 1986.The average of glacier melting depth ofthe upperreaches of Yarkant River was 807.7 mm during 1961—2006. Glacier melting has increased more significantly since 1990.The tight relationship between glacier runoff and mass balance indicates that glacier runoff change is mainly controlled by mass balance. The contribution of glacier runoff to river runoff in Yarkant River was approximately 51.3%during 1961—2006 and increases to approximately 63.3% after 2000.The contribution of glacier runoff to river runoff has increased significantly since 2000.

Key words:glacier mass balance;degree-day model;glacier runoff;Yarkant River basin

中图分类号:P343.6

文献标识码:A

文章编号:1000-0240(2010)03-0445-09

收稿日期:2009-11-22;

修订日期:2010-02-01

基金项目:国家重点基础研究发展计划(973计划)项目(2007CB411502);水利部公益性行业科研专项项目(200701046);中国科学院“百人计划”项目(2008)资助

作者简介:高鑫(1984—),男,陕西榆林人,2007年毕业于西北农林科技大学,现为中国科学院寒区旱区环境与工程研究所在读硕士研究生,主要从事寒区水文水资源研究.E-mail:gxwlch2003@163.com

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