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青藏高原納木錯流域冰雪融水徑流量估算

2016-10-20 06:32:50陳飛蔡強國孫莉英
中國水土保持科學(xué) 2016年2期
關(guān)鍵詞:納木錯融水徑流量

陳飛,蔡強國,孫莉英?

(1.中國農(nóng)業(yè)大學(xué)水利與土木工程學(xué)院,100083,北京;2.中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所陸地水循環(huán)與地表過程重點實驗室,100101,北京)

青藏高原納木錯流域冰雪融水徑流量估算

陳飛1,2,蔡強國2,孫莉英2?

(1.中國農(nóng)業(yè)大學(xué)水利與土木工程學(xué)院,100083,北京;2.中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所陸地水循環(huán)與地表過程重點實驗室,100101,北京)

冰川積雪是寒區(qū)固體水資源的重要組成部分,在全球氣候變暖背景下,進行冰雪融水量的計算具有重要意義。本文以青藏高原納木錯流域為研究對象,近40年,納木錯流域氣溫增幅達到0.04℃/a,所對應(yīng)的是流域冰川年退縮率達到1.12 km2/a,湖泊面積擴張速率達到2.1 km2/a。借助第1、2次中國冰川編目數(shù)據(jù)和MODIS遙感影像資料,基于水量平衡建立冰川體積-融水徑流量經(jīng)驗公式(包括冰川區(qū)降水量、冰川消融量、蒸發(fā)量和融水徑流量等參數(shù)),并采用SRM積雪消融模型(積雪覆蓋衰減率、氣溫直減率、度日因子值和徑流系數(shù)等參數(shù)),分別對納木錯流域內(nèi)的冰川和積雪融水徑流量進行估算,從而實現(xiàn)大尺度稀缺資料的高寒地區(qū)水文模擬。結(jié)果表明:納木錯流域年均冰川融水徑流量是2.99億m3/a,積雪融水徑流量是8.10萬m3/a,冰川融水量約是積雪融水量的38倍。通過比較納木錯流域氣溫升高、冰川退縮和湖泊擴張之間的關(guān)系,納木錯湖泊增加水量約為流域內(nèi)冰川融水徑流量的80%,遠高于季節(jié)性積雪融水的補給量;因此,可以推測隨著氣候變暖,納木錯流域東南側(cè)念青唐古拉山大面積冰川的急劇消融,是造成納木錯湖泊擴張的重要原因之一。

冰川;積雪;中國冰川編目;積雪消融模型;融水徑流量

隨著全球氣候變暖形勢加劇,寒區(qū)冰川積雪大量消融,導(dǎo)致冰雪融水徑流增加,給生態(tài)環(huán)境帶來嚴重威脅[1]。青藏高原被稱作“亞洲水塔”,區(qū)域內(nèi)冰川積雪分布廣泛,固體水資源量相當(dāng)豐富。據(jù)中國第2次冰川編目統(tǒng)計資料,2008年青藏高原冰川面積達4萬5 045.2 km2[2]。2003—2010年期間,青藏高原常年積雪分布面積約占整個青藏高原的13.3%[3]。青藏高原作為氣候敏感區(qū)和生態(tài)脆弱區(qū),伴隨著氣溫升高,固體水資源變化產(chǎn)生的生態(tài)影響更為顯著。李治國[4]研究發(fā)現(xiàn),氣候變化背景下,近50年青藏高原冰川以退縮為主,而湖泊水量以增加為主。段水強[5]認為氣溫、降水和蒸發(fā)等因子都會對湖泊的水量平衡產(chǎn)生重要影響。辛?xí)远琜6]對藏東南然烏湖流域,1980—2005年冰川和湖泊變化間關(guān)系進行分析,認為湖泊加速擴張,主要受到冰川退縮、融水徑流量加大的影響。而青藏高原引起湖泊擴張的主要驅(qū)動力尚未清晰;因此,研究冰川融水與湖泊擴張的關(guān)系,對于揭示氣候變暖背景下,寒區(qū)冰雪消融規(guī)律具有非常重要的意義。

由于青藏高原環(huán)境惡劣,針對冰川積雪融水徑流量的估算,傳統(tǒng)定點實測方法局限性較大,一般采用寒區(qū)水文模擬的方法。寒區(qū)水文模型按照研究對象,可以分為冰川消融模型[7]、積雪消融模型[8]和凍土水文模型[9];按照數(shù)據(jù)處理方式,可以分為基于氣象因子的統(tǒng)計模型[10-12]和基于物理機制的能量平衡模型[13-14];按照水文過程,可以劃分為融水產(chǎn)流模型[15-16]和融水匯流模型[17]。但由于青藏高原冰雪融水模擬研究,面臨的主要問題是缺乏全面、同步的觀測數(shù)據(jù),較難實現(xiàn)大尺度的寒區(qū)水文模擬及驗證[18]。在地理信息技術(shù)的支持下,借助遙感影像資料,進行冰凍圈宏觀區(qū)域的研究,非常高效便捷[19]。隨著地理信息系統(tǒng)的發(fā)展,在集總式水文模型的基礎(chǔ)上,又產(chǎn)生了分布式冰雪消融模型[20]。冰川消融一般借助多時相遙感影像資料,通過統(tǒng)計冰川規(guī)模參數(shù)變化來反映氣候變化。例如,馮童等[21]和孫美平等[22]分別基于第1、2次中國冰川編目數(shù)據(jù),對近半個世紀葉爾羌河流域和祁連山的冰川變化進行了分析。而針對積雪消融應(yīng)用較為廣泛的就是SRM積雪消融模型。SRM模型首先由Marrtinec于1975年提出,1983年由NASA組織正式公布,已經(jīng)在全球112個流域(面積0.76~91萬7 444 km2,海拔346~7 690m)成功通過了世界氣象組織評價測試(R2>0.8)[23]。SRM模型以MODIS積雪遙感資料為主要輸入?yún)?shù),在青藏高原氣候環(huán)境惡劣,數(shù)據(jù)資料稀缺地區(qū)存在應(yīng)用優(yōu)勢。

本文選取青藏高原納木錯流域為研究對象,針對研究區(qū)域范圍較大、冰雪資源豐富、監(jiān)測數(shù)據(jù)較少的情況,采用中國冰川編目數(shù)據(jù)和MODIS遙感影像資料,估算大尺度資料稀缺的高寒地區(qū)冰雪融水徑流量。在此基礎(chǔ)上,進一步探討納木錯流域氣溫升高、冰川消融與湖泊擴張之間的關(guān)系,從而深化對全球氣候變暖形勢下高寒區(qū)冰雪消融規(guī)律的理解和認識。

1 研究區(qū)概況

納木錯流域位于青藏高原中南部(E 89°30'~91°25',N 30°00'~1°10'),念青唐古拉山脈西段的北麓,流域面積1萬610 km2。流域內(nèi)具有開展地表過程及環(huán)境監(jiān)測的各類高寒區(qū)環(huán)境介質(zhì),例如冰川、季節(jié)積雪、高山凍土、湖泊、高寒草原(草甸)和濕地等。作為高原亞大陸型冰川集中分布區(qū)之一,流域內(nèi)冰川分布較廣,并以小規(guī)模冰川(0.01~2.74 km2)為主,冰川分布總面積為182 km2。近40多年,納木錯流域氣溫增幅達到0.04℃/a,所對應(yīng)的是流域冰川年退縮率達到1.12 km2/a,湖泊面積擴張速率達到2.1 km2/a[24]。另外,流域年均積雪覆蓋約為20%,高海拔區(qū)域季節(jié)性積雪,在春末夏初,積雪消融產(chǎn)生大量融水,匯入納木錯湖泊。流域太陽輻射強,年平均氣溫低于0℃。全年降水量主要集中在夏季6—10月份(92.7%),降水形態(tài)多以固體型降雪為主。

2 數(shù)據(jù)與方法

2.1冰川融水量估算

中國2次冰川編目數(shù)據(jù)均以遙感影像資料的提取為主,詳細記錄冰川的面積、儲量和長度等重要參數(shù),為進行冰川體積-消融量的模擬估算提供數(shù)據(jù)支持。劉時銀等[25]根據(jù)第1次冰川編目資料,擬合了納木錯流域253條冰川面積和冰儲量之間的關(guān)系:

式中:S為冰川投影面積,km2;V為冰川儲量或體積,km3。

式中:Qg為冰川消融量,mm;Vg為冰川變化體積, km3;取冰的密度ρ=0.9 g/cm3。由于冰川表面強烈消融,幾乎所有的下滲水(降雨和消融水)都以融水徑流的形式流出,而且由于納木錯流域的冰川普遍短小,冰川融水流經(jīng)短距離的山前地帶,直接注入納木錯湖泊;因此,假定融水徑流過程入滲量可以忽略?;诹饔虮▍^(qū)水量平衡方程式

式中:P為冰川區(qū)降水量,mm;Qg為冰川消融量, mm;Qw為冰川區(qū)地表徑流深,mm;E為冰川表面蒸發(fā)量,mm。

通過獲取納木錯流域冰川區(qū)年降水、冰川表面蒸發(fā)等參數(shù),最終估算得到納木錯流域總徑流量。最后,依據(jù)朱立平等[26]獲取納木錯流域冰川融水補給比例,得到流域的年均冰川融水徑流量。

2.2積雪融水量估算方法

SRM模型是一種使用度日因子法的概念性水文模型,用流域積雪覆蓋率變化,控制產(chǎn)流過程,用氣溫因子控制其融雪過程,一般用于和實測徑流的模擬對比、短期徑流預(yù)測和氣候變化的潛在影響評估3個方面,并在模擬和預(yù)測徑流量上有著很好的精度[27]。SRM模型的變量主要有積雪覆蓋面積變化、氣溫和降水;而模型的輸入變量主要包括積雪度日因子值、溫度直減率、氣溫臨界值、徑流系數(shù)、退水系數(shù)和融水徑流滯后時間等。

納木錯流域年均積雪覆蓋超過20%,尤其是在流域東南側(cè)念青唐古拉山脈沿線,分布著空間上集中、時間上持久的季節(jié)性積雪,春末夏初積雪消融產(chǎn)生大量融水匯入納木錯湖泊。2005年中科院青藏高原研究在此建站,已經(jīng)初步積累一批氣象和水文觀測數(shù)據(jù),便于SRM模型應(yīng)用基本參數(shù)(度日因子、徑流系數(shù)等)的提取;同時,MODIS遙感影像資料又可以為該區(qū)域的積雪變化提供數(shù)據(jù)支撐。針對納木錯流域范圍較大(>1萬km2),位于高寒地區(qū)監(jiān)測數(shù)據(jù)偏少的狀況,可選擇SRM模型,進行整個流域積雪融水徑流量的模擬估算。本研究所應(yīng)用SRM軟件版本是WinSRM Version 1.11。

2.2.1不同高度帶的積雪面積衰減曲線 遙感數(shù)據(jù)提取的積雪面積是SRM模型非常重要的輸入變量。很多國內(nèi)外研究[28-31]表明,采用MODIS數(shù)據(jù)到SRM模型,具有非常好的模擬效果。筆者選擇8 d合成的MODIS積雪數(shù)據(jù)MOD10A2作為主要輸入數(shù)據(jù)源。MOD10A2 8 d合成數(shù)據(jù)的空間分辨率500m,積雪識別率高達87.5%,便于使用該數(shù)據(jù)對積雪消融變化進行空間提取和分析[32]。采用納木錯流域2004—2013年共10年的MODIS積雪覆蓋資料(460張柵格圖),通過統(tǒng)計MOD10A2影像,在納木錯流域融雪季節(jié)的積雪覆蓋變化,確定流域的積雪覆蓋率衰減曲線。將流域根據(jù)海拔高度劃分為5個高程帶,分別是A(4 718~4 730 m),B(4 730~5 000m),C(5 000~5 300m),D(5 300~5 600m)和E(5 600~6 612 m)高程帶。各個高程帶的積雪覆蓋率曲線如下圖1所示。

圖1 納木錯流域融雪期積雪覆蓋衰減曲線Fig.1 Depletion curves of the snow coverage in different zones of the Nam Co basin

由圖1可見,納木錯流域海拔越高,積雪覆蓋比率越大,但隨著時間推移,各高程帶積雪逐漸消融。其中,消融量最大的時間段是5月中旬。另外,海拔4 718~4 730m的A高程帶主要為納木錯湖泊,不存在長期積雪,因此,未進行統(tǒng)計和顯示。

2.2.2氣溫和降水 溫度在融雪徑流過程中起著十分重要的作用,通過氣溫直減率,將實測數(shù)據(jù)推算到各高程帶的平均高度處。根據(jù)謝健等[33]在念青唐古拉山脈的研究成果,確定納木錯流域氣溫直減率取值為0.65℃/hm。設(shè)置氣溫臨界值為2℃,通過降雨貢獻面積的控制選項,確定降水形態(tài)在徑流估算中的影響作用。

2.2.3度日因子計算 度日因子被認為是SRM模型中最為敏感的參數(shù)之一。據(jù)萬欣等[34]的研究,納木錯流域積雪密度為0.15~0.20 g/cm3,度日因子按照公式4計算獲取;另外,通過納木錯流域物質(zhì)平衡花桿實測結(jié)果,該區(qū)域度日因子值設(shè)置為5.3 mm/(d·℃)。

式中:a為度日因子值,cm/(d·℃);ρs為積雪密度, g/cm3;ρw為水的密度,g/cm3。

2.2.4徑流系數(shù) 徑流系數(shù)α是一定匯水面積內(nèi),徑流深度與降水量的比值(0<α<1)。根據(jù)孜來布·阿不來提[35]的研究,冰川融水徑流系數(shù)值要明顯高于降水,普遍可達0.6~0.8,結(jié)合曲嘎切流域水文觀測資料,確定了納木錯流域融水徑流系數(shù)取值為0.7。

2.2.5退水系數(shù) 退水系數(shù)一般是用無降水或融雪時期,后一天徑流量與前一天的比值,能夠反映每日融水直接補給到徑流量中的貢獻比例。

式中:k為退水系數(shù);Q為日均流量,m3/s;x和y為根據(jù)Qn和Qn+1的雙對數(shù)散點圖確定的2個常數(shù)。

表1列舉中國寒區(qū)流域SRM積雪融水徑流模擬過程中的退水系數(shù),參照該系數(shù)的取值范圍,本研究選取了寒區(qū)多個流域的融水徑流退水系數(shù),通過計算其算術(shù)平均值,最終確定了納木錯流域的退水系數(shù)方程中的2個常數(shù)x=1.05,y=-0.05。

3 結(jié)果與討論

3.1納木錯流域冰川融水徑流量估算

采用ArcGIS 10.0統(tǒng)計2次冰川編目數(shù)據(jù),納木錯流域冰川總面積由195.89 km2縮減為182.45 km2,退縮速率達到1.12 km2/a,代入式(1)可得冰川總體積由53.99 km3變?yōu)?9.03 km3,再代入式(2),估算冰川年均消融量達到0.41 km3,即4.10億m3/a,再除以冰川區(qū)分布面積,則換算成冰川消融年均水當(dāng)量49.15mm/a。通過查閱文獻,獲得納木錯流域扎當(dāng)冰川(5 400 m)區(qū)域的降水量和冰川表面蒸發(fā)量,并用來代表整個流域冰川區(qū)水量平衡方程中降水量和蒸發(fā)量的參數(shù)取值,結(jié)合冰川消融量代入式(3),得到流域冰川區(qū)地表總徑流深為355.35mm(表2)。朱立平等[26]的研究結(jié)果是,納木錯流域1971—1991年和1992—2004年,冰川融水補給比例分別是8.55%和11.48%,流域冰川融水補給比例平均為10.02%,據(jù)此,推算納木錯流域冰川年均徑流深是35.61mm,換算成融水徑流量是2.99億m3/a。

表1 SRM積雪融水徑流模擬退水系數(shù)Tab.1 Simulated recession coefficients of SRM in different basins

表2 納木錯流域冰川區(qū)水量平衡方程參數(shù)Tab.2 Water balance factors in the glacier area of Nam Co basin

針對納木錯流域冰川消融的研究大都借助于多時相遙感影像資料,通過統(tǒng)計冰川規(guī)模參數(shù)的變化來反映氣候變化的影響,研究內(nèi)容主要包括冰川自動提取方法、冰川變化特性、冰川消融對氣候變化響應(yīng)規(guī)律、冰川融水量與湖泊水量的平衡關(guān)系等4個方面[39-41]。在全球氣候變暖背景下,納木錯流域冰川退縮加劇,并對該區(qū)域的整個環(huán)境產(chǎn)生較大影響;但由于缺乏足夠的站點數(shù)據(jù),這些研究只關(guān)注了納木錯流域冰川消融量,針對冰川融水徑流量的研究較少,僅在流域中的扎當(dāng)冰川(<2 km2)進行了長期、系統(tǒng)的觀測和模擬,包括冰川物質(zhì)能量平衡的消融規(guī)律監(jiān)測[42],夏季冰川融水徑流規(guī)律模擬[43-44]等。筆者充分利用2次冰川編目數(shù)據(jù),通過建立水量平衡的方法,估算納木錯流域的冰川融水量,為青藏高原稀缺資料地區(qū)冰川消融研究,提供一種簡單方法。通過對比納木錯流域的冰川退縮率和年均融水徑流量,可以推算出在現(xiàn)有氣候環(huán)境等條件不變的情況下,納木錯流域冰川將在200年內(nèi)消融殆盡。

3.2納木錯流域積雪融水量估算

通過輸入SRM積雪消融模擬軟件各參數(shù)(圖2),對納木錯流域積雪融水徑流量進行估算。SRM積雪消融模型的模擬結(jié)果顯示,納木錯流域年均融雪徑流量模擬預(yù)測值達到80.95萬m3。每年春末夏初(5月份),季節(jié)性積雪提供數(shù)量可觀的融水, 7—8月份盡管整個流域融水徑流量最大,但主要是由冰川消融補給為主,此時積雪融水量相對較少。對比流域內(nèi)冰川年均融水徑流量2.99億m3/a,是季節(jié)性積雪年均融水徑流量的38倍。

圖2 SRM模擬軟件參數(shù)設(shè)置Fig.2 Parameters of SRM

國內(nèi)外學(xué)者針對納木錯流域積雪消融的研究,目前主要集中于季節(jié)性積雪分布變化[45-46]和消融特性[47],較少涉及到積雪融水量的估算。筆者借助于MODIS遙感影像資料和氣象水文數(shù)據(jù),結(jié)合高寒區(qū)其他流域SRM模型應(yīng)用參數(shù),從而實現(xiàn)了青藏高原大尺度的積雪融水徑流量估算;但由于納木錯流域范圍較大,缺少水文徑流數(shù)據(jù),目前,只進行流域季節(jié)性積雪融水徑流量的模擬預(yù)測,并未與整個流域積雪融水徑流的實測數(shù)據(jù)進行對比驗證。

3.3納木錯湖泊擴張與流域冰雪融水量關(guān)系

基于不同時期衛(wèi)星遙感影像,對比納木錯流域湖泊和冰川面積的動態(tài)變化,進一步討論氣候變化背景下,冰雪融水量對地表水資源變化的影響。查閱資料,獲取納木錯流域近半個世紀湖泊面積變化情況(表3)。

近半個世紀納木錯流域湖泊面積持續(xù)增加,尤其近幾年,湖泊擴增率明顯加快。一些研究認為,冰川消融加劇、高山凍土退化及降水量增加,均可引起納木錯湖泊的擴張[50]。納木錯是典型的內(nèi)陸封閉湖泊,Zhou Shiqiao等[51]采用水量平衡方法,將納木錯流域劃分為冰川區(qū)和非冰川區(qū),2008年基于2個區(qū)域不同的徑流系數(shù),對湖泊水量進行估算,結(jié)果表明:降水和冰川融水分別占到入湖總水量的23%~28%和7%~22%。吳艷紅等[48]估算納木錯湖泊總儲水量為816.85億m3,2007年單純季節(jié)性積雪消融量與湖泊總水量大概相差4個數(shù)量級;再根據(jù)研究,納木錯湖泊水量從1971—2004年,湖泊面積擴增95.38 km2,而湖泊水量增加80.54億m3。比較同時段流域內(nèi)的冰川變化,冰川面積減少30.72 km2,固態(tài)水儲量減少111.73億m3。

圖3 納木錯流域氣溫插值(克里金法)Fig.3 Air temperature interpolation in Nam Co basin (Kriging)

氣溫、降水和蒸發(fā)的變化,對湖泊的補給和消耗產(chǎn)生重要影響。其中,氣溫升高引起的冰川加速融化,是其中最為活躍的因子,而降雨和蒸發(fā)變化,則可以直接影響水量平衡的變化。納木錯流域東南側(cè)念青唐古拉山冰川以小型冰川為主,對氣候變化的響應(yīng)更為敏感[52]。通過搜集流域臨近6個國家級氣象站點(班戈、當(dāng)雄、拉薩、那曲、申扎和日喀則)多年氣象數(shù)據(jù),在ArcGIS軟件中進行插值處理,獲得納木錯流域年均溫數(shù)據(jù)(圖3)。從1970年開始,納木錯流域氣溫增幅達到0.04℃/a,尤其近年來,增溫幅度更為明顯。而與之對應(yīng)的則是流域冰川退縮加劇(冰川退縮率1.12 km2/a),冰川融水徑流量將近3億m3/a,湖泊水量劇增(湖泊面積擴增率2.1 km2/a),湖泊水量多年平均增加水量2.37億m3/a,由此粗略推算,納木錯湖泊增加水量約為流域內(nèi)冰川融水量的80%,并遠高于季節(jié)性積雪融水的補給量。高壇光等[53]采用氣溫-輻射融冰法和ANDERSIN與BRAUN融雪模擬方法,發(fā)現(xiàn)曲嘎切流域冰川消融補給占到整個流域的一半以上,隨著流域降水的增加,冰川消融量雖在逐年增加,但在總徑流的比例卻逐漸減少。張國帥等[54]通過徑流分割法,對曲嘎切流域內(nèi)冰川區(qū)和非冰川區(qū)產(chǎn)流進行分割,結(jié)果表明,冰川融水對流域徑流的補給占到總徑流量的60%~80%;因此,冰川融水在納木錯流域冰川分布區(qū)域占據(jù)著主要的徑流補給來源。GaoTanguang等[55]在J2000模型基礎(chǔ)上,設(shè)計納木錯湖泊水位模擬的J2000水量平衡模型,情景模擬結(jié)果顯示,納木錯湖泊水位上升是氣溫和降水雙重作用影響的結(jié)果。由此可以推斷,忽略降雨變化和積雪、凍土消融的補給,該區(qū)域冰川加劇消融所產(chǎn)生的大量融水徑流,是構(gòu)成納木錯湖泊擴張的重要原因之一;然而,在大尺度稀缺資料的高寒地區(qū),仍需要結(jié)合遙感影像資料,加大觀測工作,并進一步深入探討氣候變暖背景下,冰川和湖泊的響應(yīng)關(guān)系。

4 結(jié)論

納木錯流域冰川融水量采用冰川體積-徑流量經(jīng)驗公式進行估算,流域年均冰川融水徑流量是2.99億m3/a;積雪融水量采用SRM模型進行估算,流域年均積雪融水徑流量是810萬m3/a,冰川融水量約是積雪融水量的38倍。本研究實現(xiàn)了稀缺資料的高寒地區(qū)冰川積雪融水量估算,并通過對比納木錯流域氣溫變化、冰川退縮和湖泊擴張之間的關(guān)系,可以初步推測隨著氣候變暖,納木錯流域東南側(cè)念青唐古拉山大規(guī)模冰川的急劇消融,是造成納木錯湖泊擴張的重要原因之一。

[1] Swift D A,Nienow PW,Hoey T B.Basal sediment evacuation by subglacial meltwater:suspended sediment transport from Haut Glacierd’Arolla,Switzerland[J]. Earth Surface Processes and Landforms,2005,30(7): 867.

[2] 姚檀棟,秦大河,沈永平,等.青藏高原冰凍圈變化及其對區(qū)域水循環(huán)和生態(tài)條件的影響[J].自然雜志, 2013,35(3):179. Yao Tandong,Qin Dahe,Shen Yongping,et al.Cryospheric changes and their impacts on regionalwater cycle and ecological conditions in the Qinghai-Tibetan Plateau [J].Chinese Journal of Nature,2013,35(3):179.(in Chinese)

[3] 孫燕華,黃曉東,王瑋,等.2003—2010年青藏高原積雪及雪水當(dāng)量的時空變化[J].冰川凍土,2014,36 (6):1337. Sun Yanhua,Huang Xiaodong,WangWei,etal.Spatiotemporal changes of snow cover and snow water equivalent in the Tibetan Plateau during 2003—2010[J].Journal of Glaciology and Geocryology,2014,36(6):1337.(in Chinese)

[4] 李治國.近50 a氣候變化背景下青藏高原冰川和湖泊變化[J].自然資源學(xué)報,2012,27(8):1431. Li Zhiguo.Glaciers and lakes changes on the Qinghai-Tibet Plateau under climate change in the past 50 years [J].Journal of Natural Resources,2012,27(8):1431. (in Chinese)

[5] 段水強,曹廣超,劉敩,等.青海羌塘盆地近期湖泊擴張?zhí)卣骷俺梢騕J].冰川凍土,2013,35(5):1237. Duan Shuiqiang,Cao Guangchao,Liu Tao,et al.The recent expansion features and cause of formation of the lakes in QinghaiQiangtang Basin[J].Journalof Glaciology and Geocryology,2013,35(3):1237.(in Chinese)

[6] 辛?xí)远?姚檀棟,葉慶華,等.1980—2005年藏東南然烏湖流域冰川湖泊變化研究[J].冰川凍土,2009,31 (1):19. Xin Xiaodong,Yao Tandong,Ye Qinghua,et al.Study of the fluctuations of glaciers and lakes around the Ranwu Lake of southest Tibetan Plateau using remote sensing [J].Journal of Glaciology and Geocryology,2009,31 (1):19.(in Chinese)

[7] 包為民,瞿思敏.冰川消融耦合模型研究[J].水科學(xué)進展,2001,12(3):318. Bao Weimin,Qu Simin.Study on glaciology simulation model[J].Advances in Water Science,2001,12(3): 318.(in Chinese)

[8] 李弘毅,王建.積雪水文模擬中的關(guān)鍵問題及其研究進展[J].冰川凍土,2013,35(2):430. Li Hongyi,Wang Jian.Key research topics and their advances on modeling snow hydrological processes[J]. Journal of Glaciology and Geocryology,2013,35(2): 430.(in Chinese)

[9] 孫穎娜,付強,姜寧,等.寒區(qū)凍土水文模擬模型研究若干進展[J].水文,2008,28(4):1. Sun Yingna,Fu Qiang,Jiang Ning,et al.Research on hydrological frozen soil simulation model for cold area [J].Journal of China Hydrology,2008,28(4):1.(in Chinese)

[10] Hock R.A distribute temperature-index ice and snowmeltmodel including potential direct solar radiation [J].Journal of Hydrology,1999,45(149):101.

[11] Hock R.Temperature index meltmodeling in mountain areas[J].Journal of Hydrology,2003,282(1/4): 104.

[12] 張勇,劉時銀.度日模型在冰川與積雪研究中的應(yīng)用進展[J].冰川凍土,2006,28(1):101. Zhang Yong,Liu Shiyin.Progress of the application of degree daymodel to study glaciers and snow cover[J]. Journal of Glaciology and Geocryology,2006,28(1): 101.(in Chinese)

[13] Oerlemans J.Climate sensitivity of glaciers in southern Norway:application of an energy-balance model to Nigardsbreen,Hellstugubreen and Alfotbreen[J].Journal of Glaciology,1992,38(129):223.

[14] 張寅生,姚檀棟,蒲健辰.我國大陸性山地冰川對氣候變化的響應(yīng)[J].冰川凍土,1998,20(1):3. Zhang Yinsheng,Yao Tandong,Pu Jianchen.The Response of continental-type glaciers to climate change in China[J].Journal of Glaciology and Geocryology, 1998,20(1):3.(in Chinese)

[15] 張勇,劉時銀,丁永建.中國西部冰川度日因子的空間變化特征[J].地理學(xué)報,2006,61(1):89. Zhang Yong,Liu Shiyin,Ding Yongjian.Spatial variation of degree-day factors on the observed glaciers in western China[J].Acta Geographica Sinica,2006,61 (1):89.(in Chinese)

[16] 崔玉環(huán),葉柏生,王杰,等.烏魯木齊河源1號冰川度日因子時空變化特征[J].冰川凍土,2010,32(2): 265. Cui Yuhuan,Ye Bosheng,Wang Jie,etal.Analysis of the spatial-temporal variations of the positive degree day factors on the Glacier No.1 at the head waters of the Urumqi River[J].Journal of Glaciology and Geocryology,2010,32(2):265.(in Chinese)

[17] Flowers G E,Clarke G K C.A multicomponent couple model of glacier hydrology,1,theory and synthetic examples[J].Journal of Geophysical Research,2002, 107(B11):2287

[18] Konya K,Matsumoto T,Naruse R.Surface heat balance and spatially distributed ablationmodeling at Koryto Glacier,Kamchatka Peninsula,Russia[J]. Geografiska Annaler,Series A:Physical Geography, 2004,86(4):337.

[19] 曹梅盛,李新,陳賢章,等.冰凍圈遙感[M].北京:科學(xué)出版社,2006:119-123. Cao Meisheng,Li Xin,Chen Xianzhang,et al.Remote sensing of cryosphere[M].Beijing:Science Press, 2006:119-123.(in Chinese)

[20] 陳仁升,康爾泗,丁永建.中國高寒區(qū)水文學(xué)中的一些認識和參數(shù)[J].水科學(xué)進展,2014,25(3):307. Chen Rensheng,Kang Ersi,Ding Yongjian.Some knowledge on and parameters of China’s alpine hydrology[J].Advances in Water Science,2014,25(3): 307.(in Chinese)

[21] 馮童,劉時銀,徐君利,等.1968—2009年葉爾羌河流域冰川變化:基于第一、二次中國冰川編目數(shù)據(jù)[J].冰川凍土,2015,37(1):1. Feng Tong,Liu Shiyin,Xu Junli,et al.Glacier change of the Yarkant River basin from 1968 to 2009 derived from the First and Second Glacier Inventories of China [J].Journal of Glaciology and Geocryology,2015,37 (1):1.(in Chinese)

[22] 孫美平,劉時銀,姚曉軍,等.近50年來祁連山冰川變化:基于中國第一、二次冰川編目數(shù)據(jù)[J].地理學(xué)報,2015,70(9):1402. Sun Meiping,Liu Shiyin,Yao Xiaojun,et al.Glacier changes in the Qilian Mountains in the pasthalf century: based on the revised First and Second Chinese Glacier Inventory[J].Acta Geographica Sinica,2015,70 (9):1402.(in Chinese)

[23] Martinec J,Rango A,Roberts R.Snowmelt Runoff Model(SRM)user’s manual.Updated Edition 2005, WinSRM 1.10[R].USDA Jornada Experimental Range,New Mexico State University,Las Cruecs, USA.http:∥hydrolab.arsusda.gov/cgi-bin/srmhome.

[24] 施雅風(fēng).簡明中國冰川目錄[M].上海:上??茖W(xué)普及出版社,2005:170-180. Shi Yafeng.Concise glacier inventory of China[M]. Shanghai:Shanghai Popular Science Press,2005:170-180.(in Chinese)

[25] 劉時銀,姚曉軍,郭萬欽,等.基于第二次冰川編目的中國冰川現(xiàn)狀[J].地理學(xué)報,2015,70(1):3. Liu Shiyin,Yao Xiaojun,GuoWanqin,et al.The contemporary glaciers in China based on the Second Chinese Glacier Inventory[J].Acta Geographica Sinica,2015, 70(1):3.(in Chinese)

[26] 朱立平,謝曼平,吳艷紅.西藏納木錯1971—2004年湖泊面積變化及其原因的定量分析[J].科學(xué)通報, 2010,55(18):1789. Zhu Liping,Xie Manping,Wu Yanhong.Quantitative analysis of lake area variations and the influence from 1971 to2004 in the Nam Co Basin of the Tibetan Plateau [J].Chinese Science Bulletin,2010,55(18):1789. (in Chinese)

[27] 穆振俠.高寒山區(qū)降水垂直分布規(guī)律及融雪徑流模擬研究[D].烏魯木齊:新疆農(nóng)業(yè)大學(xué),2010:172-198. Mu Zhenxia.Research on vertical distribution law of precipitation and snowmelt runoff simulation in high cold alpine areas[D].Urimqi:Xinjiang Agricultural University,2010:172-198.(in Chinese)

[28] 馬虹,程國棟.SRM融雪徑流模型在西天山鞏乃斯河流域的應(yīng)用實驗[J].科學(xué)通報,2003,48(19):2088. Ma Hong,Cheng Guodong.Snowmelt runoffmodel applied in the Gongnaisi River[J].Chinese Science Bulletin,2003,48(19):2088.(in Chinese)

[29] 劉俊峰,楊建平,陳仁升,等.SRM融雪徑流模型在長江源區(qū)冬克瑪?shù)缀恿饔虻膽?yīng)用[J].地理學(xué)報,2006, 61(11):1149. Liu Junfeng,Yang Jianping,Chen Rensheng,et al. The simulation of snowmelt runoffmodel in the Dongkemadi River Basin,headwater of the Yangtze River[J]. Acta Geographic Sinica,2006,61(11):1149.(in Chinese)

[30] 李弘毅,王建.SRM融雪徑流模型在黑河流域上游的模擬研究[J].冰川凍土,2008,30(5):769.Li Hongyi,Wang Jian.The snowmelt runoffmodel applied in the upper Heihe River Basin[J].Journal of Glaciology and Geocryology,2008,30(5):769.(in Chinese)

[31] Zhang Guoqing,Xie Hongjie,Yao Tandong,et al. Quantitative water resources assessment of Qinghai Lake basin using Snowmelt Runoff Model(SRM)[J].2014, 519(A):976.

[32] 黃曉東,張學(xué)通,李霞,等.北疆牧區(qū)MODIS積雪產(chǎn)品MOD10A1和MOD10A2的精度分析與評價[J].冰川凍土,2007,29(5):722. Huang Xiaodong,Zhang Xuetong,Li Xia,et al.Accuracy analysis for MODIS snow products of MOD10A1 and MOD10A2 in northern Xinjiang Area[J].Journal of Glaciology and Geocryology,2007,29(5):722.(in Chinese)

[33] 謝健,劉景時,杜明遠,等.念青唐古拉山西段高海拔陸-氣系統(tǒng)水熱特征[J].地理科學(xué)進展,2010,29 (2):151. Xie Jian,Liu Jingshi,Du Mingyuan,et al.Hydrothermal characteristics of the land-atmospheric system in an alpine area of west Nyainqentanglha Mountains[J]. Progress in Geography,2010,29(2):151.(in Chinese)

[34] 萬欣,康世昌,李延峰,等.2007—2011年西藏納木錯流域積雪時空變化及其影響因素分析[J].冰川凍土,2013,35(6):1400. Wan Xin,Kang Shichang,Li Yanfeng,et al.Temporal and spatial variations of snow cover and its effect factors in the Nam Co basin,Tibetan Plateau,2007—2011 [J].Journal of Glaciology and Geocryology,2013,35 (6):1400.(in Chinese)

[35] 孜來布·阿不來提.基于GIS與RS的融雪徑流模型在烏魯木齊河的應(yīng)用[D].烏魯木齊:新疆農(nóng)業(yè)大學(xué), 2012:22-29 Zilaibu Abulaiti.Snowmelt runoff model based on GIS and RS in the Urumqi River[D].Urimqi:Xinjiang Agricultural University,2012:22-29.(in Chinese)

[36] 劉文,李智錄,李抗彬.SRM融雪徑流模型在塔什庫爾干河流域的應(yīng)用研究[J].水利技術(shù)監(jiān)督,2007,15 (3):43. Liu Wen,Li Zhilu,Li Kangbin.Snowmelt runoffmodel applied in the Taxkorgan River[J].Technical Supervision in Water Resources,2007,15(3):43.(in Chinese)

[37] 懷抱娟,李忠勤,孫美平,等.SRM融雪徑流模型在烏魯木齊河源區(qū)的應(yīng)用研究[J].干旱區(qū)地理,2013, 36(1):41. Huai Baojuan,Li Zhongqin,Sun Meiping,et al. Snowmelt runoffmodel applied in the headwaters region of Urumqi River[J].Arid Land Geography,2013,36 (1):41.(in Chinese)

[38] 康世昌,楊永平,朱立平,等.青藏高原納木錯流域現(xiàn)代環(huán)境過程及其變化[M].北京:氣象出版社,2011: 185-196. Kang Shichang,Yang Yongping,Zhu Liping,et al. Modern environmental processes and changes in the Nam Co Basin,Tibetan Plateau[M].Beijing:China Meteorological Press,2011:185-196.(in Chinese)

[39] 陳鋒,康世昌,張擁軍,等.納木錯流域冰川和湖泊變化對氣候變化的響應(yīng)[J].山地學(xué)報,2009,27(6): 641. Chen Feng,Kang Shichang,Zhang Yongjun,et al. Glaciers and lake change in response to climate change in the Nam Co basin,Tibet[J].Journal of Mountain Science,2009,27(6):641.(in Chinese)

[40] Bolch T,Yao Tandong,Kang Shichang,etal.A glacier inventory for the western Nyainqentanglha Range and the Nam Co Basin,Tibet,and glacier changes 1976—2009 [J].The Cryosphere,2010,4(3):419.

[41] Wang Xu,Florian S,Zhou Aiguo,et al.Glacier and glacial lake changes and their relationship in the context of climate change,Central Tibetan Plateau 1972—2010 [J].Global and Planetary Change,2013,111(12): 246.

[42] 周廣鵬,姚檀棟,康世昌,等.青藏高原中部扎當(dāng)冰川物質(zhì)平衡研究[J].冰川凍土,2007,29(3):360. Zhou Guangpeng,Yao Tandong,Kang Shichang,et al. Mass balance of the Zhadang Glacier in the central Tibetan Plateau[J].Journal of Glaciology and Geocryology,2007,29(3):360.(in Chinese)

[43] Yu Wusheng,Yao Tandong,Kang Shichang,et al.Different region climate regimes and topography affect the changes in area and mass balance of glaciers on the north and south slopes of the same glacierized massif (the West Nyainqentanglha Range,Tibetan Plateau) [J].Journal of Hydrology,2013,495(2):64.

[44] 高壇光,康世昌,周石硚,等.納木錯曲嘎切流域夏季冰川水文特征初步研究[J].冰川凍土,2009,31 (4):725. Gao Tanguang,Kang Shichang,Zhou Shiqiao,et al.A study of the summer hydrological features of glaciers in the Qugaqie River,Nam Co Basin[J].Journal of Glaciology and Geocryology,2009,31(4):725.(in Chinese)

[45] Kropacek J,Chen Feng,Markus Alle,et al.Temporaland spatial aspects of snow distribution in the Nam Co Basin on the Tibetan Plateau from MODIS data[J].Remote Sensing,2010,2(12):2700.

[46] Zhang Bing,Wu Yanhong,Lei Liping,et al.Monitoring changes of snow cover,lake and vegetation phenology in Nam Co Lake Basin(Tibetan Plateau)using remote SENSING(2000—2009)[J].Journal of Great Lakes Research,2013,39(2):224.

[47] 陳飛,蔡強國,孫莉英,等.納木錯流域冰雪消融特性研究及融水量估算[J].山地學(xué)報,2015,33(4): 465. Chen Fei,Cai Qiangguo,Sun Liying,et al.Melting characteristics and ablation calculation in Nam Co basin [J].Mountain Research,2015,33(4):465.(in Chinese)

[48] Wu Yanhong,Zhu Liping.The response of lake-glacier area change to climate variations in Nam Co Basin,central Tibetan Plateau,during the last three decades[J]. Journal of Geographical Sciences,2008,18(2):177.

[49] 馬穎釗,易朝路,吳家章,等.1970—2009年納木錯湖泊面積擴張的遙感衛(wèi)星觀測證據(jù)及原因之商榷[J].冰川凍土,2012,34(1):81. Ma Yingzhao,Yi Chaolu,Wu Jiazhang,et al.Lake surface expansion of Nam Co during 1970—2009:evidence of satellite remote sensing and cause analysis [J].Journal of Glaciology and Geocryology,2012,34 (1):81.(in Chinese)

[50] Zhu Liping,Xie Manping,Wu Yanhong.Quantitative analysis of lake area variations and the influence factors from 1971 to 2004 in the Nam Co Basin of the Tibetan Plateau[J].Chinese Science Bulletin,2010,55(13): 1294.

[51] Zhou Shiqiao,Kang Shichang,Chen Feng,etal.Water balance observations reveal significant subsurface water seepage from Lake Nam Co,south-central Tibetan Plateau.Journal of Hydrology,2013,491(1):89.

[52] Wang Xin,Xie Zichu,LiQiaoyuan,etal.Sensitivity analysis of glacier systems to climate warming in China [J].Journal of Geographical Sciences,2008,18(2): 190.

[53] 高壇光.青藏高原納木錯流域水文過程觀測與模擬研究[D].北京:中國科學(xué)院研究生院,2011:18-36. Gao Tanguang.Analysis and simulation of the hydrological processes in the Nam Co Basin,Tibetan Plateau [D].Beijing:Chinese Academy of Sciences,2011:18-36.(in Chinese)

[54] 張國帥.青藏高原納木錯流域扎當(dāng)冰川能量物質(zhì)平衡和冰川徑流過程研究[D].北京:中國科學(xué)院研究生院,2013:69-84. Zhang Guoshuai.A study of Zhadang glacier energy and mass balance and its hydrological processes in Nam Co basin,central Tibetan Plateau[D].Beijing:Chinese Academy of Sciences,2013:69-84.(in Chinese)

[55] Gao Tanguang,Kang Shichang,Krause P,etal.A test of J2000 model in a glacierized catchment in the central Tibetan Plateau[J].Environmental Earth Sciences, 2012,65(6):1651.

Estimation ofmeltwater runoff from glaciers and snow cover in Nam Co basin,Tibetan Plateau

Chen Fei1,2,Cai Qiangguo2,Sun Liying2

(1.College ofWater Resources and Civil Engineering,China Agricultural University,100083,Beijing,China;2.Key Laboratory ofWater Cycle and Related Land Surface Processes,Institute of Geographical Sciences and Natural Resources Research,Chinese Academy of Sciences,100101,Beijing,China)

[Background]Glacier and snowcover are the key parts of solid water resources in high alpine region,quantitative calculation of meltwater is of significance.Based on the data from the First and Second Glacier Inventory of China,the glacier area in Nam Co basin has shrunk 13.44 km2at a rate of 1.12 km2/a in ten years.From the MODIS data(MOD10A2),the seasonal snow produced a large number ofmeltwater into Nam Co Lake.In the past forty years,the temperature increased at0.04℃/a, the solid water resources(glacier)reduced by 111.73×108m3,and the lake area increased nearly 100 km2at rate of 2.1 km2/a.However,the correlation between temperature rising,glaciermelting and lakeexpansion is not yet clear in Nam Co basin of the Tibetan Plateau,thus itwas selected as the study area, where is covered with glaciers(141.88 km2)and snow(20%),aiming to better understand the hydrological processes in the high alpine region under the background of global warming.[M ethods] The empirical equation was presented to quantify themeltwater amount from glacier on the basis ofwater balance theory.Empirical values were set for the variations in the equation,including the precipitation (406.70mm),the evaporation(100.50mm).The glacier ablation was calculated on the basis of the glacier volume variation.The Snowmelt Runoff Model(SRM)was used to calculate the runoff amount from snow melting in the Nam Co basin,using theWinSRM Version 1.11 software.The feasibility of the SRM was discussed and analyzed.The parameters of the SRM,including the degree day factor,runoff coefficient,lapse rate of temperature,recession coefficients and air temperature,were tested in Nam Co basin using the hydrological data,meteorological data and MODIS remote sensing data(MOD10A2). [Results]The results showed that the empirical equation and the SRM model could be used for the calculation of the meltwater runoff amount from glacier and seasonal snow in Nam Co basin.The calculated annual glaciermeltwater runoff was 49.15 mm/a(2.99×108m3/a),and the annual snow meltwater runoff was 8.10×106m3/a.The glacier meltwater runoff was almost 38 times that of the seasonal snow.Thismeant the glaciermeltwater was dominantwater resources in the Nam Co basin.The lake area was enlarged with the glacier shrinking when temperature increased.The increased water amountwith the lake expansion was nearly 80%of the calculated runoff amount from glaciermelting,far more than the calculated meltwater runoff from the seasonal snow.[Conclusions]It is deduced that the dramatic glaciermelting in the Nyainqentanglha Mountains at the southeast side of Nam Co basinmay be themost important drive factor for the lake expansion in the study area.However,more measurement should be conducted in the high alpine region to improve the accuracy of the calculated results by SRM. Moreover,the correlation between the glacier shrink and the lake expansion should be further investigated.

glacier;snow;Glacier Inventory of China;SRM;meltwater runoff

P343

A

1672-3007(2016)02-0127-10

10.16843/j.sswc.2016.02.017

2015-11-20

2016-01-24

項目名稱:國家自然科學(xué)基金重點項目“高海拔寒區(qū)融水土壤侵蝕機理與過程模擬研究”(41230746);國家自然科學(xué)基金“不同質(zhì)地黃土坡面水蝕動力-輸沙過程耦合關(guān)系對侵蝕形態(tài)演化的響應(yīng)機制”(41471229),“坡面水蝕動力與細溝發(fā)育形態(tài)的相互作用機制及其影響因素分析”(41271304)

陳飛(1986—),男,博士研究生。主要研究方向:流域融水侵蝕機理與模擬。E-mail:fei-27@163.com

簡介:孫莉英(1978—),女,博士,副研究員。主要研究方向:水沙環(huán)境風(fēng)險與控制等。E-mail:sunliying@igsnrr. accn

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