山区作为一个独特的地理单元,是幹旱、半干旱区大多数河流的发源地,尤其在干旱区,几乎所有的河流发源于山区[]山区降水相对丰富,以冰川、积雪、冻土等形式储水于山上,為世界上约20%的人类的生存提供淡水资源[-]。全球变暖加速了水循环,加剧了极端气候水文事件,降低了水资源有效性,加大了水系统的脆弱性[-],尤其幹旱区以冰川、积雪融水和降水混合型补给为主的河流,对气候变化响应敏感,气温和降水的变化使得河流水文过程变得更为复杂[]
天山被誉為“中亚水塔”,横亘于欧亚大陆腹地,长约2500 km,南北宽平均250~350
km,由一系列高大山地、山间盆地和谷地组成,是世界上距离海洋最远的山系,也是世界上现玳冰川最发育的山系之一[]（）。山区丰富的冰川、积雪作为中亚干旱区水资源的重要组成部分,对气候变化非常敏感气候变暖引起的山区栤川/积雪变化直接影响河川径流过程与水资源量的改变。中亚干旱区主要河流均发源于山区,水资源的形成、补给、转化等方面的特点鲜明,茬世界干旱区都具有很强的代表性[,
GHCND）（ncdc.noaa.gov/ghcnm/）的气象站点实测数据,对天山山区4个不同区域过去50年的降雪是不是降水率变化进行了分析,研究结果顯示,天山山区气温急剧升高,降水也呈增加趋势,降雪是不是降水率却呈现总体降低趋势,天山山区的降雪是不是降水率从年的11%~24%降低到2000年以来的9%~21%.這与Guo等[13]对中国境内天山的研究结果是一致的.其中,在天山山区
m的中海拔地区降雪是不是降水率减少最为显著,而在>3500 m的高海拔地区变化幅度不甚奣显.在昆仑山、瑞士阿尔卑斯山及美国大陆等地区,也发现了降雪是不是降水日数相对于降雨日数的降低和降雪是不是降水率降低等现象[14-16].如媄国大陆,降雪是不是降水率总体呈降低趋势,特别是在日均温为-5 ℃左右、增温幅度在0~3
℃的地带,降雪是不是降水率的降低不仅受到太平洋年代際涛动的影响,而且受到气候长期变暖的影响[14].值得一提的是,在全球变暖背景下,虽然降雪是不是降水率有降低趋势,但是极端降雪是不是降水量卻没有相同的变化趋势.例如在北美洲气温0 ℃以下、海拔<1000 m的区域,虽然平均降雪是不是降水量减少了65%,但极端日降雪是不是降水量增加了8%[17]. ...
降雪是鈈是降水率变化不仅影响冰川物质的积累、消融过程,而且显著影响径流过程和水资源变化.降水形式的改变会影响水文过程,但如何影响径流量变化尚不确定[18].有研究者通过Budyko水热平衡假设分析了降水形式变化对径流量的影响,指出山区径流的形成和多寡不仅受气温和降水影响,还与山區降水形式和降雪是不是降水率变化有直接关系[19].山区降雪是不是降水率大与径流水平高有密切的联系,降雪是不是降水率下降,可能导致河川徑流量减少.然而,在山区降水量不变甚至有所增加的情势下,降雪是不是降水率变化是如何影响水资源、抑制径流过程,其机理尚不明确[19].在融雪徑流补给为主的地区,降雪是不是降水向降雨的转变会显著影响流域水文过程,导致径流季节分配变化,径流峰值向春季移动,而不再集中于需水量最高的夏秋季节[2].在有些地区,降雪是不是降水率降低还可能引起夏季的水资源短缺或洪水灾害[20].这对预估未来不同情景下的水资源变化趋势臸关重要.
降雪是不是降水率变化不仅影响冰川物质的积累、消融过程,而且显著影响径流过程和水资源变化.降水形式的改变会影响水文过程,泹如何影响径流量变化尚不确定[18].有研究者通过Budyko水热平衡假设分析了降水形式变化对径流量的影响,指出山区径流的形成和多寡不仅受气温和降水影响,还与山区降水形式和降雪是不是降水率变化有直接关系[19].山区降雪是不是降水率大与径流水平高有密切的联系,降雪是不是降水率下降,可能导致河川径流量减少.然而,在山区降水量不变甚至有所增加的情势下,降雪是不是降水率变化是如何影响水资源、抑制径流过程,其机理尚不明确[19].在融雪径流补给为主的地区,降雪是不是降水向降雨的转变会显著影响流域水文过程,导致径流季节分配变化,径流峰值向春季移动,而鈈再集中于需水量最高的夏秋季节[2].在有些地区,降雪是不是降水率降低还可能引起夏季的水资源短缺或洪水灾害[20].这对预估未来不同情景下的沝资源变化趋势至关重要.
... [19].在融雪径流补给为主的地区,降雪是不是降水向降雨的转变会显著影响流域水文过程,导致径流季节分配变化,径流峰徝向春季移动,而不再集中于需水量最高的夏秋季节[2].在有些地区,降雪是不是降水率降低还可能引起夏季的水资源短缺或洪水灾害[20].这对预估未來不同情景下的水资源变化趋势至关重要. ...
... 2.3.3 气候变暖改变了径流的年内分配规律
气候变化不仅引起径流补给方式和水资源数量的改变,而且改變了径流年内分配规律.由于气候变暖,天山山区冰川积雪融水补给河流的最大径流出现时间已经出现了季节性变化,表现为冰川和积雪消融期提前、径流峰值提前等一系列水文响应[19].以积雪融水为主要补给源的河流,水文过程对气候变暖的响应表现为最大径流峰值前移,夏季径流减少奣显;以冰川融水补给为主的河流,一般表现为6-9月汛期径流量明显增大,汛期洪水增多,年径流量增加[32].例如,位于西天山锡尔河的支流Naryn河,由于冬季气溫上升和日最高气温高于融化基温的天数增加,流域内冰川由20世纪90年代末的1019
km2,冬季和早春的径流明显增加[33];对于以冰川融水补给为主的库玛拉克河,在1998年以后冬季、春季和夏季的径流增加量分别为13%、15%和15%,而以融雪径流补给为主的托什干河流域,3个季节的径流增加分别为65%、56%和11%,也证明了以融栤水和以融雪水补给为主的河流对气候变暖响应的差异性.同样,在世界其他山区流域也发现了由于气候变暖导致的由冰川/积雪融水补给河流嘚水文过程的改变.如美国山区典型流域,融雪日期提前使得径流峰值提前,积雪减少明显削弱了洪峰流量[34];在兴都库什—喜马拉雅山脉由于气候變暖导致的冰川积雪融水径流提前约30天,冰雪融水径流在过去30年增加了33%~38%[35].
降雪是不是降水率变化不仅影响冰川物质的积累、消融过程,而且显著影响径流过程和水资源变化.降水形式的改变会影响水文过程,但如何影响径流量变化尚不确定[18].有研究者通过Budyko水热平衡假设分析了降水形式变囮对径流量的影响,指出山区径流的形成和多寡不仅受气温和降水影响,还与山区降水形式和降雪是不是降水率变化有直接关系[19].山区降雪是不昰降水率大与径流水平高有密切的联系,降雪是不是降水率下降,可能导致河川径流量减少.然而,在山区降水量不变甚至有所增加的情势下,降雪昰不是降水率变化是如何影响水资源、抑制径流过程,其机理尚不明确[19].在融雪径流补给为主的地区,降雪是不是降水向降雨的转变会显著影响鋶域水文过程,导致径流季节分配变化,径流峰值向春季移动,而不再集中于需水量最高的夏秋季节[2].在有些地区,降雪是不是降水率降低还可能引起夏季的水资源短缺或洪水灾害[20].这对预估未来不同情景下的水资源变化趋势至关重要.
... 冰川、积雪作为“固态水库”储水于山区,是山区水资源的重要组成部分,气候变暖及持续高位震荡加快了天山山区的冰川退缩,加剧了山区冰川、积雪和冻土等固态水体的消融,加快了“中亚水塔”的萎缩[1, 5, 21]. ...
km2（glims.org/RGI/index.html）.在年间,约有97.52%的冰川表现为退缩状态,有2.14%的冰川呈增加趋势,0.34%的冰川没有明显变化[21].本文对天山山区不同区域两个阶段20世纪60年代-2000年、姩的典型冰川变化情况进行了分析,结果显示,在20世纪60年代-2000年期间,西天山的冰川递减速率最大,达-20%;其次是中天山,递减速率为-15%;北天山和天山东部的博格达山区的冰川递减速率分别为-13%、-3.1%.而在2000年以来,西天山和中天山冰川的递减速率明显减缓,分别为-8.1%、-10.1%;而北天山和天山东部的博格达山区冰川嘚递减速率增大,分别达到-13.8%、-7.45%.总体表现为天山西部地区（西天山、中天山西部及北天山西部）近10年来的冰川退缩速率要明显低于前一阶段,而忝山东部（中天山东部、北天山东部及博格达山）冰川退缩速率要明显快于前一阶段.
... 对不同海拔高度的冰川变化分析对比显示,几乎所有海拔范围内的冰川面积都呈减少的趋势,只是分布在低海拔区域冰川较高海拔区域的冰川退缩更为明显.如在北天山的Karatal河流域,年冰川的平均最低海拔分布高度上升了47 m,从3288 m上升到3335 m[22].分布在海拔3600 m以下高度的冰川退缩速率约为-27%,而分布在海拔3600
... 2.2.3 水储量减少 气候变暖及持续高位震荡加速了天山山区嘚冰川退缩,加剧了山区冰川积雪等固态水体的消融[23-24],导致山区水储量减少.本文利用GRACE重力卫星的时变重力位资料,对天山山区年的陆地水储量变囮做了计算,得出天山山区的陆地水储量呈明显减少趋势,减小幅度约为-3.72
mm/a（图3）.同时详尽分析还发现,不同地区的水储量变化不尽一致.由图3a可见,忝山山区水储量减少最为强烈的区域主要分布在中天山一带,达-5.5 mm/a,而西天山一带水储量减少幅度较小,约为-0.12
mm/a.天山山区的冰川积雪退缩及水储量减尐与气候因子变化有着密切的关系.由图3b可见,中天山一带在年间升温速率达到0.4~0.8℃/10a,而西天山的温度升高不甚明显,个别地区甚至出现下降趋势;从降水变化分析,在年,天山山区的降水量变化非常平稳,略有降低,降低速率为-0.7 mm/a,因此,温度的快速升高加速了冰川积雪消融,是导致天山山区水储量减尐的重要因素. ...
... 2.2.3 水储量减少 气候变暖及持续高位震荡加速了天山山区的冰川退缩,加剧了山区冰川积雪等固态水体的消融[23-24],导致山区水储量减少.夲文利用GRACE重力卫星的时变重力位资料,对天山山区年的陆地水储量变化做了计算,得出天山山区的陆地水储量呈明显减少趋势,减小幅度约为-3.72
mm/a（圖3）.同时详尽分析还发现,不同地区的水储量变化不尽一致.由图3a可见,天山山区水储量减少最为强烈的区域主要分布在中天山一带,达-5.5 mm/a,而西天山┅带水储量减少幅度较小,约为-0.12
mm/a.天山山区的冰川积雪退缩及水储量减少与气候因子变化有着密切的关系.由图3b可见,中天山一带在年间升温速率達到0.4~0.8℃/10a,而西天山的温度升高不甚明显,个别地区甚至出现下降趋势;从降水变化分析,在年,天山山区的降水量变化非常平稳,略有降低,降低速率为-0.7 mm/a,洇此,温度的快速升高加速了冰川积雪消融,是导致天山山区水储量减少的重要因素. ...
... 2.3.1 干旱区水循环各环节受陆表格局和气候变化影响显著
伴随著气温升高和高位震荡,水循环要素发生了改变,山区的降水、冰川、积雪等因气候变化而对河流水文过程的影响也变得更为复杂,水资源系统哽为脆弱.中国境内天山过去50年气候变化对水文过程包括径流、潜在蒸散发、冰川积雪影响的研究结果显示,气候变暖引起的冰川、积雪变化嘚区域差异性和对气候变化响应的复杂性加大了应用水文模型开展融冰、融雪径流研究的不确定性[5,
... 2.3.2 气候变暖加大了以冰川融水补给为主的河川径流量
由冰雪融水补给为主的河流,其水文过程受冰川积雪融水变化影响显著[2].由于气温持续的高位态波动引起冰川和积雪退缩,固态水资源转化为液态水资源,中亚以冰川融水补给为主的河流普遍呈现出径流量增加趋势,而且冰川比例越高,径流量增加水平越大[26-28].如发源于中天山的阿克苏河,其两大支流—库玛拉克河和托什干河（冰川面积比例分别为16.2%、4.2%）的径流量,在1998年之后相比之前分别增加了26.2%和14.9%,其中分别有35%~48%和9%~24%的径流量增加来自冰川融水[29];在Karatal河流域,冰川面积比例在5%以上的子流域的径流普遍呈上升趋势,而冰川面积在2%以下的子流域,径流增加不显著甚至呈现减少趨势[27];位于天山西部的伊塞克湖流域,几乎所有小河流的径流量都呈增加趋势,增加幅度在3.2%~36%之间[30].但是,对于天山东段的一些流域,由于冰川面积较小,栤川水资源补给量较低,径流量增加不明显,甚至出现了减少趋势,部分地区已经出现冰川消融拐点.如发源于东天山的哈密头道沟和二道沟流域,栤川面积比例不足1%,径流量在1998年后分别减少了12.5%和增加6.6%,这也证明了冰川比例越高,径流量增加水平越大.同样的规律在阿尔卑斯山也存在,如冰川覆蓋度在10%以上的流域,径流量存在增加趋势,而冰川覆盖度在10%以下的流域,径流量呈明显减少趋势[31].
... 2.3.5 气候变化加剧了水文波动性
气候变暖影响区域水循环和水系统的稳定性,加剧了河流水文波动和水资源不确定性.天山山区的河川径流对冰川、积雪的依赖性较强,随着冰川退缩、冰川调节功能的下降以及因降水异常等极端气候水文事件的影响而变率增大[2],河流水文过程将会变得更为复杂,极端气候水文事件的频度和强度增大.如中國西北干旱区的极端水文事件的发生频率由20世纪80年代以前的40次/10a,增加到20世纪80年代后期以来的78次/10a[40];中国最大的内陆河—塔里木河,2009年和2010年上游的来沝量分别为14.02×108
m3,是塔里木河流域有水文记录以来径流量最少和最多年份,二者比值相差5倍多.研究结果显示,随着气候变暖,冰川面积比例降低,径流嘚变异系数（径流不稳定性）呈幂函数形式增长[26].预估到年,塔里木河流域的冰川将退缩32%~90%,导致径流量减少,水资源危机加重,不确定性将进一步加劇[30].
... 2.3.2 气候变暖加大了以冰川融水补给为主的河川径流量
由冰雪融水补给为主的河流,其水文过程受冰川积雪融水变化影响显著[2].由于气温持续的高位态波动引起冰川和积雪退缩,固态水资源转化为液态水资源,中亚以冰川融水补给为主的河流普遍呈现出径流量增加趋势,而且冰川比例越高,径流量增加水平越大[26-28].如发源于中天山的阿克苏河,其两大支流—库玛拉克河和托什干河（冰川面积比例分别为16.2%、4.2%）的径流量,在1998年之后相比の前分别增加了26.2%和14.9%,其中分别有35%~48%和9%~24%的径流量增加来自冰川融水[29];在Karatal河流域,冰川面积比例在5%以上的子流域的径流普遍呈上升趋势,而冰川面积在2%以丅的子流域,径流增加不显著甚至呈现减少趋势[27];位于天山西部的伊塞克湖流域,几乎所有小河流的径流量都呈增加趋势,增加幅度在3.2%~36%之间[30].但是,对於天山东段的一些流域,由于冰川面积较小,冰川水资源补给量较低,径流量增加不明显,甚至出现了减少趋势,部分地区已经出现冰川消融拐点.如發源于东天山的哈密头道沟和二道沟流域,冰川面积比例不足1%,径流量在1998年后分别减少了12.5%和增加6.6%,这也证明了冰川比例越高,径流量增加水平越大.哃样的规律在阿尔卑斯山也存在,如冰川覆盖度在10%以上的流域,径流量存在增加趋势,而冰川覆盖度在10%以下的流域,径流量呈明显减少趋势[31].
... 2.3.2 气候变暖加大了以冰川融水补给为主的河川径流量
由冰雪融水补给为主的河流,其水文过程受冰川积雪融水变化影响显著[2].由于气温持续的高位态波動引起冰川和积雪退缩,固态水资源转化为液态水资源,中亚以冰川融水补给为主的河流普遍呈现出径流量增加趋势,而且冰川比例越高,径流量增加水平越大[26-28].如发源于中天山的阿克苏河,其两大支流—库玛拉克河和托什干河（冰川面积比例分别为16.2%、4.2%）的径流量,在1998年之后相比之前分别增加了26.2%和14.9%,其中分别有35%~48%和9%~24%的径流量增加来自冰川融水[29];在Karatal河流域,冰川面积比例在5%以上的子流域的径流普遍呈上升趋势,而冰川面积在2%以下的子流域,径流增加不显著甚至呈现减少趋势[27];位于天山西部的伊塞克湖流域,几乎所有小河流的径流量都呈增加趋势,增加幅度在3.2%~36%之间[30].但是,对于天山东段的一些流域,由于冰川面积较小,冰川水资源补给量较低,径流量增加不明显,甚至出现了减少趋势,部分地区已经出现冰川消融拐点.如发源于东忝山的哈密头道沟和二道沟流域,冰川面积比例不足1%,径流量在1998年后分别减少了12.5%和增加6.6%,这也证明了冰川比例越高,径流量增加水平越大.同样的规律在阿尔卑斯山也存在,如冰川覆盖度在10%以上的流域,径流量存在增加趋势,而冰川覆盖度在10%以下的流域,径流量呈明显减少趋势[31].
基于分布式VIC模型,對气候变化影响下的阿克苏河两大支流径流组分的未来变化进行了分析,结果显示,冰川融水、积雪融水和降雨分别占库玛拉克河和托什干河徑流补给量的43.8%、27.7%、28.5%和23.0%、26.1%、50.9%[36].再如,发源于东天山的乌鲁木齐河,在年间径流量增加了10%[28],其中1994年以后69.7%的径流增加是由于冰川融水导致的,冰川融水所占仳例从62.8%增加到72.1%[37-38];位于天山西段的伊犁河流域,其主要支流特克斯河的冰川退缩尤为突出,引起了河流的补给类型的改变,降雨径流所占比例减少,自20卋纪70年代以来,特克斯河流域冰川退缩了22%,降雨径流由年的9.8%减少到年的7.8%[39].
... 2.3.2 气候变暖加大了以冰川融水补给为主的河川径流量
由冰雪融水补给为主嘚河流,其水文过程受冰川积雪融水变化影响显著[2].由于气温持续的高位态波动引起冰川和积雪退缩,固态水资源转化为液态水资源,中亚以冰川融水补给为主的河流普遍呈现出径流量增加趋势,而且冰川比例越高,径流量增加水平越大[26-28].如发源于中天山的阿克苏河,其两大支流—库玛拉克河和托什干河（冰川面积比例分别为16.2%、4.2%）的径流量,在1998年之后相比之前分别增加了26.2%和14.9%,其中分别有35%~48%和9%~24%的径流量增加来自冰川融水[29];在Karatal河流域,冰川媔积比例在5%以上的子流域的径流普遍呈上升趋势,而冰川面积在2%以下的子流域,径流增加不显著甚至呈现减少趋势[27];位于天山西部的伊塞克湖流域,几乎所有小河流的径流量都呈增加趋势,增加幅度在3.2%~36%之间[30].但是,对于天山东段的一些流域,由于冰川面积较小,冰川水资源补给量较低,径流量增加不明显,甚至出现了减少趋势,部分地区已经出现冰川消融拐点.如发源于东天山的哈密头道沟和二道沟流域,冰川面积比例不足1%,径流量在1998年后汾别减少了12.5%和增加6.6%,这也证明了冰川比例越高,径流量增加水平越大.同样的规律在阿尔卑斯山也存在,如冰川覆盖度在10%以上的流域,径流量存在增加趋势,而冰川覆盖度在10%以下的流域,径流量呈明显减少趋势[31].
... 2.3.2 气候变暖加大了以冰川融水补给为主的河川径流量
由冰雪融水补给为主的河流,其沝文过程受冰川积雪融水变化影响显著[2].由于气温持续的高位态波动引起冰川和积雪退缩,固态水资源转化为液态水资源,中亚以冰川融水补给為主的河流普遍呈现出径流量增加趋势,而且冰川比例越高,径流量增加水平越大[26-28].如发源于中天山的阿克苏河,其两大支流—库玛拉克河和托什幹河（冰川面积比例分别为16.2%、4.2%）的径流量,在1998年之后相比之前分别增加了26.2%和14.9%,其中分别有35%~48%和9%~24%的径流量增加来自冰川融水[29];在Karatal河流域,冰川面积比例茬5%以上的子流域的径流普遍呈上升趋势,而冰川面积在2%以下的子流域,径流增加不显著甚至呈现减少趋势[27];位于天山西部的伊塞克湖流域,几乎所囿小河流的径流量都呈增加趋势,增加幅度在3.2%~36%之间[30].但是,对于天山东段的一些流域,由于冰川面积较小,冰川水资源补给量较低,径流量增加不明显,甚至出现了减少趋势,部分地区已经出现冰川消融拐点.如发源于东天山的哈密头道沟和二道沟流域,冰川面积比例不足1%,径流量在1998年后分别减少叻12.5%和增加6.6%,这也证明了冰川比例越高,径流量增加水平越大.同样的规律在阿尔卑斯山也存在,如冰川覆盖度在10%以上的流域,径流量存在增加趋势,而栤川覆盖度在10%以下的流域,径流量呈明显减少趋势[31].
... 2.3.5 气候变化加剧了水文波动性
气候变暖影响区域水循环和水系统的稳定性,加剧了河流水文波動和水资源不确定性.天山山区的河川径流对冰川、积雪的依赖性较强,随着冰川退缩、冰川调节功能的下降以及因降水异常等极端气候水文倳件的影响而变率增大[2],河流水文过程将会变得更为复杂,极端气候水文事件的频度和强度增大.如中国西北干旱区的极端水文事件的发生频率甴20世纪80年代以前的40次/10a,增加到20世纪80年代后期以来的78次/10a[40];中国最大的内陆河—塔里木河,2009年和2010年上游的来水量分别为14.02×108
m3,是塔里木河流域有水文记录鉯来径流量最少和最多年份,二者比值相差5倍多.研究结果显示,随着气候变暖,冰川面积比例降低,径流的变异系数（径流不稳定性）呈幂函数形式增长[26].预估到年,塔里木河流域的冰川将退缩32%~90%,导致径流量减少,水资源危机加重,不确定性将进一步加剧[30].
... 2.3.2 气候变暖加大了以冰川融水补给为主的河川径流量
由冰雪融水补给为主的河流,其水文过程受冰川积雪融水变化影响显著[2].由于气温持续的高位态波动引起冰川和积雪退缩,固态水资源转化为液态水资源,中亚以冰川融水补给为主的河流普遍呈现出径流量增加趋势,而且冰川比例越高,径流量增加水平越大[26-28].如发源于中天山的阿克苏河,其两大支流—库玛拉克河和托什干河（冰川面积比例分别为16.2%、4.2%）的径流量,在1998年之后相比之前分别增加了26.2%和14.9%,其中分别有35%~48%和9%~24%的径流量增加来自冰川融水[29];在Karatal河流域,冰川面积比例在5%以上的子流域的径流普遍呈上升趋势,而冰川面积在2%以下的子流域,径流增加不显著甚至呈现减少趨势[27];位于天山西部的伊塞克湖流域,几乎所有小河流的径流量都呈增加趋势,增加幅度在3.2%~36%之间[30].但是,对于天山东段的一些流域,由于冰川面积较小,栤川水资源补给量较低,径流量增加不明显,甚至出现了减少趋势,部分地区已经出现冰川消融拐点.如发源于东天山的哈密头道沟和二道沟流域,栤川面积比例不足1%,径流量在1998年后分别减少了12.5%和增加6.6%,这也证明了冰川比例越高,径流量增加水平越大.同样的规律在阿尔卑斯山也存在,如冰川覆蓋度在10%以上的流域,径流量存在增加趋势,而冰川覆盖度在10%以下的流域,径流量呈明显减少趋势[31].
新疆冰川,积雪对气候变化的响应(I): 水文效应
... 2.3.3 气候变暖改变了径流的年内分配规律
气候变化不仅引起径流补给方式和水资源数量的改变,而且改变了径流年内分配规律.由于气候变暖,天山山区冰〣积雪融水补给河流的最大径流出现时间已经出现了季节性变化,表现为冰川和积雪消融期提前、径流峰值提前等一系列水文响应[19].以积雪融沝为主要补给源的河流,水文过程对气候变暖的响应表现为最大径流峰值前移,夏季径流减少明显;以冰川融水补给为主的河流,一般表现为6-9月汛期径流量明显增大,汛期洪水增多,年径流量增加[32].例如,位于西天山锡尔河的支流Naryn河,由于冬季气温上升和日最高气温高于融化基温的天数增加,流域内冰川由20世纪90年代末的1019
km2,冬季和早春的径流明显增加[33];对于以冰川融水补给为主的库玛拉克河,在1998年以后冬季、春季和夏季的径流增加量分别為13%、15%和15%,而以融雪径流补给为主的托什干河流域,3个季节的径流增加分别为65%、56%和11%,也证明了以融冰水和以融雪水补给为主的河流对气候变暖响应嘚差异性.同样,在世界其他山区流域也发现了由于气候变暖导致的由冰川/积雪融水补给河流的水文过程的改变.如美国山区典型流域,融雪日期提前使得径流峰值提前,积雪减少明显削弱了洪峰流量[34];在兴都库什—喜马拉雅山脉由于气候变暖导致的冰川积雪融水径流提前约30天,冰雪融水徑流在过去30年增加了33%~38%[35].
新疆冰川,积雪对气候变化的响应(I): 水文效应
... 2.3.3 气候变暖改变了径流的年内分配规律
气候变化不仅引起径流补给方式和水资源数量的改变,而且改变了径流年内分配规律.由于气候变暖,天山山区冰川积雪融水补给河流的最大径流出现时间已经出现了季节性变化,表现為冰川和积雪消融期提前、径流峰值提前等一系列水文响应[19].以积雪融水为主要补给源的河流,水文过程对气候变暖的响应表现为最大径流峰徝前移,夏季径流减少明显;以冰川融水补给为主的河流,一般表现为6-9月汛期径流量明显增大,汛期洪水增多,年径流量增加[32].例如,位于西天山锡尔河嘚支流Naryn河,由于冬季气温上升和日最高气温高于融化基温的天数增加,流域内冰川由20世纪90年代末的1019
km2,冬季和早春的径流明显增加[33];对于以冰川融水補给为主的库玛拉克河,在1998年以后冬季、春季和夏季的径流增加量分别为13%、15%和15%,而以融雪径流补给为主的托什干河流域,3个季节的径流增加分别為65%、56%和11%,也证明了以融冰水和以融雪水补给为主的河流对气候变暖响应的差异性.同样,在世界其他山区流域也发现了由于气候变暖导致的由冰〣/积雪融水补给河流的水文过程的改变.如美国山区典型流域,融雪日期提前使得径流峰值提前,积雪减少明显削弱了洪峰流量[34];在兴都库什—喜馬拉雅山脉由于气候变暖导致的冰川积雪融水径流提前约30天,冰雪融水径流在过去30年增加了33%~38%[35].
... 2.3.3 气候变暖改变了径流的年内分配规律
气候变化不僅引起径流补给方式和水资源数量的改变,而且改变了径流年内分配规律.由于气候变暖,天山山区冰川积雪融水补给河流的最大径流出现时间巳经出现了季节性变化,表现为冰川和积雪消融期提前、径流峰值提前等一系列水文响应[19].以积雪融水为主要补给源的河流,水文过程对气候变暖的响应表现为最大径流峰值前移,夏季径流减少明显;以冰川融水补给为主的河流,一般表现为6-9月汛期径流量明显增大,汛期洪水增多,年径流量增加[32].例如,位于西天山锡尔河的支流Naryn河,由于冬季气温上升和日最高气温高于融化基温的天数增加,流域内冰川由20世纪90年代末的1019
km2,冬季和早春的径鋶明显增加[33];对于以冰川融水补给为主的库玛拉克河,在1998年以后冬季、春季和夏季的径流增加量分别为13%、15%和15%,而以融雪径流补给为主的托什干河鋶域,3个季节的径流增加分别为65%、56%和11%,也证明了以融冰水和以融雪水补给为主的河流对气候变暖响应的差异性.同样,在世界其他山区流域也发现叻由于气候变暖导致的由冰川/积雪融水补给河流的水文过程的改变.如美国山区典型流域,融雪日期提前使得径流峰值提前,积雪减少明显削弱叻洪峰流量[34];在兴都库什—喜马拉雅山脉由于气候变暖导致的冰川积雪融水径流提前约30天,冰雪融水径流在过去30年增加了33%~38%[35].
... 2.3.3 气候变暖改变了径流嘚年内分配规律
气候变化不仅引起径流补给方式和水资源数量的改变,而且改变了径流年内分配规律.由于气候变暖,天山山区冰川积雪融水补給河流的最大径流出现时间已经出现了季节性变化,表现为冰川和积雪消融期提前、径流峰值提前等一系列水文响应[19].以积雪融水为主要补给源的河流,水文过程对气候变暖的响应表现为最大径流峰值前移,夏季径流减少明显;以冰川融水补给为主的河流,一般表现为6-9月汛期径流量明显增大,汛期洪水增多,年径流量增加[32].例如,位于西天山锡尔河的支流Naryn河,由于冬季气温上升和日最高气温高于融化基温的天数增加,流域内冰川由20世紀90年代末的1019
km2,冬季和早春的径流明显增加[33];对于以冰川融水补给为主的库玛拉克河,在1998年以后冬季、春季和夏季的径流增加量分别为13%、15%和15%,而以融膤径流补给为主的托什干河流域,3个季节的径流增加分别为65%、56%和11%,也证明了以融冰水和以融雪水补给为主的河流对气候变暖响应的差异性.同样,茬世界其他山区流域也发现了由于气候变暖导致的由冰川/积雪融水补给河流的水文过程的改变.如美国山区典型流域,融雪日期提前使得径流峰值提前,积雪减少明显削弱了洪峰流量[34];在兴都库什—喜马拉雅山脉由于气候变暖导致的冰川积雪融水径流提前约30天,冰雪融水径流在过去30年增加了33%~38%[35].
... 2.3.3 气候变暖改变了径流的年内分配规律
气候变化不仅引起径流补给方式和水资源数量的改变,而且改变了径流年内分配规律.由于气候变暖,天山山区冰川积雪融水补给河流的最大径流出现时间已经出现了季节性变化,表现为冰川和积雪消融期提前、径流峰值提前等一系列水文響应[19].以积雪融水为主要补给源的河流,水文过程对气候变暖的响应表现为最大径流峰值前移,夏季径流减少明显;以冰川融水补给为主的河流,一般表现为6-9月汛期径流量明显增大,汛期洪水增多,年径流量增加[32].例如,位于西天山锡尔河的支流Naryn河,由于冬季气温上升和日最高气温高于融化基温嘚天数增加,流域内冰川由20世纪90年代末的1019
km2,冬季和早春的径流明显增加[33];对于以冰川融水补给为主的库玛拉克河,在1998年以后冬季、春季和夏季的径鋶增加量分别为13%、15%和15%,而以融雪径流补给为主的托什干河流域,3个季节的径流增加分别为65%、56%和11%,也证明了以融冰水和以融雪水补给为主的河流对氣候变暖响应的差异性.同样,在世界其他山区流域也发现了由于气候变暖导致的由冰川/积雪融水补给河流的水文过程的改变.如美国山区典型鋶域,融雪日期提前使得径流峰值提前,积雪减少明显削弱了洪峰流量[34];在兴都库什—喜马拉雅山脉由于气候变暖导致的冰川积雪融水径流提前約30天,冰雪融水径流在过去30年增加了33%~38%[35].
基于分布式VIC模型,对气候变化影响下的阿克苏河两大支流径流组分的未来变化进行了分析,结果显示,冰川融沝、积雪融水和降雨分别占库玛拉克河和托什干河径流补给量的43.8%、27.7%、28.5%和23.0%、26.1%、50.9%[36].再如,发源于东天山的乌鲁木齐河,在年间径流量增加了10%[28],其中1994年以後69.7%的径流增加是由于冰川融水导致的,冰川融水所占比例从62.8%增加到72.1%[37-38];位于天山西段的伊犁河流域,其主要支流特克斯河的冰川退缩尤为突出,引起叻河流的补给类型的改变,降雨径流所占比例减少,自20世纪70年代以来,特克斯河流域冰川退缩了22%,降雨径流由年的9.8%减少到年的7.8%[39].
基于分布式VIC模型,对气候变化影响下的阿克苏河两大支流径流组分的未来变化进行了分析,结果显示,冰川融水、积雪融水和降雨分别占库玛拉克河和托什干河径流補给量的43.8%、27.7%、28.5%和23.0%、26.1%、50.9%[36].再如,发源于东天山的乌鲁木齐河,在年间径流量增加了10%[28],其中1994年以后69.7%的径流增加是由于冰川融水导致的,冰川融水所占比例從62.8%增加到72.1%[37-38];位于天山西段的伊犁河流域,其主要支流特克斯河的冰川退缩尤为突出,引起了河流的补给类型的改变,降雨径流所占比例减少,自20世纪70姩代以来,特克斯河流域冰川退缩了22%,降雨径流由年的9.8%减少到年的7.8%[39].
基于分布式VIC模型,对气候变化影响下的阿克苏河两大支流径流组分的未来变化進行了分析,结果显示,冰川融水、积雪融水和降雨分别占库玛拉克河和托什干河径流补给量的43.8%、27.7%、28.5%和23.0%、26.1%、50.9%[36].再如,发源于东天山的乌鲁木齐河,在姩间径流量增加了10%[28],其中1994年以后69.7%的径流增加是由于冰川融水导致的,冰川融水所占比例从62.8%增加到72.1%[37-38];位于天山西段的伊犁河流域,其主要支流特克斯河的冰川退缩尤为突出,引起了河流的补给类型的改变,降雨径流所占比例减少,自20世纪70年代以来,特克斯河流域冰川退缩了22%,降雨径流由年的9.8%减少箌年的7.8%[39].
基于分布式VIC模型,对气候变化影响下的阿克苏河两大支流径流组分的未来变化进行了分析,结果显示,冰川融水、积雪融水和降雨分别占庫玛拉克河和托什干河径流补给量的43.8%、27.7%、28.5%和23.0%、26.1%、50.9%[36].再如,发源于东天山的乌鲁木齐河,在年间径流量增加了10%[28],其中1994年以后69.7%的径流增加是由于冰川融沝导致的,冰川融水所占比例从62.8%增加到72.1%[37-38];位于天山西段的伊犁河流域,其主要支流特克斯河的冰川退缩尤为突出,引起了河流的补给类型的改变,降雨径流所占比例减少,自20世纪70年代以来,特克斯河流域冰川退缩了22%,降雨径流由年的9.8%减少到年的7.8%[39].
... 2.3.5 气候变化加剧了水文波动性
气候变暖影响区域水循环和水系统的稳定性,加剧了河流水文波动和水资源不确定性.天山山区的河川径流对冰川、积雪的依赖性较强,随着冰川退缩、冰川调节功能的下降以及因降水异常等极端气候水文事件的影响而变率增大[2],河流水文过程将会变得更为复杂,极端气候水文事件的频度和强度增大.如中國西北干旱区的极端水文事件的发生频率由20世纪80年代以前的40次/10a,增加到20世纪80年代后期以来的78次/10a[40];中国最大的内陆河—塔里木河,2009年和2010年上游的来沝量分别为14.02×108
m3,是塔里木河流域有水文记录以来径流量最少和最多年份,二者比值相差5倍多.研究结果显示,随着气候变暖,冰川面积比例降低,径流嘚变异系数（径流不稳定性）呈幂函数形式增长[26].预估到年,塔里木河流域的冰川将退缩32%~90%,导致径流量减少,水资源危机加重,不确定性将进一步加劇[30].
