【Journal of Hydrology: Regional Studies】中亚东天山典型冰川流域对气候变化的水文学响应

冰川融水在中亚干旱区水资源构成和河川径流调节方面发挥着重要的双重作用。揭示气候变化背景下干旱区河流包括冰川融水径流在内的各种径流组分的变化是目前国内外研究的前沿和焦点。由于各种径流组分对气候变化的响应不同，只有探明各组分的变化过程和机理，才能把握未来山区径流的整体变化，服务于干旱区水资源管理和利用。而开展这项研究有赖于对冰川流域的长期综合观测。

　　天山冰川站研究团队基于对乌鲁木齐河源1号冰川（下简称1号冰川）流域开展的60年冰川、水文、气象等系统观测，对上述科学问题开展了深入研究。通过冰川水文模型，模拟研究了冰川融水径流、降雪径流和降雨径流组分在日尺度（图1）、年尺度（图2）和年代际尺度（图3）上的变化及其对气候的响应机制，得到以下主要结果：

　　（1）研究发现，过去40年间，1号冰川流域冰川的覆盖率平均为51%，而由此产生的冰川径流占流域总径流的76%，表明较小的冰川覆盖率可以产生较大的冰川径流。

　　（2）由于流域中融雪、融冰和降雨径流峰值出现的时间不同，相互叠加的结果造成总径流高峰期的结果延长和稳定，有益于下游用水。过去40年来，融冰径流的峰值推推迟了9天，融雪径流的峰值提前了10天，这一变化延长了总径流的高值期，对下游用水更为有利。

　　（3）日尺度上，河源区夏季气温与降水呈负相关关系，气温较高的日子，冰川消融量增大，冰川通过物质亏损（物质平衡值为负值）向河川径流提供了更多的径流补给，而在降水多的日子，冰川消融量减少，冰川通过物质积累（物质平衡值为负），截获了大气降水向河流的补给，表明冰川这一“固体水库”对河流具有“削峰填谷”的调节作用。

　　（4）1980-2019年，流域总径流增加了122.46×10⁴ m³（44%），其增加量的70%来自融水径流（40%来自融冰径流的增加，30%为融雪径流的增加），其余的30%则是降雨径流增加的结果。

　　（5）冰川的面积缩小对冰川融水径流产生了显著影响。通过模式的敏感性分析发现，在当前气候情景下，1号冰川流域的冰川融冰径流的拐点可能已经在2010年前后出现（图4）。

图1 1980-2019年各径流组分（4-9月）日平均值5天滑动平均

图2 1980-2019年各径流组分，以及气温、降水和冰川物质平衡的年际变化。方框内为物质平衡与总径流相关分析

图3 1980s-2010s各径流组分的年代际变化

图4 1996-2019年静态和动态冰川面积下年融冰径流量及大西沟气象站6-8月消融季气温变化趋势

　　该成果以 Hydrological response to climate change in a glacierized catchment in eastern Tien Shan, Central Asia为题发表在国际水文学主流期刊Journal of Hydrology: Regional Studies上。文章第一作者为博士生贾玉峰，通讯作者为李忠勤研究员和高红凯教授。该研究获第三次新疆综合科学考察项目、第二次青藏高原考察项目等共同资助。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.ejrh.2024.101669