摘要
中国冰川作为“亚洲水塔”的重要组成部分，不仅为亚洲高山区发源的大江大河提供持续的水资源补给，而且通过调蓄作用在季节和年际尺度上对流域水资源量进行调节。全球温升背景下，中国除喀喇昆仑山部分冰川外，其它地区冰川几乎都呈现萎缩状态，并且萎缩速度在21世纪逐渐加速。受区域气候影响，冰川径流及其对流域水资源的影响存在时空差异，尤其对于我国西北干旱区，冰川径流变化有可能对流域水资源安全产生威胁。因此，评估中国冰川径流过去、未来变化及其对水资源的影响极为重要。在大范围冰川及其径流研究中，度日因子模型由于模型原理和对驱动数据要求简单而被广泛应用。度日因子模型中决定冰川物质补给量的雨雪分离临界气温、决定冰川对气候变化敏感性的度日因子通常被区域概化，而决定冰川消融能量输入的正积温往往基于时间分辨率较差的日平均气温计算。上述参数获取方案已经无法满足分布式模型对模型参数“分布式”的需求，导致区域冰川径流模拟结果存在不确定性。 本文基于国家气象站观测数据，结合中国第一和第二次冰川编目记录的冰川面积变化，建立了度日因子模型新参数化方案，该方案包括单条冰川雨雪分离临界气温获取、基于小时尺度气温的月正积温计算和单条冰川度日因子率定。将新参数化方案与分布式度日因子模型结合，实现了模型从参数获取到冰川变化模拟的全分布式改进。在结果验证的基础上，利用基于新参数化方案的度日因子模型对我国冰川编目记录的每一条冰川进行统一模拟和预估，并在流域尺度上揭示我国冰川径流过去及未来变化特征，同时对我国西北干旱区40个流域内冰川径流对流域水资源的影响进行评估。论文主要结论如下: (1)基于新参数化方案的度日因子模型精度较高。利用观测数据对新参数化方案以及单条冰川、区域冰川模拟结果验证，结果表明:①利用新参数化方案分离出的降雨与观测降雨之间的R2为0.83 (p＜0.01)，计算的月正积温与实测值之间的R2为0.99 (p＜0.01)，率定出的度日因子随冰川海拔、坡度、坡向、面积的分布规律与观测一致;②单条冰川多要素交叉验证结果表明，模拟的冰川面积、物质平衡量和物质平衡线精度较高，并且模拟的冰川径流的时间变化与气候变化较为吻合;③利用藏东南地区、唐古拉山、三江源、冈日嘎布和柴达木盆地遥感解译的冰川面积对模型进行验证，结果表明，不同区域冰川模拟面积的相对误差不超过10％，并且模型对于不同面积等级的冰川都适用。 (2)温升背景下，中国冰川萎缩趋势将持续到本世纪末，不同流域内冰川萎缩速率存在较大差异。相比于1985年，2015年我国冰川面积和体积分别减少22.47％和23.66％;一级流域中，吐哈盆地和额尔齐斯河冰川面积和体积萎缩率都超过40％。2030、2050和2099年我国冰川面积有可能萎缩至2010年的77.82％～83.05％、61.51％～68.56％、33.02％～50.34％，冰川储量可能减少至2010年的80.79％～82.67％、62.78％～66.23％、43.29％27.58％。以小冰川为主的流域未来冰川消融速率更快，RCP8.5情景下，本世纪末河西走廊、吐哈盆地和朋曲流域内冰川面积和储量有可能减少至2010年的10％甚至更低，而冰川分布较多的塔里木盆地、青藏高原内陆河等流域冰川相对稳定，到本世纪末，冰川面积和储量在RCP2.6情景下有可能维持在201 0年的50％以上。 (3)中国冰川径流自第一次冰川编目结束至2015年呈增加趋势，随着冰川萎缩加剧，冰川径流可能在2030年前后出现冰川径流“拐点”，冰川分布不同导致流域间冰川径流差异显著，部分流域冰川径流呈持续下降趋势，因此不存在冰川径流“拐点”。受高海拔地区正积温增加与气温上升的不同步，以及RCP8.5情景下降水更多的影响，未来不同气候情景之间冰川径流差异不如气温差异明显，但是整体而言，冰川径流RCP2.6大于RCP4.5和RCP8.5情景。1985～2015年，我国平均冰川径流量约为669.43×108 m3，增加量为67.15×108m3，其中外流区径流增加对全国径流增加的贡献率超过80％，恒河和塔里木盆地流域冰川融水约占全国总量的44.2％和22.7％。RCP2.6、RCP4.5、RCP8.5情景下，我国冰川径流在2030年之前都呈持续增加趋势，2030年、2050年以及2090s中国冰川总径流量相比于现状(2000～2015年)径流量变化率分别为1.38％～2.54％，-0.22％～-15.41％;-37.00％～-39.48％。未来我国一半冰川流域冰川径流呈持续减小趋势，但是黄河、长江、河西走廊、朋曲、怒江、柴达木盆地、青藏高原内陆河、雅鲁藏布江和塔里木盆地内冰川径流先增后减趋势明显，径流“拐点”分别在2010S～2050S期间出现。 (4)冰川径流对流域水资源影响的空间差异取决于流域内冰川总量以及流域冰川覆盖率;而时间差异不仅与冰川融水的变化趋势有关，还受流域内总径流变化影响。我国冰川径流占流域总径流的12.5％，其中黄河流域冰川径流对总径流的贡献率最低，约为0.5％，塔里木盆地占比最高，约为54.5％。河西走廊12个子流域冰川径流占比介于1.3％～79.7％，新疆28个子流域冰川径流占比介于0.001％～73.2％。受冰川径流减少和流域总径流量增加影响，1980s～2010s期间河西走廊和新疆大部分流域冰川径流贡献率呈减小趋势，但是洪水河、讨赖河、党河、精河、头屯河、台兰河和盖孜河等流域由于冰川径流短期增加速率大于总径流增速，因此冰川径流贡献率呈增加趋势。
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