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在全球变暖的环境背景下,冰川变化对水资源,尤其是对以冰川融水补给为主的河川径流影响巨大。喜马拉雅山地区的冰川区是许多国际河流的发源地,冰川融水在河川径流中占有较大比例,准确估算喜马拉雅山地区的冰川融水径流量意义重大。珠穆朗玛峰(珠峰)地区是喜马拉雅山北坡一个冰川作用中心,绒布冰川是该地区最大的冰川,本文选取珠峰绒布冰川作为典型冰川对其水文气象特征进行了分析;基于实测资料,应用HYCYMODEL水文模型模拟了1959年、2005年、2009年珠峰绒布冰川融水径流过程,利用定日县气象站的气温降水数据恢复了珠峰绒布冰川近40年来的物质平衡。论文的主要研究内容包括下面四方面:
(1)珠峰地区近40年来的气候变化特征
根据珠峰地区日喀则气象站、拉孜县气象站、定日县气象站和聂拉木县气象站近40年来的气温降水数据,分析了珠峰地区近40年来的气候变化特征。珠峰地区近40年来气温普遍升高,降水变化趋势不明显;高海拔地区升温速率最大,对气候变化更加敏感。M-K检验可知,珠峰地区气温发生突变的时间在1995年左右,2000年以后气温升高更加明显。
(2)珠峰绒布冰川的气象特征
根据2009年珠峰绒布冰川不同海拔高度处的气象站资料,分析了珠峰绒布冰川的气象特征。气温递减率是水文模型中一个重要的输入参数,观测期内5月-10月的平均气温递减率为0.7℃/100m,各月平均气温递减率不同,非季风期气温递减率较小,季风期气温递减率较大。气温递减率日变化明显,日出前后气温递减率最小,凌晨气温递减率最大,其变化区间在0.18℃/100m-0.91℃/100m之间。观测期内绒布冰川流域降水梯度为22mm/100m。由于地面长波辐射冷却作用,凌晨到日出这段时期内有逆温现象存在。
(3)珠峰绒布冰川水文特征
绒布冰川面积大,长度长,冰川末端分布大小不一的冰湖,绒布冰川融水夜晚流量大于白天流量,说明绒布冰川作用区储水性能较强。通过互相关分析的方法分析了绒布冰川的产流汇流特征即气温.流量的滞后关系,从绒布冰川产流到冰川融水汇流到水文站,流量滞后气温的时间在9-16小时。大气降水对汇流过程影响快速,降水过程往往伴随汇流时间的缩短。分析了绒布冰川消融初期、消融中期和消融末期的退水特征。消融初期和消融末期,绒布冰川流域径流过程可看做二个线性水库单元;强消融期,绒布冰川流域径流可看作三个线性水库单元。比较了以珠峰绒布冰川为代表的喜马拉雅山北坡冰川融水月径流变化幅度与喜马拉雅山南坡冰川融水径流的月变化幅度,北坡冰川融水径流变化幅度较南坡大,而且各月变幅的变化趋势与南坡相反。
(4)表碛覆盖下消融模型的建立
通过分析在中绒布冰川末端获取的表碛覆盖下冰川消融资料,分析了表碛厚度对消融过程的影响。根据表碛覆盖下的冰川日消融数据与日平均气温建立了表碛覆盖下的冰川消融模型。
(5)HYCYMODEL水文模型模拟珠峰绒布冰川水文过程
根据第一次冰川编目矢量数据和90m分辨率DEM,把水文站控制流域按照50m分辨率划分为40个高程带,分别计算出各高程带内冰川面积和非冰川面积以及各带内冰川平均海拔高度。根据降水梯度和气温梯度并按照每月输入一个气温递减率把日降水和日气温分别插值到流域冰川各海拔高度带上,根据消融模型和降水量计算得到每天的冰川消融产流量,此流量作为HYCYMODEL水文模型的净水输入量。根据HYCYMODEL在尼泊尔Langtang流域的实验,率定HYCYMODEL模型的各个参数。HYCYMODEL成功模拟了珠峰绒布冰川2009年冰川融水径流过程,效率系数NSE=0.88。选取1959年和2005年实测径流资料对HYCYMODEL各参数进行验证,HYCYMODEL成功模拟了1959年和2005年径流过程,HYCYMODEL模拟的1959年和2005年实测径流的效率系数分别为0.91、0.74。敏感性检验表明,相比降水变化,HYCYMODEL对气温变化更加敏感。结合未来气候情景,预测了2019年、2029年、2039年和2049年未来绒布冰川消融期流量。
(6)恢复绒布冰川过去近40年来物质平衡序列
在成功使用HYCYMODEL水文模型模拟绒布冰川融水径流基础上,利用定日县气象站历年气温降水数据,通过一系列参数化方案,把定日县气象站气温降水数据插值到绒布冰川作用流域,恢复了绒布冰川过去近40年来的物质平衡序列。2009年是自1970年以来珠峰绒布冰川物质亏损最大的一年。把恢复出的绒布冰川物质平衡与珠峰南坡AX010冰川实测物质平衡以及喜马拉雅山北坡卡鲁雄曲流域冰川的物质平衡进行了对比分析,进一步验证了恢复出的物质平衡序列的可信性。