北疆地区季节性积雪物理特性分析

季节性积雪以其特殊的物理特性对寒旱区生态系统、冰雪水文过程及气候系统均产生显著影响,为研究北疆地区季节性积雪物理特性,选择在天山北坡乌鲁木齐河流域下游试验区有无遮蔽条件下(林冠下、开阔地)进行,利用SnowFork雪特性分析仪采集2018年12月1日～12月31日内积雪物理特性(积雪深度、积雪密度、体积含水率)数据,分析该时段内积雪物理特性的时间变化特征及其在垂直剖面上的廓线分布。结果表明:①在观测期内,林冠下积雪累积深度小于开阔地;②林冠下与开阔地雪层密度从新雪层到深霜层均表现为先增大后减小,分别在中粒雪层与粗粒雪层达到峰值,林冠下平均密度小于开阔地;③林冠下含水率自新雪层至深霜层不断增大,在深霜层达到最大,开阔地含水率呈现单峰变化,在粗粒雪层达到最大,且开阔地略高于林冠下。     

新疆内陆河流域融雪期积雪深度变化影响因素研究

采用因子分析法结合多元线性回归分析法对影响融雪期积雪深度变化的因素进行分析.结果表明:融雪期积雪深度与热能因子(地表温度,气温,净辐射)呈负相关,与水汽因子(水汽压,相对湿度,降雨)呈弱的负相关.空气流动因子(日均风速)对其影响较微弱;在此基础上对各因素的影响强弱,按大小进行排序,各因素对融雪期积雪深度变化影响的排序为:热能因子＞水汽因子＞空气流动因子.建立的回归方程通过了显著性检验表明:利用因子分析法与多元线性回归分析法结合,分析融雪期积雪深度的变化影响因素是可行的.     

KM河流域融雪径流与积雪面积-气温关系分析

为更好地探明气候变化下高寒山区积雪的消融规律及其对径流的影响,以及积雪面积、气温、径流之间存在的关系,本文根据2006-2009年的8日合成MODIS积雪产品数据,以及同时期出山口水文站的径流、气温数据,分析了KM河流域的融雪径流特征,定量分析了积雪面积、气温与融雪径流的关系。结果表明:进入3月份,海拔≤2 000 m积雪已经消融完结;在3月10日前后,海拔2 000～3 500 m积雪开始消融,到融雪期末积雪基本消融完结;在4月初,海拔3 500～4 500 m才开始融雪,到融雪期末积雪没有消融完结;海拔≥4 500 m积雪面积在融雪期内变化相对比较稳定。流域各高程带积雪面积与气温都呈抛物线关系,且相关性随高程的上升而减弱。     

不同积雪覆盖条件下土壤冻结状况及水分迁移规律研究

积雪覆盖直接影响土壤温度、冻结融化深度、冻结速度和水分向上的迁移过程等。通过室外试验,对沈阳地区2003~2005年不同积雪厚度对潮棕壤土的冻结特征和冻融过程中的水热状况进行了研究。结果表明,当近地面气温在-5℃左右时,雪层厚度>25 cm时,气象条件的变化对雪层热状况的影响极其微弱,积雪覆盖越厚,土壤温度受外界影响越小。在冻结过程中,积雪的存在,保持了地温,减缓了土壤冻结速度,影响了水分迁移过程。裸地的未冻水迁移速度与迁移量较有积雪覆盖的小。在融化过程中积聚在冻土层中的冰体从表层开始融化,由于受到下部未融化的阻隔,在太阳辐射作用下,融水向表层迁移并快速蒸发,而中、下层土壤受底部地热作用,双向解冻,融化后向深层渗漏。     

季节性冻土区融雪入渗对地下水的补给作用分析

为了分析季节性冻土区春季融雪入渗对地下水的补给作用,通过对小型野外试验场地气温、地下水位和土壤温度以及土壤湿度动态的系统监测,分析了冻结期和融冻期间地下水位动态的变化特征及其与相关环境要素的对应关系。在此基础上,分析了冻土层渗透性的影响因素,提出了季节性冻土区不同冻融阶段相应的地下水补给模式。研究结果表明:季节性冻土区大气降水入渗量应分非冻结期、冻结期以及融冻期三个时段进行计算,其中冻结期大气降水以降雪形式出现,对地下水无入渗补给作用;春季融冻期间,在冻结期内产生的积雪开始融化,可单独或与大气降雨一起入渗,并对地下水产生较为明显补给作用,但入渗补给系数相对较小,在本文的实例研究场地内,融冻期的融雪(降水)入渗补给系数仅为非冻结期大气降水入渗系数的1/2左右。     

1979—2018年雅砻江中上游积雪时空变化及影响因素分析

基于1979—2018年积雪深度卫星数据及同期的格点型降水和气温观测资料,分析了雅砻江中上游积雪时空分布及其影响因子,利用相关分析法分析气候因子与地形因子对积雪深度时空分布的影响及贡献程度,采用趋势分析法研究积雪特征和气候因子的时间变化规律。结果表明：雅砻江中上游降水、气温、高程、坡度和坡向对年均雪深空间分布的贡献率分别为0.218、0.453、0.206、0.080和0.043,气候因子的贡献程度明显高于地形因子;研究区积雪期主要集中在10月至次年5月,年降水量和年均气温呈显著上升趋势,西北部和东南部积雪期变暖现象明显,绝大部分区域年均雪深表现为不明显的减少趋势;积雪深度与降水量的相关系数多为正值,与气温的相关系数均为负值,在区域中下游表现的相关性较强,各影响因子与积雪深度的相关程度由强到弱依次为气温、高程、坡度、降水和坡向。     

季节性冻融土壤入渗参数的多元线性预报模型

以土壤水动力学、冻土物理学、统计学等理论为基础,研究新疆典型干旱区细土平原与沙漠交错带的冻融土壤水热迁移规律,分析不同深度土层在冻结期、融化期的水热变化特征,探明研究区冻融土壤的水分入渗规律及影响因素,以期建立季节性冻融土壤入渗参数的多元线性预报模型。结果表明:土壤冻结融化过程中,深层土壤的液态含水率在冻融过程中基本不随环境温度升降发生变化,各层土壤的液态含水率、温度均与环境温度的变化趋势基本保持一致;冻结期相比融化期在初期短时间内渗入水量较大,达到稳定入渗所需要的时间较短;从冻结期到融化期,随着土壤中冻结水含量减少,未冻水含量增加,土壤的饱和导水率随之变大;土壤入渗能力主要与环境温度、土壤温度、土壤含水率等因素有关,并得出研究区冻融土壤的入渗能力预报模型。     

塔里木河下游河道输水对沿岸土壤含水率的影响分析

利用塔里木河下游土壤含水量5年期的监测资料,根据变异系数和方差分析方法研究了输水后塔里木河下游土壤含水率时空变化特性。结果显示:1输水后土壤含水率在空间上有很强的变异性。在垂直方向上,土壤含水率随着土壤深度增加整体呈先减少后增加趋势;在水平方向上,离水源较近断面的土壤平均含水率要明显高于离水源较远断面,同一断面离河道较近的土壤平均含水率要高于离河道较远的土壤平均含水率。2主要断面土壤体积含水率变化在地表以下0~3 m深度范围内有3个特征明显不同的变化层,即水分散失层、水分增加层和水分变化层。3土壤含水率在时间上有不稳定性。离河道较近的土壤体积含水率对输水过程的响应要明显高于离河道较远的土壤体积含水率对输水过程的响应。结论表明,塔里木河下游输水对河道沿岸的土壤含水率有显著影响,输水改善了土壤中的湿度进而影响了植被的生长。     

黄河河源区积雪变化及影响因素分析

利用遥感解译的积雪资料和测站观测资料,分析了几十年来黄河河源区积雪面积、各测站积雪深度和积雪日数的变化趋势以及气温、降水的变化趋势和幅度。结果表明：黄河河源区几十年来积雪的增加是主要积雪期的降水量增加对积雪年际变化的积极作用大于气温升高的负作用而引起的;在全球变暖的大背景下,未来河源区平均温度将不断上升,而降水量仅会小幅增加,气温升高对积雪的影响将逐渐赶上并超过降水增加的影响,从而使积雪的年际变化趋势发生转折,甚至导致部分地区终年无积雪出现。     

中国积雪时空演变特征及其与海气环流因子的时序关联性

积雪时空变化作为表征增暖背景下冰冻圈的重要指标之一,在全球气候变化科学研究中具有重要作用。采用1961—2016年中国545个气象观测站的积雪日数、积雪深度日值数据和3个海气环流因子,通过多种统计方法,诊断中国积雪的时空演变特征及积雪与海气环流因子的时频相关性。结果表明:(1)1961—2016年中国积雪日数和深度在波动中呈缓慢增加趋势,且具有明显的年代分段变化特征。中国积雪日数和深度均具有30a和50a的周期振荡特征,其中积雪深度在1969年发生突变。(2)1961—2016年中国气候态积雪日数和深度具有明显的南低北高的空间分异特征,尤其是东北、内蒙古东部和新疆北部的积雪较多分布。中国积雪多寡具有明显的年代和区域分异特征。(3)在变化趋势上,1961—2016年中国积雪日数在东北和内蒙古东部趋于增多;而积雪深度除上述区域外,在华北、西北和江淮东部也趋于增多。在波动特征上,中国积雪日数和深度在华南南部、云南和四川东部波动较大,其它地区波动相对较小。(4)与海气因子时频关联性上,中国积雪与不同海气因子关联性不同,且与同一因子在不同时段的关联性也有一定差异。     

Impacts of Snowmelt on Peak Flows in a Forest Watershed

Using data of long-term observations at three gauging stations and one climatic station in a forest region in southeast Germany, the impacts of snowmelt on peak flow have been investigated in this paper. Results show that the major climatic feature was found to be a precipitation maximum during the hydrological summer, and the major hydrological feature was a discharge maximum during the hydrological winter. Empirical equations describing snow depth and snow water equivalent for the studied climatic station have been developed for both snow accumulation period and ablation period. Through introducing snowmelt-rainfall depth as a new variable, the present work investigates the simultaneous occurrence of snowmelt and rainfall on snow cover, assesses the characteristics of runoff including peak flows, calculates the runoff from the snowmelt and rainfall. A hydrological model has been applied to generate hydrographs resulted from snowmelt and rainfall-on-snow.     

湖冰侧、底部融化现场观测与热力学分析

为深入了解湖冰在弱水动力条件下消融的热力学过程,在融冰期对乌梁素海湖开敞水域处冰层开展侧、底部消融的原位测量,并观测了太阳辐射、气/冰/水/泥温和风等气象及水文要素。观测结果表明冰层侧壁随深度增加逐渐向内侧倾斜融化,冰层厚度逐渐减薄;开敞水域处水温和冰温均呈分层变化,上层水温和冰温日变化幅度较大。通过分析冰层侧、底部融化速率与气象及水文要素之间的变化关系,建立了用净太阳辐照度和水温来表达融化速率的参数化模型。冰底热通量是一项重要的热力学参数,基于冰底薄层的能量平衡,利用观测数据确定了开敞水域处冰层的平均冰底热通量,为11.47~135.61W·m~(-2),表明冰下水体不断向冰层传递热量。     

Himalayan glaciers as a sustainable water resource

The Himalayan glaciers, which number around 15 000, cover an area of 33 000 km² and are nursed in the steepest and highest valleys in the world. Runoff from the seasonal melting of snow and ice contributes to the streamflows of the Indus, Ganga and Brahamputra river systems of the Indian subcontinent. The annual contribution from snowmelt and runoff from non‐glacierized areas during the early part of summer (April to June) amounts to 20%. As summer proceeds (July to September) the contributions from melting glacier ice and water stored within the glaciers reach 50%. In this paper the pattern of water release by melting and its chemical characteristics are described for a glacier in the Lahul‐Spiti valley of Himachal Pradesh, India.     

Integrated simulation of runoff and groundwater in forest wetland watersheds

A Distributed Forest Wetland Hydrologic Model （DFWHM） was constructed and used to examine water dynamics in the different climates of three different watersheds （a cold region, a sub-tropic region, and a large-scale watershed）. A phenological index was used to represent the seasonal and species changes of the tree canopy while processes of snow packing, soil freezing, and snow and ice thawing were also included in the simulation. In the cold region, the simulated fall of the groundwater level in winter due to soil f~eezing and rise in spring due to snow and ice melting compare well with the observed data. Because the evapotranspiration and interaction of surface water and groundwater are included in the model, the modeled seasonal trend of the groundwater level in the sub-tropic region is in agreement with observations. The comparison between modeled and observed hydrographs indicates that the simulations in the large-scale watershed managed to capture the water dynamics in unsaturated and saturatedzones.     

喀斯特山区蒸散发的时空变异特征分析——以贵州省为例

掌握喀斯特山区蒸散发的时空变异特征,为水资源的合理规划和优化配置提供科学依据。利用MODIS16遥感数据,在数据精度验证的基础上,运用GIS统计法、变异系数法和线性趋势法,探讨2000—2014年贵州省蒸散发的空间格局、年际和年内变化规律及不同土地覆被类型下的蒸散发特征。结果表明:(1)2000—2014年,贵州省实际蒸散发(ET)多年平均值为850.36 mm,呈西低东高,南高北低态势;潜在蒸散发(PET)多年平均值为1 473.58 mm,呈东北向西南递增态势。不同土地覆被类型下ET最大的是林地,而林地的PET最小。(2)PET年际变化率为3.88 mm/a,呈弱增加趋势;ET年际变化率为0.39 mm/a,基本保持稳定,表明贵州省水资源呈减少趋势,具有干旱化倾向。ET空间上呈东、西部减少、中部增加趋势,PET呈东、南和西三面减少、北部增加趋势。(3)ET和PET均呈单峰型。ET在7月最大,PET在6月最大,二者均在12月最小。二者在3—6月差距最大,为贵州省春旱和夏旱时期。不同土地覆被类型下ET和PET均呈单峰型,植被生长季节ET差距大,林地增长速度最快,植被成熟期PET差距最大。(4)ET和PET具有较强的季节性。ET季节性空间差异非常显著,在于林地的植被蒸腾作用对全年ET贡献较大。     

三江并流区德钦县积雪面积时空变化分析

德钦县积雪储量是滇西北重要的淡水资源,对三江并流区的河流补给、缓解水资源压力起着重要的调节作用。基于10景TM、ETM+、OLI影像、DEM和气象数据,采用NDSI指数提取了德钦县1989,1996,2000,2009,2015年5个时期的积雪信息,分析了积雪面积时空变化特征,探究了积雪与气候变化的关系。结果表明:时间上,积雪面积呈现逐年衰退的变化趋势;26 a来,积雪面积由819.884 7 km~2减少到619.115 4 km~2,减少了24.5%,年平均减少7.44 km~2;空间上,不同海拔带内积雪面积都在减少,在海拔1 464～3 000 m积雪面积衰退最为激烈和明显,海拔3 001～4 000 m积雪面积变化也较为迅速,积雪主要分布在海拔4 001～6 740m,且缩减速度较为缓慢;26 a来区域温度升高和降水减少加速了积雪面积减少。     

泾河流域土地利用/覆被变化对径流情势的影响

通过建立泾河流域SWAT分布式水文模型,重点模拟分析了河流径流情势对土地利用/覆被变化的响应,对比了不同气候条件及人类活动综合影响下研究区水文过程的变化。结果表明:1996年以前土地利用/覆被变化是影响水文过程的主要人类活动影响源,径流量年际变化平稳,属有小幅增加的正偏;年内影响以枯水季节为主,年内分配更趋均匀,径流集中度降低,集中期略有滞后,且趋于平稳;土地利用/覆被变化导致流域蒸散发量、冠层和落叶层截留量减小,入渗量增加,河川基流量和地表径流量相应增大,并在时域上耦合形成了水文过程的新变化;1996年以后,气候条件驱动下泾河年径流量呈现明显的增大趋势,人类活动亦从以土地利用/覆被变化为主转变为以人类水事活动为主的综合影响模式,且人类水事活动超过气候变化和土地利用/覆被变化成为影响水文过程变化的主因。     

黄河三角洲湿地柽柳灌丛周围有机质富集及水分运动研究

为研究滨海湿地柽柳灌丛水分推动下的土壤养分富集作用,对黄河三角洲单株柽柳个体周围不同位点、不同土层土壤有机质含量及土壤水、地表水和黄河水同位素进行分析。结果表明:(1)土壤有机质在灌木主干周围出现富集现象,形成深度为20cm,半径为1.5m的富集圈层,有机质含量空间分布呈现冠幅下明显高于冠幅边缘和株间空地,且随土层深度增加而降低,表现出非常明显的肥岛效应。(2)不同土壤剖面水分同位素值出现差异:0~5cm表层土δD、δ18 O同位素值表现为冠幅下冠幅边缘株间空地,而5~10cm土层δD、δ18 O同位素值为冠幅下冠幅边缘株间空地。0~5cm表层土同位素值大于5~10cm土层同位素值。(3)水分运动对柽柳灌丛周围有机质含量产生影响,沿灌木主干流下的雨水冲刷和黄河水侧渗作用是影响灌丛下土壤有机质含量冠幅下冠幅边缘株间空地的原因之一。有机质等土壤养分在肥岛效应及水分运动影响下向柽柳主干周围聚集,这种土壤养分的小尺度空间异质性促进了柽柳自身及附近其他植物的生长,改变了土壤的理化性质。本研究结果同时可以作为黄河三角洲盐碱地土壤改良和植被恢复的参考依据。