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JGR: 实现冰川能量平衡模型与水文模型的耦合及其在东帕米尔的验证
2018-12-28

  利用冰川-水文耦合模型模拟和预测流域水文过程,是研究第三极水文水资源对气候变化响应的主要手段。度日因子模型由于具有模型结构简单、输入数据少和可移植性等优点,被广泛用于高寒地区融水径流的模拟和预测研究。然而度日因子具有较大的经验性和时空异致性,对模型模拟结果也带来很大的不确定性。更具物理基础的冰川能量平衡模型,通过描述大气和冰川表面及冰川内部间的能量交换过程,能够更好地反映冰川消融或积累的时空分布特征,也更适用于冰川水资源对未来气候变化的响应研究。然而,冰川能量平衡模型对驱动数据有较高要求,因而极大阻碍了冰川能量平衡模型及冰川水文耦合模型在资料匮乏的第三极地区的发展和应用。

  针对这一难题,依托慕士塔格西风带环境综合观测研究站,基于已有冰川观测,在东帕米尔的木吉流域增加了气象-水文参数观测(图1)。中国科学院青藏高原地球科学卓越创新中心、青藏高原研究所苏凤阁研究员课题组及合作者在观测数据的支撑下,实现了冰川能量平衡模型与分布式陆面水文模型VIC的耦合,并从流域冰川能量平衡、冰川物质平衡、和流域径流过程完成了对耦合模型的充分验证。研究结果显示:1)冰川-水文耦合模型对入射短波、反照率、夏季冰川物质平衡(图2)和径流过程(图3)的模拟能达到较好的精度;2)木吉流域冰川上约60%的能量供给用于潜热通量的消耗,而只有约40%的正能量用于冰川消融,这种能量分配和已发现的大陆性冰川能量分配模式一致;3)木吉流域冰川在2011-2015年间总体仍呈现物质负平衡 (-812.18 mm, 图4), 此结果并没有支持 “喀喇昆仑异常”现象。对于第三极主要冰雪流域径流的研究,相对于以往的度日法,本研究从理论和实践上都前进了一步.

  本文第一作者是任政博士,现在河北工程大学水利水电学院工作。该成果发表在Journal of Geophysical Research: Atmospheres,论文链接:https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2018JD028572

  以上研究得到 “泛第三极环境变化与绿色丝绸之路建设”专项(XDA20060202),国家自然科学基金项目(41871057, 91747201) 和中国科学院国际合作局对外合作重点项目(131C11KYSB20160061)的资助。

图1 研究区域和木吉流域空间位置图 (a) 研究区;(b) 木吉流域

图2 耦合模型模拟和实测冰川物质平衡对比图 (a) 积累期;(b) 消融期;(c) 全年

图3耦合模型在2011-2015年间消融期模拟总径流、模拟冰川径流和实测径流对比图

图4 冰川水文耦合模型模拟的木吉流域2011-2015年冰川物质平衡

 
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