ISWCR:青藏高原江河源区水沙分布格局及其主控机制

发布日期:2021-10-22 来源: 字体:[ ]

  河流输沙是区域水土流失的重要表征,也是全球地球化学循环的重要路径。青藏高原是亚洲十多条大江大河的发源地。在近几十年快速升温的背景下,高原多个江河源区的输沙量持续增加,与全球主要河流输沙量的变化趋势(以减少或稳定为主)差异显著,对区域及下游的生态环境和水利水电工程的平稳运行产生威胁。 

  近期,中科院青藏高原研究所环境变化与多圈层过程团队通过系统研究上世纪60年代以来,青藏高原八个主要江河源区(黑河、疏勒河、叶儿羌河、黄河、长江、澜沧江、怒江、雅鲁藏布江,图1)径流深和输沙模数的分布特征、影响因子及主控机制,揭示了高寒流域产流和侵蚀输沙的特性。

 

图1 青藏高原主要江河源区及相关气象站和水文站分布

  1. 八个主要江河源区径流深度整体呈东南高西北低的分布格局。降水是影响多年平均径流深度的重要因素之一,其次是气温。多年平均径流深度与气温正相关,即径流深度回归的温度系数为正,说明对高原总体而言,升温导致的融水补给作用超过了蒸发损耗作用。但各流域年径流深度与年均温的关系因冰川占比不同而发生转变(图2):冰川占比较大的流域,升温导致的融水补给作用更强,气温系数偏正,即年径流深度与年均温正相关;冰川占比较小的流域,升温导致的蒸发损耗作用更强,气温系数偏负,年径流深度与年均温负相关。

图2 青藏高原主要江河源区径流深回归温度系数随冰川占比的变化

  2. 八个主要江河源区输沙模数没有明显的空间分布规律。降水是影响多年平均输沙模数的重要因素之一,其次是冰川占比。多年平均输沙模数与年均降水量之间呈倒抛物线关系(图3a),与美国经典的Langbein-Schumm曲线明显不同(见图3d):在降水量较少的干旱、半干旱区,植被保护作用变化占主导,伴随降水的增加,植被指数显著增加,输沙模数减小,与Langbein-Schumm曲线一致;在降水量较大的半湿润区,植被指数变化不大,降雨侵蚀力变化占主导,伴随降水的进一步增加,输沙模数增加,与Langbein-Schumm曲线后半段趋势相反。此外,冰川占比较高的流域输沙模数较高,冰川占比的差异导致输沙量变化的主导因素不同:冰川占比最大的三个河源区为冰川主导型,输沙量变化与气温显著正相关,冰雪融水增加导致输沙量显著增加;其它五个冰川占比相对较小的河源区为降水主导型,输沙量变化主要受降雨侵蚀影响。

图3 青藏高原主要江河源区多年平均降水量与输沙模数的关系(图a)与经典Langbein-Schumm曲线(图d)对比

  上述研究结果揭示了青藏高原江河源区水沙分布的主导因子与影响机制,有助于理解气候变化对高寒流域侵蚀输沙变化的影响。该成果近期以“Runoff and sediment yield in relation to precipitation, temperature and glaciers on the Tibetan Plateau”为题,发表在环境科学与生态学权威期刊《International Soil and Water Conservation Research》上,我所环境变化与多圈层过程团队张凡研究员为第一作者,曾辰助理研究员为通讯作者。 

  该研究获得国家自然科学基金项目(41877081)、中国科学院西部之光交叉团队项目和第二次青藏高原综合科学考察研究专项(2019QZKK0203)的联合资助。 

  论文信息:Zhang, F, C. Zeng*, G. Wang, L. Wang, X. Shi. Runoff and sediment yield in relation to precipitation, temperature and glaciers on the Tibetan Plateau. International Soil and Water Conservation Research, 2021. 

  全文链接:https://doi.org/10.1016/j.iswcr.2021.09.004