气候变化背景下乌鲁木齐河流域径流变化特征研究

摘要

在全球气候变暖背景下，近二十年来我国西北大部分地区气候环境出现了降水与径流增加，冰川消融加速，湖泊水位上升等现象。研究表明，高亚洲冰川在20世纪90年代以来全面退缩，冰川的强烈消融导致了冰川径流的明显增加，新疆特别是西天山河流的径流量增加趋势非常显著。同样在中国天山及青藏高原地区，冬季增温导致冬季径流增加非常明显。自1987年以来，新疆以天山西部为主地区，出现了气候从暖干到暖湿转型的强劲信号。
　　 根据天山乌鲁木齐河流域近二十年来冰川、水文气象和多年冻土活动层变化等观测事实来看，河源区及流域内气候环境由暖干向暖湿突变(转型)的事实同样明显。基于天山冰川站现有观测研究资料，论文将以水为研究主线，以气候变化为背景，对比研究不同尺度和区域的径流变化差异；以天山乌鲁木齐河流域为典型的寒区水文研究区域，研究不同水文过程(冰川、积雪、多年冻土等)的变化和对气候变化的响应特征，模拟研究流域内高山冰雪和冻土水文过程的特点，同时对乌鲁木齐河流域径流增加原因及其对气候变化的响应特征进行研究，进而探讨了新疆天山南北以及西部主要河流径流的趋势变化特征以及对北大西洋涛动(NAO)北极涛动(AO)的响应特点。获得以下主要结论：
　　 1.1号冰川厚度2004年较之1959年平均减薄了10737.0 mm；1997-2004年为实际观测以来连续的强负物质平衡时段，平均物质平衡为-697.0 mm/a。物质平衡与气温、降水的相关分析显示：1号冰川物质平衡主要取决于夏季平均气温的高低，二者具有较好的反相关关系(相关系数为-0.72)，而与降水的关系相对较差。1980年代末以来，1号冰川退缩速度明显增大，尤以2000～2002年为甚，西支冰川退缩速度为连续的高值(退缩速度分别为6.92 m/a、6.95 m/a和6.25 m/a)；东支冰川的退缩速度与高度大于4200m的高度带区间的平均物质平衡值有较好的相关关系。
　　 2.河源区1号冰川水文点及空冰斗春季径流开始产流的5月份有明显的推迟趋势，同时产流结束河道断流的9月份时间也有持续推迟的趋势，间接说明了消融季节的推后；另一方面，2000年以后春季径流明显大于20世纪80年代，冰川主要消融期径流变幅明显小于前期，而空冰斗夏季消融期径流及变幅明显变大，主要反映了降水的显著增加导致的高山多年冻土区山坡径流的增加趋势。
　　 3.1号冰川径流1997年发生了明显的突变，平均年径流深从1980-1996年的585mm，增加到1997-2003年的874mm，增加了近50％。主要原因是冰川强烈消融和20世纪80年代中期后降水的连续增加叠加的结果。
　　 1980年代中期后的英雄桥径流增加趋势非常明显，其径流的转折时间早于乌河源1号冰川水文点和跃进桥水文站。英雄桥径流的变化基本同步于高山区大西沟气象站的降水变化，这意味着径流增大的主要原因是高山区降水的持续增加。
　　 4.乌鲁木齐河源区径流极值变化有如下特点：
　　 (1)空冰斗及1号水文点5月份冰雪径流的极大值有增大的趋势。
　　 (2)总控制点5月份径流的则表现为减小趋势。
　　 (3)空冰斗及总控制点夏季径流的极大值有增大的趋势。
　　 (4)1号冰川水文点夏季径流的极大值表现为弱的减小趋势。
　　 5.新疆天山南北坡及帕米尔高原各流域河流，从1987年开始均呈现出了径流增加的趋势。但其变化时间和变化幅度不完全相同。阿勒泰山南坡、天山东部及昆仑山北坡的河流年径流量自1980年代以来的增加趋势不十分显著，和田地区玉龙喀什河从1980年代中期开始年径流量呈减少趋势。新疆南北疆河川径流显著的同步增加始于1990s年代初。新疆河流年径流总量与NAO和AO指数均有滞后5年的显著相关关系(分别达到了0.05和0.01的信度水平)。
　　 不同于新疆河流径流的变化，黄河上游径流则在1989年开始转向负距平，与新疆总径流在年代际变化上呈反位相关系，而从年际变化看，两者缺乏年际丰枯的对应变化关系；长江上游寸滩站与黄河上游唐乃亥站年径流变化总体上丰枯变化具有一致性。由此看出新疆地区河流径流量的变化更具有明显的区域特征。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

第一节研究意义

第二节国内外相关研究现状和进展

第三节研究内容和方法

第二章研究区概况

第一节乌鲁木齐河流域自然地理概况

第二节冰川、水文气象特点

第三节研究区域的气候环流形势

第四节研究区域观测点分布和观测内容

第三章乌鲁木齐河流域冰川、气候变化

第一节冰川变化

第二节气温变化特征

第三节降水时空变化

第四节本章小节

第四章乌鲁木齐河源冰雪及多年冻土径流过程

第一节1号冰川径流变化

第二节空冰斗融雪及冻土山坡径流特征

第三节河源区径流过程的时空差异特征

第四节本章小结

第五章乌鲁木齐河流域径流变化分析

第一节乌鲁木齐河流域径流增大原因分析

第二节乌鲁木齐河源径流极值分析

第三节本章小结

第六章河源区高山径流过程的模拟

第一节模拟方法、数据选择和处理

第二节径流模拟结果和分析

第三节本章小节

第七章天山南北河川径流变化分析

第一节天山南北径流变化的差异性

第二节新疆及西部径流变化与比较

第三节本章小节

第八章主要结论与展望

第一节主要结论

第二节展望

主要参考文献

个人简历

攻读博士学位期间参加课题及项目情况

攻读博士学位期间发表论文情况

致谢