新疆冰川、积雪对气候变化的响应(I)：水文效应

书书书 ｄｏｉ：１０．７５２２／ｊ．ｉｓｓｎ．１００００２４０．２０１３．００６１ ＳｈｅｎＹｏｎｇｐｉｎｇ，ＳｕＨｏｎｇｃｈａｏ，ＷａｎｇＧｕｏｙａ，犲狋犪犾．ＴｈｅｒｅｓｐｏｎｓｅｓｏｆｇｌａｃｉｅｒｓａｎｄｓｎｏｗｃｏｖｅｒｔｏｃｌｉｍａｔｅｃｈａｎｇｅｉｎＸｉｎｊｉａｎｇ（Ｉ）：Ｈｙｄｒｏｌｏｇｉｃａｌ ｅｆｆｅｃｔ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＧｌａｃｉｏｌｏｇｙａｎｄＧｅｏｃｒｙｏｌｏｇｙ，２０１３，３５（３）：５１３－５２７．［沈永平，苏宏超，王国亚，等．新疆冰川、积雪对气候变化的响应 （Ｉ）：水文效应［Ｊ］．冰川冻土，２０１３，３５（３）：５１３－５２７．］ 新疆冰川、积雪对气候变化的响应（犐）： 水文效应 　　收稿日期：２０１３０３０５；修订日期：２０１３０５２０ 　　基金项目：全球变化研究国家重大科学研究计划项目（２０１０ＣＢ９５１４０４；２０１０ＣＢ９５１４０２）；国家自然科学基金项目（４１２７１０８３；４１２０１０６２； ４１２７１０３５）资助 作者简介：沈永平（１９６１－），男，陕西西安人，编审／研究员，１９８５年在中国科学院兰州冰川冻土研究所获硕士学位，现主要从事寒区水 文与全球变化研究及科技期刊编辑．Ｅｍａｉｌ：ｓｈｅｎｙｐ＠ｌｚｂ．ａｃ．ｃｎ 沈永平１，　苏宏超２，　王国亚３，　毛炜峄４，　王顺德５， 韩 萍２，　王宁练１，　李忠勤１ （１．中国科学院 寒区旱区环境与工程研究所，甘肃 兰州　７３００００；２．新疆水文水资源局，新疆 乌鲁木齐　８３００００； ３．甘肃省科学院 地质自然灾害防治研究所，甘肃 兰州　７３００００；４．新疆气候中心，新疆 乌鲁木齐　８３０００２； ５．阿克苏水文水资源勘测局，新疆 阿克苏　８４３０００） 摘 要：新疆是我国冰川、积雪资源最为丰富的地区，冰川和积雪融水在水资源构成中占有重要的地 位，其对气候变化的响应使得河流水文过程发生明显的变化，对新疆干旱区的水资源利用和管理产生 重大影响．新疆高山流域产流占地表径流的８０％以上，其中冰川和积雪融水径流在总径流中的比例可 达４５％以上，积雪和冰川融水是河流的主要补给来源．在新疆北部的阿尔泰山和天山北坡河流主要以 融雪径流补给为主，而在天山南坡、昆仑山、喀喇昆仑山和天山北坡的伊犁河流域的河流以冰川融水补 给为主；以融雪径流为主要的河流主汛期在春季到夏初，而冰川融水补给的河流夏季是主汛期．随着 新疆气候向暖湿转变，高山流域的水文过程对气候变暖和积雪增加产生明显的响应：以积雪为主补给 的河流，水文过程对气候变暖的响应表现为最大径流前移，夏季径流减少明显；以冰川融水补给的河 流，径流响应表现为６－９月汛期径流量明显增大，汛期洪水增多，年流量增加．由于不同补给类型河 流的水文过程发生变化，其相应对下游的水资源供给和洪水安全管理产生了重大影响，在水资源管理 方面需要适应气候变化对水文过程的调整，减缓气候变化对水资源安全的影响． 关键词：积雪融水；冰川融水；气候变化；水文过程；新疆 中图分类号：Ｐ３４３．６ 文献标识码：Ａ ０　引言 冰川和积雪是冰冻圈主要组成部分，我国冰雪 冻土分布广泛，与社会经济发展有密切的关系［１］． 冰冻圈由于对气候的高度敏感性和重要的反馈作 用，是影响全球和区域气候变化的重要因子，也是 对全球气候变化最为敏感的一个圈层．受气候变化 和人类活动的影响，在我国西部地区冰雪变化引起 的水文效应、环境效应、资源效应、生态效应、灾 害效应和社会效应日趋显着，对未来生态与环境安 全和社会经济等将产生广泛和深刻的影响［２］．冰雪 变化直接影响到我国西部及其相邻高亚洲地区的冰 雪水资源利用、寒区生态环境安全和冰雪灾害发生 的程度与影响范围，也关系到寒区的工程建设．随 着全球气候变暖，近年来我国西部高山和高原的冰 雪冻土灾害发生的频率也呈显著增加趋势，影响范 围逐渐扩大，造成的损失也越来越大．这些灾害正 在对西部高山和高原及其相邻影响区的城镇和民族 居住地以及重要国防干线的安全运营形成较大威 胁，冰雪变化带来的水资源安全、生态环境安全、 自然灾害和工程建设等问题将会日益凸显，迫切需 要建立应对这些问题的策略和对策［１－２］．为此，基 于对中国西部冰川积雪变化影响的研究，以我国西 部的新疆地区为例，对新疆冰川、积雪对气候变化 的响应从５个方面进行描述，包括冰川、积雪对气 候变化响应的水文效应、灾害效应、资源效应、生 第３５卷　第３期 ２ ０ １ ３年６月 冰　川　冻　土 ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＧＬＡＣＩＯＬＯＧＹＡＮＤＧＥＯＣＲＹＯＬＯＧＹ Ｖｏｌ．３５　Ｎｏ．３ Ｊｕｎ．２０１３ 态效应和社会效应．本文作为开篇主要从新疆冰雪 变化引起的水文效应来展开，这也是目前新疆气候 变化对冰雪影响最为直观和影响最大的一个方面． 其他方面的研究结果总结将在以后陆续发表，敬请 关注． １　新疆的冰川、积雪分布特征 根据《简明中国冰川目录》［３］，新疆的冰川分布 在阿尔泰山、天山、帕米尔、喀喇昆仑山和昆仑山， 包含在额尔齐斯河、准噶尔内流河、中亚细亚内流 河和塔里木内流河等水系中，共发育有冰川１８３１１ 条，面积２４７２１．９３ｋｍ２，冰储量２６２３．４７１１ｋｍ３， 约占中国冰川总储量的４６．９％，是中国冰川规模最 大和冰储量最多的地区（表１）．冰川在新疆水资源 的构成中占有重要地位，是该区工农业生产赖以发 展的重要保证［４］．在干旱缺水的西北地区，冰川水 资源就是绿洲生命线，哪里的山上有冰川，哪里的 山前平原就有绿洲发育［５］． 被天山、帕米尔、喀喇昆仑山和昆仑山环绕的 塔里木河源区有三条国际河流，即阿克苏河、叶尔 羌河和喀什噶尔河以向心状地汇入塔里木河，它们 上游发育着数量多和规模大的冰川，使该区实际利 用的冰川水资源总量较中国境内的冰川数量多，境 外的冰川面积（３４６１．９４ｋｍ２）和冰储量（３４１．９６８７ ｋｍ３）分别占塔里木河流域相应冰川总量的１９．５％ 和１６．０％（表２）．其中，阿克苏河支流库马里克河 发源于吉尔吉斯坦的中天山和托木尔 汗腾格里峰 区，在上游发育有数量众多和规模巨大的冰川［６］， 其中南伊内里切克冰川长６３．５ｋｍ，面积５６７．２０ ｋｍ２，是中低纬度长度超过５０ｋｍ 的８大冰川之 一．库马里克河境外的冰川条数（１４４７条）、面积 （２２４８．４０ｋｍ２）和冰储量（２２８．４７５１ｋｍ３）分别占该 河相应冰川总量的９２．１％，７０．４％和４６．０％．阿克 苏河另外一支流托什干河的上游也源于吉尔吉斯坦 的中天山，在其上游发育有２８８条冰川，但冰川规 模（２５８．３０ｋｍ２）不大［７］．喀什噶尔河源于塔吉克斯 坦共和国境内的西帕米尔，其上游发育有２３９条冰 川，面积３４５．７０ｋｍ２．在叶尔羌上游克勒青河的克 什米尔巴基斯坦实际控制区也有１４２条冰川，其面 积（６０９．５４ｋｍ２）和冰储量（７２．３７２１ｋｍ３）均较大． 新疆属干旱半干旱区，地表水资源匮乏，但 表１　新疆冰川资源统计 Ｔａｂｌｅ１　ＧｌａｃｉｅｒｓｒｅｓｏｕｒｃｅｉｎＸｉｎｊｉａｎｇ 流域名称 冰川条数 ／条 冰川面积 ／ｋｍ２ 冰川储量 ／ｋｍ３ 艾丁湖 ３５２ １６４．０４ ７．７２１２ 庙尔沟等 ９４ ８８．６９ ４．９１１８ 额尔齐斯河 ４０３ ２８９．２９ １６．３９５３ 乌伦古河 １３ ３．９１ ０．０９７１ 伊犁河 ２３７３ ２０２２．６６ １４２．１７９１ 喀拉湖 １２ ２５．５ １．５３３６ 天山北麓东段诸河 ２９８ １５８．６４ ７．４５９８ 天山北麓中段诸河 １９９７ １２６８．４９ ８２．３４０３ 艾比湖水系 １１０４ ８２３．０６ ４７．５４６ 和田河 ３５５５ ５３３６．９８ ５７８．７１３６ 叶尔羌河 ２９１７ ５３１５．３１ ６１２．１０３６ 喀什噶尔河 １１３５ ２４２２．８２ ２３０．６２０２ 阿克苏河 １００５ ２４１１．５６ ４３６．９８７ 渭干河 ８５３ １７８３．８６ ２５８．２７３１ 开孔河 ８３２ ４７４．９８ ２３．２４６９ 克里雅河诸小河 ８９５ １３５７．２７ １００．６５６１ 车尔臣河诸小河 ４７３ ７７４．８７ ７２．６８６４ 合　计 １８３１１ ２４７２１．９３ ２６２３．４７１ 表２ 塔里木河流域可利用的冰川数量统计（据刘潮海统计） Ｔａｂｌｅ２　ＳｔａｔｉｓｔｉｃｏｆｇｌａｃｉｅｒｓａｖａｉｌａｂｌｅｉｎＴａｒｉｍＲｉｖｅｒｂａｓｉｎ（ＡｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏＰｒｏｆ．ＬｉｕＣｈａｏｈａｉ′ｓｄａｔａ） 河流名称 冰川条数（条） 国内 国外 总计 冰川面积 ／ｋｍ２ 国内 国外 总计 冰储量 ／ｋｍ３ 国内 国外 总计 和田河 ３５５５ ３５５５ ５３３６．９８ ５３３６．９８ ５７８．７１３６ ５７８．７１３６ 叶尔羌河 ２９１７ １４２ ３０５９ ５３１５．３１ ６０９．５４ ５９２４．８５ ６１２．１０３６ ７２．３７２１ ６８４．４７５７ 喀什噶尔河 １１３５ ２３９ １３７４ ２４２２．８２ ３４５．７０ ２７６８．５２ ２３０．６２０２ ２６．６０８５ ２５７．２２８７ 阿克苏河 １００５ １７３５ ２７４０ ２４１１．５６ ２５０６．７０ ４９１８．２６ ４３６．９８７０ ２４２．９８８１ ６７９．９７５１ 渭干河 ８５３ ８５３ １７８３．８６ １７８３．８６ ２５８．２７３１ ２５８．２７３１ 开孔河 ８３２ ８３２ ４７４．９８ ４７４．９８ ２３．２４６９ ２３．２４６９ 总计 １０２９７ ２１１６ １２４１３ １７７４５．５１ ３４６１．９４ ２１２０７．４５ ２１３９．９４４４ ３４１．９６８７ ２４８１．９１３１ ４１５　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　冰　　　川　　　冻　　　土 　　３５卷　 季节性积雪水资源丰富。新疆隆冬时期积雪覆盖面 积可达１００×１０４ｋｍ２左右，冬季雪贮量在全国是最 丰富，达１８１．８×１０８ ｍ３水当量，占全国冬季平均 积雪贮量５３５．６×１０８ｍ３的３３．９％［８］，积雪对新疆 水资源的重要性不言而喻．积雪作为重要的水文和 气候变量，其时空分布的变化对气候系统也会产生 重要影响．新疆三山加两盆地的地貌格局使积雪分 布具有鲜明的局地特征，新疆的积雪分布总体呈自 西向东、由北向南减少的特点［９－１０］．冬春季积雪主 要分布在天山以北，厚度一般在１６ｃｍ以上，厚度 最大的是在阿勒泰、塔城以及博格达峰地区，可达 到３０ｃｍ以上；其次，是天山山区北麓伊犁地区， 积雪深度也达到了２０ｃｍ；天山以南积雪深度比较 浅薄，大部分都在１０ｃｍ以下，但在南疆西部的托 什干河流域一带地区，积雪深度达到了２０ｃｍ 以 上［１０－１２］．新疆积雪的空间分布在山区和平原极不 平衡，山区集中了积雪的绝大部分，统计新疆１９６０ 年代以来的积雪状况表明［１０］，新疆年平均积雪深 度为１３．４ｃｍ，其中，山区为１７．６ｃｍ，平原为１１．８ ｃｍ． ２　新疆水资源形成机理和气候变化特征 新疆位于欧亚大陆腹地，在远离海洋和三山夹 二盆的综合地理环境影响下，形成了典型的内陆干 旱、半干旱气候特征．河川径流主要来自山区降水 和冰雪融水补给，河川径流变化与气温、降水具有 同步性，河川径流有冰川和永久性积雪融水补给、 季节性积雪融水补给、降雨补给、地下水的补给及 各种组合的混合补给［１３－１６］．中低山区主要为降雨 补给，中山带主要为季节性积雪融水补给，高山带 主要为冰川和永久性积雪融水补给，不同类型的河 流表现为不同的径流特性与洪水特性．新疆山区年 降水量为２０６２×１０８ ｍ３，占总降水的８１．１％，经 过山区调蓄与转化，产生了７９８．８×１０８ ｍ３的水资 源，其余水量以各种蒸散发（１２６３×１０８ｍ３）形式返 回空中，这就是山区水资源形成过程［１６］．山区河川 径流总量加上平原区地表产水量组成８７９×１０８ ｍ３ 的河川径流总量，流入平原区的河川径流量除流出 境外的２２９．２×１０８ ｍ３的水量外，其余水量通过各 种形式转化，最终以各种蒸发形式返回空中．新疆 全区有５７０多条河流，大部分流程短，水量小．年 径流大于１０×１０８ ｍ３的有１８条，占河流总数的 ３％，径流量５２６×１０８ ｍ３，占总径流量的５９．８％； 年径流不足１×１０８ ｍ３的有４８７条，占河流总数的 ８５％，水量仅有８３×１０８ｍ３，占总径流量的９．４％． 从地貌特征和水循环特点，全疆可分为山区和平原 区二大区域，其中，山区大约７０×１０４ｋｍ２，９７．１％ 的水资源形成于山区；平原区面积为９４×１０４ｋｍ２． 由于山区降水量比较稳定［１７－１８］，另外山区的冰川 积雪对地表水水资源起着调节的作用，河川径流量 年际变化幅度小，变差系数在０．１～０．５之间．径流 量的年内分配很不均匀，主要表现为春旱、夏洪、 秋缺、冬枯的特点，多数河流春季（３－５月）水量 小，占年水量的５％～３０％；夏季（６－８月）占３４％ ～８１％；秋季（９－１１月）占７％～２４％；冬季（１２－２ 月）占２０％以下． 新疆是一个受气候变化影响比较突出和显著的 地区［１９－２０］，新疆近５０ａ来的气温呈上升趋势，平 均增长率为０．２７℃·（１０ａ）－１．１９８７年以后的平均 气温较１９８６年以前有明显升高，尤其是北疆西部、 北部和东疆地区增幅较大，达０．６～１．６℃．新疆 各季平均气温的变幅以冬季为最大，夏季最小，但 各季总体上均呈上升趋势．伴随着气温加速上升的 同时，降水量普遍增加，近５０ａ来新疆年降水量总 体呈增加的变化趋势，全疆年降水量平均增幅０．６７ ｍｍ·ａ－１，天山山区增幅最大，达１．０～２．８ｍｍ· ａ－１．有部分地区呈减少趋势，主要是阿尔泰山西 部、伊犁西部的部分地区．根据对１９６１－２００７年新 疆气象器测资料分析［２１］，近４７ａ来新疆平均气温 呈增高变化，且增高速率加快；降水量呈增多趋 势，１９８０年代以来增湿较明显；各区域年平均０℃ 界线温度积温均呈增加趋势，其中，天山山区的增 幅最大，其次为北疆、南疆（表３）；年平均０℃积温 的年代际变化表现为，北疆自１９６０年代、天山山区 自１９８０年代、南疆自１９７０年代以来呈逐年代增加 的趋势（表４）．１９６１－２００３年新疆夏季０℃层平 均高度总体呈上升趋势，１９９０年代初开始上升明 表３　新疆不同区域０℃积温特征 Ｔａｂｌｅ３ Ｒｅｓｕｌｔｏｆ０℃ａｃｃｕｍｕｌａｔｅｄｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｉｎ ｔｈｒｅｅｒｅｇｉｏｎｓｏｆＸｉｎｊｉａｎｇ 项目 北疆 天山山区 南疆 年平均０℃积温／（℃·ｄ） ３５６７．１ ２３０５．７ ４２７４．１ 变率／（℃·ｄ·（１０ａ）－１） ４９．３ ５３．５ ２８．２ 最大年／０℃积温／（℃·ｄ） ４１２４．２ ２６９８．７ ４５２３．７ （１９９７年） （１９９７年） （２００１年） 最小年／０℃积温／（℃·ｄ） ３３０６．４ ２１００．０ ４１１８．０ （１９９３年） （１９９３年） （１９７６年） ５１５３期 沈永平等：新疆冰川、积雪对气候变化的响应（Ｉ）：水文效应 　 表４　新疆不同区域各阶段０℃积温特 Ｔａｂｌｅ４ Ｒｅｓｕｌｔｏｆ０℃ａｃｃｕｍｕｌａｔｅｄｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｉｎＸｉｎｊｉａｎｇｉｎｄｉｆｆｅｒｅｎｔｄｅｃａｄｅｓ 区　域 １９６０年代 １９７０年代 １９８０年代 １９９０年代 ２００１－２００７年 １９６１－２００７年 北疆／（℃·ｄ） ３４９７．３ ３５２７．５ ３５３８．６ ３６３５．２ ３６８９．１ ３５６５．１ 天山山区／（℃·ｄ） ２２３５．６ ２２８３．０ ２２７７．７ ２３５６．６ ２４８３．５ ２３０９．９ 南疆／（℃·ｄ） ４２８２．６ ４２８２．６ ４２４２．９ ４２９６．６ ４４５９．８ ４２９６．６ 显，阿尔泰山西坡、北疆西部、天山北坡、天山南 坡４个区域明显上升，而昆仑山北坡夏季０℃层略 下降．升高幅度从南向北、从西向东增加． ３　新疆冰川、积雪的近期变化特征 根据中国第二次冰川编目的初步结果（刘时银， 内部交流），对新疆第一次冰川编目统计的２２４９４ 条冰川进行遥感监测，从第一冰川编目的冰川面积为 ２９４８５．４３ｋｍ２，到２００８年冰川面积减到２５６６７．６４ ｋｍ２，减少３８１７．７９ｋｍ２，总体变化为１２．９５％．其 中，额尔齐斯河流域从２９３．９３ｋｍ２减到１８８．３３ ｋｍ２，减１０５．６ｋｍ２，面积总变化－３５．９％；伊犁河 流域从２１６４．４３ｋｍ２减到１５８４．９１ｋｍ２，减５７９．５２ ｋｍ２，面积总变化－２６．９％；东亚内陆河流域的新 疆其他流域，从２７０２７．０７ｋｍ２减到２３８９４．４ｋｍ２， 减３１３２．６７ｋｍ２，面积总变化－１１．６％．冰川条数 从２２４９４条减少到２２４６３条，仅减少３１条，其中， 在额尔齐斯河流域冰川从３９４条减到２７２条，减 １２２条；伊犁河流域从２３０２条减到２０９３条，减 ２０９条，但在属于东亚内陆河流域的新疆其他流 域，由于大冰川退缩分解，冰川条数从１９７９８条增 加到２００９８条，增加３００条．对塔里木河流域的监 测表明，冰川在１９７０年到２００８年期间，冰川总面 积从２１０２４ ｋｍ２减到１９０６１ ｋｍ２，减１９６３ ｋｍ２， 减少－９．３％，平均每年减－０．２５％；冰川条数 １２１０５增加到１２７１１，增加６０６，增约５％；冰川单 个面积从平均１．７４ ｋｍ２减少到１．５ ｋｍ２，减少约 ４０．２４ｋｍ２．根据李忠勤等［２２］的研究结果，对新疆 １８００条冰川在１９６２－１９７６年和２００２－２００６年两 期影像对比研究的显示，过去２６～４４ａ间，总面积 缩小了１１．７％，平均每条冰川缩小０．２４３ｋｍ２，末 端退缩速率５．８ｍ·ａ－１．冰川在不同区域的缩小比 率为 ８．８％～３４．２％，单条冰川的平均缩小量为 ０．０９２～０．４１５ｋｍ２，末端平均后退量为 ３．５～１０．５ ｍ·ａ－１． 胡列群等［２３］根据１９６０－２０１１年的观测资料， 对新疆南北疆及天山山区冬春年（１０－５月）的积雪 特征进行了统计结果表明，近５０ａ来南北疆及天山 山区的积雪深度均呈小幅增长（天山山区增幅最 大），积雪日数呈略微降低趋势，积雪初始、终止日 期无明显变化；新疆区域的积雪分布总体呈自西向 东、由北向南减少的特点．１９６０－２００９年间北疆积 雪日数整体呈降低态势，尤其是从１９８０年之后降 低的趋势比较明显；北疆积雪深度整体呈增加趋 势，但变化波动较大；南疆地区的积雪日数整体也 呈降低态势，但变化的拐点与北疆相反，即从１９７０ 年开始降低至１９８０年之后开始增加；南疆积雪深 度整体呈增加趋势，尤其是从１９８０年之后，呈稳定 增加；天山山区积雪日数整体也呈降低态势，尤其 是从１９８０年之后，呈稳定降低的趋势；天山山区积 雪深度整体呈增加趋势，但变化波动较大；新疆区 域积雪初始、终止日期其变化基本稳定，没有表现 出明显的提前或推迟趋势． ４　新疆冰雪流域对气候变化的水文响应 新疆水资源有８０％以上形成于盆地周围的中 高山区，高山地区的冰川和积雪融水是河流的主要 补给源［５］．随着全球变化引起的高山寒区升温和降 水变化在此反映敏感，已经显示出自２０世纪８０年 代中期以来的异常变化．最近的研究已指出， 在山地流域，较高的气温会使雨／雪比率增大，加 速春季融雪的速率［２４］，导致更快、更早和更大的春 季径流，气候变化引起高山寒区各种介质中的水循 环变化加快［２４－２５］．源于新疆高山的河流均有冰雪 融水补给，山区的冰川融水与每年出流的积雪融水 和降雨径流，成为山前平原经济发展带的主要水资 源．随着全球升温和气候变化，位于亚欧内陆腹地 的高山冰雪流域水文循环变化对此反映敏感［２５－３８］， 涉及这些气候变化的主要问题是高山冰川积雪融水 对长期水资源的可持续利用的意义． 自２０世纪８０年代末以来，受气候变化的影 响，全疆大多数河流径流量均有不同程度的增加， 以季节积雪和雨水补给为主的径流量增加在冬、 春、秋季；以高山冰雪融水和雨水补给为主的河流 ６１５　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　冰　　　川　　　冻　　　土 　　３５卷　 四季都有增加［１９］．气候变暧导致径流的年内分配 更加不均匀，春旱夏洪的危害更加凸现，水资源的 供需矛盾和洪水威胁加重［１５］．为检验新疆不同冰 雪流域水文过程对气候变化的响应，选择新疆不同 类型冰川、积雪覆盖流域水文站水文资料，结合气 象资料，研究冰雪河流对气候变化响应的水文过 程，为未来水资源管理和利用提供支持． ４．１　阿尔泰山南坡克兰河流域 克兰河发源于西风带水汽影响的新疆阿尔泰山 南坡，源头与蒙古国交界，河流全长２６５ｋｍ，由北 向南穿过阿勒泰市区，经苛苛苏湖流入额尔齐斯 河，属额尔齐斯河的支流．克兰河地表径流以季节 性积雪融水补给为主，夏季降水补给为辅，冬季主 要靠地下水补给，属于融雪水和雨水混合补给型河 流，在分类上属于阿尔泰型河流［１４］．由于该区冬季 严寒漫长，所以冬季降水（１１－３月）以季节积雪形 式存在流域内，进入春季以后，主要在５－６月融水 进入河槽，使该地区的河流具有明显的春汛特点． 阿尔泰山区秋季降水量大于春季的降水量，而径流 却是春季大于秋季，这与天山、祁连山北坡河流径 流秋季大于春季，春旱缺水形成鲜明的对照，这是 克兰河径流的一个显著特点［３９］． 本区从每年１０月开始的积雪和冰冻，冬季基 本上不产流，但冬季却是降水量增加的明显时段， 这样为第二年春季融雪径流形成的积累了大量物资 基础［３９］．克兰河主要由融雪径流补给，积雪融水可 达年径流量的４５％．年最大月径流一般出现在６ 月，融雪季节的４－６月径流量占年径流的６５％． 流域从１９６０年代开始升温明显［２９］，年平均气温从 ５０年代的１．４℃上升到９０年代的５．２℃；冬季升 温最大，尤其是在２月达１．５１℃·（１０ａ）－１，各月 平均达０．８０℃·（１０ａ）－１．年降水量呈增加趋势， 降水增加主要是在冬季和开春；而５－７月及９－１０ 月降水呈下降趋势，最大的减少在５－７月，达８～ １０ｍｍ·（１０ａ）－１．随着气候变暖，河流水文过程发 生了很大的变化，主要表现在最大月径流由６月提 前到５月，最大月径流量也增加约１５％，４－６月的 融雪季节径流量也由占年流量的６０％增加到近 ７０％．从图１可以看出［２９］，克兰河最大径流月多年 平均是６月，最大流量月在１９９０年代之前是６月 最大，５月次之，但从２０世纪９０年代开始，５月径 流量成为最大月，其年内径流过程发生了前移，年 内的径流上升阶段变得较陡，而径流下降阶段比较 平缓．从气温变化看，５月份升温达０．０８１℃·ａ－１， 图１　克兰河阿勒泰水文站１９５９－２００５年年 代际年内径流过程变化［２９］ Ｆｉｇ．１　Ｄｅｃａｄｅａｖｅｒａｇｅｍｏｎｔｈｌｙｓｔｒｅａｍｆｌｏｗｃｈａｎｇｅｓ ａｔＡｌｔａｙＨｙｄｒｏｌｏｇｉｃａｌＳｔａｔｉｏｎｏｆＫｅｌａｎＲｉｖｅｒ ｂａｓｉｎｉｎ１９５９－２００５［２９］ 这就使得５月的融雪径流加大，成为最大径流月， 年内水文过程的最大值从６月提前到５月．所以， 气温的不断升高导致以积雪融水为主的克兰河最大 径流月出现提前，这是积雪流域水文过程对气候变 化的明显响应．在长期变化趋势上，本区气温上升 主要在冬季，降水也在冬季增加明显，而夏季降水 有下降趋势；水文过程主要表现在５月径流表现为 增加趋势，而６月径流为下降趋势，形成夏季径流 减少而春季径流增加的年内径流分配状况［２９］． ４．２　天山南坡阿克苏河流域 阿克苏河是塔里木河最大的一条源流，阿克苏 河对塔里木河干流水量的补给量占７３．２％，在塔里 木河的形成、发展和演化中发挥着主要作用［４０］．阿 克苏河是天山南坡径流量最大的河流，流域面积 ５．１４×１０４ｋｍ２．昆马力克河和托什干河是阿克苏 河两大主要支流，是阿克苏河的主要水源［４１］．阿克 苏河从两支流汇合口至入塔里木河处的肖夹克，长 １３２ｋｍ，山区是阿克苏河的产流区，平原绿洲为农 业灌溉及生态耗用水区．台兰河是在阿克苏河流域 中游汇入的一条支流．阿克苏河流域共计有冰川 ２７４０条，冰川面积４９１８．２６ｋｍ２，冰体积６７９．９７５１ ｋｍ３［３６］．昆马力克河与台兰河都是以冰川融水补给 为主的河流［３０，３３］，多年平均年径流量分别为４６．０４ ×１０８ｍ３和７．３５×１０８ｍ３，冰川融水分别占到其总 径流的５２．４％和６９．７％．托什干河是以雨雪混合 补给为主的河流，年径流量为２５．７６×１０８ ｍ３，雨 雪水约占其总径流的４５．１％．昆马力克河流域的冰 川覆盖面积较大［２７］，比托什干河大２２１２．３９ｋｍ２， 夏季强烈消融时，冰川融水所占的比例与流域冰川 覆盖面积的大小密切相关． ７１５３期 沈永平等：新疆冰川、积雪对气候变化的响应（Ｉ）：水文效应 　 图２　阿克苏河流域主要水系１９５７－２００６年径流年内变化［２８］ Ｆｉｇ．２　Ｔｈｅｍｏｎｔｈｌｙｒｕｎｏｆｆｏｆｔｈｅｍａｉｎｗａｔｅｒｓｙｓｔｅｍｃｈａｎｇｅｓｆｒｏｍ１９５７－２００６ｉｎＡｋｓｕＲｉｖｅｒｂａｓｉｎ［２８］ 阿克苏河流域在１９５６－２００６年近５０ａ来年径 流量变化十分显著［２８］，年径流量在１９９３年之前呈 波浪式下降趋势，１９９３年之后则表现为较快的上 升趋势，１９９４－２００６年径流量发生了增多的跃变． 阿克苏河１９９４－２００６年年平均径流量比１９５２－ １９９３年增加１９．９４％，昆马力克河增加２３．８７％， 托什干河增加３３．９１％．托什干河径流增加幅度最 大，说明以雨雪混合补给为主的河流，径流增加更 为显著．台兰河径流在１９８６年之前呈快速下降趋 势，而１９８６年之后则为快速的上升趋势，１９８７－ ２００６年的年平均径流量比１９５７－１９８６年增加 ２４．３１％，径流变化转折点较其他河流提前了７ａ， 原因可能是台兰河流域冰川融水所占比例最大，达 到６９．７％，因而对气候变化的响应更加敏感． 近１０多年来，阿克苏河流域主要水系５－９月 的径流量增加显著（图２）．以冰川融水补给为主的 昆马力克河与台兰河径流年内变化虽然转折的时间 点不同，但趋势相似，径流增加主要都在汛期的７、 ８月，昆马力克河协合拉站１９９４－２００６年７、８月 平均径流分别比１９５６－１９９３年增加了约３０％和 ２４％，而台兰河台兰站１９８７－２００６年７、８月平均 径流分别比１９５６－１９８６年增加了约２５％和２９％； 非汛期的１－４月和１１－１２月径流年内变化微弱． 其原因是７、８月为冰川的主要消融期，而冰川融水 是昆马力克河与台兰河径流的主要补给，分别占到 ５２．４％和６９．７％，气温升高使冰川融水径流增加显 著．托什干河沙里桂兰克站１９９４－２００６年５－９月 平均径流比１９５７－１９９３年分别增加了约４９％、 ４８％、２６％、２１％和３８％，５、６月平均径流增加幅 度最大．阿克苏河西大桥站径流是由昆马力克河与 托什干河径流合成，其径流年内变化形态体现了两 条河流的径流变化特征，表现为５、６月和９月径流 增加显著，１９９４－２００６年５、６月和９月平均径流 分别比１９５２－１９９３年增加了约５７％、５０％、２６％； ７、８月平均径流分别增加了约３０％和２０％，变化 特征类似于昆马力克河．由此可见，阿克苏河５、６ 月径流增加幅度最大，原因可能气温升高导致降水 和积雪融水增加，汛期径流有提前增大的趋势．由 以上分析可知，阿克苏河流域西大桥站、协合拉站 以及台兰站径流增加的主要月份都在６－８月份， 而以雨雪水补给为主的托什干河沙里桂兰克站径流 从４月开始就明显增加，尤以５－７月增加显著． ４．３　天山北坡奎屯河流域 奎屯河流域源于依连哈比尔尕山北坡，出山后 汇集四棵树河和古尔图河，向北流入艾比湖，地势 南高北低，整个流域面积约４０００ｋｍ２，干流全长 ２２０ｋｍ［１４］．奎屯河流域自东向西依次为奎屯河、四 棵树河、古尔图河，均发源于天山中段北坡，多年 平均径流量之和达１２．６７×１０８ ｍ３．主流奎屯河在 将军庙水文站以上集水面积１９４５ｋｍ２，根据中国 冰川目录统计［４１］，１９６４年奎屯河共有各类冰川３０９ 条，冰川面积 ２０１．１２ｋｍ２，约占集水面积的 １０．３％，冰储量１０．９６９ｋｍ３．根据２００４年卫星影 像解译数据［４２］，奎屯河源冰川面积在１９６４－２００４ ８１５　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　冰　　　川　　　冻　　　土 　　３５卷　 年减退了１５．３７％，并有１１条冰川消失，河源冰川 面积已减缩为１７０．２１ｋｍ２，损失面积达３０．９１ ｋｍ２，末端退缩３．５ｍ·ａ－１．奎屯河与天山北坡多 数河流类似，具有月际分布极不均匀、季节变化明 显的特点［１４］．由于降水和冰雪融水集中在汛期，所 以，６－９月径流量占到全年径流量的７５．１％．其 中，以主汛期７、８月径流量为最大，占年径流量的 ４９．２％。 根据奎屯河将军庙水文站自１９６３年后近４７ａ 径流量序列分析［３１］，近４７ａ径流量以０．１８×１０８ ｍ３·（１０ａ）－１的速率增加，特别是１９９２－２００９年， 径流量增加速率达到０．６８×１０８ ｍ３·（１０ａ）－１．根 据月径流年代际的变化［３１］（图３），在２０世纪６０年 代和７０年代为平水年，随后各年代的月平均流量 都有增加，在秋、冬季枯水期因河道水量较少，尽 管有所增加，但起伏不大，而在汛期反映最为明 显．年代际变化与２１世纪初前６ａ平均值相比，除 图３　奎屯河各年代际月平均流量变化［３１］ Ｆｉｇ．３　Ｄｅｃａｄｅａｖｅｒａｇｅｍｏｎｔｈｌｙｓｔｒｅａｍｆｌｏｗｃｈａｎｇｅｓａｔ ＪｉａｎｇｊｕｎｍｉａｏＳｔａｔｉｏｎｏｆＫｕｙｔｕｎＲｉｖｅｒｂａｓｉｎ［３１］ 图４　哈什河托海水文站１９５５－２００５年 年代际径流年内变化过程［３２］ Ｆｉｇ４　Ｄｅｃａｄｅａｖｅｒａｇｅｍｏｎｔｈｌｙｓｔｒｅａｍｆｌｏｗｃｈａｎｇｅ ａｔＨｕｏｈａｉＳｔａｔｉｏｎｏｆＨａｓｈｉＲｉｖｅｒｂａｓｉｎ ｉｎ１９５５－２００５［３２］ ９０年代７月平均流量增加１８％、８月减少５％左右 外，基本上呈逐年增长；６月和９月份也呈现有相 似现象，特别是６月份可代表高山地区的融雪径流 情况，８０年代与６０年代相近，并略偏低；２１世纪 初的前６ａ平均流量要比９０年代高出１０％，呈逐 年代增加．同时，受到山区夏季降水增加明显的影 响，仅９０年代月平均流量最大月出现在７月，８月 水量减少；其余年代均出现在８月，并与７月份相 差不大． 由于气候变暖，奎屯河出山口将军庙水文站 １９５９－２００９年径流量的总体以０．２６６ｍ３·ｓ－１· （１０ａ）－１速率增加，而１９９２－２００６年河川径流增加 速率达到２．１６８ｍ３·ｓ－１·（１０ａ）－１，约为１９６０－ ２００６年间增速的４倍［３１］．据乌苏气象站和将军庙 水文站观测到的降水记录，从２００３年降水就出现 明显减少，年降水量减少１５％～３５％；而升温趋势 明显，１９９２－２００６年间增温速率达到０．７５℃· （１０ａ）－１，约为１９６０－２００６年期间的两倍［３１］．若以 同期的气温和降水比较，将军庙站的径流量增加， 应归因于气温升高引起冰川融水增加所致．选用气 候统计模型公式来估算奎屯河年冰川融水量［３１］， 求得奎屯河源２００４年的冰川总融水量为１．８６×１０８ ｍ３，约占河流径流量的２９．４％，比杨针娘［５］１９８０ 年计算的冰川融水量占２３．７％数据增加了５．７％． 根据王林［４３］研究，奎屯河流域１９６４－２００４年冰川 面积减退了１５．３７％，近似估算其冰川储量在过去 ４０ａ间缩减了２１．５％，冰川储量融化掉２２．６３× １０８ｍ３．除当年在冰川上的降水外，折合平均每年 增加消耗老冰的融水量０．５６６×１０８ ｍ３，相当于多 年平均补充融水出流要消耗冰川积累约３０％之多， 这种高亚洲冰川近期减退对河流水资源的影响是不 能忽视的［３７］，而且也引起河源冰川径流增加有５％ 以上． ４．４　天山西部哈什河流域 哈什河发源于天山西部依连哈比尔尕山，为伊 犁河支流．哈什河流域总面积９５４１ｋｍ２，河长 ３１６．５ｋｍ，流域海拔在８００～４６００ｍ之间，地势东 高西低，南北两侧被依连哈比尔尕山、阿吾拉勒山 所包围，形成向西敞开的狭长形盆地，致使西来水 汽可长驱直入，在山地受阻产生较多降水，在高山 区发育现代冰川［５，１４］．据《中国冰川目录》［３］，哈什 河流域冰川面积４２１．６ｋｍ２，冰川覆盖率为４．４２％， 冰川融水补给量为５．５２×１０８ｍ３，占河川径流量的 １３．９％［５］．哈什河乌拉斯台水文站以上冰川面积 ９１５３期 沈永平等：新疆冰川、积雪对气候变化的响应（Ｉ）：水文效应 　 ４０７．７ｋｍ２，冰川融水补给量为５．３４×１０８ ｍ３，占 总补给量的１６．８％，地下水补给量占２８．１％，雨水 及季节性积雪融水补给占５５．１％［１４］． 哈什河径流既有来自高山的冰川融水补给，又 有降节融雪与降水补给，加之流域冲积层深厚，植 被覆盖度大，对径流亦有一定的调节作用［３２］．所 以，哈什河径流年内分配较为均匀，年际变化相对 平缓．从哈什河径流补给主要补给源是冰川及积雪 融水，因此，径流年内分配过程主要受气温影响， 夏季气温高，积雪和冰川融水大量补给河流，加之 夏季降雨径流的汇入，故夏季水量较大，占年水量 的５０．７１％；冬季气温低，降水以固态形式存于流 域中，河川径流主要来自地下水，冬季水量仅占年 水量６．３７％；春季水量所占比重仅次于夏季，占年 水量的２１．９３％，秋季占年水量１６．２６％．哈什河春 汛一般始于４月初，此后随着气温的持续升高，积 雪消融，河道流量开始持续上涨，直至６月开始冰 川融水，即夏汛开始．哈什河的春汛、夏汛形成了 年径流过程的双峰形式，加之春汛、夏汛相连，构 成连续涨水期。因此，汛期长达４个月以上，出现 在５－８月，占年水量６６％，最大水月多出现在７ 月，占年水量的１９．７９％．从（图４）［３２］可见，１１、 １２、１－４月水量略有增加趋势，６、７月有微弱减少 趋势，其他各月无明显趋势变化，径流年内变化过 程趋于均匀．其原因是由于春季提前造成，该河春 汛一般始于４月初，但从２０世纪８０年代末期开 始，春汛大多集中出现于３月下旬，从而造成春季 量增多；二是由于持续升温天气，使冰川消融期增 长，径流过程坦化，造成冬季水量增多．１９５５－ ２００５年哈什河年径流总体呈微弱增加趋势，其中 冷季径流有明显增加趋势，而暖季径流量呈微弱减 少趋势． ４．５　天山东部哈密地区河流 哈密地区位于新疆东部极端干旱区，天山呈东 西向横恒于哈密境内，天山是本地区的水源地和 “水塔”，高山区降水量可达５００～６００ｍｍ［４４］，并在 天山南北坡发育现代冰川，区域冰川１７９条［４５］，冰 川面积１５５．８３ｋｍ２，冰储量约８ｋｍ３，为哈密地区 主要的调节水源．据最新统计［４６］，哈密地区地表水 资源总量１０．３×１０８ｍ３，可利用水资源量６．４×１０８ ｍ３．哈密地区长年淌水河流共７６条，其中２０条河 流受到冰川融水的补给影响，冰川平均年融水量达 １．７２×１０８ｍ３．根据本区５０多年来的水文气象观 测记录［３５］，自１９５７年以来年均温度总体上升，而 且自１９８６年以后升温更加明显．位于山区的巴里 坤站气温一直呈递增趋势，升温达０．０７℃·ａ－１， 最近１０ａ均值比最早１０ａ均值平均升高２．６℃． 冬季各站平均气温都呈上升趋势，升温速率达到 ０．０５～０．０６℃·ａ－１．连续的高温使地区范围内有 冰川消融水补给河流后期径流量大增［３５］，其中苇 图５　哈密四站年均流量变化及其趋势［３５］ Ｆｉｇ．５　ＶａｒｉａｔｉｏｎｓｏｆａｎｎｕａｌｒｕｎｏｆｆａｎｄｔｈｅｉｒｔｅｎｄｅｎｃｙｆｏｒｆｏｕｒｈｙｄｒｏｌｏｇｉｃａｌｓｔａｔｉｏｎｓｏｆＨａｍｉｒｅｇｉｏｎ［３５］ ０２５　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　冰　　　川　　　冻　　　土 　　３５卷　 子峡站１９９８－２００１年均值比建站至１９９７年均值多 ５３．３％，比建站至２００７年均值多３７．９％，比最近 １０ａ均值多１４．８％． 哈密地区的河流大体上分两大类［３５］，一类是 有冰川融水补给的河流，虽然数量不多，但径流量 占全地区７９．４％；另一类是没有冰川融水补给的河 流，这类河流年径流量普遍少于１０００×１０４ｍ３，但 数量较多，涉及面广．无冰川融水补给的河流总体 上水量受降水、气温影响明显，洪枯水量悬殊．最 近几十年，地区内各地降水量呈递增趋势，但近期 河流年径流出现减少趋势，特别是春季（图５ａ）．主 要原因是中高山区气温的全面升高，导致各流域 中、高山区的前期积雪尚未到正常消融期就提前缓 慢融化．这些积雪消融水大多就地下渗成为土壤 水，而到气温适宜的春天，这部分原会补给河流的 水量己消失，终使这些河流春季水量的日趋减少， 原来这部分河流春季３－５月径流量约占年径流量 的６０％左右．有冰川融水补给的河流，年径流量总 体呈增加趋势．白吉站流域高山区有冰川面积 １３．３６ｋｍ２，榆树沟站控制流域有冰川面积２２．８５ ｋｍ２，苇子峡站流域有冰川面积３５．６３ｋｍ２（图５ｂ， ｃ，ｄ）．在２０世纪９０年代，各河的年径流量增加较 多，尤以伊吾河流域苇子峡站变化最为明显，２０世 纪９０年代后比前期均值增长３５．７％，最近１０ａ平 均流量比最早１０ａ平均流量多４１．４％，这意味着 每年比最早１０ａ的平均流量增加２４３０×１０４ ｍ３水 量；增长最小的故乡河白吉站为１１．５％．增长幅度 与流域冰川面积成正比，冰川面积越大，水量增加 越多． 总体来讲，随着区域气候的变暖，各类河流径 流过程发生着较大变化［３５］：无冰川消融水补给的 河流出现洪、枯水量悬殊，近期年径流出现减少趋 势；有冰川消融水补给河流的年径流量变化明显， 其中河源冰川不多、个体面积较小的河流年径流量 在２０００年前增加，近年有减缓趋势；而河源冰川较 多、个体面积较大的河流这种增多趋势仍在继续． ５　不同冰雪径流河流对气候变化的响应及 其分类 ５．１　冰川、积雪径流对气候变化的响应机理 冰川是固体水资源，它的消融和积累对河川径 流具有天然调节作用，是我国西部尤其是干旱区主 要河流的重要补给来源［４６］．在我国西部山区，不同 的流域冰川覆盖率不同，不同的冰川面积对山区径 流贡献也不同［５］（表５）．我国冰川融水径流水资源 的空间分布很不均匀，而且与冰川面积的分布不相 一致．内流区冰川面积占我国冰川总面积的６０％， 但冰川融水径流仅占其总量的４１．５％，而冰川面积 占４０％的外流区的冰川融水径流却占４８．５％．但 冰川融水径流对河流补给比率则相反，即内陆干旱 少雨的大陆型冰川区的冰川融水补给比率大，而降 水丰沛的海洋型冰川区则相对较小．根据叶柏生 等［４７－４８］研究，随着冰川覆盖率的增加，径流年内变 化迅速减小，很快趋于平稳．从定量的角度看，当 流域冰川覆盖率超过５％时，冰川对河流的年内调 节作用效果明显；当冰川覆盖率超过１０％时，河流 径流基本趋于稳定． 表５　新疆冰川融水径流及其对河流的补给 （据文献［５］修改） Ｔａｂｌｅ５　ＧｌａｃｉａｌｍｅｌｔｗａｔｅｒｉｎｒｉｖｅｒｂａｓｉｎｏｆＸｉｎｊｉａｎｇ （ＡｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏＲｅｆ．［５］ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ） 内陆河水系 冰川面积 ／ｋｍ２ 出山河川 径流量 ／１０８ｍ３ 冰川融水 径流量 ／１０８ｍ３ 冰川融水 补给比重 ／％ 准噶尔盆地 ２２５４．１ １２５ １６．８９ １３．５ 新疆伊犁河 ２０２２．６６ １９３ ２６．４１ １３．７ 吐 哈盆地 ２５２．７３ １６．７ １．９ １１．４ 塔里木盆地 １９８８８．８１ ３４７ １３３．４２ ３８．５ 额尔齐斯河 ２８９．２９ １００ ３．６２ ３．６ 总计 ２４７０７．５９ ７８１．７ １８２．２４ ２３．３ 对新疆不同流域冰川融水对河流贡献和流域冰 川覆盖率进行统计可以看出（图６），融水贡献比例 和冰川覆盖率呈非线性关系，在覆盖率较小的情况 下，冰川融水的作用更加明显，但当冰川达到１０％ 左右以后，冰川贡献大于２５％，这时的冰川贡献呈 缓慢增加，但冰川融水的调节已经很明显．这和叶 柏生等［４７－４８］的研究结果相似．一般来说，冰川融水 在干旱区的表现更加明显，由于山外降水很少，几 乎不产流，所以冰川融水在这些河流中的比例更加 明显，但一般占１０％～１４％左右，所以其对河流的 调控作用不明显．大冰川和覆盖度大的流域，冰川 融水对河流补给在２５％以上，已经对河流径流起到 调控和稳定作用． 另外，冰川具有多年调节河川径流量的作 用［５］．冰川融水径流对河川径流的调节作用在于在 干旱少雨的年份，冰川融水可以弥补因降水减少而 造成的河流水量不足．当连续出现低温多雨天气 １２５３期 沈永平等：新疆冰川、积雪对气候变化的响应（Ｉ）：水文效应 　 图６　新疆流域冰川覆盖度与冰川融水对河流 径流贡献的关系 Ｆｉｇ．６　Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｏｆｇｌａｃｉｅｒｃｏｖｅｒａｇｅａｎｄ ｇｌａｃｉｅｒｍｅｌｔｗａｔｅｒｃｏｎｔｒｉｂｕｔｉｏｎｔｏｒｉｖｅｒ ｒｕｎｏｆｆｉｎＸｉｎｊｉａｎｇｒｅｇｉｏｎ 时，冰川融水量减少，冰川上的积雪补给冰川形成 冰川冰保存起来，河流水量减少．因此，冰川融水 补给量较大的河流受旱涝威胁相对要小，对我国西 部干旱地区农业稳定和持续发展起着重要作用．就 冰川融水对河流的补给比重而言，我国西部省区冰 川融水径流对河流的贡献以新疆为最大，其补给比 重占２５．４％［５］．不同类型的河流，冰川融水的调节 作用不同．干旱年份，降水量不同程度地比正常年 偏少，冰雪融水类河流的径流量普遍比正常年偏 大；雨水 冰雪融水类河流的径流量接近正常年或 略偏少；雨水类与雪融水类河流的径流量比正常年 偏少较多．湿润年份则相反，冰雪融水类河流的径 流量偏少；雨水 冰雪融水类河流略高于正常年； 而雨水类与雪融水类河流的径流量则偏大．冰川融 水径流水资源丰富的地区，冰川融水对河流的补给 比重不一定大，在干旱区雨水对河流的补给作用较 弱所致，所以冰川融水比例较大．冰雪资源对地表 水资源的调节，不仅表现在这种“高山固体水库”对 河川径流的年调节作用，而且还体现在对河川径流 年内分配的影响．冰川径流的年内变化与冰川消融 期的长短和冰川类型有关．由于冰川融水径流的季 节变化非常明显，所以径流的年内分配极不均匀， 其融水径流高度集中于６－８月． 积雪在全球水循环中也起着重要作用，全球淡 水年补给量大约５％来自降雪，亚洲、欧洲、北美 洲的大江大河，包括我国的长江、黄河，春季补给 主要来自融雪径流．因此，雪冰覆盖的大河源头地 区积雪水资源对气候变暖的响应对全球环境和径流 能产生举足轻重的影响，尤其是中亚和北美西部干 旱半干旱区用水高度依赖山区冬季积雪［１］．中国西 北干旱区冬季积雪贮量相当于该区年径流总量的 ３８．２％，春季融雪在我国东北、新疆、西藏等地区 形成春汛及时地满足了春灌的迫切需要，为农业发 展提供了得天独厚的水资源条件［８］． 最近的研究报告已指出［２５］，气候变化会使高 纬度地区和融雪补给的流域可能产生的强降水天数 和洪水频率增加．在山地流域，较高的气温会使 雨／雪比率增大，加速春季融雪的速率［４９－５０］，缩短 降雪季节的时间，导致更快，更早和更大的春季径 流，气候变化引起高山寒区各种介质中的水循环变 化［２４］．气候变暖下，积雪流域季节水文过程变迁 （移动）的机理如图７． 随着气温升高，雪线上升，冰川表面消融加 剧，融水量增加，与此同时，冰川末端因消融量超 过冰川运动来的冰量，而出现后退。在气候大幅度 变暖初期，冰川面上增加的消融量远远超过冰川末 端后退而减少的消融量，因此，冰川融水量增加。 但随着时间演替，冰川变薄后退加速，到达某种程 度，即临界年（年代），冰川面积缩减损失的消融量 超过气温升高所增加的面上消融量时，冰川融水径 流量随着下降，迅速降至升温前的融水径流初始 值；最后将因冰川的消亡，而冰川融水径流停止． 实际冰川融水量并不与冰川面积成正比，当气温大 幅度变暖初期，冰川面上增加的消融量远超过冰川 末端后退而减少的消融量［５１－５３］．只有当冰川厚度 严重变薄，末端迅速后退减少的消融量超过面上增 加消融量时，冰川融水径流量将迅速下降［５４］．现在 气温正值大幅度升温的初期，融水量以增加为 主［４６］． ５．２　不同雪冰径流河流对气候变暖响应分类 以融雪径流为主的额尔齐斯河支流克兰河，气 温上升使得最大径流月由６月提前至５月，春季径 流增加，而夏季径流减少，尤其是在７－８月的径流 减少［２９］．对于融雪和冰川融水混合补给的河流，由 于河流的汛期是在夏季，春季农业缺水严重，随着 气温的上升，增加的河流径流依然是集中在夏季， 使得洪水压力和风险增大［２８］．但在积雪比例较大 的一些流域，而冰川融水比例相对小的流域，如库 车河，开都河及托什干河上游等，也在春季增加径 流，可以缓解春季需水，减轻春旱压力．但这类河 流在秋季的径流也有一定增加，总体增加的径流缓 ２２５　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　冰　　　川　　　冻　　　土 　　３５卷　 图７　积雪流域季节水文过程变迁（移动）机理 Ｆｉｇ．７　Ｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｈｙｄｒｏｌｏｇｉｃａｌｐｒｏｃｅｓｓｅｓｃｈａｎｇｅ（ｍｏｖｅｍｅｎｔ）ｗｉｔｈｃｌｉｍａｔｅｗａｒｍｉｎｇｉｎｓｎｏｗｃｏｖｅｒｂａｓｉｎ 表６　不同雪冰比例河流对气候变暖响应分类 Ｔａｂｌｅ６　Ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｆｒｉｖｅｒｓｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｎｏｗｃｏｖｅｒａｎｄｇｌａｃｉｅｒｓｃｏｖｅｒａｇｅｒｅｓｐｏｎｓｅｔｏｃｌｉｍａｔｅｗａｒｍｉｎｇ 河流类型 冰雪融水特征 典型代表性河流 对气候变化的响应特征 Ｉ型 积雪融水为主的，几乎可以不考虑冰 川融水 阿尔泰山克兰河，塔城等河流 对升温的响应表现为融雪提前，由６月提前 到５月，春季径流增加，夏季径流减少明显 ＩＩ型 以积雪融水为主，冰川融水比例在５％ －１５％ 以渭干河库车河为代表，乌鲁木 齐河等天山北坡的河流也属此类 最大径流月在夏季．月，一般在７－８月；但随 着气温上升，依然是夏季月径流最大，但最大 月前移到６月 ＩＩＩ型 积雪和冰川融水所占比例接近，冰川 融水比例在２５％（１５％－３５％）左右 黑孜，开都河，奎屯河，卡拉苏等 最大径流月保持在７月，对气候变暖的响应 只是汛期径流增大，其他时段变化不大 ＩＶ型 以冰川消融为主，积雪融水比例明显 下降 阿克苏河和台兰河及木扎尔特河 属于此类 对气候变暖的响应是汛期增大，但又分为春 季 夏季增加型和夏季 秋季增加型 解了需水压力，平衡了年内的水资源分配．对于主 要以冰川融水为主的河流，增加的径流在夏季和秋 季，加大了汛期的洪水风险．新疆气候１９８６／１９８７ 年度发生转型［１９－２０］，气候变暖和变湿明显，尤其是 冬季增温最为明显，使得年汛期的的最大流量和冬 季的最小径流量在大部分雪冰河流呈现明显增加趋 势；以积雪为主的流域，春季融雪径流最大，并且 最大洪峰出现的时间提前，其他冰川的融水河