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hbv模型在台兰河流域的应用 中国是世界上主要的山脉和河流分布国家之一。根据第一个河流分布，中国河流总面积为592.5公里，占亚洲河流总面积的一半以上。从北向南主要分布在阿尔泰山、云山、昆兰山、卡喇昆仑山、羌塘高原、喜马拉雅和水平断山。冰川分布的山脉和高原是亚洲主要江河如长江、黄河、塔里木河、雅鲁藏布江、恒河、印度河、怒江、澜沧江、伊洛瓦底江等的河源区和主要的水资源形成区。受气候变暖影响,冰川退缩,这些江河的水量和径流年内过程均发生了较大变化;预估气候继续变暖,众多规模较小的冰川必将消失,冰川对于河流的补给必将减少,河流径流变率势必增大,水资源管理和配置难度增加。此外,伴随冰川退缩,冰川洪水及泥石流暴发频率也呈增加趋势,这些均是我国西部及周边国即将面临的重大环境问题之一。本刊邀请到国内从事冰雪水资源研究的数名青年学者,组织了“中国冰川资源专栏”,分别从基于MODIS的中国积雪变化、冰川尺度与冰川流域尺度径流模拟等角度,探讨了我国近10年来的积雪变化特征、典型冰川径流对气温和降水变化的敏感性,以及代表性流域冰川径流变化的可能情景,这些成果为进一步研究冰雪变化及其水资源影响提供了新视角。 托木尔峰地区 天山托木尔峰地区是我国现代冰川作用最强烈的地区,该区域广泛发育着在我国高山冰川中独具特色且规模宏大的山谷冰川,如托木尔冰川、科其喀尔巴西冰川、琼台兰冰川等。该区域冰川融水是中亚地区许多河流的主要补给源,补给比例可达50%~80%,对流域水资源的开发利用与经济可持续发展有着深远影响。据李忠勤等对这一地区的483条冰川变化研究发现,托木尔峰地区冰川正在剧烈消融,冰川面积由1964年的2267.708 km2减少到2003年的2067.412 km2,退缩幅度为8.8%,其冰川变化产生的水资源效应目前已经相当可观。针对这一事实,本文选择天山托木尔峰南坡台兰河流域为研究对象,定量探讨气候变暖、冰川萎缩情景下未来河流径流的变化,旨在揭示冰川水资源变化的普遍规律,以期对阿克苏地区、塔里木河流域甚至整个南疆未来水资源可持续利用对策提供重要的科学依据。 1 台兰河流域中气状况 台兰河发源于天山最高峰托木尔峰南坡,自北向南流,干流全长69 km,受台兰水文站控制的集水区面积为1324 km2(图1),海拔为1550~7435 m。流域自然景观垂直地带性明显,海拔2000 m以下为山麓平原区,以荒漠草场和灌丛为主;海拔2200~4000 m处有大片的雪岭云杉和亚高山草甸分布,海拔3500 m以上有零星的裸岩点缀;海拔5000 m以上普遍发育有现代冰川和永久积雪。据中国冰川目录统计,台兰河流域共分布有100条冰川,总面积416.83 km2,冰川覆盖度为31.5%。琼台兰冰川是流域内规模最大的一条冰川,面积为165.38 km2。丰富的高山冰雪融水是台兰河径流的重要补给来源,冰雪融水占台兰站径流比重高达63.6%,且主要集中在夏季(6—8月)。根据2003—2005年气象观测数据,台兰水文站年平均气温为9.7℃,年平均降水量为232.1 mm。 2 研究方法和数据 2.1 径流带的设置 HBV模型是一种模拟积雪、融雪、实际蒸散量、土壤水分储存和径流等机制的概念性、半分布式水文模型。通常,HBV模型将研究区划分为多个子流域,每个子流域再根据高程、土地利用类型分成多个径流带,以便于处理不同下垫面对径流的影响。目前,HBV模型已有多个版本,并在100多个国家和地区得到应用和研究。考虑到台兰河流域冰川分布较多及冰雪融水在径流形成过程中所起的重要作用,本文选用由瑞典水文气象局开发的含有冰川模块的HBV-SMHI版本,该版本对冰雪消融和森林带的产流考虑比较全面,并已在喜马拉雅山南坡、阿尔卑斯山和中亚天山等地区取得了良好应用效果。 2.2 平均气温和降水数据 HBV模型的输入包括气温和降水时间序列数据、观测的径流数据、流域数字高程模型(DEM)数据和土地利用类型等数据。本研究气象数据包括台兰水文站2003—2005年观测的逐日气温与降水(包括降水类型)数据,国家气象信息中心提供的1973—2005年阿克苏、拜城气象站日平均气温和降水数据,以及国家气候中心提供的Reg CM3气候模式对这一区域模拟的1961—2100年月气温和月降水数据。需要指出的是,该模式输出为25 km×25 km的格网数据,首先将格点数据利用反距离加权法插值到台兰水文站,然后选用Delta降尺度方法,主要利用观测的历史数据,加上Reg CM3输出网格未来不同时期(2041—2060年和2081—2100年)气候值与基准期(1981—2000年)的差值,获得台兰水文站未来的气候状况。径流数据选用台兰水文站2003—2005年和1973—2001年观测的逐日数据。数字高程模型数据采用90 m分辨率的