中國網(wǎng)/中國發(fā)展門戶網(wǎng)訊 全球淡水資源的?70%?以上儲存在冰川、冰蓋中，北半球積雪年最大水當(dāng)量約為?3×106?km3，因此，冰凍圈是世界上最大的淡水資源庫。冰凍圈與水圈相互作用是氣候系統(tǒng)乃至地球系統(tǒng)中的重要水文過程，包括由冰凍圈諸要素（如冰川、冰蓋、積雪、凍土、河冰、湖冰和海冰等）中釋放出來的液態(tài)水及其水文、水資源、生態(tài)和環(huán)境效應(yīng)，不僅是人們關(guān)注的重點(diǎn)和熱點(diǎn)，也是冰凍圈水文學(xué)研究的主要內(nèi)容。冰凍圈水文學(xué)是順應(yīng)國際冰凍圈科學(xué)發(fā)展趨勢、為滿足區(qū)域水資源可持續(xù)利用實(shí)際需要而發(fā)展起來的新興學(xué)科。

傳統(tǒng)上對冰凍圈不同要素的水文研究主要是針對單個要素分別開展的，例如，冰川水文，主要從冰川的消融、徑流形成以及冰川徑流在流域中所起的作用等方面開展研究，凍土水文、積雪水文等也與此類似。隨著全球氣候變化對冰凍圈的影響越來越顯著，冰凍圈諸要素的水文過程及影響受到廣泛關(guān)注。由于冰凍圈諸要素在流域尺度上往往是共同作用，與冰凍圈相關(guān)的水問題已經(jīng)不能從傳統(tǒng)單一冰凍圈要素的角度去理解其過程和影響，而需要從冰凍圈科學(xué)的視角審視冰凍圈的水問題。例如，在冰凍圈分布的流域內(nèi)往往不僅有冰川、積雪，也有多年和季節(jié)凍土，加上降雨，水文過程十分復(fù)雜。如果要了解一個流域內(nèi)的水文情況，只了解冰川或積雪或凍土單一水文影響是不夠的，需要將冰凍圈各個要素的水文過程統(tǒng)一考慮，同時與降雨水文一起考慮，才能準(zhǔn)確認(rèn)識流域水文過程以及不同冰凍圈要素所起的水文作用。冰凍圈不同水文要素整體觀是冰凍圈水文學(xué)的核心思想。 

冰凍圈水文學(xué)

簡單而言，冰凍圈水文學(xué)是研究冰凍圈諸要素水文過程和機(jī)理，以及其水文作用和影響的學(xué)科。冰凍圈水文學(xué)是隨著冰凍圈科學(xué)的發(fā)展而被提出的，是一門新興的、具有特殊水文屬性的學(xué)科，也是由中國科學(xué)家首先提出并完成其學(xué)科體系構(gòu)建的科學(xué)。目前，國際上有關(guān)冰凍圈水文學(xué)（cryo-hydrology 或 cryospheric hydrology）的研究較少，在僅有的一些文獻(xiàn)只是用到了“冰凍圈水文學(xué)”這一詞語，并沒有涉及到學(xué)科本身的科學(xué)內(nèi)涵。

冰凍圈水文主要特點(diǎn)是水以固態(tài)形式儲存，以液態(tài)形式釋放。冰-水相互轉(zhuǎn)化過程及其對資源和環(huán)境的影響是冰凍圈水文學(xué)關(guān)注的焦點(diǎn)。冰凍圈水文學(xué)研究包含?2?個方面的研究內(nèi)容：①研究冰凍圈諸要素自身的水文機(jī)理和變化過程；②研究冰凍圈變化在流域、區(qū)域及全球水文過程和水循環(huán)中所產(chǎn)生的影響，如冰川變化對河流徑流影響可涉及整個流域水資源問題，而冰凍圈變化對海平面的影響就涉及到全球水循環(huán)問題。

在氣候變暖的背景下，全球冰凍圈發(fā)生了很大變化，主要表現(xiàn)在冰川退縮、積雪減少、多年凍土退化、海冰范圍消退等，以及冰凍圈自身溫度的升高進(jìn)而導(dǎo)致其不穩(wěn)定性的增加。冰凍圈變化對水文過程產(chǎn)生了明顯影響，進(jìn)而會對水資源、生態(tài)和災(zāi)害等過程產(chǎn)生重要影響。可見盡管冰凍圈分布在人跡罕至的高海拔、高緯度地區(qū)，但其水文影響卻波及下游和中、低緯度整個流域和廣泛領(lǐng)域。有關(guān)冰川融水對水資源影響的研究表明，來自遙遠(yuǎn)冰凍圈的水對未來水資源影響的風(fēng)險巨大，冰凍圈水資源與人類可持續(xù)發(fā)展息息相關(guān)。 

冰凍圈的基本水文功能

冰凍圈的水文功能主要表現(xiàn)在?3?個方面：水源涵養(yǎng)、徑流補(bǔ)給、水資源調(diào)節(jié)。

水源涵養(yǎng)功能主要表現(xiàn)在水源發(fā)源地和冷濕島效應(yīng)?2?個方面。①冰凍圈發(fā)育于高海拔、高緯度地區(qū)，是世界上眾多大江大河的發(fā)源地。以青藏高原為主體的冰凍圈，是長江、黃河、塔里木河、怒江、瀾滄江、伊犁河、額爾齊斯河、雅魯藏布江、印度河、恒河等著名河流的源區(qū)，也是“亞洲水塔”所在。冰凍圈作為水源地不同于降雨型源地，是以固態(tài)水轉(zhuǎn)化為液態(tài)水的方式形成水源，釋放的是過去積累的水量；即使在干旱少雨時期，冰凍圈仍然會源源不斷輸出水量，其水源的枯竭需要經(jīng)歷較大和長周期氣候波動。②山地冰凍圈所在的高大山系，能夠直接攔截由于地形抬升而沿山坡上升的水汽，以及沿主風(fēng)向運(yùn)動的水汽。由于冰凍圈是一個巨大的冷源，可以有效凝結(jié)這些水汽形成降水。特別是在干旱內(nèi)陸河流域，冰凍圈在攔蓄外源水汽的同時，還通過流域的內(nèi)循環(huán)將內(nèi)部水汽輸聚到高冷的冰凍圈地區(qū)。正因?yàn)槿绱耍珊祪?nèi)陸河流域平原區(qū)與冰凍圈區(qū)降水量可相差?5—10?倍。

冰凍圈被人們廣泛認(rèn)知的水文作用是徑流補(bǔ)給功能。作為固態(tài)水體，冰凍圈自身就是重要的水資源，其資源屬性表現(xiàn)在總儲量和年補(bǔ)給量?2?個方面，冰凍圈對河流的年補(bǔ)給量是地表徑流的重要組成部分。2010?年中國冰川年融水量約為?7.8×1010 m3，超過黃河入海的年總水量（6×1010 m3）。全國冰川徑流量約為全國河川徑流量的?2.2%?左右，相當(dāng)于我國西部甘肅、青海、新疆和西藏?4?省（自治區(qū)）河川徑流量的?10.5%。

相較于冰凍圈的水源涵養(yǎng)和徑流補(bǔ)給功能，冰凍圈的水資源調(diào)節(jié)功能更為重要。在無冰川分布的流域，河流主要依靠降水補(bǔ)給，徑流年際變化很大，表明徑流過程很不“穩(wěn)定”。但在有冰凍圈覆蓋的流域，豐水年由于流域降水偏多，分布在極高山區(qū)的冰川區(qū)氣溫往往偏低，冰川消融量減少，冰川融水對河流的補(bǔ)給量下降，削弱降水偏多而引起的流域徑流增加幅度；反之，當(dāng)流域降水偏少時，冰川區(qū)相對偏高的溫度導(dǎo)致冰川融水增加，彌補(bǔ)降水不足對河流的補(bǔ)給量[1]。這樣，由于冰川的存在，將使有冰川的流域河流徑流處于相對穩(wěn)定的狀態(tài)，表明了冰川作為固體水庫以“削峰填谷”的形式表現(xiàn)出顯著的調(diào)節(jié)徑流豐枯變化的作用，這對干旱區(qū)綠洲水資源利用是十分有利的。凍土水文的調(diào)節(jié)作用主要表現(xiàn)在多年凍土消融可使活動層厚度增加（圖1），土壤儲水空間增大，夏季降水通過土壤活動層釋放的水量增多，結(jié)果是夏季降水在活動層中延長了產(chǎn)流時間，往往導(dǎo)致多年凍土區(qū)冬季徑流增加。

圖 1多年凍土變化對徑流的影響示意圖

左側(cè)的藍(lán)色實(shí)線和虛線分別表示多年凍土活動層上限和地下水水位隨著凍土融化下降前、后位置

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