中國(guó)網(wǎng)/中國(guó)發(fā)展門戶網(wǎng)訊 全球淡水資源的?70%?以上儲(chǔ)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(kù)。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(guò)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(lái)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(guó)際冰凍圈科學(xué)發(fā)展趨勢(shì)、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(lái)的新興學(xué)科。

傳統(tǒng)上對(duì)冰凍圈不同要素的水文研究主要是針對(duì)單個(gè)要素分別開(kāi)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(kāi)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(duì)冰凍圈的影響越來(lái)越顯著，冰凍圈諸要素的水文過(guò)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(wèn)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(guò)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(wèn)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(guò)程十分復(fù)雜。如果要了解一個(gè)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(gè)要素的水文過(guò)程統(tǒng)一考慮，同時(shí)與降雨水文一起考慮，才能準(zhǔn)確認(rèn)識(shí)流域水文過(guò)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(jiǎn)單而言，冰凍圈水文學(xué)是研究冰凍圈諸要素水文過(guò)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(guó)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(guó)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(yǔ)，并沒(méi)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(chǔ)存，以液態(tài)形式釋放。冰-水相互轉(zhuǎn)化過(guò)程及其對(duì)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(gè)方面的研究?jī)?nèi)容：①研究冰凍圈諸要素自身的水文機(jī)理和變化過(guò)程；②研究冰凍圈變化在流域、區(qū)域及全球水文過(guò)程和水循環(huán)中所產(chǎn)生的影響，如冰川變化對(duì)河流徑流影響可涉及整個(gè)流域水資源問(wèn)題，而冰凍圈變化對(duì)海平面的影響就涉及到全球水循環(huán)問(wèn)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(duì)水文過(guò)程產(chǎn)生了明顯影響，進(jìn)而會(huì)對(duì)水資源、生態(tài)和災(zāi)害等過(guò)程產(chǎn)生重要影響。可見(jiàn)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(gè)流域和廣泛領(lǐng)域。有關(guān)冰川融水對(duì)水資源影響的研究表明，來(lái)自遙遠(yuǎn)冰凍圈的水對(duì)未來(lái)水資源影響的風(fēng)險(xiǎn)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(gè)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(gè)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(zhǎng)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(guò)去積累的水量；即使在干旱少雨時(shí)期，冰凍圈仍然會(huì)源源不斷輸出水量，其水源的枯竭需要經(jīng)歷較大和長(zhǎng)周期氣候波動(dòng)。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(dòng)的水汽。由于冰凍圈是一個(gè)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(shí)，還通過(guò)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(chǔ)量和年補(bǔ)給量?2?個(gè)方面，冰凍圈對(duì)河流的年補(bǔ)給量是地表徑流的重要組成部分。2010?年中國(guó)冰川年融水量約為?7.8×1010 m3，超過(guò)黃河入海的年總水量（6×1010 m3）。全國(guó)冰川徑流量約為全國(guó)河川徑流量的?2.2%?左右，相當(dāng)于我國(guó)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(wú)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(guò)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(duì)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(shí)，冰川區(qū)相對(duì)偏高的溫度導(dǎo)致冰川融水增加，彌補(bǔ)降水不足對(duì)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(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)，表明了冰川作為固體水庫(kù)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(duì)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(dòng)層厚度增加（圖1），土壤儲(chǔ)水空間增大，夏季降水通過(guò)土壤活動(dòng)層釋放的水量增多，結(jié)果是夏季降水在活動(dòng)層中延長(zhǎng)了產(chǎn)流時(shí)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(duì)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(dòng)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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