中亞天山地區(qū)關(guān)鍵水文要素變化與水循環(huán)研究進(jìn)展

陳亞寧， 李 稚， 方功煥

（中國(guó)科學(xué)院新疆生態(tài)與地理研究所，荒漠與綠洲生態(tài)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，新疆 烏魯木齊 830011）

1 問(wèn)題的提出

天山位于歐亞大陸腹地，是絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶中段的重要水源地，為中亞干旱區(qū)孕育了多條年徑流量100×108m3以上的大型河流，被譽(yù)為“中亞水塔”。天山地區(qū)水循環(huán)過(guò)程獨(dú)特，水系統(tǒng)穩(wěn)定性低，系統(tǒng)開(kāi)展中亞天山地區(qū)的水循環(huán)與水安全研究，對(duì)構(gòu)建中亞地區(qū)命運(yùn)共同體、推進(jìn)“一帶一路”國(guó)際合作，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1.1 天山被譽(yù)為“中亞水塔”，是中亞干旱區(qū)水資源的主要發(fā)源地

天山被譽(yù)為“中亞水塔”，山區(qū)冰川發(fā)育、積雪廣布，水資源主要由高山區(qū)冰川/積雪融水、中山森林帶降水和低山帶的基巖裂隙水構(gòu)成［1-2］。根據(jù)最新的IPCC 報(bào)告［3］，相對(duì)于前工業(yè)化時(shí)期，2011—2020 年全球地表平均溫度上升了1.09 ℃（0.95～1.20 ℃），并且陸表氣溫上升幅度高于海洋。天山山體升溫十分顯著，升溫速率達(dá)0.30～0.41 ℃·(10a)-1［4］。溫度的快速升高，加速了天山地區(qū)冰川、積雪、凍土的萎縮［1,2,5-8］，這勢(shì)必影響到天山地區(qū)水資源數(shù)量和水系統(tǒng)穩(wěn)定性，關(guān)乎中亞地區(qū)的社會(huì)穩(wěn)定和“絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶”建設(shè)。

1.2 天山地區(qū)水循環(huán)獨(dú)特，難以沿用已有的水循環(huán)模式闡述其內(nèi)在機(jī)理

天山山脈地形起伏大，熱量分布空間差異顯著。加之，天山地區(qū)水資源構(gòu)成多元（冰川、積雪融水、大氣降水等），產(chǎn)匯流機(jī)理復(fù)雜，水循環(huán)過(guò)程獨(dú)特，水循環(huán)和水文過(guò)程在很小尺度上的變化就有可能產(chǎn)生時(shí)空分布的巨大差異，水文過(guò)程對(duì)氣候變化極為敏感，難以沿用現(xiàn)有的流域水循環(huán)模式或水文模型闡述其內(nèi)在機(jī)理和基本規(guī)律［9］。氣候變暖不僅改變了山區(qū)降水量和冰川/積雪的積累/消融規(guī)律，打破了原有的自然平衡［4］，而且，使得山區(qū)降水的時(shí)空分布和降水形式（雨雪比）發(fā)生變化［10］，引起河川徑流補(bǔ)給方式、產(chǎn)匯流過(guò)程和徑流量的改變，導(dǎo)致極端水文事件加劇。天山山區(qū)的河川徑流對(duì)冰川、積雪的依賴性強(qiáng)，隨著冰川退縮、冰川調(diào)節(jié)功能的下降以及極端氣候水文事件的加劇，徑流量的變率增大，水源機(jī)制及產(chǎn)匯流過(guò)程將發(fā)生改變，河流水文過(guò)程將會(huì)變得更為復(fù)雜［11］。未來(lái)氣候變化對(duì)天山地區(qū)的水資源影響尚不明確，天山地區(qū)水循環(huán)和水資源變化趨勢(shì)成為氣候變化科學(xué)與干旱區(qū)水科學(xué)研究的熱點(diǎn)。

1.3 天山聯(lián)接中國(guó)新疆和中亞五國(guó)之三，多元的政治主體割裂了科學(xué)研究的完整性

天山作為一個(gè)獨(dú)立的巨型構(gòu)造地貌單元，連接中國(guó)及中亞的哈薩克斯坦、吉爾吉斯斯坦和烏茲別克斯坦等國(guó)，地緣環(huán)境獨(dú)特，水資源形成區(qū)與消耗區(qū)交疊，流域內(nèi)不同國(guó)家和地區(qū)的水資源開(kāi)發(fā)目標(biāo)和管理辦法不同，從而導(dǎo)致流域水資源的整體開(kāi)發(fā)和管理十分復(fù)雜。天山是多條國(guó)際河流的發(fā)源地，跨境河流復(fù)雜、密集，是世界上跨境河流問(wèn)題最為突出地區(qū)之一。天山地區(qū)橫跨多個(gè)國(guó)家，割裂了天山地區(qū)科學(xué)研究的系統(tǒng)性和完整性，諸多涉及天山地區(qū)水循環(huán)和水系統(tǒng)變化機(jī)理的問(wèn)題尚處于熱議中［11］。全球變暖加劇了水系統(tǒng)脆弱性和河川徑流的波動(dòng)性，加大了水資源的不確定性，不斷的水沖突以及氣候變化帶來(lái)的水資源風(fēng)險(xiǎn)和水危機(jī)成為影響絲路經(jīng)濟(jì)帶水資源安全的潛在威脅［12-13］。

2 天山地區(qū)的關(guān)鍵水文要素變化

2.1 降水變化

降水是水循環(huán)中最活躍的要素，更是天山山區(qū)最為關(guān)鍵的水文要素。在過(guò)去的幾十年間，天山地區(qū)的降水量呈現(xiàn)出增加趨勢(shì)，降水量的增加速率為5.82 mm·(10a)-1［14］。但是，自2000年以來(lái)，降水的增加趨勢(shì)減弱，極端降水天氣增加［15］。特別值得一提的是，在全球變暖背景下，山區(qū)固態(tài)降水出現(xiàn)了向液態(tài)降水的轉(zhuǎn)變趨勢(shì)［16］。研究結(jié)果顯示，溫度每升高1 ℃，降雪率下降10.0%～15.0%［17］。在高亞洲地區(qū)，未來(lái)隨著溫度升高，尤其是冬季溫度的大幅升高，在RCP4.5 和RCP8.5 排放情景下，降雪率降低26.7%和42.3%，并且，在高排放情景下，以降雨為主的區(qū)域?qū)U(kuò)大到53.9%，而以降雪為主的區(qū)域則會(huì)縮減至整個(gè)區(qū)域的17.9%［18］。伴隨著溫度升高，天山山區(qū)降雪率也出現(xiàn)了明顯下降趨勢(shì)，從1960—1998年的11.0%～24.0%降低到2000年以來(lái)的9.0%～21.0%［4］。有學(xué)者利用WRF模型分析了1979—2015年新疆的降雪率變化，研究發(fā)現(xiàn)降雪率減小的區(qū)域主要位于天山和阿勒泰山［19］。還有學(xué)者通過(guò)臺(tái)站觀測(cè)、多源遙感和插值數(shù)據(jù)分析，指出天山的降雪率在1995年以前呈現(xiàn)出增加趨勢(shì)［0.6%·(10a)-1］，之后呈現(xiàn)出下降趨勢(shì)［0.5%·(10a)-1］，降雪率的降低主要發(fā)生在1500～3500 m的中低海拔地區(qū)［20-21］。

2.2 冰川變化

冰川是天山地區(qū)水資源的重要組成部分，冰川融水約占天山地區(qū)徑流總量的20.0%～40.0%。在高溫干旱年間，由于降水減少和冰川融化增加，冰川徑流的補(bǔ)給比例可高達(dá)40.0%。

在冰川進(jìn)退變化研究方面，單條冰川的研究相對(duì)深入和全面［22］，如冰川體積、厚度和動(dòng)態(tài)等。然而，對(duì)整個(gè)中亞天山地區(qū)冰川的整體認(rèn)知還不明朗，未來(lái)不同氣候變化情景下的冰川變化情況更是不得而知。有學(xué)者對(duì)天山地區(qū)的冰川變化研究指出，天山地區(qū)2000—2016 年的冰川物質(zhì)平衡為0.28±0.20 m w.e.a-1［5］；1961—2012 年天山冰川面積和物質(zhì)量分別減少了18.0%±6.0%和27.0%±15.0%，合計(jì)冰川面積損失為2960±1030 km2，冰川量損失速率為每年5.4±2.8 Gt［23］；近30 a天山冰川覆蓋面積減少了10.1%（約1617 km2），其退縮速率是1943—1973 年的3 倍［24］；1975—1999 年天山中部的阿克蘇河流域冰川物質(zhì)平衡為0.35±0.34 m w.e.a-1［25］；天山南坡北伊力爾切克冰川和南伊力爾切克冰川在1975—2007 年物質(zhì)損失速率分別可達(dá)0.25±0.10 m w.e. a-1和0.43±0.10 m w.e. a-1［26］。中國(guó)學(xué)者對(duì)近50 a 來(lái)中國(guó)天山冰川的變化研究表明，冰川面積縮小了約11.5%［27］；在1990—2011 年，中亞天山地區(qū)的冰川面積退縮了10.3%～27.7%，其中，中天山退縮速率最快，而東天山退縮速率最低，在2000 年以后退縮速率有加快趨勢(shì)［28］。

全球變化背景下，天山冰川未來(lái)變化預(yù)估方面的研究成為關(guān)注的熱點(diǎn)。有學(xué)者提出，當(dāng)溫度升高1 ℃時(shí)，同高程帶上的降水量需要增加100 mm才能保證當(dāng)前冰川物質(zhì)平衡［29］。當(dāng)溫度上升4 ℃，而降水增加1.1倍時(shí)，到21世紀(jì)末，天山地區(qū)的冰川物質(zhì)平衡線將上升570 m，冰川面積和冰川儲(chǔ)量將減少到當(dāng)前的69.0%和75.0%。Lutz 等利用冰川物質(zhì)平衡模型預(yù)估了天山錫爾河流域的冰川變化［30］，指出到2050 年冰川面積將減少59.4%（54.4%～65.1%）。Kraaijenbrink 等結(jié)合不同溫升情景進(jìn)行了冰川變化趨勢(shì)分析，指出到21世紀(jì)末，在1.5°C溫升條件下，亞洲高山區(qū)的氣溫將升高2.1±0.1°C，僅有64.0%±7.0%的冰川能夠保存。在RCP4.5、RCP6.0 和RCP8.5 情景下，到21 世紀(jì)末，冰川損失將分別高達(dá)49.0%±7.0%、51.0%±6.0%和64.0%±5.0%［7］。

2.3 積雪變化

積雪是天山山區(qū)重要的固態(tài)水資源。最新研究成果顯示，2002—2017年天山地區(qū)積雪覆蓋率減少和增加的區(qū)域分別為53.0%和47.0%，最大和最小積雪覆蓋率下降速率分別為0.62%·a-1和0.04%·a-1；空間上，從高海拔到低海拔、從西北到東南，積雪覆蓋率變化呈減少的趨勢(shì)［31］。天山的積雪天數(shù)變化在空間上存在異質(zhì)性，其中，積雪天數(shù)減少的區(qū)域主要位于中天山和東天山，增加的區(qū)域主要位于北天山和西天山［32］。然而，值得一提的是，天山地區(qū)的積雪初日時(shí)間（SOD）以0.25 d·a-1的速度在提前，積雪持續(xù)時(shí)間（SCD）也呈現(xiàn)出不顯著的增加趨勢(shì)(0.31 d·a-1)，究其原因與秋季氣溫的下降有關(guān)［31］。而秋季氣溫的下降可能與北太平洋表面溫度變化和西伯利亞高壓增強(qiáng)有著密切關(guān)系［33］。此外，有研究結(jié)果顯示，天山山區(qū)的積雪深度在1960—2014年也呈現(xiàn)增加趨勢(shì)［34］。

3 天山地區(qū)水汽輸送機(jī)制與水循環(huán)變化

3.1 天山地區(qū)的水汽輸送機(jī)制研究

天山位于亞歐大陸腹地，所處區(qū)域氣候干燥，中山森林帶是天山地區(qū)主要的水資源形成區(qū)［35-36］。從區(qū)域上看，天山山脈地處印度洋暖濕氣流和北大西洋氣流重疊影響區(qū)，又同時(shí)受西風(fēng)環(huán)流的影響。研究結(jié)果顯示，天山山區(qū)大氣水汽來(lái)源主要有北冰洋、大西洋和里海地區(qū)，同時(shí)，亞歐大陸內(nèi)部再循環(huán)水汽也對(duì)局地降水有很大貢獻(xiàn)。楊森等［37］利用大氣環(huán)流模型（GCM）模擬的降水中δ18O的含量與冰芯中δ18O 的含量對(duì)比指出，1990—2001 年天山地區(qū)降水中δ18O 值整體偏負(fù)，主要是由于天山水汽中來(lái)源于北冰洋的水汽增加所致［38］。另外，我們的研究發(fā)現(xiàn)，天山北坡典型流域的降水水汽主要來(lái)源于亞歐大陸再循環(huán)水汽和黑海-里海水汽，而來(lái)源于大西洋或北冰洋的降水頻次很低。Dai 等［39］基于ERA-40 再分析數(shù)據(jù)分析了包括天山在內(nèi)的新疆地區(qū)的水汽來(lái)源，指出不同于冬季水汽主要來(lái)源于里海和地中海，7月水汽來(lái)源于北大西洋和北冰洋，10月水汽主要來(lái)源于黑海和里海，并且隨著氣候變化，來(lái)自于高緯度北冰洋的水汽增加。Huang等［40］基于美國(guó)氣象環(huán)境預(yù)報(bào)中心（NCEP）再分析數(shù)據(jù)和后向軌跡分析方法指出，天山北部地區(qū)的極端強(qiáng)降水事件的水汽來(lái)源主要是北大西洋和歐亞大陸，通過(guò)西風(fēng)環(huán)流輸送到新疆。此外，還有學(xué)者基于降水同位素、美國(guó)氣象環(huán)境預(yù)報(bào)中心/美國(guó)國(guó)家大氣研究中心（NCEP/NCAR）數(shù)據(jù)和拉格朗日后向軌跡模型研究指出，天山南坡降水水汽主要來(lái)源于陸地局地水循環(huán)，而非大西洋的海洋水汽［41］。Tian等［42］研究指出，歐亞大陸北部大部分地區(qū)的水汽來(lái)自北大西洋，而相對(duì)于溫暖年份，寒冷年份的水汽更多的來(lái)源于高緯度北冰洋［43］。在天山地區(qū)，水汽高值區(qū)主要分布在天山北麓的河谷平原地帶，低值區(qū)在中天山和東天山，大氣水分隨高度呈負(fù)指數(shù)遞減［44］。天山地區(qū)蒸發(fā)剩余比為94.39%，其中，云下蒸發(fā)在夏季最為強(qiáng)烈［45］。大氣的變暖和變濕增強(qiáng)了當(dāng)?shù)氐乃盅h(huán)和降水循環(huán)，水汽再循環(huán)率在20 世紀(jì)80 年代呈現(xiàn)出突變型增加。Brubaker 和Sch?r 模型顯示降水再循環(huán)率平均值分別為6.48%和7.79%。降水再循環(huán)率從20世紀(jì)80年代初到21世紀(jì)初呈強(qiáng)勁上升趨勢(shì)，這意味著中亞天山地區(qū)的降水循環(huán)在過(guò)去20 a間一直在加速［46］。

3.2 天山地區(qū)的水循環(huán)變化研究

天山作為“中亞水塔”，其水循環(huán)過(guò)程備受關(guān)注。在中亞干旱區(qū)，幾乎所有河流都發(fā)源于山區(qū)，然而，山區(qū)河川徑流并非線性系統(tǒng)，其對(duì)水循環(huán)要素（如蒸發(fā)、積雪、冰川等）變化的響應(yīng)也并非線性過(guò)程。氣候變化勢(shì)必改變天山地區(qū)原有的水循環(huán)過(guò)程，如河流補(bǔ)給特征、徑流季節(jié)分配、徑流量等［4,47］，給中亞地區(qū)原本緊張的水資源供需矛盾帶來(lái)挑戰(zhàn)［12］。研究表明，降水量變化對(duì)水循環(huán)的影響主要體現(xiàn)在改變徑流量的均值和季節(jié)分配，然而，降水形式的變化對(duì)徑流量的影響暫無(wú)定論［48］。Barnett 等［10］提出，在融雪徑流補(bǔ)給為主的地區(qū)，降雪率的降低可能導(dǎo)致河流由融雪主導(dǎo)型向雨水主導(dǎo)型轉(zhuǎn)變，從而導(dǎo)致徑流季節(jié)分配變化，徑流峰值向冬季和早春移動(dòng)，而不再集中于需水量最高的夏、秋季節(jié)。

在全球變化背景下，隨著冰川消融加速，以冰雪融水補(bǔ)給為主的河流其水文過(guò)程也發(fā)生了變化。由于洪峰的時(shí)間變化受到融雪日期和積雪覆蓋面積的影響［49］，天山地區(qū)融雪徑流比重較大河流的最大徑流出現(xiàn)時(shí)間已經(jīng)出現(xiàn)了季節(jié)性變化［1］，表現(xiàn)為融雪洪峰的提前［10,50］。同時(shí)，氣候變暖導(dǎo)致的冰川和積雪的變化也影響徑流組分，天山北坡小流域的徑流已經(jīng)出現(xiàn)了由單峰型向雙峰型轉(zhuǎn)變的趨勢(shì)［51］。全球變暖打破了原有的自然平衡，加速了天山山區(qū)冰川、積雪以及凍土等的消融，水循環(huán)過(guò)程這種變化將直接影響區(qū)域水資源的重新分配模式，影響水資源管理策略的制定。

3.3 天山地區(qū)未來(lái)水文水資源變化預(yù)估

天山山區(qū)資料稀缺，水文過(guò)程獨(dú)特，產(chǎn)匯流機(jī)理復(fù)雜，準(zhǔn)確模擬水循環(huán)過(guò)程，對(duì)預(yù)估水資源變化趨勢(shì)具有重要意義。在未來(lái)水循環(huán)與水資源預(yù)估方面，利用耦合氣候模式與陸面模式/水文模型來(lái)分析未來(lái)區(qū)域水文過(guò)程演變規(guī)律，成為研究未來(lái)水循環(huán)的主要手段。然而，基于全球氣候模式計(jì)算的網(wǎng)格數(shù)據(jù)對(duì)于地形起伏大、熱量分布差異特征顯著的中亞天山地區(qū)研究誤差較大，無(wú)法準(zhǔn)確反映天山地區(qū)產(chǎn)流區(qū)氣候因子劇烈變化的實(shí)際狀況［52］。因此，需要開(kāi)發(fā)能夠表征干旱區(qū)山區(qū)陸面格局特征的高分辨率區(qū)域氣候模式，為研究全球氣候變化背景下天山地區(qū)氣候水文未來(lái)趨勢(shì)提供基礎(chǔ)。針對(duì)此，有學(xué)者研究指出，盡管氣候變化存在很大的不確定性，但2050 年以前，高亞洲山區(qū)的徑流將呈現(xiàn)持續(xù)增加趨勢(shì)［53-54］。還有學(xué)者對(duì)天山山區(qū)典型流域，如：天山南坡阿克蘇河流域［55-56］、開(kāi)都河流域［57］、阿姆河上游支流［58-59］、天山北坡瑪納斯河流域［60］的水循環(huán)和未來(lái)水文過(guò)程變化進(jìn)行了研究，然而，由于天山地區(qū)資料的稀缺性，尤其是山區(qū)復(fù)雜地形條件下氣象資料和水文資料的缺失，使得天山山區(qū)在水文、水資源未來(lái)變化趨勢(shì)預(yù)估中存在很大的不確定性。同時(shí)，也鮮有研究者從高精度的流域尺度上進(jìn)行整體模擬研究［61］。

4 天山地區(qū)水循環(huán)研究的熱點(diǎn)問(wèn)題

天山地區(qū)的水循環(huán)系統(tǒng)具有時(shí)空差異性大、水源機(jī)制復(fù)雜、徑流構(gòu)成多元、水資源系統(tǒng)脆弱的特點(diǎn)，全球變化對(duì)水循環(huán)機(jī)理、水資源變化的影響以及未來(lái)不同溫升情景下天山地區(qū)水循環(huán)過(guò)程與水資源變化趨勢(shì)的預(yù)估成為熱點(diǎn)問(wèn)題。需要系統(tǒng)解析變化環(huán)境下天山地區(qū)的水循環(huán)過(guò)程與水資源變化，查明和掌握水資源數(shù)量變化特征，揭示氣候變化對(duì)天山地區(qū)產(chǎn)匯流過(guò)程和水資源變化的影響機(jī)制，構(gòu)建適合高寒山區(qū)復(fù)雜地貌特征的具有物理機(jī)制的分布式水文模型，預(yù)估未來(lái)不同情景下水循環(huán)過(guò)程變化趨勢(shì)，回答天山山區(qū)氣候與水資源“未來(lái)怎么變”問(wèn)題，為國(guó)家絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶建設(shè)提供科學(xué)依據(jù)。

4.1 查明和辨析天山地區(qū)水汽來(lái)源及對(duì)山區(qū)降水變化的影響機(jī)理和貢獻(xiàn)率

天山受西風(fēng)環(huán)流、印度洋暖濕氣流和北大西洋氣流的交匯作用，在水汽來(lái)源與輸送特征等方面受到獨(dú)特的山盆地形結(jié)構(gòu)和復(fù)雜氣候系統(tǒng)格局的影響，致使不同區(qū)域、不同海拔、不同坡向以及不同季節(jié)和年份的降水量變化差異很大。在全球變化背景下，需要重點(diǎn)研究天山地區(qū)的大氣水汽循環(huán)結(jié)構(gòu)演變及其對(duì)降水變化的影響機(jī)理，厘清西風(fēng)環(huán)流、印度洋暖濕氣流和本地蒸發(fā)等不同水汽來(lái)源、路徑及對(duì)區(qū)域降水的貢獻(xiàn)率，分析區(qū)域降水、極端暴雨和暴雪的水汽源（匯）分布、水汽輸送通道特征，解析區(qū)域大氣水分循環(huán)結(jié)構(gòu)演變及對(duì)降水變化的影響機(jī)理，揭示大尺度大氣環(huán)流和局地復(fù)雜地形格局影響下的水循環(huán)動(dòng)力輻合機(jī)制。

4.2 構(gòu)建適合高寒山區(qū)復(fù)雜地貌特征的具有物理機(jī)制的分布式水文模型是認(rèn)知水循環(huán)科學(xué)規(guī)律的關(guān)鍵

天山地區(qū)氣候水文站點(diǎn)稀少，加之高寒山區(qū)地貌復(fù)雜、山區(qū)氣候-徑流過(guò)程獨(dú)特，從而導(dǎo)致對(duì)這一區(qū)域的降水、蒸散發(fā)、地表徑流、基流等關(guān)鍵水文過(guò)程及其相互作用機(jī)理認(rèn)識(shí)不清。為此，需要系統(tǒng)解析氣候變化背景下的天山地區(qū)水文過(guò)程和水源機(jī)制，查明氣候變化背景下的流域水資源組分、構(gòu)成及變化規(guī)律，解讀全球變化對(duì)山區(qū)產(chǎn)匯流過(guò)程、河川流量峰值、基流變化的影響機(jī)理，結(jié)合天山地區(qū)水資源形成和組分特點(diǎn)，構(gòu)建適合高寒山區(qū)復(fù)雜地貌特征及缺資料區(qū)、能反映天山山區(qū)降雨、冰川融水、積雪融水共同補(bǔ)給的分布式水文模型至關(guān)重要。通過(guò)多目標(biāo)敏感性分析和多目標(biāo)優(yōu)化，并結(jié)合山區(qū)冰川面積、體積、積雪面積和不同水源的同位素?cái)?shù)據(jù)對(duì)水文模型進(jìn)行多源驗(yàn)證，以揭示氣候變化下天山地區(qū)產(chǎn)匯流機(jī)制和關(guān)鍵水文過(guò)程，提升對(duì)這一特殊地區(qū)水循環(huán)規(guī)律的科學(xué)認(rèn)知。

4.3 從物理機(jī)制上解析陸-氣間能量水分交換的影響機(jī)理是準(zhǔn)確刻畫(huà)水循環(huán)過(guò)程、揭示徑流變化的關(guān)鍵

中亞天山地區(qū)對(duì)全球變化響應(yīng)敏感，有關(guān)氣候變化與流域徑流總量關(guān)系的研究成為熱點(diǎn)。雖然已有相關(guān)成果發(fā)表，然而，缺乏對(duì)徑流組分、水文變量、徑流峰值與枯水期流量等的深入分析。加之，天山地區(qū)冰川廣布，冰川面積、厚度變化的非線性以及積雪水文過(guò)程的復(fù)雜性等，使得全球變化下的天山山區(qū)冰川積雪變化以及極端氣候水文事件對(duì)水循環(huán)及流域徑流的影響和不確定性日益加大，全球變暖導(dǎo)致的天山地區(qū)水熱格局變化使本已十分敏感的中亞天山地區(qū)水循環(huán)過(guò)程具有更大的不確定性。為此，需要系統(tǒng)研究天山地區(qū)水循環(huán)過(guò)程各水文要素的變化趨勢(shì)及對(duì)氣候變化的響應(yīng)，深入分析氣候變化對(duì)天山山區(qū)降水（降水形式、降水量）、冰川積累/消融以及積雪面積/厚度變化等對(duì)水循環(huán)的影響，解析水循環(huán)變化的時(shí)空差異性及其根源、機(jī)理，從物理機(jī)制上揭示陸-氣間能量水分交換的機(jī)理，準(zhǔn)確刻畫(huà)天山地區(qū)獨(dú)特的水循環(huán)過(guò)程和徑流變化驅(qū)動(dòng)機(jī)制。

4.4 揭示氣候變化下雨/雪/冰變化及產(chǎn)匯流過(guò)程是預(yù)估未來(lái)天山地區(qū)水循環(huán)過(guò)程變化的關(guān)鍵

天山地區(qū)的溫度升高不僅影響山區(qū)降水量、降水形式以及冰雪融化速率等，還將改變徑流補(bǔ)給方式。雖然對(duì)天山冰川/積雪面積與氣候變化關(guān)系研究較多，但是對(duì)冰雪、凍土變化與水儲(chǔ)量的關(guān)系、變化速率、趨勢(shì)及機(jī)制的解析相對(duì)匱乏，山區(qū)雨/雪/冰變化影響徑流過(guò)程的機(jī)理尚不得而知。為此，在全球氣候變化導(dǎo)致的山區(qū)冰川、積雪消長(zhǎng)過(guò)程不確定性不斷增強(qiáng)、山區(qū)降水（降水量、降水形式）發(fā)生變化的情況下，需要從水源機(jī)制入手，系統(tǒng)研究山區(qū)降水、冰雪分布及變化，解析雨/雪/冰產(chǎn)流過(guò)程，對(duì)預(yù)估未來(lái)不同情景下天山地區(qū)水循環(huán)過(guò)程和水資源變化趨勢(shì)至關(guān)重要，研究成果可為國(guó)家“絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶”建設(shè)的水安全保障提供重要科技支撐。