目錄
序言
前言
第1章 緒論 1
1.1 寒區(qū)水文概述 1
1.1.1 寒區(qū)與冰凍圈 1
1.1.2 寒區(qū)水文 2
1.2 寒區(qū)水文的特點(diǎn) 5
1.2.1 寒區(qū)水文的復(fù)雜性 5
1.2.2 寒區(qū)水文過程觀測(cè)的不確定性 6
1.2.3 寒區(qū)水文要素的同一性與差異性 8
1.3 國(guó)際寒區(qū)水文研究進(jìn)展與趨勢(shì) 8
1.3.1 冰凍圈科學(xué)發(fā)展的國(guó)際背景 8
1.3.2 寒區(qū)水文發(fā)展趨勢(shì) 10
1.4 我國(guó)寒區(qū)水文的進(jìn)展與機(jī)遇 18
1.4.1 中國(guó)寒區(qū)水文研究的意義 18
1.4.2 中國(guó)寒區(qū)水文研究回顧 21
1.4.3 中國(guó)寒區(qū)水文研究的機(jī)遇與挑戰(zhàn) 24
1.5 寒區(qū)水文理論框架 25
1.5.1 寒區(qū)水文研究的基礎(chǔ)理論 25
1.5.2 寒區(qū)水文研究的學(xué)科基礎(chǔ) 27
1.5.3 寒區(qū)水文學(xué)科框架 28
第2章 冰川分布與淡水資源 30
2.1 冰川的形成、發(fā)育條件及類型 30
2.1.1 冰川的形成 30
2.1.2 冰川的發(fā)育條件 30
2.1.3 冰川類型 31
2.2 世界冰川的分布及水資源 34
2.2.1 世界水資源 35
2.2.2 全球冰川及水資源分布 35
2.2.3 水資源區(qū)域分布 36
2.3 中國(guó)冰川分布及融水徑流 38
2.3.1 中國(guó)冰川分布與變化 38
2.3.2 中國(guó)冰川融水徑流 40
2.3.3 中國(guó)冰川水資源區(qū)域分布 40
第3章 冰川水文研究?jī)?nèi)容及基本特點(diǎn) 44
3.1 冰川水文學(xué)的基本概念 44
3.2 物質(zhì)平衡 48
3.2.1 相關(guān)概念及定量參數(shù) 49
3.2.2 積累 53
3.2.3 消融 54
3.3 產(chǎn)匯流過程及影響因素 55
3.3.1 消融特點(diǎn) 55
3.3.2 匯流過程 60
3.4 融水徑流及變化特點(diǎn) 67
3.4.1 融水徑流特點(diǎn) 67
3.4.2 變化特點(diǎn)及主要影響因素 70
3.5 融水的侵蝕及搬運(yùn)作用 73
3.5.1 動(dòng)力侵蝕 73
3.5.2 化學(xué)侵蝕 74
3.5.3 沉積物運(yùn)移 74
第4章 冰川水文的研究方法 77
4.1 冰川物質(zhì)平衡觀測(cè) 77
4.1.1 直接觀測(cè)法 77
4.1.2 間接估算法 81
4.2 冰川水文觀測(cè) 84
4.2.1 冰面消融觀測(cè) 85
4.2.2 冰川水文斷面徑流觀測(cè) 89
4.2.3 冰川匯流觀測(cè) 93
4.2.4 冰湖觀測(cè) 96
4.2.5 沉積物觀測(cè) 98
4.3 冰川徑流模擬 101
4.3.1 冰面消融估算方法 101
4.3.2 冰川區(qū)氣象數(shù)據(jù)的空間分布 105
4.3.3 冰川產(chǎn)流模擬 107
4.3.4 冰川匯流模擬 109
第5章 冰川水資源變化及預(yù)估 114
5.1 冰川水資源評(píng)價(jià)方法 114
5.1.1 冰川儲(chǔ)量及變化評(píng)價(jià)方法 114
5.1.2 冰川融水評(píng)價(jià)方法 115
5.1.3 中國(guó)冰川融水量評(píng)估實(shí)例 116
5.2 冰川融水量變化特征 119
5.2.1 單條冰川的融水量變化特征 119
5.2.2 典型流域冰川融水變化特征 119
5.2.3 冰川融水量變化特征 122
5.3 冰川水資源未來變化預(yù)估 125
5.3.1 冰川水資源預(yù)估方法 125
5.3.2 全球典型流域冰川徑流未來變化預(yù)估 129
5.3.3 預(yù)估的不確定性 134
第6章 積雪的基本概念及分布 138
6.1 積雪的基本概念 138
6.2 積雪的形成與分類 140
6.2.1 降雪的發(fā)生及條件 140
6.2.2 積雪形成條件 141
6.2.3 積雪分類 141
6.3 積雪層變化的物理過程及特征 142
6.3.1 變質(zhì)作用 142
6.3.2 積雪密度和密實(shí)化 144
6.3.3 積雪的熱傳導(dǎo) 144
6.3.4 積雪溫度和冷儲(chǔ) 146
6.3.5 雪中液態(tài)水 147
6.4 積雪的分布 147
第7章 積雪水文研究方法 153
7.1 地面觀測(cè) 153
7.1.1 觀測(cè)要素 153
7.1.2 流域積雪觀測(cè) 158
7.1.3 融雪徑流觀測(cè) 161
7.2 遙感觀測(cè) 162
7.2.1 積雪參數(shù)遙感反演原理 162
7.2.2 遙感數(shù)據(jù)及積雪產(chǎn)品 169
7.3 數(shù)值模擬方法 173
7.3.1 風(fēng)吹雪與密實(shí)化過程模擬 173
7.3.2 積雪消融模擬 176
7.3.3 積雪消融影響因素參數(shù)化 179
7.3.4 融雪徑流模型 184
第8章 積雪消融與產(chǎn)匯流過程 187
8.1 積雪水量平衡 187
8.1.1 積雪水量平衡基本原理 187
8.1.2 影響積雪水量平衡的主要因子 188
8.2 積雪融水的運(yùn)移過程 190
8.2.1 積雪融水在雪層中的儲(chǔ)存和滯后 190
8.2.2 積雪融水產(chǎn)匯流路徑 192
8.2.3 凍土對(duì)融雪徑流的影響 195
8.3 融雪徑流及特征 197
8.3.1 融雪徑流水量平衡 197
8.3.2 融雪徑流特征 198
第9章 融雪徑流的變化及預(yù)估 205
9.1 融雪徑流變化 205
9.1.1 降雪變化 205
9.1.2 積雪變化 206
9.1.3 流域融雪徑流變化 207
9.2 融雪徑流預(yù)報(bào)/洪水預(yù)警 209
9.2.1 融雪水文模型預(yù)報(bào)方法 209
9.2.2 大氣水文模式耦合的融雪徑流預(yù)報(bào)方法 210
9.3 融雪徑流的預(yù)測(cè) 213
9.4 融雪徑流預(yù)估 214
9.4.1 積雪預(yù)估 214
9.4.2 融雪徑流預(yù)估 215
第10章 冰雪洪水與災(zāi)害 220
10.1 冰雪消融型洪水 220
10.1.1 積雪消融洪水 221
10.1.2 冰川消融洪水 222
10.1.3 降雨+積雪消融混合洪水 223
10.1.4 降雨+冰川消融混合型洪水 224
10.2 冰湖潰決型洪水 225
10.2.1 冰磧湖潰決洪水 225
10.2.2 冰川湖潰決洪水 231
10.3 冰川泥石流 238
10.3.1 冰川泥石流形成 239
10.3.2 冰川泥石流災(zāi)害評(píng)估 240
第11章 凍土分布與類型 243
11.1 凍土的概念及其分布 243
11.1.1 凍土的概念 243
11.1.2 多年凍土的分類 245
11.1.3 全球多年凍土的分布 246
11.1.4 中國(guó)凍土的分布 247
11.2 多年凍土的形成條件 250
11.2.1 氣候條件 250
11.2.2 地質(zhì)地形條件 251
11.2.3 地表覆蓋層和植被 253
第12章 凍土水文的基本特點(diǎn) 254
12.1 凍土中的水熱過程 254
12.1.1 凍土的水熱特征 254
12.1.2 凍土中的水分遷移 257
12.1.3 凍土的凍融過程 258
12.2 多年凍土地下冰含量 262
12.2.1 地下冰的類型 263
12.2.2 青藏高原的地下冰含量 264
12.2.3 北半球的地下冰含量 266
12.3 多年凍土區(qū)地下水分布特征 267
12.3.1 凍土區(qū)地下水的類型 267
12.3.2 凍土區(qū)地下水的補(bǔ)給和分布特征 267
12.4 凍土區(qū)的水文特點(diǎn) 269
12.4.1 地表水入滲特征 269
12.4.2 凍土與水文過程 270
12.4.3 多年凍土退化對(duì)水文過程的影響 273
12.4.4 凍土退化對(duì)流域徑流的影響 275
第13章 凍土水文研究方法 279
13.1 凍土永文觀測(cè)方法 279
13.1.1 土壤基本理化性質(zhì) 280
13.1.2 土壤水力特性參數(shù) 284
13.1.3 土壤熱特性參數(shù) 289
13.1.4 室內(nèi)實(shí)驗(yàn) 292
13.1.5 野外觀測(cè)系統(tǒng) 294
13.1.6 凍土調(diào)查 298
13.2 凍土水文過程模擬 302
13.2.1 凍土水熱過程模擬 302
13.2.2 流域尺度凍土水文過程模擬 307
第14章 河冰、湖冰、海冰水文 311
14.1 河湖冰水文 311
14.1.1 河湖冰概況 311
14.1.2 凍融過程 318
14.1.3 研究方法 323
14.1.4 凌汛 328
14.1.5 冰情預(yù)報(bào) 332
14.2 海冰水文 335
14.2.1 海冰的生成與發(fā)展 335
14.2.2 海冰水文監(jiān)測(cè) 343
14.2.3 海冰在大洋水循環(huán)中的作用 345
第15章 寒區(qū)水化學(xué) 346
15.1 積雪水化學(xué) 346
15.1.1 積雪的化學(xué)特征 346
15.1.2 積雪融水的化學(xué)特征 348
15.1.3 積雪融水對(duì)河水化學(xué)的影響 350
15.2 冰川水化學(xué) 352
15.2.1 冰川融水的化學(xué)特征 352
15.2.2 溶質(zhì)的來源 363
15.2.3 化學(xué)風(fēng)化與氣候變化 364
15.3 凍土水化學(xué) 367
15.3.1 凍土退化對(duì)有機(jī)物的影響 367
15.3.2 凍土退化對(duì)無機(jī)營(yíng)養(yǎng)物的影響 370
15.3.3 凍土退化對(duì)主要離子的影響 371
第16章 寒區(qū)水文綜合研究 373
16.1 寒區(qū)流域尺度水文監(jiān)測(cè) 373
16.2 冰凍圈要素在流域水文中的作用 375
16.2.1 冰川 375
16.2.2 積雪 376
16.2.3 凍土 378
16.2.4 流域其他下墊面的水文作用 378
16.3 流域水文模型中寒區(qū)水文要素的耦合 379
16.3.1 耦合方法 379
16.3.2 示例及問題 381
16.4 全球與區(qū)域模式中寒區(qū)水文過程的模擬 384
16.4.1 全球模式與陸面模式中積雪水文過程 384
16.4.2 全球模式與陸面模式中冰川水文過程 386
16.4.3 全球模式與陸面模式中凍土水文過程 388
16.4.4 全球模式與陸面模式中海冰水文過程 389
16.5 GRACE重力衛(wèi)星在寒區(qū)水文學(xué)中的應(yīng)用 390
16.5.1 GRACE重力衛(wèi)星反演陸地水儲(chǔ)量變化的原理 390
16.5.2 GRACE重力衛(wèi)星在寒區(qū)研究中的應(yīng)用 391
16.6 同位素方法在流域寒區(qū)水文研究中的應(yīng)用 393
16.6.1 冰凍圈天然水體中的穩(wěn)定同位素 393
16.6.2 同位素在寒區(qū)水文研究中的應(yīng)用 396
第17章 冰凍圈變化對(duì)湖泊的影響 400
17.1 寒區(qū)湖泊概述 400
17.2 冰雪變化對(duì)湖泊水量的影響 401
17.2.1 冰雪變化與湖泊水量平衡 401
17.2.2 青藏高原的冰川退縮與湖泊擴(kuò)張 402
17.3 冰雪融水對(duì)湖泊理化性質(zhì)的影響 409
17.3.1 冰雪融水對(duì)湖泊物理性質(zhì)的影響 409
17.3.2 冰雪融水對(duì)湖泊化學(xué)性質(zhì)的影響 410
17.4 冰雪融水對(duì)湖泊生物的影響 412
17.4.1 可溶性溶質(zhì)對(duì)湖泊生物影響 412
17.4.2 懸移質(zhì)對(duì)湖泊生物影響 413
17.5 凍土變化與湖泊的關(guān)系 414
17.5.1 凍土退化對(duì)湖泊水文影響 414
17.5.2 青藏高原熱融湖塘 416
17.5.3 北極地區(qū)熱融湖塘 417
第18章 冰凍圈對(duì)海平面變化的影響 419
18.1 海平面變化概述 419
18.1.1 海平面特征 419
18.1.2 海平面變化的研究方法 421
18.1.3 歷史時(shí)期的海平面 422
18.1.4 氣候變暖與海平面上升 423
18.2 山地冰川與海平面變化 424
18.3 極地冰蓋與海平面變化 425
18.4 海平面上升貢獻(xiàn)解析 428
第19章 大洋水循環(huán)中的冰凍圈作用 430
19.1 兩極區(qū)域水循環(huán)與淡水平衡 430
19.1.1 淡水的組成 430
19.1.2 海冰變化與淡水輸出 432
19.2 熱鹽環(huán)流與經(jīng)向翻轉(zhuǎn)環(huán)流 434
19.2.1 熱鹽環(huán)流與全球傳輸帶 434
19.2.2 經(jīng)向翻轉(zhuǎn)環(huán)流的氣候作用 437
19.3 冰凍圈與海洋環(huán)流 439
19.3.1 冰凍圈對(duì)海洋鹽度和溫度的影響 439
19.3.2 海冰對(duì)熱鹽環(huán)流和經(jīng)向翻轉(zhuǎn)環(huán)流的影響 442
19.3.3 冰間湖的作用 444
參考文獻(xiàn) 447