冰河水文學

冰河水文學是研究冰河及其周圍水體發生的各種水文現象和過程的學科，是介於冰河學與水文學之間的邊緣學科。

冰河是淡水資源的重要組成部分。全球冰河儲量為2406.4萬km³，占地表淡水資源的69.5%。除極地的冰蓋冰河外，主要分布在歐洲、北美和中亞等地區。中國的冰河貯量約為5萬億m³，年平均冰川融水量約為563億m³，主要分布在西藏、新疆、青海、雲南、四川等省、自治區。研究冰河水文，對於冰河水資源的合理開發利用具有重要意義。

冰河水文學是一門綜合性科學。冰河徑流的形成、分布、特徵與冰河學、水文學、氣象學、氣候學以及地質學、地貌學有密切關係。冰河及冰河徑流的運動與流變學、流體力學、地下水水文學有關。冰河徑流的數據採集、資料分析、計算和預測、預報，與遙感技術、計算機技術、數理統計等有密切關係。

基本介紹

• 中文名：冰河水文學
• 外文名：glacier hydrology
• 本質：一門綜合性科學
• 定義：冰河學和水文學之間的邊緣學科
• 研究內容：冰河徑流的形成、分布、特徵等
• 所屬學科：冰河學

發展簡史

中國古代就有關於冰河的記載。

19世紀50年代前，冰河水文學尚未形成學科體系，它附屬於冰河學、自然地理學和水文學，處於定性描述冰河水文現象的階段。

20世紀60年代以後才引起世界許多國家的重視。1958年～1959年中國對祁連山和天山進行冰河考察，開展人工促進融冰化雪，建立了高山冰河觀測站。

全球已有60多個冰河水文野外實驗站。其中原蘇聯天山的約漢---克謝爾蘇站和美國西部的南喀斯特冰河站（South Cascade Glacier）於50年代設立，其餘多為國際水文十年（1965～1974年）期間或之後所建立。冰河水文研究已進入比較深入的定量研究階段。

1969年在英國首次召開國際冰河水文學術討論會，交流了冰面、冰內的水研究狀況，提出了以線性水庫原理模擬冰河徑流過程。氚同位素、遙感等新技術在冰河水文研究中的套用，標誌著冰河水文研究有了新的發展。

1972年在加拿大的班夫（Banff）召開“雪冰在水文學中的作用”、1978年在喬治亞提比里西召開的“冰河區徑流與冰河徑流預報”以及1982年在英國埃克塞特（Exeter）舉行的高山水文狀況等學術討論會，顯示了冰河、氣候、徑流以及海平面的變化是各國學者普遍關注的研究課題，並逐步從小尺度擴大到大尺度，研究對象從冰河擴大到整個寒區的雪蓋、河、湖、海冰等與環境之間的關係。冰河水文學逐步成為系統的學科。

研究內容

冰河分類、形態和規模

冰河可分為大陸冰河（又稱冰蓋冰河）和山嶽冰河兩大類。世界上有南極冰蓋和格陵蘭冰蓋兩大冰蓋，其冰儲量占全球冰河儲量的99%，冰蓋平均厚度約1720m～2200m，最厚處超過4000m。山嶽冰河根據形態和規模可分為懸冰河、山谷冰河、平頂冰河、再生冰河、山麓冰河和多年雪堆或錐冰河。

從冰河的物理性質、溫度狀況，冰河又可分為極地冰河、亞極地冰河和溫冰河。溫冰河主要分布於降水量豐富的海洋性氣候地區，又稱海洋性冰河，如歐洲阿爾卑斯冰河、中國西藏東南部的一些冰河。發育於降水量少的大陸性氣候條件下的冰河，稱為大陸性冰河，如中國從阿爾泰山向南到喜馬拉雅山北坡大部分山區的冰河。

此外，由冰河源頭到冰河末端跨過幾個氣候帶的冰河為複合性冰河，如喀喇崑崙山的巴托拉冰河。

冰河運動

冰河運動與冰河的存在和發展有密切關係。冰河積累區的冰雪達到一定厚度時，在重力作用下以運動的方式輸送到消融區。冰河消融區的物質消耗靠冰河運動補充。當冰河物質平衡與冰河運動相協調時，冰河保持穩定狀況，否則冰河發生前進或後退。因此，研究冰河運動和冰河物質平衡，對研究冰河變化具有重要意義。山嶽冰河流動速度表面大於深部。中央大於兩側，在冰河平衡線附近流速最大，向源頭和末端流速降低。

冰河運動是由塑性變形或蠕變產生，也有產生塊體滑動；快速前進的冰河稱為躍動冰河。

冰河積累與消融

冰河獲得物質為冰河積累，主要來自降雪、吹雪和雪崩，還有少量的霜、霧凇、雹、液態降水和冰雪融水的再凍結。冰河物質消耗為冰河消融，包括凍的消融、蒸發和因崩落脫離冰體的冰塊。冰河積累、消融與氣候變化有關。

在低溫濕潤年，冰河積累量大於消融量，冰河為正平衡，反之，在高溫乾旱年，消融量大於積累量，冰河為負平衡。冰河的正負平衡導致冰河的前進與後退。物質平衡觀測通常用埋設花桿、挖雪坑和攝影測量。冰河厚度觀測有重力測量、物探、地震探測等。

冰河消融熱源主要來自太陽輻射，其次來自冰面與近地面層大氣湍流熱交換（感熱和潛熱）。大陸性冰河的輻射平衡值占優勢，約為熱量平衡收入項的80%～90%以上，感熱約為10%，凝結釋放熱約5%。海洋性冰河的輻射平衡值比大陸性冰河小，約占60%，而湍流交換熱相應增大約為30%，凝結釋放熱約占10%。冰面輻射平衡值與冰面反射率成反比關係。冰面狀況（如污化程度）決定冰面反射率，隨著時間的推移和環境的變化，冰面狀況從雪變質成冰河冰，反射率在可見光波段由0.95降到0.60。可通過熱量平衡、氣象要素觀測資料建立冰面消融經驗關係。

冰河融水徑流

研究冰河表面、冰內和冰底部融水的聚積和移動的物理機制，及其與周圍環境水體的相互作用、與氣候變化的關係和冰河徑流的時空分布特徵。大陸性冰河因氣溫低、降水量小以冰面匯流為主，海洋性冰河氣溫高、降水充沛，冰裂隙相當發育，冰融水通過冰裂隙滲入冰內，融水使冰內溫度升高，促進冰內融化，地熱使底冰融化形成冰下孔穴，故冰面、冰內、冰下融水相當發育，是冰融水排泄的主要通道。通常採用水量平衡和熱量平衡原理以線性水庫模式描述融水的出流過程。冰河融水起調節河流徑流量的作用，且具有區域性和地帶性分布規律。研究徑流與氣候變化周期、滯後期、影響因素等對環境水文研究具有重要意義。

冰河徑流預報

冰河徑流預報為灌溉、防洪、發電和供水等服務。短期預報根據預報時段能要求，建立相應時段預報因子與流量的關係。長期展望：根據周期分析、傅立葉級數分析，太陽黑子、冰岩芯穩定同位素¹⁸O和¹⁶O的相對含量等以恢復歷史氣候，並預測未來冰河的發展趨勢。高寒山區突發性冰河洪水，是一種山區自然災害。由於冰河前進引起堤塞河道形成冰湖，或因冰內孔穴出口受堵，發生潰決形成突發性、歷時短暫、無一定周期、破壞力極大的冰川洪水。一般通過衛星監測密切注視冰湖的發展或進行適當的防洪措施。

冰河水資源

研究冰河的分布、類型、特徵和估算可更新的冰河資源量。包括冰河水資源的數量、質量和時空分布特徵、變化趨勢以及合理利用和保護冰河資源。通常以人工催化冰河、增加河流徑流量。但是，如長期動用冰河資源，將促進冰河衰退。另一方面，如乾旱年份冰河損耗過多，為減弱冰河消融，可在冰河區施放煙幕，減少太陽輻射量，以增加冰河積累量。