冰冻圈水文学：解密地球最大淡水库
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冰冻圈径流变化及影响
冰冻圈变化已经导致冰川融水径流普遍增加、融雪径流提前、多年冻土区冬季径流增加，这是 20 世纪 60 年代以来冰冻圈融水径流变化的基本特点。
冰川融水对径流的影响
全球变暖导致受冰川补给影响较大的河流径流增加，对地表水资源产生显著影响，这种影响在干旱缺水的地区尤为突出。以中国为例，1980 年以来，新疆出山径流增加显著，最高增幅可达 40%。乌鲁木齐河源区径流增加的 70% 来自于冰川加速消融补给，南疆阿克苏河近十几年径流增加的 1/3 左右来源于冰川径流增加；长江源区近 40 年河川径流减少 14%，而冰川径流则增加了 15.2%。如果没有冰川径流的补给，河川径流减少将更加显著。这些冰川消融导致的江河水量增加在目前总体上是有利的。
随着冰川面积减小，冰川融水量必然会在某一时间段出现减少，冰川融水由增到减的拐点是人们关注的焦点。研究表明，冰川径流随气温升高总体呈现“先增后减”的趋势。冰川融水“先增后减”拐点的出现时间，主要与流域冰川的大小及多少有关：①冰川覆盖率低、以小冰川为主的流域，其冰川融水“先增后减”的拐点已经出现，如受东亚季风影响较大的河西走廊石羊河流域、西风带天山北坡的玛纳斯河和呼图壁河流域，以及青藏高原的怒江源、黄河源和澜沧江源；②以较大冰川为主的流域在未来 10—20 年会出现冰川融水拐点，如天山南坡的库车河和木扎特河、祁连山黑河和疏勒河，以及青藏高原的长江源等；③具有大型冰川的流域，冰川融水拐点出现较晚或在 21 世纪末不会出现，例如，天山南坡的阿克苏河流域，融水拐点可能出现在 2050 年以后。从冰川融水的季节分配来看，冰川开始消融日期提前，结束消融日期推后。
积雪变化的水文效应
1965—2015 年，欧亚大陆实测积雪变化整体呈增“暖”、增厚、增强趋势，表现在积雪首日推迟、终日提前、积雪期减少，平均积雪深度明显增加，90%台站降雪强度增加；小雪减少，中雪 2000 年前缓慢增加、2000 年后减少，大雪整体增加，暴雪 1990 年前减少、1990 年后增加。
中国西部流域降雪/积雪融水比例一般为 15%—25%，是北方广大地区主要水源。气候变暖、降雪和降雨比例（雨雪比）以及积雪量变化改变了流域的年内径流过程，导致融雪提前、消融期缩短，尤其是以积雪融水补给为主的部分河流受影响较大，例如克兰河最大径流月由每年 6 月提前到 5 月（图 2）。1960 年以来，北半球高海拔和高纬度流域融雪径流呈现增加趋势，其他地区主要为减少趋势（表 1）。1960—2014 年，中国融雪径流总体呈现增加趋势，天山南段、祁连山西段、长江源区及长白山区融雪径流增加明显；未来中国西部融雪径流总体呈现变化不大或增加趋势，高海拔区的温升尚不足以引起雨雪比发生质的变化，降水增加造成的高山区降雪量增加是主要原因。随着中国西部冰川面积萎缩，冰川融水径流减少，融雪径流则对西部、尤其是西北地区的作用更显重要。
图 2新疆克兰河阿勒泰水文站融雪径流年内变化
表 1 1960 年以来北半球主要河流融雪径流变化
说明：显著性置信水平为0.05