第五节　雪量变化对博斯腾湖水资源的影响

积雪是我国西北干旱地区河流的主要补给源，在地表水资源极为匮乏的干旱地区季节积雪水资源较为为丰富。全球变化引起了积雪的变化，会导致积雪地区水资源数量与河川径流季节分配的变化，进而对靠积雪融水补给河流径流量产生影响。因此由于水量和水盐平衡关系改变而产生许多生态环境问题。综合分析博斯腾湖水位变化影响因素主要有流域降水量、蒸发量、气温和土地利用的变化等。大多研究从气候变化对博斯腾湖水位的影响进行研究，主要探讨降水量及温度变化跟水位变化的关系。研究结果表明，湖泊水量与补给河流的径流量的变化有直接关系。补给河流的径流量主要受流域降水量、蒸发量和冰川、融雪的影响。冰川、融雪量跟降水和气温相关。研究中强调了温度变化对冰川、融雪产生影响，进而影响到入湖河流径流量和湖泊水位。因此研究积雪的变化与开都河径流量以及博斯腾湖泊水量之间的关系对于揭示博斯腾湖水位变化和咸化的原因具有重要意义。

本研究以博斯腾湖流域为研究区，探讨流域内积雪变化对博斯腾湖入湖河流的径流量和湖水水位的影响，为揭示博斯腾湖水位变化及咸化的原因提供科学依据，对我国水资源紧缺的干旱地区内陆大型淡水湖泊水资源的合理利用及水环境的保护和治理亦有着普遍的指导意义。

一、数据源及其数据处理

雪盖数据：为2000年3月～2009年12月期间的EOS/AQUA MODIS数据（V005版本），MODIS 8天合成雪盖产品10A2数据，投影为SIN，分辨率为500m。

温度数据：为MODIS地表温度产品。MODIS产品均由美国地质调查局USGS的LP DAAC（Land Process Distributed Active Archive Center）提供。

雪深数据：来自西部数据中心的美国国家冰雪数据中心，25km空间分辨率的ease-grid投影数据，是一种针对SSMI亮温数据的等积割圆柱投影。数据格式为ASCII，投影为 Cylindrical Equal-Area，中央经线为70°（中国区），标准纬线为30°。

DEM数据：DEM数据是SRTM3数据，SRTM数据是由美国太空总署（NASA）和国防部国家测绘局（NIMA）联合测量的，通过“奋进号”航天飞机获取北纬60°～南纬56°之间陆地地区的数字高程模型。SRTM的全称是Shuttle Radar Topography Mission，即航天飞机雷达地形测绘使命，数据分辨率为90m，本研究区为Z54-4、Z53-4。本研究使用的SRTM数据由CGIAR ICT- ICT免费发布（网址：http：//srtm.csi.cgiar.org）。该数据已经对SRTM原始数据中存在的大量缺失值进行了插值处理，提高了数据的可用性。

水文数据是2000年3月～2008年2月开都河大山口、焉耆径流量和博斯腾湖水位、库容数据。

二、积雪时空变化

积雪覆盖和积雪深度是表征积雪信息的2个重要量，积雪存在着显著的季节变化和年际变化，积雪变化是一个复杂的过程，因时间、空间的不同而呈现出不同的表现形式和变化趋势。积雪变化会对局部水文环境和气候产生不容忽视的影响。尤其对西北干旱地区靠积雪融化补给河流的地区影响更为重要。季节性积雪变化的影响因子有气温、降水、高程、坡度、坡向等很多方面，这些因子对积雪的变化起着主要的作用。

1.积雪年际变化

2001～2007年间雪盖和雪深的具体情况见表1-16和图1-69～图1-72。

可以看出，2001～2007年平均雪盖和雪深的变化趋势基本一致，但最大雪深变化波动比较大。年均雪盖面积维持在1.12×104～1.31×104km2之间，其中2004年最大，达到1.31×104km2，2007年最小为1.12×104km2。年均雪深维持在1.24～1.75 cm之间，最大值和最小值分别出现在2006年和2007年，分别为1.75cm和1.24cm。最大雪深年均最大值出现在2001年，为16.18cm。

2.积雪年内变化

积雪年内变化见图1-73～图1-75。

从雪深和雪盖面积年内变化看，平均值都是从8月份开始逐渐增加到1月份达到最大值，然后逐渐下降到7月份到达最低值。最大雪深的最大值却是出现在3月份，因为在新疆的山区在3月份冰雪并没开始融化，而还可能存在降雪现象。

从2001～2007年多年月平均积雪覆盖率情况看（见表1-17），春季积雪覆盖率在40%左右，夏季在20%以下，秋季3个月份变化明显，从9月份的35.9%迅速增到了11月份的68.9%，冬季达到80%以上。

从最大雪深年内变化情况可以发现，1月、2月、3月最大雪深平均在27cm以上，4月、12月雪深在21cm左右，5月、11月在14cm左右，其余月份在雪深均值小于9cm，具体见表1-18和表1-19。

三、积雪变化影响因素

雪盖面积和积雪深度变化受到各种因素的影响，其中主要受温度，降水的影响，同时降雪和积雪融化除了受温度影响以外还受到海拔高程和坡度坡向的影响。

（一）温度变化对积雪的影响

通过GIS的分类统计功能，对有雪盖和无雪盖地区温度分别从有雪盖和无雪盖的平均温度、最高温度和最低温度进行统计分析。结果显示，同一时间内有雪盖区域的平均温度要比无雪地区平均温度低近10℃。7～9月有雪区最高温度要比无雪区最高温度低10℃以上，其他月份区别不大。而最低温度在这3个月份差异不大，但在其他月份有雪区最低温度比无雪最低温度低10℃左右。显然温度影响雪盖分布的范围（见图1-76）。

随着温度的升高积雪会融化，致使雪盖面积减少，雪深会降低。对雪盖面积、雪深平均值与地温均值进行相关分析，相关系数分别达到-0.878、-0.853，其相关性显著（见图1-77和图1-78）。

（二）地形因素对积雪变化的影响

1.高程因素对积雪时空分布的影响分析

（1）高程对雪盖时空分布的影响分析：随着海拔升高雪盖的分布范围见图1-79～图1-81。雪盖与高程数据空间分析结果表明，从8月到次年4月雪盖的最低分布海拔高度没有明显的区别，但在5～7月雪盖的最低分布海拔高度在2000m以上。除了1月、12月有雪地区的平均海拔要比无雪平均海拔高出1000m以上。对2000年3月～2009年12月雪盖面积与分布高程均值进行相关分析，相关系数达到-0.626。对2000年3月～2008年6月雪深与分布高程均值进行相关分析，其相关系数达到-0.791，说明雪盖分布受高程影响显著。

（2）高程对雪深时空分布的影响分析：对雪深数据与高程进行空间分析，结果发现，雪深受海拔影响明显（见图1-82），雪深最大值受海拔影响有明显的陡坎效应。

这种陡坎效应在不同的月份有所区别。其中1月、2月、3月、12月分布规律基本相似，雪深最大值分布分为4段，分别为海拔915～1045m、1045～2352m、2352～4238m、4238～4776m。尤其在2352m附近有个陡坎，在此海拔以上雪深突然增大。1月海拔915～1045m处雪深最大值平均为3.70cm左右，海拔1045～2352m处雪深最大值平均为8.40cm左右。海拔2352～4238m处雪深最大值平均为23.80cm左右，海拔4238～4776m处雪深最大值平均为16.8cm左右。2月、3月雪深最大值在海拔915～2352m部分比1月低，但在海拔2352m以上比1月高。也证明了雪深最大值出现在3月这一现象。12月分布规律跟1月相似，但每个阶段都比1月份低一些。4月和11月分布规律相似，陡坎有向高海拔偏移的迹象，并且陡坎变得平缓，各个段的雪深都有所降低。5月、9月、10月分布规律相近，陡坎基本消失，取代的是缓坡。6月也存在陡坎现象，但陡坎的高度明显比1月的低，并且陡坎出现的海拔比1月高出200m以上。7月、8月的分布规律相近，陡坎完全消失，坡度也不是很明显，雪深变幅很宽，即同一海拔高度雪深的差异较大。

图1-83是不同时间雪深在不同高程段分布状况。在海拔915～1045m处，3～10月基本没有雪；在海拔1046～2352m处，5～10月基本没有雪；在海拔2352～4238m处，7～8月基本没有雪；海拔4238m以上，7月份雪很少。说明随着高程的升高，月份的推移雪线向高位变化明显，是雪深受高程和温度影响的一种体现。

2.坡向对积雪时空分布的影响分析

地形因素除了高程对雪深、雪盖影响以外，坡度、坡向也会影响雪深、雪盖。对于雪深和雪盖来讲，阳坡的融化速度会比阴坡快，因此很多地区同一海拔高度，阴面有雪，但阳面没有雪。

对雪盖和雪深数据与坡向数据进行空间分析，不同高程段的雪深变幅的宽窄体现了坡向对雪深的影响。分析结果表明，在1月、2月、3月、12月在海拔1045～2352m处的雪深的空间分布主要受坡向影响较大，同一高度上雪深变化明显。而在海拔2352m以上基本不受坡向影响，雪深差异不明显。到了4月、5月、6月、11月在海拔2352～2800m处受坡向影响显著。7月、8月在海拔2500m以上均受到坡向的影响。9月、10月从海拔1300m以上都受到坡向的影响，导致同一高程阴坡和阳坡的雪深差异明显。

四、积雪变化对博斯腾湖流域水资源的影响

分别对雪盖、雪深、雪量跟温度、流量、水位进行相关分析，研究积雪变化对博斯腾湖流域流量及水位影响。结果表明，雪盖、雪深、雪量跟温度的相关性显著，相关系数都在0.8以上，跟流量的相关性显著在0.568以上，而跟水位基本不相关，具体相关系数见表1-20。

分别对雪盖、雪深、雪量跟温度、流量、水位进行相关分析，研究积雪变化对博斯腾湖流域流量及水位影响，见图1-84～图1-93。

结果表明雪盖、雪深、雪量跟温度的相关性显著，相关系数都在0.8以上，跟大山口流量的相关性显著在0.640以上，跟焉耆流量的相关性显著在0.323以上。而跟水位基本不相关，具体相关系数见表1-21。

①在0.01水平上显著相关。

五、小结

通过对博斯腾湖流域2000年3月～2008年2月积雪时空分布规律和影响因素研究，得出以下结论。

（1）研究区平均雪盖和雪深的年际变化趋势基本一致，最大值和最小值分别出现在2004年和2007年，但最大雪深变化波动比较大。雪深和雪盖面积多年月平均值都是从8月份到1月份达到最大值，7月份降到最低值。但最大雪深的最大值却是出现在3月份，在新疆的山区3月份积雪还没开始融化，且有可能还存在降雪现象。

（2）雪盖面积、雪深平均值与地温均值相关性显著，相关系数分别达到-0.878和-0.853。同一时间内有雪盖区域的地表温度要比无雪地区地表温度低近10℃。

（3）雪盖面积、雪深与分布高程均值相关系数分别达到-0.626和-0.791。雪深最大值受海拔影响有明显的陡坎效应。从12月份到翌年8月份随着时间的推移陡坎向高海拔移动，雪的深度在降低。从9月份到11月份陡坎和雪深的变化情况与前一阶段相反。

（4）同一高程段雪深的变幅反映坡向对雪深的影响，变幅越宽坡向影响越大。并且变幅也有从低海拔到高海拔然后再回到低海拔的移动特点。

地形因素中坡向因素对雪盖、雪深分布应该有很大的影响，正常情况下，阳坡的积雪融化速度会比阴坡快，因此很多地区同一海拔高度，阴面有雪，但阳面没有雪。对于这个问题需要更高空间分辨率的DEM数据与雪盖数据进行空间分析，才能得出更精确的结论。

（5）积雪对博斯腾湖水量影响主要通过影响流量来体现，积雪变化与河流径流量有直接的关系，其相关系数达-0.656，但由于水量平衡问题本身的复杂性及其影响因素的多元性，积雪对博斯腾湖水位和水量的影响不能得到充分的体现。

（6）对焉耆盆地内农田开发活动引起的土地覆盖变化及其与地表蒸散、开都河流量的关系进行了分析。焉耆盆地农业区的地表蒸散呈现出显著地增加趋势，可见农田开发活动引起的土地覆盖变化改变了地表的水热交换过程，增加了蒸散量。开都河流量在焉耆盆地损耗量与流经区域耕地蒸散量之间的相关分析表明，两者之间存在显著的正相关关系，可见耕地蒸散量的增加导致了开都河水量在焉耆盆地农业区的损耗。人类的农业开发活动导致开都河从大山口流至博斯腾湖期间流量明显减少，影响了开都河汇入博斯腾湖的水量。