第1章 绪论 1
1.1 寒区水文概述 1
1.1.1 寒区与冰冻圈 1
1.1.2 寒区水文 2
1.2 寒区水文的特点 5
1.2.1 寒区水文的复杂性 5
1.2.2 寒区水文过程观测的不确定性 6
1.2.3 寒区水文要素的同一性与差异性 8
1.3 国际寒区水文研究进展与趋势 8
1.3.1 冰冻圈科学发展的国际背景 8
1.3.2 寒区水文发展趋势 10
1.4 我国寒区水文的进展与机遇 18
1.4.1 中国寒区水文研究的意义 18
1.4.2 中国寒区水文研究回顾 21
1.4.3 中国寒区水文研究的机遇与挑战 24
1.5 寒区水文理论框架 25
1.5.1 寒区水文研究的基础理论 25
1.5.2 寒区水文研究的学科基础 27
1.5.3 寒区水文学科框架 28
第2章 冰川分布与淡水资源 30
2.1 冰川的形成、发育条件及类型 30
2.1.1 冰川的形成 30
2.1.2 冰川的发育条件 30
2.1.3 冰川类型 31
2.2 世界冰川的分布及水资源 34
2.2.1 世界水资源 35
2.2.2 全球冰川及水资源分布 35
2.2.3 水资源区域分布 36
2.3 中国冰川分布及融水径流 38
2.3.1 中国冰川分布与变化 38
2.3.2 中国冰川融水径流 40
2.3.3 中国冰川水资源区域分布 40
第3章 冰川水文研究内容及基本特点 44
3.1 冰川水文学的基本概念 44
3.2 物质平衡 48
3.2.1 相关概念及定量参数 49
3.2.2 积累 53
3.2.3 消融 54
3.3 产汇流过程及影响因素 55
3.3.1 消融特点 55
3.3.2 汇流过程 60
3.4 融水径流及变化特点 67
3.4.1 融水径流特点 67
3.4.2 变化特点及主要影响因素 70
3.5 融水的侵蚀及搬运作用 73
3.5.1 动力侵蚀 73
3.5.2 化学侵蚀 74
3.5.3 沉积物运移 74
第4章 冰川水文的研究方法 77
4.1 冰川物质平衡观测 77
4.1.1 直接观测法 77
4.1.2 间接估算法 81
4.2 冰川水文观测 84
4.2.1 冰面消融观测 85
4.2.2 冰川水文断面径流观测 89
4.2.3 冰川汇流观测 93
4.2.4 冰湖观测 96
4.2.5 沉积物观测 98
4.3 冰川径流模拟 101
4.3.1 冰面消融估算方法 101
4.3.2 冰川区气象数据的空间分布 105
4.3.3 冰川产流模拟 107
4.3.4 冰川汇流模拟 109
第5章 冰川水资源变化及预估 114
5.1 冰川水资源评价方法 114
5.1.1 冰川储量及变化评价方法 114
5.1.2 冰川融水评价方法 115
5.1.3 中国冰川融水量评估实例 116
5.2 冰川融水量变化特征 119
5.2.1 单条冰川的融水量变化特征 119
5.2.2 典型流域冰川融水变化特征 119
5.2.3 冰川融水量变化特征 122
5.3 冰川水资源未来变化预估 125
5.3.1 冰川水资源预估方法 125
5.3.2 全球典型流域冰川径流未来变化预估 129
5.3.3 预估的不确定性 134
第6章 积雪的基本概念及分布 138
6.1 积雪的基本概念 138
6.2 积雪的形成与分类 140
6.2.1 降雪的发生及条件 140
6.2.2 积雪形成条件 141
6.2.3 积雪分类 141
6.3 积雪层变化的物理过程及特征 142
6.3.1 变质作用 142
6.3.2 积雪密度和密实化 144
6.3.3 积雪的热传导 144
6.3.4 积雪温度和冷储 146
6.3.5 雪中液态水 147
6.4 积雪的分布 147
第7章 积雪水文研究方法 153
7.1 地面观测 153
7.1.1 观测要素 153
7.1.2 流域积雪观测 158
7.1.3 融雪径流观测 161
7.2 遥感观测 162
7.2.1 积雪参数遥感反演原理 162
7.2.2 遥感数据及积雪产品 169
7.3 数值模拟方法 173
7.3.1 风吹雪与密实化过程模拟 173
7.3.2 积雪消融模拟 176
7.3.3 积雪消融影响因素参数化 179
7.3.4 融雪径流模型 184
第8章 积雪消融与产汇流过程 187
8.1 积雪水量平衡 187
8.1.1 积雪水量平衡基本原理 187
8.1.2 影响积雪水量平衡的主要因子 188
8.2 积雪融水的运移过程 190
8.2.1 积雪融水在雪层中的储存和滞后 190
8.2.2 积雪融水产汇流路径 192
8.2.3 冻土对融雪径流的影响 195
8.3 融雪径流及特征 197
8.3.1 融雪径流水量平衡 197
8.3.2 融雪径流特征 198
第9章 融雪径流的变化及预估 205
9.1 融雪径流变化 205
9.1.1 降雪变化 205
9.1.2 积雪变化 206
9.1.3 流域融雪径流变化 207
9.2 融雪径流预报／洪水预警 209
9.2.1 融雪水文模型预报方法 209
9.2.2 大气水文模式耦合的融雪径流预报方法 210
9.3 融雪径流的预测 213
9.4 融雪径流预估 214
9.4.1 积雪预估 214
9.4.2 融雪径流预估 215
第10章 冰雪洪水与灾害 220
10.1 冰雪消融型洪水 220
10.1.1 积雪消融洪水 221
10.1.2 冰川消融洪水 222
10.1.3 降雨＋积雪消融混合洪水 223
10.1.4 降雨＋冰川消融混合型洪水 224
10.2 冰湖溃决型洪水 225
10.2.1 冰碛湖溃决洪水 225
10.2.2 冰川湖溃决洪水 231
10.3 冰川泥石流 238
10.3.1 冰川泥石流形成 239
10.3.2 冰川泥石流灾害评估 240
第11章 冻土分布与类型 243
11.1 冻土的概念及其分布 243
11.1.1 冻土的概念 243
11.1.2 多年冻土的分类 245
11.1.3 全球多年冻土的分布 246
11.1.4 中国冻土的分布 247
11.2 多年冻土的形成条件 250
11.2.1 气候条件 250
11.2.2 地质地形条件 251
11.2.3 地表覆盖层和植被 253
第12章 冻土水文的基本特点 254
12.1 冻土中的水热过程 254
12.1.1 冻土的水热特征 254
12.1.2 冻土中的水分迁移 257
12.1.3 冻土的冻融过程 258
12.2 多年冻土地下冰含量 262
12.2.1 地下冰的类型 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 多年冻土区地下水分布特征 267
12.3.1 冻土区地下水的类型 267
12.3.2 冻土区地下水的补给和分布特征 267
12.4 冻土区的水文特点 269
12.4.1 地表水入渗特征 269
12.4.2 冻土与水文过程 270
12.4.3 多年冻土退化对水文过程的影响 273
12.4.4 冻土退化对流域径流的影响 275
第13章 冻土水文研究方法 279
13.1 冻土水文观测方法 279
13.1.1 土壤基本理化性质 280
13.1.2 土壤水力特性参数 284
13.1.3 土壤热特性参数 289
13.1.4 室内实验 292
13.1.5 野外观测系统 294
13.1.6 冻土调查 298
13.2 冻土水文过程模拟 302
13.2.1 冻土水热过程模拟 302
13.2.2 流域尺度冻土水文过程模拟 307
第14章 河冰、湖冰、海冰水文 311
14.1 河湖冰水文 311
14.1.1 河湖冰概况 311
14.1.2 冻融过程 318
14.1.3 研究方法 323
14.1.4 凌汛 328
14.1.5 冰情预报 332
14.2 海冰水文 335
14.2.1 海冰的生成与发展 335
14.2.2 海冰水文监测 343
14.2.3 海冰在大洋水循环中的作用 345
第15章 寒区水化学 346
15.1 积雪水化学 346
15.1.1 积雪的化学特征 346
15.1.2 积雪融水的化学特征 348
15.1.3 积雪融水对河水化学的影响 350
15.2 冰川水化学 352
15.2.1 冰川融水的化学特征 352
15.2.2 溶质的来源 363
15.2.3 化学风化与气候变化 364
15.3 冻土水化学 367
15.3.1 冻土退化对有机物的影响 367
15.3.2 冻土退化对无机营养物的影响 370
15.3.3 冻土退化对主要离子的影响 371
第16章 寒区水文综合研究 373
16.1 寒区流域尺度水文监测 373
16.2 冰冻圈要素在流域水文中的作用 375
16.2.1 冰川 375
16.2.2 积雪 376
16.2.3 冻土 378
16.2.4 流域其他下垫面的水文作用 378
16.3 流域水文模型中寒区水文要素的耦合 379
16.3.1 耦合方法 379
16.3.2 示例及问题 381
16.4 全球与区域模式中寒区水文过程的模拟 384
16.4.1 全球模式与陆面模式中积雪水文过程 384
16.4.2 全球模式与陆面模式中冰川水文过程 386
16.4.3 全球模式与陆面模式中冻土水文过程 388
16.4.4 全球模式与陆面模式中海冰水文过程 389
16.5 GRACE重力卫星在寒区水文学中的应用 390
16.5.1 GRACE重力卫星反演陆地水储量变化的原理 390
16.5.2 GRACE重力卫星在寒区研究中的应用 391
16.6 同位素方法在流域寒区水文研究中的应用 393
16.6.1 冰冻圈天然水体中的稳定同位素 393
16.6.2 同位素在寒区水文研究中的应用 396
第17章 冰冻圈变化对湖泊的影响 400
17.1 寒区湖泊概述 400
17.2 冰雪变化对湖泊水量的影响 401
17.2.1 冰雪变化与湖泊水量平衡 401
17.2.2 青藏高原的冰川退缩与湖泊扩张 402
17.3 冰雪融水对湖泊理化性质的影响 409
17.3.1 冰雪融水对湖泊物理性质的影响 409
17.3.2 冰雪融水对湖泊化学性质的影响 410
17.4 冰雪融水对湖泊生物的影响 412
17.4.1 可溶性溶质对湖泊生物影响 412
17.4.2 悬移质对湖泊生物影响 413
17.5 冻土变化与湖泊的关系 414
17.5.1 冻土退化对湖白水文影响 414
17.5.2 青藏高原热融湖塘 416
17.5.3 北极地区热融湖塘 417
第18章 冰冻圈对海平面变化的影响 419
18.1 海平面变化概述 419
18.1.1 海平面特征 419
18.1.2 海平面变化的研究方法 421
18.1.3 历史时期的海平面 422
18.1.4 气候变暖与海平面上升 423
18.2 山地冰川与海平面变化 424
18.3 极地冰盖与海平面变化 425
18.4 海平面上升贡献解析 428
第19章 大洋水循环中的冰冻圈作用 430
19.1 两极区域水循环与淡水平衡 430
19.1.1 淡水的组成 430
19.1.2 海冰变化与淡水输出 432
19.2 热盐环流与经向翻转环流 434
19.2.1 热盐环流与全球传输带 434
19.2.2 经向翻转环流的气候作用 437
19.3 冰冻圈与海洋环流 439
19.3.1 冰冻圈对海洋盐度和温度的影响 439
19.3.2 海冰对热盐环流和经向翻转环流的影响 442
19.3.3 冰间湖的作用 444
参考文献 447