前言

高寒山区所在区域以其独特的自然景观格局、敏感的气候变化效应和重要的水资源形成及赋存区等一直以来备受各国政府和学者的关注并成为研究的重点区域。高寒山区作为高大冰川的赋存区、多年积雪的续存区域、大部分河流的发源地，对区域水资源的形成、当地社会经济的快速发展起积极的作用；但其又是冰川堰塞湖、溃坝性洪水、冰雪洪水、雪灾、雪崩和泥石流等极端自然灾害的多发区域，给人类带来了巨大的灾难，造成了重大的直接和间接经济损失。新疆地处内陆干旱、半干旱地区，气候干燥，降雨稀少，蒸发强烈，总体上水资源紧缺，生态环境脆弱。发源于高山冰川及多年积雪区的河流是其最主要的水源来源，维系着绿洲的消长与生态环境及社会经济的可持续发展，而降水又是决定河川径流量大小的决定性因素。高寒山区不便的交通条件、恶劣的气候条件及稀少的监测站点极大地限制了所在区域水文气象因素变化规律与产汇流规律的认识与研究，极大地阻碍了山区水资源的合理开发利用、极端水文事件的预测与预警、水利工程兴利效益的充分发挥。随着科学技术的发展、遥感与地理信息系统的日益成熟及其在水文方面的成功应用，为高寒山区相关方面的研究提供一定的技术支撑。

笔者自2004年以来，一直从事高寒山区降水分布规律、洪水预报、水库兴利调度等方面的研究工作。通过野外实地调研、典型流域水量平衡与积雪消融规律观测，对高寒山区水文规律有了一定的感性认识，通过对收集的长期水文气象观测数据的分析和历史文献考证，对高寒山区降水分布规律与产汇流过程获得了理性的认识，并在与国内外相关专家的交流学习中开阔了视野，拓宽了研究思路。本研究获得了国家自然科学基金（51209181，51469034，50669006）、新疆农业大学水利工程博士后流动站、新疆维吾尔自治区地方公派出国留学成组配套项目（XJDF201307）、新疆水文学及水资源重点学科基金（xjswszyzdxk20101202）与新疆教育厅重点项目（XJEDU2006I21）的资助。研究工作充分考虑到高寒山区匮乏的水文气象监测数据的局限性、降水分布规律正确认识与产汇流规律合理刻画的必要性，借助已有的水文气象数据、气象卫星数据与地理信息系统平台，并充分考虑水汽来源方面及不同耦合因素对降水分布规律与产汇流规律刻画的影响，力图对高寒山区降水垂直分布规律有一个定量化的认识，能够较好地再现产汇流过程，更好地指导所在区域水资源的合理开发利用、自然灾害预警与应对、服务水利工程等而开展的应用基础理论研究。本书就是这一研究的部分成果，其特色如下：

（1）在理论分析的基础上，采用不同方法对获取的完整的水文气象序列、地表径流变化趋势进行定性阐述，并对积雪消融规律、NDVI与积雪消融规律的相互作用与相互影响进行探讨。

（2）充分挖掘现有的水文气象数据，基于TRMM/TMI卫星降水数据与实测站点降水数据，探讨了TRMM/TMI卫星对天山山区降水的探测能力及其在受自然和地形条件限制而无法监测地区降水分析预测中的可用性，并充分考虑水汽来源方向的特点分区分典型剖面研究天山山区降水的垂直分布，提出分布规律的分析方法与表达方式。

（3）充分利用基本水文站、气象站、自动测报站和遥感数据以及挖掘基层水情技术人员的经验，以地理信息系统（GIS）为平台，以天山山区典型流域为实例，充分考虑地形、植被、坡度、坡向等因素，以三水源新安江模型为基础，合理地刻画了产汇流过程。为观测资料缺乏流域水文预报模型中参数的确定提供依据，提高融雪径流研究的科学水平，为降水资料观测缺乏地区水文预报模型中参数的确定提供一定的依据。

本书共分9章，第1章在综述国内外研究进展的基础上，明确了高寒山区降水垂直分布规律及融雪径流模拟的主要研究内容与方法。第2章介绍基于水文、气象及遥测站点基础数据，采用不同方法进行降水量空间插值方法优选，表明将高程、坡度、坡向作为影响因素引入到对降水量的空间插值中来的协克里金方法插值法，能提高模型的插值精度。第3章介绍基于研究区水文气象数据及TRMM/TMI卫星降水资料，探讨TRMM/TMI卫星降水资料对天山山区降水的探测能力，表明TRMM卫星对天山西部山区的降水过程有一定的探测能力，其变化趋势与实际情况相近，具有一定的可信度。第4章介绍基于研究区水文气象数据及TRMM/TMI卫星降水资料，分析天山山区降水垂直分布规律，表明山区降水在垂直方向上分布规律与水汽来源方向、纬度、海拔高度、地形条件、盛行风向和风速等一系列因子有关，其中受地形条件影响较显著。第5章通过实测数据分析，阐明在全球气候变暖的背景下，研究区气温升高趋势明显；山区与平原区降水变化规律并不完全一致，季节分配不均匀；径流变化趋势不显著。第6章基于MODIS积雪覆盖数据考虑研究区地形变化，分析天山西部山区积雪的时空变化特性、积雪消融规律，为融雪径流的模拟奠定了基础。第7章基于MODIS NDVI数据和积雪覆盖数据，分析NDVI时空变化特性与积雪消融规律的关系，表明除积雪消融与NDVI有其自有的变化规律外，两者之间也有很好的相关性。第8章基于不同期土地利用数据及SWAT模型，分析LUCC变化对天山西部山区融雪径流的影响，表明研究区耕地向草地和居民点及工矿用地的转换构成了土地利用变化的主导过程，其中居民点及工矿用地变化率最大，达到340.68%；由于山区土地利用类型未发生大的变化，因此，20世纪80年代和2000年山区融雪径流对LUCC的响应基本一致，对径流的影响基本没有大的改变。第9章以三水源新安江模型为基础，综合考虑研究区冰川、积雪、土壤和植被等因素，构建高寒山区分布式水文模型，并对流域水文过程模拟，表明所构建的高寒山区分布式水文模型基本适用，径流模型结果较理想，采用TRMM/TMI卫星降水资料、探空气温、MODIS数据等确定模型参数的方法可行。

本书由穆振侠、姜卉芳执笔，其中第1、第2、第6、第9章由杨随柱、彭亮和何英参与数据处理、模型调参、部分文字的编写与校对工作，全书由穆振侠、姜卉芳修改并定稿。

本书得到了新疆农业大学及新疆农业大学水利与土木工程学院的大力支持，也得到了新疆农业大学唐新军教授、侍克斌教授、虎胆·吐马尔白教授、马英杰教授、周金龙教授、杨鹏年教授、崔龙副教授、刘丰副教授、吴彬副教授、石铁玉讲师、四川大学梁川教授和河海大学余钟波等的帮助，新疆农业大学水文与水资源实验室为研究的实施创造了优越条件，李芳、王娟、王鹏、吴万虎、张乐乐、邵成国、田龙、姚安琪、李绅、鲜丽菊、于宴民、李承红、高瑞、尹梓渊、周育琳等众多硕士研究生参与了研究中水文气象数据的整理、录入与分析、遥感数据的解译与处理及野外调查与现场实验等工作，特此一并致谢。

限于时间和作者水平，书中疏漏及不妥之处在所难免，诚望读者批评指正。

作者

2015年7月