1.1 研究的背景与意义

进入20世纪90年代以来，在全球气候变化的大背景下，各种极端天气气候事件频繁发生，破坏程度越来越强，影响越来越复杂，应对难度越来越大，给全球的经济发展和人民生活带来了巨大的损失和严重的后果。极端天气频繁出现，是大自然向人类敲响的警钟，已经成为一个不可忽视的全球性问题。面对种种自然灾害的发生，各国政府相关部门虽然也在努力地推进防灾减灾工作，但防灾减灾工作仍然面临着许多亟待解决的问题和困惑。21世纪，全世界都面临着提高抗洪、抗旱、治理污染和其他防治与水相关灾害的挑战，地处干旱半干旱地区的新疆更是压力巨大。

新疆位于中国西北边陲，地处亚欧大陆腹地，“三山夹两盆”的特殊地形，使融雪及融冰成为其河流的重要补给水源，尤其是“大河”大多发源于高山冰川及多年积雪区，至出山口河流落差多在4000m左右，即使在夏季，山上仍有落雪现象。山区是径流形成区，平原为径流散失区，但是雨量站却大都布设在农区或出山口附近。高寒山区由于特殊的地形条件和高寒气候，所形成的积雪的物理和水文特性与其他气候条件（如海洋性气候条件）下形成的积雪有很大的不同。高寒山区冰川广布，积雪与冰川有着千丝万缕的联系，因此，与内陆干旱环境下的积雪水文特性也有一定的差异，其积雪水文过程具有独特的高原地域性特点。但是，由于该区地势高度差异悬殊，地形复杂，气候异常恶劣，没有观测站点，更无从谈及积雪观测资料，时至今日，山区积雪水文过程的研究仍是空白。因2500m以上山区雨量站寥寥无几，山区降水资料不足，对产流区的情况掌握不准确，阻碍了高寒山区水文研究的深入发展，洪水预报方法与技术研究严重滞后，远不能满足国民经济发展的需要。而近年来随着地理信息系统（GIS）和遥感（RS）的快速发展及在水文上的成功应用，积雪信息的方便获取为研究高寒山区积雪水文特性提供了新的手段和一定的技术平台。

降水是全球水分和能量循环中最关键的因素，但人们对其了解较少。降水具有很大的时空变化性，且是较难测量的大气参数之一，成为制约相关研究发展的瓶颈，尤其是制约水文预报精度的主要因素。由于受到地形、山脉走向、坡度和水汽来源方向等多种因素的影响，山区降水的垂直分布规律较复杂，并不是简单的随高度线性增加，各地降水相差悬殊。山地能够产生局地环流及气流遇山脉拦截被迫抬升，加之受风速、风向和海拔高度等因素的影响，造成了降水在垂直方向上分布极不均。降水分布的不均匀性是造成不同区域不同高程带植物种群的差异性、自然景观多样性和复杂性因素之一。新疆现有水文气象站点一般都设置在高程2000.00m以下的中低山带，尤其是雨量站点在面上分布不均，70%的站点布设在天山南北坡的低山带和山前平原区，其中气象站点多设在平原城镇，水文站多设在河流出山口处，中、高山以上地区站点稀少且分布极不均匀。由于受到地形条件、自然条件、财力、物力等方面的限制，严重制约了山区降水量的观测，并且现有的观测站点通常一般都布设在中低山带并且是沿河谷布设，尽管近年来随着水利工程建设部分流域也布设了遥测站点，但这些站点通常也是沿河谷布设。这些增加的水文遥测站点对山区降水量分布的研究有一定的帮助，但由于布设位置较低并不能反映降水在垂直方向上的分布规律，并且遥测站点对降水量的捕捉受到捕捉器架设高度、风速、地形等因素的影响，捕捉到的降水量与实测情况有一定的偏差，这使得研究山区降水垂直分布规律及自然灾害的防御带来一定困难。在高寒山区由于受气象条件的限制，遥测站点一般在冷冻期（每年1—3月和11—12月）开始停测，在非冷冻期（4—10月）才正常监测，因此资料的完整性受到一定的影响，进而影响到了与之相关方面的研究，如洪水预报、水资源评价等。获取精确的降雨空间分布特征的一种方法就是建立密度极高的雨量站网。虽然我国已建立了相当多的遥测雨量站和气象站，但这只是有限的观测点，其资料密度远不能满足流域水文模型的需求。近年来随着卫星和遥感技术的快速发展及其在相关方面的成功应用，为研究降水提供了一种新的手段和更为稳定的平台，这对研究山区降水分布和对降水结构的认识有很大的帮助，进而为其他相关方面的研究提供一定可靠的依据。

传统的方法在对高寒山区融雪径流模拟或预报过程中受各种条件的限制并不能真实地反映高寒山区物理过程，而是以一种黑箱模型的形式来再现融雪径流过程，只注重输入和输出结果是否与实际相符合，对中间过程不加以考虑，这样有可能出现融雪径流中间过程与实际不符或出现极大反差的情况，且模型参数的确定受人为主观因素制约较大。近年来随着RS与GIS技术的快速度发展及其在水文中的广泛应用，对研究资料不足地区水文规律和建立具有物理基础的融雪径流模型提供了可靠的技术支持，基于这种技术平台的分布式水文模型与实际情况更相符，更能够真实地再现融雪径流过程。

高寒山区降水规律及融雪径流模拟问题的研究，对于架起理论研究与生产实际之间互动的桥梁，深入开展降水相关方面研究、水文预报模型的扩展与深入具有重要的理论与现实意义。