气候变化和冰冻圈退化对冰冻圈河流的水沙通量影响显著。河流水沙通量的季节性变化直接影响其内的生源物质等的输移过程，从而影响河流生态系统稳定性以及下游地区的水-能源-粮食系统的安全。然而，受限于长时间-高精度的水文观测数据的匮乏，加之冰冻圈流域复杂的水文地貌过程，目前对气候变化下冰冻圈河流水沙输移的季节性变化机制尚不明确，难以为制定冰冻圈河流气候变化适应对策以及流域可持续管理提供有效的科技支撑。
近日，北京大学环境科学与工程学院李东锋课题组在《Science Advances》上发表论文，通过辨识四种典型的冰冻圈河流（冰川型河流、融雪型河流、冻土型河流和复合型河流），揭示了冰冻圈河流泥沙输移季节性变化的新机制，构建了流域泥沙输移模型（SAT-M），实现了对不同类型冰冻圈河流泥沙输移季节性变化的精准模拟和复现，指出了冰冻圈河流水沙输移的季节性变化对河道演变、洪水灾害、水库运行和生态系统稳定性的影响。
气候变化下冰冻圈河流水沙输移过程变化对水库运行和河流生态系统的影响
研究团队基于在天山和青藏高原北部四个典型冰冻圈河流获取的过去几十年的月尺度水文气候观测数据，发现由于积雪减少和降水强度的增加，春季的泥沙产输机制正在从融雪主导转向降雨主导；而在夏季冰川融水和极端降雨的增加放大了水文波动性，导致径流激增频发，河流泥沙通量显著增大。
研究团队构建的月尺度泥沙输移模型（SAT-M）能够反映冰冻圈河流的主要泥沙过程，包括温度驱动的热侵蚀过程（冰川-冻土侵蚀）、降水驱动的坡面侵蚀过程、径流激增驱动的河道侵蚀以及融雪侵蚀过程。SAT-M模型有助于准确复现冰冻圈河流的月尺度泥沙输移动态以及年代际泥沙输移的季节性变化规律。
该项研究成果指出，气候变化和冰冻圈退化导致的水文波动以及夏季输沙能力增强可能会导致未来河道变迁更加频繁、加剧洪水灾害，增加的河流浊度会限制水生生物呼吸，并影响底栖动物和鱼类的摄食条件以及河流生态系统的稳定性。因此，未来的水库运行方案应充分考虑气候变化下的水文波动、泥沙峰值以及水沙输移的季节性变化。
该研究得到了国家自然科学基金重大研究计划集成项目 (No. 92047303)、 国家自然科学基金委创新研究群体项目 (No. 51721006)的支持。研究成果以“Shifted sediment-transport regimes by climate change and amplified hydrological variability in cryosphere- fed rivers”为题，于2023年11月8日在线发表于《科学·进展》（Science Advances）。北京大学环境科学与工程学院冰冻圈河流课题组李东锋研究员为论文通讯作者，联合培养博士后张婷为论文第一作者，北京大学倪晋仁教授为论文主要合作者。其他合作者来自新加坡国立大学、科罗拉多大学博尔德分校、和伊利诺伊大学香槟分校等单位。
论文链接：https://www.science.org/doi/full/10.1126/sciadv.adi5019
