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Arid Land Geography >

2024 , Vol. 47 >Issue 7: 1116 - 1126

DOI: https://doi.org/10.12118/j.issn.1000-6060.2024.091

The Third Xinjiang Scientific Expedition

Changes in water volume of Ayakkum Lake in the eastern Kunlun Mountains and its replenishment relationship in the last 30 years

  • Yanjun CHE , 1 ,
  • Mingjun ZHANG 2 ,
  • Yaning CHEN 3 ,
  • Chenggang ZHU , 3 ,
  • Yuting LIU 4
Expand
  • 1. Department of Geographical Science, Yichun University, Yichun 336000, Jiangxi, China
  • 2. College of Geography and Environmental Science, Northwest Normal University, Lanzhou 730070, Gansu, China
  • 3. State Key Laboratory of Desert and Oasis Ecology, Xinjiang Institute of Ecology and Geography, Chinese Academy of Sciences, Urumqi 830011, Xinjiang, China
  • 4. College of Life and Geographical Sciences, Kashi University, Kashi 844000, Xinjiang, China

Received date: 2024-02-15

  Revised date: 2024-04-22

  Online published: 2026-03-11

Fold

Abstract

With the warming of the Qinghai-Tibet Plateau, the trend of increase in the number and size of plateau lakes is on the rise, with a noticeable expansion of lakes over the Kumkuli Basin in the eastern Kunlun Mountains. Ayakkum Lake is the largest saltwater lake in the Kumkuli Basin, and the Third Xinjiang Scientific Expedition data indicates that the lake has expanded to become the largest lake in Xinjiang. Based on the expedition data and remote sensing imagery, this study analyzes and subsequently discusses the change in the water volume of Ayakkum Lake and replenishment of its water sources, including glacier, permafrost, temperature, and precipitation. The results show that: (1) The area of Ayakkum Lake expanded from 623.03 km² in 1990 to 1141.67 km² in 2023, and the lake level rose by 7.28 m from 2002 to 2023, corresponding to an increase in water storage of 66.64×108 m³. (2) The glacier area in the Ayakkum Lake Basin decreased by 16.4 km² from 1990 to 2023, with a volume reduction of 1.96 km³. Until 2023, there were 451 glaciers with a total area of 324.26 km² in the region. (3) A distribution map of permafrost over the Qinghai-Tibet Plateau in 2010 shows that the continuous permafrost area was 12395 km² and seasonal permafrost area was 10652 km². (4) A water balance analysis of the area indicates that glacier and permafrost meltwater account for 9% and 5% of the total inflow into Ayakkum Lake, respectively, whereas runoff from land surface precipitation in seasonal frost and permafrost regions accounts for 67% of the total inflow into Ayakkum Lake. Additionally, replenishment to the lake water surface via direct precipitation accounts for 19% of the total inflow into Ayakkum Lake. In other words, the expansion of the lake mainly resulted from an increase in precipitation over the Ayakkum Lake Basin. This study reveals the land surface hydrological processes in the Kumkuli Basin and provides reference for local governments to optimize water resource allocation and management.

Key words： water balance; Ayakkum Lake; Kumkuli Basin; glaciers; eastern Kunlun Mountains

Cite this article

Yanjun CHE , Mingjun ZHANG , Yaning CHEN , Chenggang ZHU , Yuting LIU . Changes in water volume of Ayakkum Lake in the eastern Kunlun Mountains and its replenishment relationship in the last 30 years[J]. Arid Land Geography, 2024 , 47(7) : 1116 -1126 . DOI: 10.12118/j.issn.1000-6060.2024.091

以青藏高原为主体的泛第三极区域对全球气候变化响应敏感，1980―2018年平均气温的升温速率达到0.42 ℃·(10a)-1，是全球平均升温速率的2倍[1]。气候变暖的显著变化，使得青藏高原冰川和地表水文过程发生显著的改变[2⇓-4]，其中湖泊水体面积的变化十分显著并已经引起国内外学者的广泛关注。青藏高原分布湖泊面积约5×104 km2[5]，是中国湖泊总面积的57.2%[6]，是全球湖泊面积的约1.9%[7]。随着近几十年青藏高原气候的变化，湖泊的数量和面积显著增加，1960s—1980s至2005—2006年，青藏高原及周边地区新增加了60个湖泊，面积增加超过1000 km2[8]。其中，1976年至1990s，高原湖泊面积、水位和体积表现出缓慢增加，之后为持续快速增加[9]。东昆仑木孜塔格峰地区，1990—2020年湖泊在数量和空间上也表现出明显的扩张趋势[10]。不同区域湖泊的演变在空间和时间上均有差异，但其扩张的主要原因是冰川加速消融和降水增加[8⇓-10]。
东昆仑-库木库里盆地位于青藏高原东北区域，为昆仑山、阿尔金山和祁曼塔格山之间的大型山间断陷盆地，1 km2以上的盐湖共有6个，占盆地统计湖泊总数的55%，面积占98%[11]。山区冰雪融水是维系盆地生态系统重要的水源保障，冰川与气候的变化对于盆地地表水文过程至关重要。研究表明[12]，85°E以东的昆仑山，1970s至2006—2010年山区冰川面积退缩率为-0.43%·a-1±0.13%·a-1，2000—2013年冰面高程每年减少-0.51±0.18 m·a-1。木孜塔格峰地区，2000—2020年冰面物质平衡为-0.14±9.13 m w.e.[13]，即冰川总体物质为亏损，冰雪融水呈增加趋势。东昆仑-库木库里盆地湖泊也发生显著扩张，如阿牙克库木湖的扩张引起当地广泛关注。此外，布喀达坂峰的莫诺马哈冰川，2009—2016年发生跃动[14]，冰川跃动通常会释放大量的水体，使冰川径流短时间内迅速增加。布喀达坂峰北侧和阿尔喀山冰川，是阿牙克库木湖地表径流的主要冰川融水补给源区（图1）。
图1 阿牙克库木湖流域概况

Fig. 1 Overview of Ayakkum Lake Basin

新疆第三次综合科考昆仑山片区科考中，发现东昆仑-库木库里盆地的阿牙克库木湖空间扩张十分显著，其湖泊面积已成为新疆最大的湖泊。湖泊的显著扩张，与其流域内冰川消融、冻土融水以及降水量变化的关系密不可分。然而，阿牙克库木湖的扩张、水量输入与输出的过程及其原因，尚不清晰。此外，湖泊水量变化与周边水文过程的水力联系关乎库木库里盆地水文循环过程，直接影响当地水资源的工程规划。鉴于此，本文基于阿牙克库木湖及其流域降水、蒸发、冰川消融以及冻土融水等基础数据，分析流域水文过程各组分时序特征，计算阿牙克库木湖水量平衡过程，探讨湖泊扩张机制，揭示流域地表水文过程及其对气候变化的响应机制，为库木库里盆地和南疆地区优化水资源配置提供参考。

1 数据与方法

1.1 研究区概况

阿牙克库木湖又名阿雅格库木库里湖，位于巴音郭楞蒙古自治州若羌县东南部，属于阿尔金国家级自然保护区，是库木库里盆地最大的高原内流咸水湖，也是目前新疆境内面积最大湖泊（图1）。盆地周边被高大山系围绕，南侧西起木孜塔格峰，东至布喀达坂峰，北侧主要为阿尔金山系，东侧为祁曼塔格山。一系列的地质运动造就了阿牙克库木湖的形成，使得该区地表水系较为发育。湖泊变化主要依赖于降水和冰雪融水径流的补给，依协克帕提河、色斯克亚河和皮提勒克河等季节性河流是其主要补给水源；南部的阿尔喀山冰川融水，也是其重要水源组分。阿牙克库木湖流域属于高原干旱气候，年平均气温0 ℃以下，年平均降水量约为100~200 mm，主要集中于5—8月[15-16]。

1.2 数据来源

（1） 冰川与湖泊边界
1990―2023年，阿牙克库木湖及其流域内冰川的边界范围，主要基于Landsat系列影像，采用人机交互式解译方法获取，即人工目视解译。该方法工作量较大，但精度相对较高。本文使用的Landsat系列影像，主要包括Landsat5 TM、Landsat7 ETM+、Landsat8/9 OIL/TIRS。为减少云层和积雪对冰川和湖泊的影响，提高冰川和湖泊提取的精确度，优先选取少云和少积雪影响的影像，获取的影像时间主要分布在夏季（7—9月），共获取73幅影像（表1）。Landsat7 ETM+的影像，采用条带修复工具landsat_gapfill.Sav进行修复[17]。影像数据来源于地理空间数据云（https://www.gscloud.cn/）和美国地质调查局（USGS）（https://earthexplorer.usgs.gov/）。此外，为了解研究区冰川物质平衡，使用全球冰川物质平衡数据集，时间为2000―2020年[18]。在此，挑选阿牙克库木湖流域上游布嘎达坂峰北坡的22条冰川物质平衡进行分析。
表1 本文所用遥感影像信息

Tab. 1 Information of remote sensing imagery in the paper

序号 数据类型 文件名称 日期（年-月-日） 云覆盖/% 用途
1 LandSat5 TM LT05_L1TP_140035_19910624_20200915_02_T1 1991-06-24 7.00 冰川
2 LandSat5 TM LT05_L2SP_139035_19910820_20200915_02_T1 1991-08-20 7.00 冰川
3 LandSat5 TM LT05_L1TP_139035_19920907_20200914_02_T1 1992-09-07 10.00 冰川
4 LandSat5 TM LT51400351992226BJC00 1992-08-13 2.00 冰川
5 LandSat5 TM LT05_L1TP_139035_19930910_20200913_02_T1 1993-09-10 0.00 冰川
6 LandSat5 TM LT05_L1TP_140035_19930715_20200914_02_T1 1993-07-15 16.00 冰川
7 LandSat5 TM LT51390351994272BJC00 1994-09-29 0.00 冰川
8 LandSat5 TM LT51400351994199ISP00 1994-07-18 0.00 冰川
9 LandSat5 TM LT05_L1TP_139035_19990725_20200907_02_T1 1999-07-25 23.00 冰川
10 LandSat7 ETM+ LE71400351999237SGS01 1999-08-25 0.00 冰川
11 LandSat7 ETM+ LE71390352001203SGS00 2001-07-22 13.00 冰川
12 LandSat7 ETM+ LT05_L1TP_140035_20010721_20200906_02_T1 2001-07-21 1.00 冰川
13 LandSat7 ETM+ LE07_L1TP_140035_20010814_20180228_01_T1 2001-08-14 27.00 冰川
14 LandSat7 ETM+ LE71390352002238SGS00 2002-08-26 0.00 冰川
15 LandSat7 ETM+ LE71400352002133EDC00 2002-05-13 4.00 冰川
16 LandSat5 TM LT51390352003265BJC00 2003-09-22 0.00 冰川
17 LandSat7 ETM+ LE07_L1TP_140035_20030921_20170124_01_T1 2003-09-21 0.00 冰川
18 LandSat5 TM LT05_L1TP_140035_20030913_20200904_02_T1 2003-09-13 29.00 冰川
19 LandSat5 TM LT05_L1TP_139035_20040807_20200903_02_T1 2004-08-27 27.00 冰川
20 LandSat5 TM LT51400352004259BJC00 2004-09-15 1.00 冰川
21 LandSat5 TM LT51390352006257IKR00 2006-09-14 3.00 冰川
22 LandSat5 TM LT51400352006232IKR00 2006-08-20 17.00 冰川
23 LandSat5 TM LT05_L1TP_140035_20060905_20200831_02_T1 2006-09-05 27.00 冰川
24 LandSat5 TM LT51390352007212IKR00 2007-07-31 2.00 冰川
25 LandSat5 TM LT51400352007203IKR00 2007-07-22 1.00 冰川
26 LandSat5 TM LT05_L1TP_139035_20080903_20200829_02_T1 2008-09-03 15.00 冰川
27 LandSat5 TM LT05_L1TP_140035_20080825_20200829_02_T1 2008-08-25 7.00 冰川
28 LandSat7 ETM+ LE71390352010244ASN00.tar 2010-09-01 1.00 冰川
29 LandSat5 TM LT05_L1TP_140035_20100815_20200823_02_T1 2010-08-15 20.00 冰川
30 LandSat8 OLI LC81390352013212LGN00 2013-07-31 0.16 冰川
31 LandSat8 OLI LC81400352013219LGN00 2013-08-07 11.85 冰川
32 LandSat8 OLI LC81390352016253LGN00 2016-09-09 1.96 冰川
33 LandSat8 OLI LC81400352016196LGN01 2016-07-14 0.17 冰川
34 LandSat8 OLI LC81390352017223LGN00 2017-08-11 0.16 冰川
35 LandSat8 OLI LC81400352017214LGN00 2017-08-02 0.16 冰川
36 LandSat7 ETM+ LE07_L1TP_139035_20180822_20200828_02_T1 2018-08-22 9.00 冰川
37 LandSat8 OLI LC81400352018201LGN00 2018-07-20 2.05 冰川
38 LandSat8 OLI LC8_L1TP_139035_20200819_20200823_02_T1 2020-08-19 4.04 冰川
39 LandSat8 OLI LC8_L1TP_140035_20201013_20201105_02_T1 2020-10-13 0.44 冰川
40 LandSat8 OLI LC81400352021273LGN00 2021-09-30 5.92 冰川
41 LandSat8 OLI LC81390352021250LGN00 2021-09-07 0.46 冰川
42 LandSat8 OLI LC81390352022205LGN00 2022-07-24 0.15 冰川
43 LandSat9 LC91400352022188LGN01 2022-07-07 0.98 冰川
44 LandSat8 OLI LC81390352023224LGN00 2023-08-12 7.02 冰川
45 LandSat9 LC91400352023223LGN00 2023-08-11 2.37 冰川
46 LandSat5 TM LT05_L1TP_140034_19900707_20200916_02_T1 1990-07-07 0.00 湖泊
47 LandSat5 TM LT05_L1TP_140034_19910928_20170126_01_T1 1991-09-28 2.00 湖泊
48 LandSat5 TM LT51400341992226ISP01 1992-08-13 0.00 湖泊
49 LandSat5 TM LT51400341993196ISP00 1993-07-15 2.00 湖泊
50 LandSat5 TM LT51400341994215ISP00 1994-08-03 1.00 湖泊
51 LandSat5 TM LT05_L1TP_140033_19950721_20200912_02_T1 1995-07-21 30.00 湖泊
52 LandSat5 TM LT05_L1TP_140034_19960925_20170102_01_T1 1996-09-25 1.00 湖泊
53 LandSat5 TM LT05_L1TP_140034_19970827_20200910_02_T1 1997-08-27 4.00 湖泊
54 LandSat5 TM LT05_L1TP_140034_19980814_20200909_02_T1 1998-08-14 16.00 湖泊
55 LandSat5 TM LT05_L1TP_140034_19990817_20200907_02_T1 1999-08-17 3.00 湖泊
56 LandSat5 TM LT51400342000248BJC00 2000-09-04 1.00 湖泊
57 LandSat7 ETM+ LE07_L1TP_140034_20010729_20200917_02_T1 2001-07-29 12.00 湖泊
58 LandSat5 TM LT51400342002221BJC01 2002-08-09 18.00 湖泊
59 LandSat5 TM LT51400342003256BJC00 2003-09-13 13.00 湖泊
60 LandSat5 TM LT51400342004211BJC00 2004-07-29 1.00 湖泊
61 LandSat5 TM LT51400342005261BJC00 2005-09-18 17.00 湖泊
62 LandSat5 TM LT51400342006232IKR00 2006-08-20 5.00 湖泊
63 LandSat5 TM LT05_L1TP_140034_20070823_20200830_02_T1 2007-08-23 2.00 湖泊
64 LandSat5 TM LT51400342008238BJC00 2008-08-25 17.00 湖泊
65 LandSat5 TM LT05_L1TP_140033_20090727_20200827_02_T1 2009-07-27 1.00 湖泊
66 LandSat5 TM LT51400342010243IKR00 2010-08-30 2.00 湖泊
67 LandSat5 TM LT51400342011246IKR00 2011-09-03 52.00 湖泊
68 LandSat7 ETM+ LE07_L1TP_140034_20120913_20161129_01_T1 2012-09-13 0.00 湖泊
69 LandSat8 OLI LC81400342013219LGN00 2013-08-07 4.26 湖泊
70 LandSat8 OLI LC81400342014238LGN00 2014-08-26 3.54 湖泊
71 LandSat8 OLI LC81400342015225LGN00 2015-08-13 1.94 湖泊
72 LandSat8 OLI LC81400342016196LGN01 2016-07-14 0.17 湖泊
73 LandSat8 OLI LC81400342017214LGN00 2017-08-02 1.51 湖泊
74 LandSat8 OLI LC81400342018201LGN00 2018-07-20 0.18 湖泊
75 LandSat8 OLI LC81400342019220LGN00 2019-08-08 2.36 湖泊
76 LandSat8 OLI LC81400342020303LGN00 2020-10-29 1.64 湖泊
77 LandSat8 OLI LC08_L1TP_140034_20210728_20210804_02_T1 2021-07-28 0.24 湖泊
78 LandSat8 OLI LC08_L1TP_140034_20220731_20220806_02_T1 2022-07-31 33.85 湖泊
79 LandSat9 OLI LC09_L1TP_140034_20230827_20230827_02_T1 2023-08-27 11.60 湖泊
（2） 水位数据
阿牙克库木湖位于阿尔金国家自然保护区，为无人区，长期没有连续观测数据，尤其是水位数据。2000年以来，由于测高卫星技术的广泛使用，使得大量高原湖泊水位变化的研究得以开展。如，德国理工大学（DGFI-TUM）于2013年研发的内陆水域水文时间序列数据库（DAHITI），专注于陆地水域变化的遥感监测。涉及的测高卫星主要有TOPEX/Poseidon、Jason-1/2/3、GFO、ENVISAT、ERS-1/2、CryoSat-2、ICESat系列、SARAL/Altika和Sentinel-3A。经过阿牙克库木湖的测高卫星有Envisat、ICESat系列、Sentinel-3A，时间为2002―2023年，其中，2011―2015年没有数据。由于测高卫星数据过境在时间上不是均匀固定的，采用当年所有水位数据的平均值作为当年水位数据，多年月平均作为月平均水位，以分析阿牙克库木湖水位的年内季节特征。水位数据来源于内陆水域水文时间序列数据库（https://dahiti.dgfi.tum.de/en/products/water-level-altimetry/）。
（3） 冻土数据
冻土活动层的冻融过程是影响寒区径流形成过程的重要影响因素，阿牙克库木湖流域位于东昆仑高海拔地区，冻土发育广泛，但冻土观测资料十分匮乏。为方便评估研究区冻土区冻融过程产生的径流，本文基于利用遥感和地面调查作为模型输入数据[19]制备的2010年青藏高原冻土分布图，获取阿牙克库木湖流域的冻土数据。
（4） 气温和降水
气温和降水是流域水文过程的重要气象因子，阿牙克库木湖气象站点稀少，新建站点时间序列较短，如阿牙克库木湖附近气象站于2013年布设，数据时间序列尚不能满足湖泊长时间序列的水文气象研究[20]。根据研究需要，本文采用ERA5-land月尺度气温和降水的再分析数据，分析1990—2022年阿牙克库木湖流域气温和降水的年际特征和季节性变化。结合本文目的，使用该数据集的降水和2 m气温产品，对其进行处理和后期分析，并用于蒸发量计算。

1.3 研究方法

（1） 冰川体积
阿牙克库木湖流域冰川长期缺乏地面观测资料，为快速评估冰川体积变化，本文采用经验公式，即体积（V，km3）-面积（A，km2）公式计算冰川储量。计算公式如下：
V = 0.0365 A 1.375
（2） 湖泊水量变化
阿牙克库木湖水量变化方程：
Δ V = 1 / 3 × ( H 2 - H 1 ) × [ S 1 + S 2 + ( S 1 × S 2 ) 1 / 2 ]
式中： H 1和 H 2为相邻2期湖水水位高程（m）； S 1和 S 2为对应时间湖泊面积（km2）。
（3） 湖泊水量平衡
假设阿牙克库木湖为闭合湖泊，基于湖水变化过程，其水量平衡方程可表述为：
Δ V = P + R - E
式中：P为湖面降水量（m3）；R为地表径流（m3）；E为湖面蒸散发（m3）。
R = R G + R R + R P
式中：R为地表径流（m3）； R G为冰川径流（m3）； R R为降水径流（m3）； R P为季节性冻土产生的径流（m3）。该区域分布有季节冻土和多年冻土，杨针娘等在天山空冰斗的试验[21]，降水的径流系数多年平均值为0.70，本文中对降水径流系数通过水量平衡率定。
R G = M g × S
式中： R G为特定时间段冰川产生的径流（m3）； M g为冰川年物质平衡变化产生径流深（mm·km-2）；S为冰川面积（km2）。2021—2023年对库木库里盆地综合科考中，对伸舌川冰川进行了定位观测，结合冰面物质平衡观测、末端气象站、末端径流等记录，推算了该冰川物质平衡变化产生的径流系数为328 mm·km-2，其消融期为5月中下旬至9月初。因此，本文采用该径流系数计算冰川融水径流。
杨针娘等[21]在天山和祁连山寒区试验表明，自由水面蒸发与海拔、月平均气温具有较好的关系，可表述为以下方程：
E = 43.61 + 0.018 H + 5.1 T
式中：H为水面平均海拔（m）；T为月平均气温（℃）；湖面蒸发量校正系数为0.8。
同时，陆面蒸发量采用以下公式计算：
E = 41.73 × e x p ( 0.148 T )
式中：E为冻土区陆面月蒸发量（mm）；T为月平均气温（℃）。参考杨针娘等[21]在天山空冰斗的试验，蒸发量采用校正系数0.625，即为流域实际蒸发量。因此，本文采用的校正系数为0.6。
（4） 阿牙克库木湖流域冻土径流系数
羌塘高原北部地区，2003—2011年冻土活动层引起的地面季节性下沉为2.5~12.0 mm，多年沉降变化趋势为-2~3 mm·a-1[22]；色林错湖泊的研究表明[23]，2017—2020年地面沉降5~20 mm·a-1，平均值为10.3 mm·a-1。结合研究区特点，参考空间距离较近的羌塘北部地区地面沉降研究，阿牙克库木湖流域多年冻土和季节冻土消融引起的沉降速率取平均值3 mm·a-1和5 mm·a-1。试验表明，冻土区产流系数要比非冻土区产流系数大，气候偏暖时，径流系数有明显减小趋势。因此，季节冻土和多年冻土区径流系数分别取0.80和0.82。

2 结果与分析

2.1 阿牙克库木湖特征

测高卫星资料表明，阿牙克库木湖水位发生了显著变化，湖水水位从2002年的平均水位3878.28 m上升到2023年的3885.56 m，水位升高了7.28 m，平均每年上升0.35 m（图2）。基于2017—2023年水位数据，1—3月湖水水位相对最低，随着夏季的开始，水位上升，直至9月，水位达到最高，10月之后水位开始下降。其中，2019年的年内水位波动最大，为2.79 m，其主要原因是3月水位较2月突然降低了1.98 m。去掉该异常值，2017—2023年湖水水位季节性波动幅度在0.56~1.34 m之间，多年平均波动幅度为0.84 m。其中， 2018年波动最大，为1.34 m，2021年波动最小，为0.56 m。1990年阿牙克库木湖水域面积为623.03 km2，1993—1995年湖水面积减小至560.68 km2。1995年之后，湖水面积发生显著扩张，2000、2010、2020年湖水面积依次增加至661.31 km2、924.46 km2、1100.94 km2。截止2023年，湖水面积达到1141.67 km2，相比1990年，湖水面积增加了83.25%。基于2002—2023年湖水面积和水位数据，表明阿牙克库木湖库容增加了66.64×108 m3。
图2 1990—2023年阿牙克库木湖水位、面积和储量变化

Fig. 2 Changes in water surface elevation, area and volume of Ayakkum Lake from 1990 to 2023

2.2 阿牙克库木湖降水和蒸发

1990—2022年，阿牙克库木湖年降水量为120~363 mm，多年平均年降水量为246±48 mm，且年增加率为0.72 mm·a-1，但其趋势不显著；年平均气温为-2.7~-0.5 ℃，多年平均气温为-1.7±0.5 ℃，显著的年增温速率为0.015 ℃∙a-1（图3a）。2002—2022年，年蒸发量为957~1064 mm，多年平均蒸发量为1012±25 mm，年增加率为0.47 mm·a-1，其变化趋势不显著。年内降水量、气温和蒸发量季节性变化规律显著（图3b），夏季气温高，降水量和蒸发量均较大，冬季相对较小。年内气温最高为7月（10.4 ℃），最低为1月（-14.3 ℃），其中5—9月气温为正，平均为7.1±2.9 ℃。多年平均月降水量为2~53 mm，夏季5—9月降水量占全年总降水量的80%，月平均降水量为21±17 mm。多年平均月蒸发量为33~134 mm，夏季5—9月蒸发量占全年总蒸发量的59%，月平均蒸发量为105±43 mm。总体而言，蒸发量大于降水量，湖水变化主要依赖于流域的入湖径流量。
图3 1990—2023年阿牙克库木湖降水、蒸发以及气温变化

Fig. 3 Changes in precipitation, evaporation and air temperature of Ayakkum Lake from 1990 to 2023

2.3 阿牙克库木湖流域冰川和冻土消融

阿牙克库木湖流域冰川主要分布于东南方向的阿尔喀山地区（图1d），1990年分布冰川455条，总面积为340.66 km2。截止2023年，该流域分布冰川451条，总面积为324.26 km2。1990—2023年，冰川数量减少4条，总面积共减少16.4 km2，体积减少1.96 km3（图4a）。若冰川物质亏损的产流系数取值为0.8，冰川储量减少产生的径流为1.41×109 m3。此外，利用木孜塔格峰伸舌川冰川物质平衡与径流关系，可得流域冰川融水径流量。如图4b所示，1990—2023年，流域冰川融水年径流为1.04×108~1.08×108 m3，年平均径流量为1.06×108±0.01×108 m3。
图4 1990—2023年冰川面积、体积及其融水径流和2000—2020年物质平衡变化

Fig. 4 Changes in glacial area, volume and glacial runoff from 1990 to 2023 and mean annual glacier mass balance from 2000 to 2020

选择阿牙克库木湖上游布嘎达坂峰北坡22条冰川，分析其冰川物质亏损过程。结果表明，2000—2020年冰川平均物质平衡处于波动变化过程，年物质平衡为-0.13~0.13 m w.e.，平均年物质平衡为-0.04±0.08 m w.e.（图4c）。其中，2012—2020年，冰川物质平衡连续亏损，即冰川消融增强。此外，基于2010年青藏高原冻土分布图可见，阿牙克库木湖流域分布多年冻土12395 km2，季节冻土10652 km2。假设研究期内冻土空间分布没有发生显著的变化，可得该流域季节冻土和多年冻土每年消融产生的径流为0.63×108 m3，2002—2023年，共产生径流14×108 m3。

2.4 阿牙克库木湖流域陆面气温、降水和蒸发

阿牙克库木湖与流域陆面水文关系，主要表现为地表径流对其水量的常年补给。季节冻土区，1990—2022年平均气温和年蒸发量均表现为显著的增加趋势，其变化速率分别为0.02 ℃·a-1和0.9 mm·a-1，多年平均气温和蒸发量分别为-3.9±0.6 ℃和330.3±29.3 mm；年降水量没有显著的变化趋势，多年平均为348.5±50.3 mm（图5a）。年内季节变化特征显著，夏季气温高、蒸发量大、降水量多，冬季相对气温低、蒸发量小、降水量也少（图5b）。最高气温、蒸发量、降水量均发生在7月，分别为8.1 ℃、83.4 mm、69.0 mm。同期多年冻土区，气温、蒸发量、降水量均表现为显著的增加趋势，其变化速率分别为0.03 ℃·a-1、0.75 mm·a-1、1.9 mm·a-1，多年平均分别为-8.7±0.7 ℃、172.2±18.1 mm、480.1±46.0 mm（图5c）。年内季节变化特征同样显著，夏季气温高、蒸发量大、降水量多，冬季相对较低（图5d）。最高气温、蒸发量、降水量均发生在7月，分别为4.0 ℃、45.7 mm、99.6 mm。总体而言，季节冻土区降水基本全部被蒸发，多年冻土区海拔相对较高，降水量较多、蒸发量较弱，陆面降水量大于蒸发量，水量盈余输送至下游。
图5 1990—2022年阿牙克库木湖季节冻土和多年冻土区降水、蒸发、气温变化

Fig. 5 Changes in precipitation, evaporation and air temperature over seasonal frozen and permafrost region in Ayakkum Lake Basin from 1990 to 2022

2.5 阿牙克库木湖水量平衡关系

基于2021—2023年库木库里盆地科考资料，表明阿牙克库木湖流域水资源较为丰富（表2）。流域补给径流主要包括依协克帕提河、色斯克亚河、皮提勒克河、库木开日河4条河流，流域内除了阿牙克库木湖之外还有依协克帕提湖、大沙子湖和小沙子湖等淡水湖泊和贝勒克勒克湖等微咸水湖泊。2002—2023年，阿牙克库木湖面积空间上扩张明显，水位上升显著。基于水量平衡原理，该湖水量来源主要有湖面降水和周边地表径流补给，损失主要为蒸发，其中平均约78%的水被蒸发损耗。2002—2022年，阿牙克库木湖遥感计算总水量增加65.85×108 m3，通过水量平衡计算的湖泊水量增加了63.16×108 m3，即水量平衡计算的结果可信。此外，2022年和2023年科考过程中，主要河流径流测量的结果表明，依协克帕提河年径流约为6.70×108 m3，色斯克亚河为0.85×108 m3，皮提勒克河为2.47×108 m3，库木开日河为1.38×108 m3，年径流共计11.40×108 m3。前文阿牙克库木湖研究中，2002—2023年汇入该湖的地表年总径流约为5.80×108~17.10×108 m3，多年平均年径流为10.52×108±2.90×108 m3。其中，2022年为12.19×108 m3，略高于实测的4条主要河流年径流，其中多余的径流为其他未测到的河流径流流量。因此，结算结果与实测结果相符，且4条主要河流年径流占阿牙克库木湖汇入地表总径流的93.50%。
表2 2022―2023年阿牙克库木湖补给河流年径流及其关系

Tab. 2 Annual runoff of the rivers fed to Ayakkum Lake from 2022 to 2023

河流名称 年径流/108 m3 汇流关系
依协克帕提河 6.70 汇入阿牙克库木湖
色斯克亚河 0.85 汇入阿牙克库木湖
皮提勒克河 2.47 在下游汇入依协克帕提河后最终汇入阿牙克库木湖
库木开日河 1.38 汇入依协克帕提河后汇入阿牙克库木湖
总计 11.40 -
2002—2022年，阿牙克库木湖湖面年降水量占湖水总水源的14%~26%，年平均占比为19%；地表径流，占湖水总水源的74%~86%，年平均占比为81%（图6）。地表径流主要包括冰川融水径流、冻土融水径流、陆面降水径流，其中冰川融水年径流占湖水总水源的5%~14%，平均占比为9%（平均占地表总径流的11%）；冻土融水径流占湖水总水源的3%~8%，平均占比为5%（平均占地表总径流的7%）；降水径流占湖水总水源的54%~76%，多年平均为67%（平均占地表总径流的82%）。此外，2002—2023年，阿牙克库木湖总水量增加66.64×108 m3，扩张的主要原因为湖泊地表径流输入大于蒸发损耗。期间，冰川和冻土融水增加并不是很显著，降水量表现出显著的增加趋势，降水径流的显著增加是阿牙克库木湖扩张的主要原因。
图6 2002—2023阿牙克库木湖水量平衡变化

Fig. 6 Water balance change of Ayakkum Lake from 2002 to 2023

3 讨论

受局地气候、冰川、冻土及地形等因素的影响，青藏高原湖泊水量平衡过程复杂，空间差异性大[24]。如藏东南海螺沟冰川作用区模拟表明[25]，1952—2013年冰川融水径流占山区总径流的53.4%；澜沧江和怒江上游径流模拟[26]，冰川融水径流分别占山区总径流的1.97%和7.32%，降水产生的径流均达到85%。而纳木错流域的模拟表明[27]，冰川融水占入湖总水量的7%~22%，降水产生径流占23%~28%。色林措湖泊流域水文模型模拟表明[28]，1979—2013年冰川融水径流占入湖总水量的10%，降水产生的径流占67%~75%；同时，基于遥感数据的地面形变分析表明[23]，2017—2020年冻土中埋藏冰对色林措入湖水量的贡献约为12%。此外，羌塘高原西部湖泊，断层形成的地下水通道，地下水的流入是湖泊扩张的主要原因，其径流量占总流入水量的59%~66%[29]。相比东昆仑-库木库里盆地的阿牙克库木湖，其冰川和冻土的融水径流占入湖总水量的9%和5%，相比藏东南地区，其贡献相对较小。陆面降水径流占入湖总水量的67%。阿牙克库木湖水量的变化主要受入湖径流的控制，而地面降水是径流的主要贡献因子。计算冰川径流时，本文采用冰川径流系数和冰川面积乘积，其系数不变、面积变化，冰川径流随着冰川面积减小而变化。该方法主要用于环境相对稳定且观测资料缺乏的冰川区，具有一定程度不确定性，后期还需结合地面观测、模型和遥感进一步对冰川径流进行估算。本文中缺乏流域径流及其各组分的地面观测资料，且使用多源数据进行水量平衡过程计算，具有一定的误差，但根据水量平衡原理，其结果不影响本文水量平衡及其组分贡献的结论。后期研究中，需结合地面观测资料，结合水文过程模型对产流过程进行校正，以更准确地揭示该流域陆面水文过程。

4 结论

（1） 1990—2023年，阿牙克库木湖面积从623.03 km2扩张至1141.67 km2，面积增加了83.25%。2002—2023年，湖水月尺度水位在0.56~2.79 m之间波动，多年平均波动幅度为1.12 m。同期，年平均水位升高了7.28 m，水储量增加了66.64×108 m3。
（2） 1990—2022年，阿牙克库木湖面多年平均降水量为246±48 mm，没有显著变化趋势；流域季节冻土区年降水量多年平均为348.5±50.3 mm，没有显著变化趋势，而年平均气温、年蒸发量均有显著增加趋势，其变化速率分别为0.02 ℃·a-1和0.9 mm·a-1，多年平均分别为-3.9±0.6 ℃和330.3±29.3 mm。多年冻土区气温、蒸发量、降水量均表现为显著的增加趋势，变化速率分别为0.03 ℃·a-1、0.75 mm·a-1、1.9 mm·a-1，多年平均分别为-8.7±0.7 ℃、172.2±18.1 mm、480.1±46.0 mm。
（3） 1990—2023年，流域冰川融水年径流为1.04×108~1.08×108 m3，年平均径流量为1.06×108±0.01×108 m3。2002—2023年，共产生径流14×108 m3。
（4） 阿亚克库木湖水量收入主要为地表径流，占总输入水量的81%，湖面降水量直接补给占比19%。其中，冰川融水径流占总入湖水量的9%，冻土融水占比为5%，季节冻土和多年冻土区降水径流占比为67%。流域降水量的增加，尤其是多年冻土区水量盈余是湖泊扩张的主要原因。

感谢中国科学院新疆生态与地理研究所、新疆巴音郭楞蒙古自治州阿尔金山国家级自然保护区管理局以及玉素甫阿勒克检查站等单位和部门对库木库里盆地野外科考的大力帮助和支持。

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