本书是依托第三次新疆综合科学考察项目，在天山北坡地区开展3年实地考察和调研基础上总结形成的。结合项目对天山北坡水资源和生态安全综合考察，主要包括天山北坡冰川、冻土、积雪、气温、降水和云水资源考察，本书查明了山区冰川数量和规模变化情况，降水、降雪面积分布与雪水当量变化，以及区域降水时空和云水资源分布和变化规律；探明了天山北坡诸河流、湖泊变化的时空分布，查清了地下水开采利用现状和地下水资源时空演变特征；调查并掌握了地表水资源量、调水量以及水利工程分布和运行状况，评价区域水资源开发状况及其时空变化，人类活动对流域水资源和生态安全的影响，以及区域水资源对社会经济发展的承载能力，提出了相应的水安全保障措施和建议。

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2003年10月-2006年9月 就读东京大学，获博士学位 2001年9月-2003年7月 就读清华大学，获硕士学位 1997年9月-2001年7月 就读清华大学，获学士学位2010年10月-至今 中国科学院地理科学与资源研究所，研究员。 2006年10月-2010年9月 华盛顿大学，Research Associate水文学及水资源担任Journal of Hydrometeorology、WIRES Water、《地理学报（英文版）》等期刊的副主编，《中国科学：地球科学》、International Soil and Water Conservation Research、Sustainable Horizons 等期刊编委。

目录
第1章 绪论 1
1.1 科考背景和目标 1
1.2 科考活动概况 3
1.2.1 冰川冻土变化考察 3
1.2.2 气象与气候特征及变化考察 3
1.2.3 河流湖泊变化考察 5
1.2.4 地表和地下水资源考察 5
1.2.5 水资源和生态安全考察 6
1.3 科考成果概述 7
1.3.1 数据和图件成果 7
1.3.2 科学研究相关成果 7
1.3.3 咨询建议成果 7
第2章 天山北坡概况 8
2.1 自然地理 8
2.1.1 区域概况 8
2.1.2 冰川 8
2.1.3 气候 9
2.1.4 水文 10
2.1.5 土壤 10
2.1.6 植被 11
2.2 社会经济 12
2.2.1 行政结构 12
2.2.2 人口和民族 12
2.2.3 产业结构 12
2.2.4 社会经济用水 13
第3章 天山北坡冰川冻土现状及变化 14
3.1 调查方法及技术路线 14
3.1.1 调查内容 14
3.1.2 调查方法 14
3.2 冰川现状 18
3.2.1 天山北坡冰川现状 18
3.2.2 参照冰川现状 20
3.3 冰川变化 24
3.3.1 天山北坡冰川变化 24
3.3.2 参照冰川变化 26
3.4 冰川变化预测 29
3.4.1 参照冰川变化预测 29
3.4.2 典型流域冰川预测 33
3.5 冰川保护试验及方案 42
3.5.1 冰川保护试验 43
3.5.2 冰川资源综合保护方案 43
3.6 天山北坡典型区域冻土与工程 51
3.6.1 典型区域冻土及其变化 51
3.6.2 主要水利工程冻害分析 53
3.7 小结 60
第4章 天山北坡气候要素时空变化特征 62
4.1 调查方法及技术路线 62
4.1.1 气候要素调查评价方法 62
4.1.2 干湿变化调查评价方法 72
4.2 气候要素的空间分布特征及过去30 年间的变化 74
4.2.1 地面气温的空间分布特征及过去30年间的变化 74
4.2.2 降水的空间分布特征及过去30年间的变化 77
4.2.3 蒸散发的空间分布特征及过去30年间的变化 80
4.2.4 辐射的空间分布特征及过去30年间的变化 82
4.3 近60年的干湿变化特征 84
4.3.1 SPEI的空间变化特征 84
4.3.2 SPEI的时间变化特征 87
4.3.3 典型干旱年的干旱空间分布 89
4.3.4 SPEI转型的环流特征 89
4.4 小结 91
第5章 天山北坡积雪和云水资源变化特征 92
5.1 调查方法及技术路线 92
5.1.1 积雪调查评价方法 92
5.1.2 云水资源调查评价方法 95
5.1.3 积雪和云水资源调查技术路线 97
5.2 MODIS数据积雪精度验证 99
5.2.1 Landsat数据与MODIS数据 99
5.2.2 三种MODIS产品精度验证 99
5.3 积雪的时空变化特征 100
5.3.1 积雪的空间变化 100
5.3.2 近30年积雪的时间变化特征 103
5.4 云水资源的时空变化特征 105
5.4.1 云水资源定义 105
5.4.2 云水资源的空间变化 106
5.4.3 云水资源的时间变化特征 109
5.4.4 云水资源的影响因素变化特征 109
5.5 小结 113
第6章 天山北坡河流和湖泊水文变化特征 114
6.1 调查方法及技术路线 114
6.1.1 河流调查方法 114
6.1.2 湖泊调查方法 114
6.2 河流分布和径流演变过程 115
6.2.1 河流分布特征 115
6.2.2 河川径流时空演变特征 115
6.2.3 河川径流变化的影响因素 117
6.3 湖泊分布和储水量演变过程 117
6.3.1 湖泊分布特征 117
6.3.2 湖泊储水量时空演变特征 118
6.3.3 湖泊储水量变化的影响因素 120
6.4 小结 121
第7章 天山北坡水资源及其利用评估 122
7.1 调查方法和技术路线 122
7.1.1 地表水资源调查评价方法和技术路线 122
7.1.2 地下水调查评价方法 124
7.2 地表水资源量及地表径流特征分析 127
7.2.1 流域概况 127
7.2.2 地表水资源量计算 127
7.2.3 地表径流趋势演变规律分析 128
7.3 地表水资源开发利用现状分析 130
7.3.1 生产用水现状分析 130
7.3.2 生活用水现状分析 134
7.3.3 生态用水现状分析 136
7.3.4 水资源供需分析 138
7.4 地表水资源开发利用时空演变 139
7.4.1 生产用水时空演变 139
7.4.2 生活用水时空演变 152
7.4.3 生态用水时空演变 155
7.5 地下水的水化学水质特征、动态变化及成因 158
7.5.1 地下水的水化学动态特征 158
7.5.2 地下水化学变化的影响因素 159
7.5.3 地表水？地下水相互作用机制 161
7.6 地下水资源的利用 164
7.6.1 地下水储量及其变化 164
7.6.2 地下水资源利用现状与输入输出平衡 165
7.6.3 地下水超采及其主要原因 166
7.7 水资源量评价 169
7.7.1 天山北坡降水变化 169
7.7.2 天山北坡径流变化 170
7.7.3 天山北坡地下水变化 171
7.7.4 天山北坡水资源变化特征 172
7.8 小结 172
第8章 天山北坡水利工程分布及演变 174
8.1 调查方法及技术路线 174
8.1.1 调查方法 174
8.1.2 调查技术路线 176
8.1.3 渠道运行状况评估方法 177
8.2 水利工程分布 178
8.2.1 水电站工程分布 182
8.2.2 农田水利工程分布 182
8.2.3 调水工程概况 186
8.3 水利工程运行状况评价 187
8.3.1 水利工程运行概况 187
8.3.2 水利工程运行状况分析 188
第9章 气候变化对天山北坡水安全要素的影响 189
9.1 调查方法及技术路线 189
9.1.1 水资源开发利用分析方法 189
9.1.2 气候变化对水资源的影响模拟方法 190
9.2 水资源开发历史和现状 191
9.2.1 近30年水资源开发利用 191
9.2.2 水资源开发变化驱动分析 195
9.3 气候变化对水安全的影响 200
9.3.1 区域水文气候演变特征 200
9.3.2 水文模型构建 207
9.3.3 气候变化对水资源安全的影响 214
9.3.4 气候变化对防洪安全的影响 217
9.3.5 气候变化对供水安全的影响 222
第10章 天山北坡生态需水/耗水及生态安全 228
10.1 调查方法及技术路线 228
10.1.1 生态需水/耗水及生态安全调查方法 228
10.1.2 调查技术路线 228
10.2 生态需水/耗水及生态安全主要问题 229
10.3 生态系统和生态需水/耗水变化分析 232
10.3.1 森林耗水变化分析 232
10.3.2 草地耗水变化分析 235
10.3.3 农田耗水变化分析 237
10.3.4 天山北坡土地利用变化情况 239
10.4 气候变化和人类活动对生态安全的影响 241
10.4.1 生态安全评价指标构建 241
10.4.2 生态安全时空变化格局 244
10.4.3 生态安全影响因素分析 247
第11章 天山北坡水资源承载力评估 248
11.1 调查方法及技术路线 248
11.1.1 调查评价方法 248
11.1.2 调查技术路线 248
11.2 水资源承载力的概念和内涵 248
11.2.1 水资源承载力的概念 248
11.2.2 水资源承载力的内涵 250
11.2.3 水资源承载力的影响因素 251
11.2.4 水资源承载力评估方法 252
11.3 水资源承载力评估 253
11.3.1 天山北坡水资源承载力评估体系 253
11.3.2 天山北坡水资源承载力时空演变特征 256
11.3.3 气候变化背景下天山北坡水资源承载能力评估 260
11.4 水资源承载力提升途径 263
11.4.1 水资源超载原因分析 263
11.4.2 水资源承载力提升对策和建议 266
11.5 小结 269
第12章 天山北坡水安全和保障对策 270
12.1 调查方法及技术路线 270
12.1.1 水安全风险调查评价方法 270
12.1.2 调查技术路线 270
12.2 水安全风险现状评估 270
12.2.1 水资源安全风险 270
12.2.2 防洪安全风险 294
12.2.3 供水安全风险 299
12.3 未来水安全风险评估 308
12.3.1 未来水资源情况 308
12.3.2 未来水资源安全风险 315
12.3.3 未来防洪安全风险 317
12.3.4 未来供水安全风险 320
12.3.5 未来生态用水风险 325
12.4 水安全保障对策 330
12.4.1 主要水安全问题 330
12.4.2 不同情景下水资源配置方案 331
12.4.3 天山北坡水安全保障对策 334
第13章 结语 339
参考文献 343