在我国寒区,高山寒漠带分布广泛,在青藏高原和天山地区的而积比率约为20％-30％,在黑河干流山区约为22％。高山寒漠带是山区流域降水的高值区,蒸发能力弱,植被稀疏,土壤多为碎屑岩类,地形陡峭,产流系数高,从理论上讲应是我国内陆河山区和我国多数大江、大河源头的主产流区之一。由于缺乏系统观测数据及相关研究的支撑,当前国内外研究极为匮乏,高山寒漠带水文循环过程机理尚不清楚。因此,本文通过在高山寒漠带布设水热通量及水文循环观测试验,来探讨高山寒漠带水热传输和水文循环过程机理,不仅可以改变高海拔山区水文气象观测资料匮乏的事实,而且可以弥补寒区水文循环中的主产流区-高山寒漠带水文循环过程机理匮乏问题,从而进一步丰富和发展寒区水文学,并为变化环境下的寒区水文循环过程及水资源预测提供机理支撑。　　 基于以上目的,本实验选择在中科院寒旱所黑河上游生态-水文试验研究站马粪沟小流域内布设观测试验点,流域总面积23.1km2,海拔范围2960-4820m。水文过程观测试验分为三个试验点。1)一号试验点:2008年9月在东支海拔4160m的高山寒漠带架设了一套综合环境观测系统,用于观测高山寒漠带的气象因子变化和一维水热传输过程。2)二号试验点:2009年6月在马粪沟两支的高山寒漠带流石滩,海拔3719m,坡度25°,坡向74°(半阳坡)。布设6个小型Lysimeter(蒸渗仪)、φ-20型雨量筒和蒸发皿,用于配合高山寒漠带小流域水量平衡分析。3)三号试验点:2009年6月在马粪沟西支布设了高山寒漠带试验小流域,面积111782m2,海拔范围3611-4280m,平均坡度50.6°,坡向324°(阴坡)。观测试验包括1个水文断面、1个Hobo水位计,主要观测高山寒漠带产汇流过程和小流域水量平衡。　　 一号试验点观测结果表明:1)在观测期(2008.9.12-2009.9.12)年平均气温为-3.5℃,年平均相对湿度为54.8％。而同期在高山草甸区和沼泽化草甸区观测的年平均气温分别为0.5℃和-0.4℃,年平均相对湿度分别为56.8％和57.8％；一号试验点距地表1.5m处年平均风速为2.9m/s,风向主要为偏南风和西南风向盛行。2)试验点观测期总降水量为942.5mm。分析观测期一个完整年不同雨强的发生概率,未发生降水的日数为127天,发生降水的日数共有238天,降水频率高。3)试验点各辐射分量和日照均存在显著的季节变化,4-9月辐射较强,年变化呈典型的单峰结构；年日照时数为1829.8h,小于周围站点,主要是该区天气频繁变化所致。4)各层地温数据显示:距离地表深度不同,自上而下最高、最低温度依次出现时间(相位)滞后,在地表以下1.6m地温峰、谷滞后于地表温度约一个月。土壤浅层地温梯度波动剧烈,表明高山寒漠带试验点地表附近土壤热量交换频繁；深层地温梯度波动平滑,表明深层土壤热量交换较浅层土壤缓慢。5)试验点上层(5-10cm)土壤热通量梯度基本为正值,下层(10-30cm)土壤热通量梯度在2008年9月-2009年4月为正值,说明史深层土壤释放热量,上层土壤吸收热量。下层土壤热通量梯度在2009年5月-2009年9月,呈现正负波动变化。表明该区浅层地温变动频繁,地下热量传递复杂多变。6)试验点从冻结期进入非冻结期,由于地表升温融雪作用,土壤含水量日波动变化较为剧烈,高山寒漠带中的土壤由地表自上而下开始解冻,解冻开始的相位依次出现滞后；从非冻结期进入冻结期,土壤由表层自上而下开始冻结,冻结相位自上而下依次出现。　　 利用CoupModel模型模拟高山寒漠带一号试验点观测期(2008.9.12-2009.9.12)的一维水热传输过程,结果显示:1)用于验征的8层实测与模拟地温的R2介于0.78-0.98之间,平均值为0.92；土壤液态含水量R2介于0.77-0.91之间,平均值为0.83。总体来说,浅层的地温和含水量模拟结果好于深层。通过一个完整年的计算实测对比分析,结果显示,代表土壤水热基本状况的地温和含水量都较符合实测值。2)模拟观测期的感热和潜热,通过验证,Rn-G和H+λE的R2为0.86,表明高山寒漠带一号试验点一个完整年能量基本处于平衡状态,但各个月份能量呈现不平衡,主要是不同时期消融潜热的不同导致。3)在非冻结期,高山寒漠带一号试验点的土壤水依照水势运动；在冻结期,当上层土壤开始冻结时,结冰过程中土壤毛细孔增多而向下层吸水,导致冻结过程中下层土壤水向上层移动。随着时间推进,会继续吸取更深层土壤的残余水量,直到平衡状态。　　 二号试验点观测结果表明:1)观测期(2009.6.7-2009.9.30)的降雨量为541.4mm；蒸发皿的蒸发量为256.9mm,Lysimeter的蒸散发量为122.8mm,土壤平均蒸散发量为1.1mm/d。2)高山寒漠带凝结水量根据观测也比较丰富,凝结水虽然不直接参与山区水文循环的产汇流过程,但它消耗了能量,抵消了一部分太阳辐射,间接地参与了产汇流过程。　　 三号试验点观测结果表明:1)高山寒漠带小流域在观测期(2009.6.7-2009.9.30)的总流量为51553m3,平均径流深为461.2mm。根据降水梯度获取的流域平均降水量为639.1mm,径流系数为0.72。2)根据水量平衡关系,计算得到观测期小流域有177.9mm的水量供地表蒸散发、稀疏植被生长和小流域内部的动态储水和变化。3)初步分析,在整个黑河干流山区流域(莺落峡),占流域22.2％的高山寒漠带产流贡献值约为流域径流量的65％左右(按山区多年平均径流量15.8×108m3计)。　　 相对系统的观测数据及分析结果初步表明,高山寒漠带具有:1)低温；2)高湿；3)低蒸散发、高凝结；4)天气现象变化频繁；5)多降水:6)产流量大及产流系数高等特点。