新疆冰川、积雪对气候变化的响应(Ⅰ):水文效应

新疆是我国冰川、积雪资源最为丰富的地区,冰川和积雪融水在水资源构成中占有重要的地位,其对气候变化的响应使得河流水文过程发生明显的变化,对新疆干旱区的水资源利用和管理产生重大影响.新疆高山流域产流占地表径流的80%以上,其中冰川和积雪融水径流在总径流中的比例可达45%以上,积雪和冰川融水是河流的主要补给来源.在新疆北部的阿尔泰山和天山北坡河流主要以融雪径流补给为主,而在天山南坡、昆仑山、喀喇昆仑山和天山北坡的伊犁河流域的河流以冰川融水补给为主;以融雪径流为主要的河流主汛期在春季到夏初,而冰川融水补给的河流夏季是主汛期.随着新疆气候向暖湿转变,高山流域的水文过程对气候变暖和积雪增加产生明显的响应:以积雪为主补给的河流,水文过程对气候变暖的响应表现为最大径流前移,夏季径流减少明显;以冰川融水补给的河流,径流响应表现为6-9月汛期径流量明显增大,汛期洪水增多,年流量增加.由于不同补给类型河流的水文过程发生变化,其相应对下游的水资源供给和洪水安全管理产生了重大影响,在水资源管理方面需要适应气候变化对水文过程的调整,减缓气候变化对水资源安全的影响.

新疆冰川、积雪对气候变化的响应(II):灾害效应

新疆地区冰川、积雪广泛分布,在其融水补给河川径流的同时,也常伴有冰川洪水、融雪洪水、冰湖突发洪水、冰川泥石流、冰雪崩和风吹雪等冰雪灾害发生,这些灾害对当地居民居住地以及重要国防干线的安全运营形成较大威胁.冰川、积雪变化直接影响到冰雪灾害发生的程度与影响范围,新疆的冰川洪水和冰湖突发洪水灾害主要发生在塔里木河流域的喀喇昆仑山、昆仑山以及天山南坡西部一带,融雪洪水灾害主要发生在新疆北部的阿勒泰地区、塔城地区和天山北坡一带,冰川泥石流、冰雪崩灾害主要发生在帕米尔高原、天山西段和西昆仑山地区,风吹雪主要在天山中、西段地区.随着全球气候变暖,尤其是新疆从1987年开始的气候由暖干向暖湿的转型,冰川退缩加剧,融水量增大,冰川洪水和冰川泥石流灾害随着冰川融水径流的增加而增多;而融雪洪水、雪崩和风吹雪随着气候变化引起的冬季积雪增加和气温升高,其灾害强度在增强;冰崩灾害随着气温升高引起的高山冰体崩解而呈增加趋势.在新疆地区,冰雪灾害主要表现为冰雪洪水,已观测到近十几年来在气候变化影响下冰雪洪水发生的频次和强度有增加的趋势,塔里木河流域的冰湖溃决洪水和冰川洪水及北疆春季的冰凌和融雪洪水已对当地的生命财产和社会经济发展带来巨大危害,新疆的水资源安全、灾害等问题日益凸显.预计未来,随着气候增温引起的冰雪融水径流的增加,相关的冰雪灾害增多,因而增加了冰雪灾害的危险程度,并可能形成若干新的灾害点.面对气候变化诱发的众多冰川、积雪灾害,目前还缺乏对灾害监测、预测预警方面的适应对策.因此,在全球气候变化不断加速的趋势下,冰雪灾害应引起有关方面的足够重视,加强气候变化对冰雪灾害的影响评估和适应性管理对策研究,使科学技术在减灾方面发挥主导作用.

祁连山北坡流域冰川物质平衡波动及其对河西水资源的影响

祁连山北坡各流域发育有现代冰川 2 166条 ,总面积 13 0 8km2 ,冰储量 60km3,冰川融水补给河流约 8× 10 8m3·a-1,占河西地表总径流量的 11% .近 4 0a来 ,东段石羊河流域冰川物质平衡 (Bn)呈较大负平衡 ,Bn在 - 80～ - 12 0mm间 ;西段的讨勒河、疏勒河和党河流域冰川具正物质平衡 ,Bn在+ 5 0～ + 90mm ;黑河流域的冰川处于过渡区 ,其冰川物质平衡多年平均在 - 4 0～ + 4 0mm间 .冰川物质平衡的变化直接影响着河流径流的变化 ,洪水坝河、党河和昌马河的冰川融水补给率达 3 0～ 4 0 %以上 ,东大河、大渚马河、马营河和讨勒河的补给率在 12 %～ 14 %之间 ,而西营河和梨园河仅有 7%左右 .冰川物质平衡逐年变化显示 ,2 0世纪 5 0～ 70年代冰川以负物质平衡为主 ,80年代开始向正的平衡开始转化 ,90年代以正平衡为主 ,主要是冬季气温上升引起的降雪量增加的结果 .在全球气温变暖情景下 ,东段冰川物质平衡将呈增加的趋势 ,西段冰川物质平衡将呈下降的趋势 ,将使西段以冰川融水补给的河流径流增加 ,而东段石羊河流域径流下降明显 .

长江-黄河源区未来气候情景下的生态环境变化

在IPCC的情景下 ,青藏高原到 2 10 0年气温将上升 2～ 3 6℃ ,最大的升温将出现在冬季 ,降水模式将会逐渐发生改变 ,从北部的增加到西南的减少 .对于江河源区的范围 ,到 2 10 0年增温在 2 4～3 2℃ ,降水量增加约 - 5 0～ 2 0 0mm .植被群落在气候变化条件将发生明显变化 ,温带草原到寒温带针叶林群落的面积增加 ,而温带荒漠到冰缘荒漠的面积都缩小 ,分布界线向更高的海拔高度迁移 .到 2 10 0年气温上升 3℃ ,降水不变则冰川长度小于 4km以下的冰川大都消失 ,整个长江源区的冰川面积将减少约 6 0 %以上 .如果考虑降水增加 ,冰川面积在 2 10 0年气候条件下减少约 4 0 % ,将从现在的 116 8.18km2 减少到 70 0km2 左右 ,冰川融水的比重也将会由现在的占河流总径流的 2 5 %下降到 18% .另外 ,由于冰川大量退缩 ,草地和湿地蒸发量加大 ,许多湖泊将会退缩和干涸 ,沼泽地退化、沙化扩展。

天山南坡台兰河流域冰川物质平衡变化及其对径流的影响

应用控制流域的径流及相关降水资料 ,通过模型重建了台兰河流域平均冰川物质平衡序列 .结果显示 ,195 7— 2 0 0 0年流域冰川平均年物质平衡为 - 2 87mm ,累计冰川物质平衡 - 12 .6m ;4 4a来由于气温升温引起的冰川净消融相当于每年补给河流径流 1.2 4× 10 8m3 ,占河流年径流量的 15 % .1982年以后 ,流域冰川物质平衡一直呈负平衡 ,195 7— 1981年平均物质平衡为 - 16 8mm·a-1,1982—2 0 0 0年平均为 - 4 4 5mm·a-1.随着气候由暖干向暖湿转型 ,降水量增加 ,但冰川对气温的敏感性更大 ,冰川消融加快 ,冰川融水量持续增加 .气温和降水量的变化与北大西洋涛动和北极涛动变化一致 ,其突变年份都在 1986— 1988年左右 .

新疆阿尔泰山区克兰河上游水文过程对气候变暖的响应

额尔齐斯河支流克兰河上游发源于西风带水汽影响的阿尔泰山南坡，主要由融雪径流补给，年内积雪融水可占年径流量的45％．年最大月径流一般出现在6月份，融雪季节4～6月径流量占65％．流域自20世纪60年代开始明显升温，年平均温度从50年代的1．4℃上升到90年代的5．2℃；年降水总量也呈增加趋势，尤其是冬季和初春增加最多．随着气候变暖，河流年内水文过程发生了很大的变化，主要表现在最大月径流由6月提前到5月，月径流总量增加约15％，4～6月融雪径流量也由占年流量的60％增加到近70％．在多年变化趋势上，气温上升主要发生在冬季，降水也以冬季增加明显，而夏季降水呈下降趋势；水文过程主要表现在5月径流呈增加趋势，而6月径流为下降趋势；夏季径流减少而春季径流增加明显．冬春季积雪增加和气温上升，导致融雪洪水增多且洪峰流量增大，使洪水灾害破坏性加大．近些年来气候变暖引起的年内水文过程变化，已经对河流下游的城市供水和农牧业生产产生了影响．

1957-2006年天山萨雷扎兹-库玛拉克河流域冰川物质平衡变化及其对河流水资源的影响

天山南坡的萨雷扎兹-库玛拉克河流域在中国阿克苏河协合拉水文站以上面积为12816km2,发育有冰川3195.41km2,冰川覆盖率25%.根据1957—2006年流域站点观测的降水、气温及其径流资料,通过最大熵方法计算了流域冰川物质平衡的逐年变化.结果表明:流域冰川径流深约为895mm,全流域河川径流深为381.3mm,冰川融水占协合拉站控制流量的58.65%,冰川融水变化对流域水资源量的影响非常明显.1957—2006年平均年径流量为48.64×108m3,径流在1993年后急剧增加,1994—2006年的平均年径流量比1957—1993年的增加了10.56×108m3,即增加了23%.由于负物质平衡消耗了大量过去积累的冰川冰,冰川融化对河流额外补给.初步计算,在过去50a由于气温升高引起的冰川净消融额外补给河流的径流量达309.47×108m3,相当于每年径流增加达6.19×108m3,约为年径流量的13%.1957—1993年流域冰川消融对河流的额外净补给量为5.3×108m3,占河流总径流量的11%;1994—2006年流域冰川消融对河流的额外净补给量为8.8×108m3,占河流总径流量的18%.随着气候变暖,虽然降水量增加,但冰川对气温的敏感性更大,冰川消融量加快,冰川融水量持续增加.到21世纪末,随着气温上升和降水增加,年均径流相对1991—2006年将增加11.75×108m3,增幅为22%.

百年来天山阿克苏河流域麦茨巴赫冰湖演化与冰川洪水灾害

阿克苏河源区的冰川融水和冰湖溃决洪水,对我国境内阿克苏河乃至整个塔里木河的径流补给及下游的防洪安全都有着举足轻重的作用.萨雷扎兹-库玛拉克河的麦茨巴赫冰川湖(Merzbacher Lake)为众多冰川湖中最大的一个,同时又是频繁发生突发性溃决洪水的冰湖,在1932-2008年的67a内发生溃决突发性洪水62次,其频率高达92.5%以上.随着气温的变暖,冰川减薄后退,冰川融水增多、冰湖库容增加,洪水总量在不断增大.冰川洪水的总量已经由1960-1970年代的1×108m3左右,增加到1990年以来的3×108～4×108m3,最高达5×108m3多;年最大流量1990年代较1950年代增多37%,洪水频率也在不断增加.库玛拉克河流域冰川物质平衡变化也对冰湖溃决洪水影响很大,冰川消融的越多,产生的冰川洪水洪峰也越大.随着全球气候进一步变暖,将会加大下游的防洪压力.所以,要加强冰川消融观测及冰湖水位的监测,建立预警系统,进行冰湖溃决洪水预报,为下游的防洪安全和水电安全运行提供科技支持.

近期气温变暖叶尔羌河冰湖溃决洪水增加

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人类活动对阿克苏河绿洲气候及水文环境的影响

在人类活动的影响下,阿克苏河下游绿洲呈现出气候变化特征的差异。其中,阿克苏市夏季气温以0.20℃/10 a的速率在升高,而阿拉尔由于受绿洲效应的影响,夏季气温却以-0.27℃/10 a的速率呈下降趋势。人类干预已经成为阿克苏绿洲水资源变化的主导因素。为农业开发修建的拦河闸引水、水库蓄水等已改变了河道径流的年内变化,与中游西大桥水文站相比,位于下游的阿拉尔水文站夏季径流比重上升,春季下降。尽管近50年来天然来水量在不断增加,但由于垦植面积的扩大和粗放型农业的发畏,使灌溉引水和人类活动耗水不断增加,从而导致阿克苏河补给塔里木河的水量明显减少,阿拉尔水文站年径流量持续减少,径流量减少达17.64%。阿克苏河西大桥站水质在各时期均为Ⅰ级清洁水质,塔里木河阿拉尔的水质在绿洲农业大规模开发之前,河水未受到人为干扰,水质良好;而经过绿洲耕地开发和垦植洗盐,河水矿化度不断增加,阿拉尔站河水枯水期矿化度由1960年的0.67 g/L增加到2000年的5.27 g/L。人类活动改变了地表水的地域分配,从而影响到地下水的补给,使地下水的水位和水质发生盐化。大量引用河水漫灌,导致阿克苏河绿洲地下水位抬升,地表蒸发强烈,造成盐分积累,土壤次生盐渍化严重。

IPCC第一工作组第五次评估报告对全球气候变化认知的最新科学要点

2013年9月27日, 在瑞典首都斯德哥尔摩, 联合国政府间气候变化专门委员会第一工作组第五次评估报告《Climate Change 2013： The Physical Science Basis》决策者摘要（Summary for Policymakers, SPM）发布, 随后于9月30日公布了报告全文. 报告指出, 全球气候系统变暖的事实是毋庸置疑的, 自1950年以来, 气候系统观测到的许多变化是过去几十年甚至近千年以来史无前例的. 全球几乎所有地区都经历了升温过程, 变暖体现在地球表面气温和海洋温度的上升、 海平面的上升、 格陵兰和南极冰盖消融和冰川退缩、 极端气候事件频率的增加等方面. 全球地表持续升温, 1880-2012年全球平均温度已升高0.85 ℃[0.65～1.06 ℃]; 过去30 a, 每10 a地表温度的增暖幅度高于1850年以来的任何时期. 在北半球, 1983—2012年可能是最近1 400 a来气温最高的30 a. 特别是1971-2010年间海洋变暖所吸收热量占地球气候系统热能储量的90%以上, 海洋上层（0～700 m）已经变暖. 与此同时, 1979-2012年北极海冰面积每10 a以3.5%～4.1%的速度减少; 自20世纪80年代初以来, 大多数地区多年冻土层的温度已升高. 全球气候变化是由自然影响因素和人为影响因素共同作用形成的, 但对于1950年以来观测到的变化, 人为因素极有可能是显著和主要的影响因素. 目前, 大气中温室气体浓度持续显著上升, CO2、 CH4和N2O等温室气体的浓度已上升到过去800 ka来的最高水平, 人类使用化石燃料和土地利用变化是温室气体浓度上升的主要原因. 在人为影响因素中, 向大气排放CO2的长期积累是主要因素, 但非CO2温室气体的贡献也十分显著. 控制全球升温的目标与控制温室气体排放的目标有关, 但由此推断的长期排放目标和排放空间数值在科学上存在着很大的不确定性.

塔里木河流域冰川洪水对全球变暖的响应

塔里木河流域近50 a来气温主要呈波动上升趋势,平均上升约0．3℃,其中山区平均升高0．6℃。随着气候变暖,不稳定天气出现的频率增多,冰川退缩,冰雪融水增大,使冰川泥石流和冰川突发洪水等冰雪灾害的发生频率呈上升趋势。在20世纪80年代以来的剧烈增温过程中,冰川消融加剧,冰温升高,冰川流速加快,从而造成冰湖增多和库容增大,冰湖溃决洪水的发生呈增加的趋势。建议加强气候变化对水资源和洪水影响的监测和评估。

流域冰川平均物质平衡的计算方法及其应用

应用统计力学方法和最大熵原理，论证了高山流域内降水、径流和径流系数与其所占面积之间呈负指数关系，流域内的冰川分布区是各参数的最大分布区，从而给出了高山流域冰川平均物质平衡的计算公式。在乌鲁木齐河源１号冰川流域对公式进行了验证，结果说明此方法是可靠的，且精度较高。运用此公式对东帕米尔康西瓦河流域的冰川物质平衡进行恢复，１９６０～１９９０年平均值为－１２３．５ｍｍ／ａ。

青藏高原新仙女木事件的气候与环境

近年来的研究结果表明，发生于１１～１０ｋａＢＰ的新仙女木降温事件呈全球性变化，青藏高原在这一事件中气候与环境也发生了急剧变化。由于青藏高原巨大的高度和脆弱的冰冻圈结构，使新仙女木事件的敏感性和作用被放大了。

全球冰川消融加剧使人类环境面临威胁

随着气候变暖 ,全球覆盖的冰川及其它各类冰体消融越来越多 ,近几十年来冰消融呈加速趋势 .冰川的消融会影响到全球气候 ,使海面上升 ,引发区域淹没、冰雪灾害、冰川洪水自然灾害等 ,这些都威胁着人类居住的环境安全 ,并可能改变着许多动植物种群的习性和生境 .不断加剧的冰冻圈变化已影响到我们的生存环境 ,必须加强环境保护意识 ,保护我们共同的家园 .

西藏安多的湖泊变化与环境

钻孔和剖面资料表明，西藏安多地区两个较大的现代湖泊，错那湖和兹格塘错湖至迟形成于３５ｋａＢ．Ｐ．。早期两湖相连，水位较高。随后因气候变干，湖面下降，但在２１－１７ｋａＢ．Ｐ．期间湖面又重新升高，并保持相对稳定。自１７ｋａＢ．Ｐ．以后，湖面急剧下降，矿化度随之提高，钙质胶结物出现。在此过程中，因湖面阶段性的相对稳定所形成的１０道砂坝堤，反映了该区气候波动的特征。

高山冰川区大降水带的成因探讨

在中纬度高亚洲的高山冰川带,由于下垫面的温度场和湿度场与周围环境的差异,形成冷岛和高湿中心.其结果造成水平湍流加强,并影响内部场的湍流加剧,使冰川区成为湿岛和局地对流加强,形成多降水过程,增加降水量.当过境气流通过时,冰川区形成阻岛,气流活动加强,产生降水天气.这种作用使高山冰川带成为高降水带,并且山地越高,冰川面积越大,对于气流影响越强烈.其结果形成青藏高原外围区冰川分布广,降水量大,而内部降水少的格局.大降水带的成因主要归于冷下垫面和高湿度场的作用.

十五万年来临夏黄土粒度变化的气候记录

风成黄土沉积的粒度变化受控于风力强度及大气环流,具有气候学意义。根据临夏北塬黄土剖面的粒度资料,结合沉积物的年代测定,研究了粒度参数随时间的变化恃征,表明临夏黄土自150ka以来,粒度参数反映的气候变化经历了8个主要阶段,完全可以与南极东方站冰岩芯温度记录及深海氧同位素阶段对比。但气候阶段的始末在时间上有一些差异。可能反映不同气候区域对全球气候变化的响应不同,而粒度参数与全球海面变化却非常一致;海面的升降及温度变化也控制和影响着大陆环流系统。最后,从粒度变化讨论了冰期、间冰期影响中国大陆环流系统的变化。