天山冰川储量变化和面积变化关系分析研究

冰川储量的变化对海平面和区域水资源、生态环境以及社会经济等有重要影响,但是对大量冰川的储量变化很难通过实地观测获得。基于天山9条监测冰川储量变化的估算结果,通过统计分析,探讨冰川储量变化和面积变化的相互关系,以期通过测定冰川面积变化来估算冰川储量变化。结果表明:冰川储量变化与面积变化具有线性关系,其决定系数为0.67~0.70。加入其他山区冰川样本以后,决定系数并没有提高。其原因在于,一方面对冰川变化监测和冰川储量估算存在误差;另一方面,不同的冰川区由于冰川的类型、规模及区域气候特征的差异,冰川变化对气候变化响应的敏感程度不同。因此,未来不仅需要更多更准确的冰川储量估算,还需要按冰川形态类型和区域分别研究。

基于OGGM模型的萨吾尔山冰川面积和储量预估

基于全球开放冰川模型(OGGM),结合第六次气候模式比较计划(CMIP6),在5种气候模式(BCC-CSM2-MR、CESM2、CESM2-WACCM、FGOALS-f3-L、NorESM2-MM)模拟的3种气候情景(SSP1-2.6、SSP2-4.5、SSP5-8.5)下,系统分析了萨吾尔山冰川2020—2100年间面积和储量的变化。结果显示,3种气候情景下,萨吾尔山冰川面积和储量都呈现退缩趋势,其中SSP5-8.5气候情景下的冰川面积和储量损失最大,对应面积和储量变化为-0.154 km^(2)·a^(-1)和-5.11×10^(6) m^(3)·a^(-1),其次是SSP2-4.5,对应面积和储量变化为-0.150 km^(2)·a^(-1)和-5.05×106m^(3)·a^(-1),SSP1-2.6气候情景下面积和储量损失最小,面积和储量变化为-0.139 km^(2)·a^(-1)和-4.93×106m^(3)·a^(-1)。萨吾尔山中国境内冰川面积和储量变化要大于哈萨克斯坦境内,其中冰川面积变化基本符合从相对平稳到快速变化,最后再放缓的过程,但是储量变化相对平缓。2020—2050年间,萨吾尔山冰川主要以冰川减薄为主;2050—2100年间,该地区冰川主要以冰川面积退缩为主。截至2060年,萨吾尔山47.8%的冰川将会退缩,该比例在2080年将上升至78.2%。

冰川冰储量计算方法及发展趋势

冰川冰储量不仅是冰川的重要属性,而且是核算冰川水资源及预测冰川变化的基础数据,因此准确计算冰川冰储量及其变化具有重要的理论与现实意义。目前冰川储量估算的主要方法有经验公式法、冰厚模型估算法、探地雷达法;冰川储量相对变化计算方法有实地测量法和遥感监测法。通过系统分析和讨论各计算方法的原理、现状及存在的问题,以期为冰川储量估算提供方法参考。研究表明:对于冰川冰储量计算而言,经验公式法适用于区域性或全球性的冰川储量估算;模型估算法适用于个体或小范围冰川储量估算;探地雷达法适用于人类易到达区域冰川储量的估算。对于冰川冰储量相对变化计算,实地测量法适用于对精度要求高且满足实地测量条件的单条或中小型冰川,遥感监测法适用于全球性冰储量变化估算,但需改进算法和提高数据空间分辨率。目前,随着无人机技术的逐步应用,以及冰川流速等理论模型的提出,为冰川冰储量估算方法的发展提供了新契机。

近50年来中国阿尔泰山友谊峰地区冰川储量变化

以中国阿尔泰山友谊峰地区为研究区,结合RS和GIS技术对该区冰川厚度、储量及面积进行了定量综合评价分析。结果表明:所研究的58条冰川,在过去的50年间,总面积减小了19.2%(平均每条冰川缩小0.363km2);共有10条消失了。冰川平均厚度减薄了24.12m;储量减少了2.649km3,冰川冰融水年径流量为4.88×106m3。分析显示:该区小于1km2的冰川数量占67%,但面积和储量主要集中于大于1km2的冰川,几条较大冰川厚度和储量的变化决定了该区域的变化趋势;小冰川绝对变化量小,相对变化率大,对气候变化的敏感性强。

长江黄河源区冰川变化及其对河川径流的影响

以位于青藏高原长江源头的各拉丹冬地区和黄河源区的阿尼玛卿山地区冰川为例,利用两期遥感影像资料(长江源为1969年和2000年,黄河源为1966年和2000年),在地理信息系统技术的支持下分析研究区典型冰川作用区小冰期(LIA)、1969年(1966年)和2000年的冰川范围变化、冰川进退情况,在此基础上,运用由点到面的研究方法,外推整个长江和黄河源区近几十年来的冰川变化情况,并以沱沱河流域为例,分析了冰川变化对河川径流的影响。结果表明,长江源各拉丹冬地区1969～2000年冰川总面积减少了1.7%,而黄河源阿尼玛卿山地区冰川面积减少是长江源区的10倍,同期,长江源区冰川末端的最大退缩速率为每年41.5m,而黄河源区每年为57.4m,与黄河源区相比,长江源区冰川退缩速度不是太大,基本上处于稳定状态,且有前进冰川存在。20世纪60年代以来,江河源区冰川虽呈长期退缩的总趋势,但也出现过明显的前进,长江源区在1969年～1995年,黄河源区在1966年至1981年,大多数冰川处于前进状态或稳定。长江源区冰川转入退缩阶段的时间要比黄河源区晚约10a左右。冰川退缩使长江源区和黄河源区年均各自损失冰川水资源约0.7×108m3。由于长江源区冰川变化幅度小,虽冰川退缩使冰川融水径流量有所增加,但对径流的影响程度相对较小。

近50年来天山地区典型冰川厚度及储量变化

冰川储量变化与冰川水资源量变化以及冰川对河川径流的贡献量密切相关。在GPR-3S技术支持下,本研究基于雷达测厚数据、不同时期的高分辨率遥感影像、地形图及实测资料,分析了天山三个典型地区四条代表性冰川近期厚度及储量变化特征,并通过对比探讨了造成变化差异的可能原因。结果表明,1962-2006年乌鲁木齐河源1号冰川厚度平均减薄0.15ma-1,冰储量亏损26.2×106m3,冰川末端平均退缩3.8ma-1;博格达峰南坡的黑沟8号冰川在1986-2009年间,冰舌平均减薄0.57ma-1,冰储量损失了25.5×106m3,末端平均退缩11.0ma-1;位于博格达峰北坡的四工河4号冰川在1962-2009年间冰舌平均减薄0.32ma-1,冰储量亏损14.0×106m3,末端平均后退8.0ma-1;1964-2008年间,托木尔峰青冰滩72号冰川冰舌平均减薄0.22ma-1,由此至少造成冰储量亏损14.1×106m3,末端退缩达40.0ma-1。对比分析显示,青冰滩72号冰川消融退缩最为强烈,黑沟8号冰川次之,与乌鲁木齐河源1号冰川、科其喀尔冰川相差不大,稍大于四工河4号冰川和哈密庙尔沟冰川。这种差异可能与区域气候变化和冰川物理特征有直接关系。

天山北坡奎屯河流域径流模拟及对气候变化的敏感性分析

利用乌苏气象站和将军庙水文站1964—2009年气象与水文数据,将月径流分为消融期和非消融期进行研究,并结合第一和第二次冰川编目数据以及1979—2009年分辨率为0.1°×0.1°的CMFD数据,基于BP人工神经网络模型对新疆天山北麓奎屯河流域消融期月径流进行模拟及气候变化的敏感性分析,结果表明:(1)奎屯河流域年径流量总体呈上升趋势,消融期径流增速与年径流增速十分接近,非消融期径流变化不甚显著。(2)通过对比分析,发现将气温、降水、日照时数、风速和相对湿度等五种气象要素作为输入的神经网络模型性能最佳。根据两次冰川编目的冰川储量变化值确定的5-7-1结构的BP人工神经网络模拟结果较好,可用于奎屯河流域径流模拟。(3)奎屯河流域消融期径流对气温、降水和日照时数的敏感性较高,对相对湿度和风速的敏感性较低,除风速其他四个要素对径流均起促进作用。降水不变,气温升高0.5℃、1℃和2℃时,径流分别较2000—2009年消融期月径流平均值增加4.62%、9.13%和18.30%;气温不变,降水增加10%时,径流将增加9.78%。气温和降水同时作用时,径流增加幅度明显高于仅气温或仅降水作用下的情景。

盖孜河流域地表水资源特性分析

通过对盖孜河流域降水、径流、蒸发等水文、水资源要素进行分析阐述,对了解本流域地表水资源各因素时空变化规律,探知盖孜河水资源开发潜力,为合理配置本流域水资源提供帮助。

1992—2017年托木尔峰国家级自然保护区冰川变化

基于1992、1997、2007、2017年4个时期的Landsat TM/ETM+遥感影像,通过监督分类和非监督分类提取冰川边界,分析了冰川面积、体积变化情况以及变化速率。考虑到冰川变化滞后于气候变化,以12 a滞后期为标准,选取1980—2005年托木尔峰自然保护区的气象数据来分别对应1992—2017年的冰川变化情况。研究发现:(1)1992年,冰川面积为1600.56 km^2,冰川储量为846.89 km^3;1997年冰川面积为1404.21 km^2,冰川储量为709.73 km^3;2007年冰川面积为1465.55 km^2,冰川储量为751.90 km^3;2017年冰川面积为1534.46 km^2,冰川储量为800.02 km^3。(2)近26 a来,冰川面积总体呈下降趋势,面积共减少66.10 km^2,占1992年冰川面积的4.13%,年均退缩率为2.64km^2·a^-1。(3)1992—2017年冰川储量总体呈减少趋势,共减少137.16 km^3,减少了16.20%,年均减少速率为27.43km3·a^-1。(4)托木尔峰自然保护区呈暖湿化趋势,年平均气温值为5.83℃,其线性变化率为0.31℃·(10a)^-1;年降水量平均值为222.53 mm,其线性变化率为24.84 mm·(10a)^-1,二者均通过显著性水平0.05检验。总的来说,降水对保护区冰川的影响不足以弥补气温对冰川的消融,这与1980—1985年降水量的大幅减少导致冰川面积缩小有很大的关系。

祁连山绿色发展:从生态治理到生态恢复

在祁连山生态环境经重锤整治、生态恢复初显成效之际,第二次青藏高原综合科学考察之'祁连山综合考察'全面开启.优先围绕生态系统与生态安全、固体水库动态变化、人类活动变化与生态生计影响三大关键任务,开展天-空-地一体化考察,定量核算了生态环境整治后局部的生态环境收益与经济损失,并基于远程耦合方法核算了祁连山的全局生态系统服务价值.研究发现:生态环境整治提升了生态环境服务价值;暖湿化背景下生态系统整体向好,珍稀物种种群扩大,但对局部草原过牧管控不力导致退化;冰川冰储量亏损加剧,冰川融水径流贡献率将越过临界点;过去10多年冻土融化释放的水量约为1.18 km3/a,相当于祁连山出山河流年径流总量的10%;祁连山全局生态系统服务估算价值高达10676(±1601)亿元,远高于2017年区域经济损失的53.09亿元.鉴于祁连山对于全国的巨大生态价值,建议国家加大生态补偿力度,实现祁连山生态生计双赢的绿色发展.祁连山综合科学考察成果可为祁连山国家公园建设,以及'山水林田湖草'系统保护与修复提供详实数据和决策依据,为'丝绸之路经济带'沿线国家流域治理提供典型案例和科学支撑.

玛纳斯河流域水资源特性分析

通过对玛纳斯河流域降水、径流、蒸发等水文、水资源要素进行分析阐述,对了解本流域水资源各因素时空变化规律,探知玛纳斯河水资源开发潜力,为合理配置本流域水资源提供帮助。