亚洲水塔失衡与冰雪变化

青藏高原被称为亚洲水塔,是全球最重要和最脆弱的水塔,其最突出的特点是冰雪为核心组成部分。近几十年来,气候变化导致亚洲水塔冰川、积雪等固态水体快速减少,湖泊、河流等液态水体显著增加,因此呈现亚洲水塔的固液失衡特征。与此同时,亚洲水塔北部内流区的冰雪融水储存到内陆盆地,导致水资源增加,南部外流区的冰雪融水汇集在外流大江大河下游或进入印度洋,导致水资源减少,因此呈现水资源分布的空间失衡。冰川整体加速融化,具有显著的东南-西北空间差异特征,表现为东南部和天山地区冰川物质亏损严重,青藏高原西北部亏损相对较小,帕米尔-西昆仑地区冰川相对稳定甚至前进;冰川变化导致冰崩、冰湖溃决等灾害风险增加。积雪覆盖度和年积雪日数总体减少,积雪融化时间有提前趋势,年融雪量和最大雪水当量都呈现下降趋势。未来要高度关注极高海拔地区的冰雪变化过程,加强观测的系统性和技术、手段、方法创新,提高冰雪变化过程模型模拟的时空分辨率,加强不同情景下未来水资源变化预估,研究并提出不同冰雪变化情境下的水安全应对策略。

青藏高原水塔水文功能及其调蓄机制

青藏高原被称为“亚洲水塔”,在水文、气候、生态等方面扮演着重要角色。当前关于水塔水文功能的认识大多停留在对储水功能阶段,对水塔调节功能及其机制的考虑尚显不足。本研究以流域保障和调节作用为视角,总结了青藏高原水塔在储水和调节方面的水文功能,详细梳理了多相态水塔的水文功能及其调蓄机制。青藏高原水塔不仅具有强大的储水功能,还具有对水塔区降水的再分配、对非水塔区径流量和径流年内分配,以及对流域降水、地表水、土壤水、地下水等水资源的调节功能。本研究为青藏高原水塔对上、下游生态水文影响评估提供了理论基础,有利于发挥水塔对流域的保障和调节作用,从而合理规划水利工程,以满足青藏高原及其周边地区的生产、生活和生态需求。

温升背景下“亚洲水塔”流域水资源压力现状及未来预估

“亚洲水塔”流域养育着亚洲十几亿人口,对全球经济发展起着至关重要的作用。在气候变暖背景下,“亚洲水塔”流域的水资源快速变化以及不断增长的人类活动用水需求,使水塔流域水资源压力风险越显突出。为了解“亚洲水塔”流域水资源压力的状况及未来变化,基于部门间影响模式比较计划(ISIMIP)中全球水文模型的径流和用水数据,利用水压力指数方法,系统评估了“亚洲水塔”21个流域的水压力状况和未来的可能变化。结果表明:1971—2010年间,“亚洲水塔”21个流域的水压力总体上呈现升高趋势,多年平均水压力等级达到高或以上的流域为印度河流域、塔里木河流域和黄河流域;针对“亚洲水塔”21个流域未来水压力的变化预估,各流域水压力表现为先增加,之后不同流域表现出持续增加(2个流域)、趋于稳定(5个流域)和下降(14个流域)三种趋势,人类取水活动在未来水压力的变化中起决定性作用。整体上,南亚和东南亚地区水压力将持续增加,例如,布拉马普特拉河流域和湄公河流域,未来水资源短缺和水安全风险很高。

青藏高原河川径流变化及其影响研究进展

青藏高原被称为世界'第三极',又有'亚洲水塔'之称,对其周边地区的水文和气候系统有重要影响.青藏高原是亚洲许多大河的发源地,其冰川与河川径流变化影响到周边数十亿人口.本文介绍了青藏高原河川径流观测现状,回顾了青藏高原河川径流变化研究. 20世纪50年代至21世纪初,黄河源区年径流呈减少趋势、长江源区年径流呈微弱增加趋势,青藏高原其他江河源区的年径流没有显著的变化趋势.黄河上游、澜沧江上游、沱沱河及拉萨河源区的春季径流有增加趋势.未来气候变化情景下,随着降水和冰雪融水增加,青藏高原大部分河流源区径流增加,洪水等极端水文事件发生更加频繁.青藏高原河流源区水文气象观测资料稀缺,是河川径流变化及其影响研究的重大挑战.青藏高原水文研究亟需结合最新观测与模拟技术,提高水循环观测与模拟能力,深入认识青藏高原河川径流复杂性及其变化规律,为径流变化的影响评估及其应对提供科技支撑.

“亚洲水塔”变化与影响

以青藏高原为核心的“第三极”是除南极和北极以外冰雪储量最大的地区,被称为“亚洲水塔”,包括面积约1×10^5 km^2的冰川、总面积约5×10^4 km^2的湖泊和长江、黄河、雅鲁藏布江、印度河、恒河、湄公河、阿姆河、塔里木河等10多条亚洲大江大河的源头。“亚洲水塔”变化关系着中国的水资源利用以及“一带一路”地区众多国家的水安全。在气候变暖背景下,“亚洲水塔”正在发生以失衡为特征的剧烈变化。冰川加速退缩、湖泊整体显著扩张、冰川径流增加等过程都和“亚洲水塔”失衡密切相关。“亚洲水塔”的失衡变化导致了青藏高原及周边地区水资源和水灾害风险增加,出现了冰崩等新型灾害。这些变化也可以通过大气圈和水圈产生广域效应,进而和南极、北极变化协同联动,影响全球气候变化和水循环。第二次青藏高原综合科学考察研究聚焦于过去50年来“亚洲水塔”动态变化及其影响,与“泛第三极环境变化与绿色丝绸之路建设”专项实施一道,为我国资源环境重大战略需求和绿色“一带一路”发展,提出应对“亚洲水塔”变化与影响的科学对策和水资源规划管理及可持续发展的科学指导,以服务于全球生态环境保护、人类命运共同体建设。

全球变暖背景下青藏高原及周边地区冰川变化的时空格局与趋势及影响

作为“亚洲水塔”重要组成部分的冰川,对气候变化的响应极其敏感。研究全球变暖背景下青藏高原及周边地区冰川变化的时空格局特征,有助于识别“亚洲水塔”的主要储水与供水区域,这对水资源的合理规划与利用具有重要意义。文章通过综合分析,揭示出“喀喇昆仑异常”现象在昆仑山西部和帕米尔高原地区亦有不同程度的表现,分布在这些区域以外的青藏高原及周边地区山地冰川近期大多处于加速消融状态;同时,阐明了近50年来以及未来不同气候变化情景下青藏高原及周边地区冰川变化对流域水资源状况和海平面上升的影响;并指出,要系统开展青藏高原及周边地区冰川的调查与观测,建立气候-冰川-水文过程耦合模型,准确评估变化环境下的冰川水资源状况及其影响,以服务于中国社会经济发展和“绿色丝绸之路”建设。

影响“亚洲水塔”的水汽输送过程

青藏高原及其周边区域被誉为“亚洲水塔”,过去50年的全球变暖加速了整个“亚洲水塔”的水循环过程。文章从气候态、长期变化和年际变率的角度,总结了当前对影响“亚洲水塔”的关键水汽输送过程及其机理的理解。在此基础上,指出要厘清影响“亚洲水塔”的水循环过程,亟待深入理解水塔的水汽输送过程的时空变化特征和机制及其影响。为此,需要从观测、诊断、动力学机理、检测归因和数值模拟5个方面加强未来的研究工作。

青藏高原最近40年湖泊变化的主要表现与发展趋势

青藏高原的湖泊面积超过我国湖泊总面积的50%以上,是“亚洲水塔”的重要组成部分。20世纪70年代—2018年,湖泊数量和面积均出现明显增长,但变化速率并不均一。1990年之前,低温抑制冰川融水导致湖泊水量出现负平衡。1990—2000年,温度升高使得冰川融水和湖泊水量增加。2000年以后,降水是导致湖泊水量增加的主要因素,但2005—2013年的连续气温上升,使得蒸发加强并削弱了湖泊水量增加的速率。在青藏高原中西部和西北部地区,2000—2013年的湖泊水量增加则更多是受冰川融水的主要影响。20世纪70年代—2013年,青藏高原湖泊水量变化的空间特征与西风和印度季风区降水变化趋势一致。气温上升和增加的长波辐射使得湖泊水温明显增加,并促进了食物链的传输效率。随着湖泊水量增加,湖泊盐度普遍下降,继而增加了生物多样性,使湖泊生态系统结构相对复杂。未来20年,青藏高原内陆封闭湖泊水量将继续增长,但速率将有所下降。对“亚洲水塔”而言,青藏高原的湖泊研究应聚焦宏观尺度的水量赋存与水量平衡、湖水主要理化性质与生态系统参数,以及湖泊变化在大尺度气候变化中的水循环作用过程。

“亚洲水塔”变化对下游水资源的连锁效应

青藏高原及其周边地区是亚洲大河文明的重要水源地,被称为“亚洲水塔”。“亚洲水塔”变化引起的水资源连锁效应与下游几十亿人民生活和社会发展息息相关,是下游地区实现联合国可持续发展目标的重要影响因素之一。在全球变化背景下,“亚洲水塔”下游流域水资源开发利用强度不断提高,水安全问题日益复杂和突出,“亚洲水塔”变化给下游地区水治理带来新的挑战。“亚洲水塔”变化改变河源区下泄径流,导致冰湖溃决等极端水文事件频发,威胁到下游地区供水安全、防洪安全和生态安全。文章通过分析“亚洲水塔”变化对下游水资源影响及相关研究不足,提出应加强青藏高原环境变化与下游流域水资源研究的结合,发展全流域水循环过程综合集成与模拟技术,阐明流域上下游的关联机制与“亚洲水塔”变化对下游水资源的连锁效应,提出风险应对措施与方案。

青藏高原“亚洲水塔”效应和大气水分循环特征

青藏高原是东亚海陆气相互作用最敏感的地区之一.青藏高原大气水分循环结构特征不仅反映了西风气流与'大三角扇形'影响域季风水汽流的相互作用特征,而且凸现出该区域为全球能量、水汽的交换关键区,构成'亚洲水塔'形成的重要背景;隆升的高原地形和强大的表面辐射加热形成了局地上升对流和高耸入对流层中部中空'热源柱'.研究揭示出此'热力驱动'下青藏高原高、低层互为反环流类似台风的自激反馈机制,其提供了'亚洲水塔'水汽'汇流'与抽吸动力效应.'亚洲水塔'热源驱动机制有助于'世界屋脊'大气'热岛'、'湿岛'的形成和维持,使暖湿气流从低纬海洋向高原输送、汇聚.针对'世界屋脊'高原对流频繁、云降水异常特征,揭示出'世界屋脊'空气低密度条件对高原对流云的触发效应.分析表明,低纬热带海洋成为'亚洲水塔'大气水分循环的重要水汽源区,水汽源区可跨越赤道追踪到南半球.提出了青藏高原'热力驱动'下大气水分循环结构类似全球性大气'水塔'的观点,青藏高原特殊的跨半球大气水分循环构建出'亚洲水塔'和其周边地区独特的大气-水文功能体系.给出了西风与季风协同作用背景下青藏高原为核心区的陆地-海洋-大气相互作用的'亚洲水塔'大气水分循环物理图像.

“亚洲水塔”变化对中国周边地缘政治环境的影响

被喻为"亚洲水塔"的青藏高原,是亚洲多条国际大河的发源地。全球气候变暖导致青藏高原冰川消融,进而引起周边河流长期径流的下降和季节分配的紊乱。这一自然变化叠加在流域内国家社会经济快速发展等人文变迁过程之上,造成水资源的供给与需求在总量及时间匹配上的失衡与错位,从而在该地区诱发更多水冲突、水危机等水政治问题。域外大国的介入则进一步加剧了本地区水政治的复杂性,并已在事实上威胁到中国与周边国家的战略互信。未来,中国应以包容互鉴、合作共赢的"丝路精神"为指引,基于既有国际规范,通过多边或双边谈判寻求化解水冲突,促进与相关国家的利益融合及流域国家命运共同体的实现。

“亚洲水塔”变化的灾害效应与减灾对策

青藏高原及周边地区被誉为“亚洲水塔”,其自然环境复杂,气候差异显著,地貌类型多样,冰川发育,地壳隆升和河流下切作用强烈,导致滑坡、泥石流、洪水、冰崩雪崩、冰湖溃决等山地灾害发育。灾害呈现出突发性强、危害范围广、破坏严重、链式效应明显等特点,且沿构造断裂带、高山深切峡谷集中分布,受水平和垂直地带性气候条件和局地水热条件控制,不同海拔区的灾害类型、诱发因素和对气候变化的响应有所差异。气候变暖导致的温度升高和降雨增多对灾害发生的水源、物源、能量和条件组合都有所影响,导致灾害的孕灾环境变得易于成灾。未来全球气候变暖将加剧灾害的危险性,而灾害风险也会随着人口和经济体量的增加而升高。目前,还缺乏系统的基础数据和对“亚洲水塔”变化下灾害发生机制的深入认识,从而难以准确预测未来气候变化下的灾害风险,提出有针对性的风险防控对策。为了有效应对气候变化导致的灾害风险,应针对性地进行综合灾害考察,利用高新技术系统获取第一手灾害数据,建立灾害数据库,深化对孕灾环境、形成机理和灾变机制的认识,研究灾害对气候变化的响应规律,预测气候变化条件下灾害的发展趋势,研发针对特大灾害的监测和防控技术,建立多国协调的灾害防控信息共享和减灾协同机制,提高应对灾害风险的能力。

青藏高原能量、水分循环影响效应

青藏高原是世界上总辐射量最高的地区,也是全球超太阳常数的极值区域之一。此处形成了一个“嵌入”对流层中部大气的巨大的热源,可以伸展到自由大气,其超越了世界上任何超级城市群落所产生的中空热岛效应,对全球与区域大气环流系统变化的动力“驱动”产生了难以估计的效应。与地形热力过程季节变化密切相关的亚洲夏季风是世界上范围最广和强度最强的季风;从冬季到早春季节转换过程中,由于太阳辐射的影响造成青藏高原大地形感热的“快速响应”及其相对高值动态移动,在盛夏梅雨及其云降水带前沿线恰好停滞于中国“三阶梯”地形分布山地—平原过渡区。此现象表明,青藏高原可能扮演着夏季风过程陆地—海洋—大气相互作用的关键角色。中国区域低云量与总云量极值区均与青藏高原大江大河的源头(长江、澜沧江、雅鲁藏布江等)、中东部湖泊群与冰川集中区空间分布几乎吻合,这表明“亚洲水塔”形成的关键因素与“世界屋脊”特有的云降水结构不可分割。研究表明,青藏高原大气热源对局地与下游区域云降水过程水汽输送流型等均有显著影响。长江流域降水与全国低云量存在一个明显沿长江流域的带状高相关结构,充分表明长江流域降水与上游“亚洲水塔”“热驱动”以及对流系统具有重要相关关系。从跨赤道经向环流的视角可发现,夏季南、北半球跨赤道气流低层强偏南、高层强偏北气流出现在东亚地区和北美区域两大地形对应的赤道区,这2个跨赤道极值区恰与青藏高原、落基山高原位置相对应。青藏高原纬向与经向环流圈结构与区域-全球大气环流相关机制,印证了“世界屋脊”隆起大地形的“热驱动”及其对流活动在全球能量、水分循环的作用。青藏高原特殊水汽三维结构分布和跨半球的纬向和经向大气垂直环流图表明青藏高原对全球尺度大气环流变化的贡献显著。文章进一步以东亚、全球水循环的视角,提出了青藏高原作为全球性大气“水塔”的观念,认为在高原地区一个水塔的“供水”和“蓄水”循环体系,特别是高原地表冰川、积雪和湖泊作为“蓄水池”系统,使得所有的河流可作为“输水管道”,将“水塔”的水向周边区域输送出去,高层大气也提供向外输送的渠道。青藏高原特殊的跨半球大气水分循环可构建“世界水塔”与其周边地区独特的水文功能概念,综合描绘了青藏高原“世界水塔”及其地球上一个完整的行星尺度陆地—海洋—大气水分循环物理图像。

基于合作与冲突视角的“亚洲水塔”周边国家地缘关系网络演化研究

全球暖化背景下,发源于"亚洲水塔"的国际河流水文特征的改变加剧了区域内地缘关系的紧张性,致使周边国家间地缘关系备受关注。利用新闻大数据GDELT中的合作与冲突事件表征国家间的合作与冲突关系,对1992—2018年"亚洲水塔"周边国家间地缘关系网络演化进行研究,结果表明:(1)研究期内,"亚洲水塔"周边国家间的地缘关系愈加紧密,区域地缘关系网络趋于稳态。(2)国家间合作网络逐渐呈以中国为中心的放射形结构,巴基斯坦是区域冲突网络的核心,区域内合作与冲突水平极化现象凸显。(3)周边国家间地缘关系互动的对等反应特征明显,地缘关系模式的演化表现出一定的时空惯性。(4)国际贸易格局的改变、地缘政治环境的变化、水资源战略价值重构以及地缘文化因素的潜在作用共同推动了"亚洲水塔"周边国家地缘关系网络的演化。

“亚洲水塔”在高亚地区的社会经济作用

“亚洲水塔”是高亚地区及其下游人类活动重要的水源,产生了重要的社会经济效应,在区域经济发展中起着举足轻重的作用。文章阐述并列举了“亚洲水塔”在高亚地区的社会和经济效应,不仅给经济发展如地区农业带来巨大的效益,同时,因其产生的水资源在高亚干旱地区具有稀缺性,亦会带来潜在资源冲突。气候变化的影响会进一步带来不确定性,由此导致的“亚洲水塔”退化将从根本上改变高亚地区的未来经济发展。应对和适应变化、建立可持续发展路径应是当务之急。文章进一步阐述了高亚地区国家层面上优先关注的联合国2030年可持续发展目标,以及“亚洲水塔”冰冻圈服务和实现可持续发展目标的联系。