中国冰冻圈变化的适应研究:进展与展望

冰冻圈变化的适应研究是冰冻圈科学领域的新兴研究方向,是当今自然科学与社会科学交叉融合跨学科集成研究的典型代表。起步于2007年的中国冰冻圈变化适应研究,经历了早期的探索,研究重点由评价脆弱性发展为量化冰冻圈变化的影响,形成以影响/风险—脆弱性—适应全链条的完善的研究体系,研究方法突破传统的指标体系赋权法的不足,初步实现了定量化,有机结合影响/风险、脆弱性、适应三方面的研究结果,使冰冻圈变化的适应措施由偏重宏观性、普适性开始转向更有针对性。未来中国冰冻圈变化的适应研究应拓展、完善和深化现有的理论体系,构建冰冻圈与社会经济耦合模型,科学量化冰冻圈全要素变化的影响,建立不同利益相关者与科学家共同参与的研究新模式,科学有效应对与适应冰冻圈变化及其影响。

冰冻圈变化及其对中国气候的影响

冰冻圈是全球气候变化的显著因子和指示器,也是对气候系统影响最直接和最敏感的圈层,在地球气候系统中占据举足轻重的地位。在全球变暖背景下,冰冻圈研究受到前所未有的重视,成为气候系统研究中最活跃的领域之一;冰冻圈变化正在引起的一系列社会经济影响是当前全球变化和可持续发展最为关注的热点之一。文中给出了气候变暖背景下近几十年来全球和中国冰冻圈的变化特征,以及未来可能的变化趋势;着重从气候效应角度,综述了青藏高原和欧亚积雪、北极和南极海冰、冻土与冰川变化对中国气候影响的研究成果;并讨论了中国冰冻圈科学研究的未来发展方向。

中国第四纪冰川研究的现状与争议——兼记首届“中国第四纪冰川与环境变化”研讨会

冰川是塑造地表形态最积极的外营力之一,对第四纪冰期与间冰期旋回中冰川进退留下的丰富且形态独特的冰川地形的研究,不仅能重建古冰川时空演化的规律,在构造活跃的山区还可为山体抬升提供重要的理论参考.2012年8月,中国从事冰川地貌与环境变化研究的学者相聚兰州,总结了以技术定年为主要特征的第四纪冰川研究新阶段取得的成绩与突破,并探讨了现阶段工作的重点及未来的发展方向.与会代表认为,可对冰川地形进行直接定年的测年技术的发展与应用,促进了我国第四纪冰川研究的发展,现阶段及今后应着重加强与开展如下几个方面工作:1)精确年代学框架的建立是现阶段我国第四纪冰川研究的重点;2)青藏高原及周边山地最老冰碛的追溯及其年代测定是回答我国第四纪冰川开始发育的关键,也是理解青藏高原构造抬升与冰期气候耦合的内在要求;3)我国东部(105°E以东)第四纪冰川与环境问题需作进一步的研究与澄清,科普工作亟待加强.

40～30kaBP中国特殊暖湿气候与环境的发现与研究过程的回顾

40~30 ka BP在过去被认为是末次冰期的间冰阶,温度稍高,但仍在冰期内.20世纪90年代西昆仑山古里雅冰芯记录研究首次指出,当时气温可能高出现代4℃,即为以前所不知的间冰期.追踪同期湖泊沉积,孢粉与古生物,黄土与沙漠地区古土壤,石灰岩洞穴中石笋,古河道,滨海地区海相沉积等多种记录,集成研究表明,当时青藏高原与西北干旱区有许多淡水大湖,降水量远比现代丰沛,导致外流水系扩大,如青海境内的黄河上游水系形成.暖湿的气候条下,森林分布区向北向西大范围扩展,华南热带喜湿热的陆均松(Dacrydiumsp.)北界移至22°~24°N,表明当时热带气温高于现代2℃左右,降水量也有较大增加.长江下游石笋资料和北方半干旱、半湿润区的植物、古土壤、河道沉积资料均表示降水增加,森林覆盖度大.由于冰川和极地冰盖萎缩,海平面上升,给合若干地区地面沉降,海河下游、长江三角洲和珠江三角洲均出现相当规模的海侵.上述涉及全中国的特殊暖湿环境的形成与地球轨道运行岁差周期变化导致中低纬度日射增强,致使温度升高,季风区与西风带降水量都有显著增加关系密切,而植被改善又对温度和湿度有正反馈作用.

冰冻圈变化及其影响研究——现状、趋势及关键问题

通过对冰冻圈研究在中国的重要作用和对冰冻圈科学在国内外研究现状的系统总结和分析,凝炼出了目前面临的关键科学问题及未来研究重点。总体来看,国际上更多关注冰冻圈变化对气候、海平面和环境的影响;而作为中、低纬度地区冰冻圈最发育的中国而言,冰冻圈变化对生态、水、环境及气候均具有重要影响。目前需要解决的关键科学问题为不同类型冰川对气候变化的响应机理及水资源影响评估的尺度转化机制、冻土与植被间水热传输过程的准确模拟、冰冻圈物理过程参数化及其与气候模式的耦合。为解决上述关键科学问题,需要开展以下研究:冰冻圈过程及其对气候变化的响应机理研究、冰冻圈变化的影响研究和冰冻圈变化的适应对策研究。

中国寒区水文学研究的新阶段——记我国杰出寒区水文学家叶柏生研究员的创新与贡献

我国杰出的寒区水文学家叶柏生研究员不幸因公殉职.选取了叶柏生研究员若干代表性研究成果,包括与他人的合作研究成果,重点从冰川水文、冻土水文和区域水文变化三方面总结了其对寒区水文学发展所做的创新与贡献.文章列出了每项研究成果的核心内容,并给予了简要评述.所选成果中,冰川水文方面研究涉及冰川对河川径流的调节作用、冰川径流对气候变化的响应机理等;冻土水文研究着重介绍了多年冻土变化对流域径流过程及其变化影响方面的系统性成果;区域水文变化研究方面,选取了降水观测误差修正、气候变化对区域径流的影响等方面的创新成果.这些研究成果极大地提高了我国在世界寒区水文学研究的地位,对认识寒区水文过程及气候变化对水资源的影响具有重要科学意义.

中国典型季风海洋性冰川区“冰川-径流”系统的全球变化敏感性研究

分析多种数据和资料,再现海螺沟冰川过去100年来的冰川进退过程,分析发现,冰川末端变化阶段在滞后期的基础上,与北半球和中国气温变化的阶段相对应。运用水量-物质平衡法恢复海螺沟冰川45年来的物质平衡变化情况,通过相关性检验发现,物质平衡变化与北半球和中国同期（1960～2004年）气温变化表现出显著负相关。20世纪80年代全球加速变暖,海螺沟冰川冰舌段消融速率为7.86 m/a,冰川河径流量年际和季节变化表明流量主要贡献者是冰雪融水。分析表明,全球变暖是冰川后退、持续亏损及径流量增加的主要原因。

寒区典型下垫面冻土水热过程对比研究(Ⅰ):模型对比

冻土水热传输和水热耦合过程是寒区水循环的核心环节和重要组成部分,土壤温度和湿度(含水量)的观测和模拟是冻土水热过程分析的基础.以中国科学院寒区旱区环境与工程研究所黑河上游生态-水文试验研究站葫芦沟试验小流域为依托,选取季节冻土区的高寒草原、高寒草甸和多年冻土区的沼泽化草甸、高山寒漠等4种典型寒区下垫面,分别布设自动气象站,并调查相关土壤和植被参数,利用SHAW和CoupModel模型对试验点的土壤水热条件进行模拟计算.结果表明:4个试验点多层土壤含水量和地温SHAW模型计算值与实测值对比平均相关系数R2分别为0.65和0.90;CoupModel模型计算值与实测值对比平均R2为0.72和0.93.总体上,地温的模型估算结果略好于含水量;相对于SHAW模型,CoupModel模型是更适合寒区各种下垫面的一维SVATs模型.

不同类型冰川雪中可培养细菌多样性变化及其与环境因子关系研究

通过荧光显微计数和恢复培养,分析了东天山和卓奥友峰冰川区雪的细菌数量及可培养细菌多样性.结果表明:不同地点不同深度雪中微生物数量都与可溶性离子Ca2+、Mg2+和NO3-等的浓度显著相关,两种不同类型冰川雪坑中可培养细菌多样性存在明显差异.从卓奥友样品中培养得到高G+C(67%)、低G+C(22%)、α-Proteobacteria(4%)、β-Proteobacteria(4%)、γ-Proteobacteria(1%)和Cytophaga-Flavobacterium-Bacteroides(CFB)(2%)6种不同类群细菌,但从东天山雪样中仅分离得到β-Proteobacteria(48.5%)、α-Proteobacteria(25.5%)、低G+C(25%)和高G+C(1%)4种不同类群细菌.冰雪微生物的数量及种类与环境密切相关.

寒区典型下垫面冻土水热过程对比研究(Ⅱ):水热传输

依托中国科学院寒区旱区环境与工程研究所黑河上游生态-水文试验研究站葫芦沟试验小流域,选取4种典型寒区下垫面,利用CoupModel模型对试验点的土壤水热传输过程进行模拟计算.结果显示:冻土对土壤水热传输影响为开始冻结时,冻结作用导致土壤水向上运动,往冻结锋面集结;稳定冻结期,土壤水运动微弱,接近零通量;解冻期,土壤水运动与上下层水势有关.冻融阶段的土壤水相变会带来热量的急剧变化.不同下垫面土壤水迁移差异主要体现在冻结过程中土壤水向上运动期间.沼泽草甸试验点因土壤含水量较大,吸水过程较长且吸水量大于其他3个试验点;高山寒漠试验点因为土壤孔隙较大,成冰作用会使土壤中毛细孔增加,导致冻结过程中出现多次土壤水向上运动状态.植被覆盖、土壤性质、土壤含水量和冻土类型等是寒区不同下垫面冻土水热传输过程差异的主要原因.

中国冰川运动速度研究进展

我国开展冰川运动速度研究已有50a的历程,依国内现有的山谷冰川运动速度资料为基础,分析研究了中国冰川运动速度的研究现状与取得的主要成果,总结了冰川运动监测的技术方法.结果表明:各大山系的冰川运动速度都在逐渐减小,但减小幅度不同,这与冰川的规模相关.监测方法上以实地测量为主也不断发展新的空间监测方法.未来应该加强冰川运动的机理研究,多种观测方法综合应用于冰川运动监测,保证资料的连续性与完整性.

中国现代冰川平衡线分布特征与末次冰期平衡线下降值研究

青藏高原及周边山地拥有地球上最高大且最广阔的高山高原，是除两极外最大的现代冰川作用中心，这也使得中国成为中低纬度地区现代冰川最发育的国家之一．现代冰川平衡线分布具有纬度地带性特征，在青藏高原上还呈不对称的环状．根据相关研究资料估算，中国末次冰期最盛期时的冰川面积约为50×10^4km^2，是现代的8．4倍．基于平衡线处年降水量和夏季平均气温（6-8月）之间的相关关系重建的中国西部（105°E以西）末次冰期最盛期时的平衡线分布图与现代的相似．在青藏高原内部与西北部，平衡线下降值在500m以内，小的仅为200～300m；在青藏高原东南边缘下降值约800m，最大可达1000～1200m．天山与阿尔泰山平衡线下降值均在500m左右．中国东部（105。E以东）没有发育现代冰川，仅有数处中高山地，如贺兰山、太白山、长白山与台湾山地保存有确切的末次冰期冰川地形，末次冰期最盛期时的平衡线下降800—900m，大于青藏高原、天山与阿尔泰山地区的下降值．根据中国东部末次冰期的平衡线分布图以及相关的古气候与古环境研究资料，海拔2000m以下的中低山地在第四纪期间任何一次冰川作用中都不具备冰川发育所需的地势条件．

中国典型季风海洋性冰川区雪坑环境记录分析

白水1号冰川是亚欧大陆纬度位置最低的冰川，冰川区90％的降水主要受季风气候影响。运用多种方法对该区雪坑化学的季节性特征分析表明，2006年5月7日采集的两雪坑主要是2005年夏季风期和2005—2006年度非夏季风期的积雪积累；夏季风期积雪中远源物质主要是随季风环流而来的海盐气溶胶及其沿途工、农业区的污染物质，非夏季风期主要是源自印度塔尔沙漠以及中亚和西亚地区的粉尘；季风期和非季风期（2005—2006年度）间积雪化学特征存在较大差异；两雪坑季风期间积雪化学特征的不同主要反映了不同海拔消融强度和淋溶过程的差异，非季风期间的不同主要反映了局地环境的影响，特别是山谷风携带的地壳物质的影响。

冰冻圈服务功能及其价值评估初探

冰冻圈通过气候调节作用为人类营造了适宜的地球人居环境,提供了大量的淡水资源、高山水电和天然气水合物等清洁能源、多样的冰冻圈旅游产品、独特的冰冻圈文化形态,以及特有生物种群栖息地等资源,因此,冰冻圈具有独特的经济社会服务功能。在气候变暖驱动和人类活动干预下,冰冻圈服务功能具有增强与衰弱等过程,也存在功能丧失的阈限,因而其服务价值是动态的,是可评估和计算的。通过明晰冰冻圈系统功能,辨识全球不同时空尺度冰冻圈服务功能,初步建立了冰冻圈系统服务功能价值评估体系,可以提高决策者和民众对冰冻圈及其服务功能的认知程度和保护意识。同时,对于全球不同冰冻圈及其重点影响区各级政府实施冰冻圈服务功能的可持续利用和环境保护宏观决策,以避免追求短期经济行为而带来的负面影响,具有深远的历史意义和重要的现实意义。

祁连山七一冰川流域各类环境介质中多环芳烃的分布特征与来源研究

从祁连山七-冰川流域各介质中总共检测出2～7环的多环芳烃50多种，其中16种美国EPA优控物质中，只有二氢苊和二苯并[a，h]蒽没有被检测到．雪冰和冰川融水样品中相对富集3环和4环，雪冰不溶微粒和冰尘以及七-冰川周围表层土壤样品主要以4～6环为主，这是由PAHs自身的物理化学性质决定的．荧蒽／芘，菲／蒽比值表明，研究区检测出来的多环芳烃可能主要来自于化石燃料的高温燃烧，特别是煤的燃烧和机车尾气排放产生．大气污染传输与干湿沉降是七-冰川及其周围土壤中PAHs的主要输入途径．

生态-经济系统对冰冻圈变化的适应能力评价——以玉龙雪山地区为例

以玉龙雪山地区为例,基于关联性、全面性与合理性、可操作性原则,结合玉龙雪山地区冰冻圈变化的特点与主要影响,从生态、水资源、经济与社会系统4个方面遴选了20个指标,构建了生态-经济系统对冰冻圈变化的适应能力评价体系,运用层次分析法和多目标线性加权函数法建立了冰冻圈变化适应能力指数模型,对玉龙雪山地区冰冻圈变化适应能力进行了综合评价.结果表明:就子系统而言,1980-2008年除水资源系统的适应能力呈下降态势外,生态、经济与社会系统对冰冻圈变化的适应能力均呈上升趋势.水资源总量减少是水资源系统适应能力降低的主要影响因素.玉龙雪山地区冰冻圈变化的综合适应能力增强,经济系统对综合适应能力的贡献达到37%,居首位,其次为社会系统,为29%.旅游业发展驱动下的生态环境保护,地区经济实力增强,交通设施建设,居民收入增加共同助推了该地区综合适应能力的提升.

修正BW方法在中国大气降水δ^(18)O空间分布研究中的应用

为研究中国大气降水δ18O的空间分布,利用81个大气降水和冰芯站点δ18O资料和BW回归模型,拟合出大气降水δ18O与纬度和海拔的定量关系:δ18O=-0.024LAT2+1.541LAT-0.002 ALT-29.678.同时,为了优化BW回归模型的拟合结果,对BW回归模型的残差做了内插并比较了不同插值方法的精度.结果表明:以降水量为辅助变量的协同克里格法对残差的预测效果最好,与广泛采用的反距离加权法相比,该方法预测的BW残差与实际残差间的RMSE减小了0.14‰,ME也更接近于0.最后,利用最优的插值方法生成了BW回归模型的残差分布图,并将其与BW的模拟结果叠加得到了中国降水δ18O的空间分布图.其结果总体上反映了中国大气降水中δ18O的分布状况,为降水δ18O的现代过程研究以及古气候和古水文的研究提供了资料参考.

中国第二次北极科学考察沿线气溶胶可溶性离子分布特征和来源

对2003年7月15-9月28日间中国第二次北极科学考察沿线所采集的气溶胶样品进行分析,获得了Na^＋、NH^＋4、K^＋、Mg^2＋、Ca^2＋、Cl^-、MSA、SO4^2-、NO^-3、C2O4^2-和CH3COO-11种离子的浓度.离子组成表明,气溶胶主要以海盐颗粒为主,其中（Na＋＋Cl-）的贡献平均为60.2%;其次为硫酸盐.根据因子分析,11种离子归为4个因子,解释方差为83.7%.因子1包括Na^＋、nss-Mg^2＋、nss-Ca^2＋、Cl^-和nss-SO4^2-,代表陆地和海洋混合源,解释方差为41.2%;因子2包括NH^＋4、nss^-K^＋和NO3^-,来源于化石燃料燃烧和生物质燃烧所释放的二次污染物,解释方差为18.9%;因子3只有MSA,来源于海洋表层浮游植物排放的二甲基硫（DMS）的氧化,解释方差为11.9%;因子4包括CH3COO^-和C2O24^-,主要来源于高纬度的北温带北部森林大火,解释方差为11.6%.

中国冰川旅游资源空间开发布局研究

在回顾中国冰川旅游的发展历程,分析冰川旅游发展的优劣势条件的基础上。按照"围绕地域空间结构、立足旅游资源特色、突出中心城市、依托交通干线、形成网络市场"的"点-轴系统"规划思路,提出了中国冰川旅游"十心、三带、五区"的空间开发结构。伴随着青藏铁路复线工程、川藏与滇藏铁路的规划设计,以及在西部跨省区合作项目"丝绸之路旅游带、青藏铁路旅游带、大香格里拉生态旅游圈总体规划"逐步实施的机遇下,中国将以其丰富而独特的冰川旅游资源,强烈地吸引国内外旅游者前来观光旅游。

我国冰冻圈及其变化的脆弱性与评估方法

基于脆弱性研究文献,从脆弱性概念、评估内容、评估方法等方面系统总结了脆弱性评估研究的特点和趋势,开展脆弱性评估时应注意的系统、关注特征、灾害、尺度与时间等五个方面,剖析了区域尺度脆弱性评估涉及的一系列问题,介绍了脆弱性评估方法及其优缺点和适用性.探讨了我国冰冻圈及其变化的脆弱性概念,分析了二者之间的关系,论述了我国冰冻圈及其变化的脆弱性评估内容、评估尺度和评估方法.