青藏高原冰冻圈变化及其对区域水循环和生态条件的影响*

以青藏高原为中心的冰川群是中国乃至整个高亚洲冰川的核心,由于全球变暖,青藏高原冰川自20 世纪90年代以来呈全面、加速退缩趋势。作为全球最主要的高海拔冻土区,青藏高原近几十年气候变暖是冻土退化的基础因素,人为活动在局部加速了冻土退化,推测未来几十年内冻土退化仍会保持或加速。过去50 年,青藏高原积雪面积总体呈减少趋势。由于气温升高,青藏高原处于降雪和积雪临界状态的区域大大增加,导致青藏高原积雪期开始时间的推迟和结束时间的提前。冰川加速消融退缩,融水在逐年增加,冰川变化引发的水资源时空分布和水循环过程的变化,无疑将给青藏高原社会经济发展带来深刻影响。冻土及其孕育的高寒沼泽湿地和高寒草甸生态系统具有显著的水源涵养功能,是稳定江河源区水循环与河川径流的重要因素。青藏高原江河源区近几十年来生态退化和河流、湖泊、沼泽、湿地等水文环境的显著变化就与冻土退化密切相关。过去十年来由于冻胀和融沉破坏,青藏公路已经进行了多次全线性大规模的整修。在未来几十年内多年冻土的主要退化形式为地下冰的消融和低温冻土向高温冻土转化,这一过程将引起热融滑塌、热融沉陷等冻土热融灾害。为应对气候变化对青藏高原冰冻圈影响,应加强冰川融水对地表水和冰川融水补给河流的水文过程与预测研究,针对未来可能出现的各种灾害,要在科学预测和普查的基础上评价灾害风险。     

铁生物地球化学循环：三极雪冰研究进展

具有生物活性的元素铁通过调控浮游植物生产力大小,从而影响海气之间碳的交换,并最终调节海洋生态系统与全球气候效应。陆源生物活性元素铁以大气干、湿沉降的方式进入冰冻圈各要素(冰川、冰盖、冻土、海冰与冰山),然后以固态的形式储存在地球表层。随着全球气候变暖,冰冻圈各要素退缩过程使其以迁移与转化的形式再次进入地球表层系统,进行全球再分配。自2000年以来,关于铁生物地球化学循环的研究,已在三极(南极、北极与青藏高原)冰冻圈区取得了初步研究成果。特别是近期,在南、北两极围绕冰盖消融与生物活性元素铁对海洋生产力调节作用的研究,取得了重大突破。文章向公众介绍了铁假说的提出与发展历史,阐述了其在冰冻圈科学中的研究成果,并提出未来可能突破的研究方向。     

探索地球之巅：60年来珠峰气候环境变化

世界第一高峰珠穆朗玛峰(珠峰),是全球气候与环境变化研究的焦点与热点区域。自20世纪50年代末期以来,在珠峰地区已经开展了多次综合考察,并建立了定位观测研究站。近60年来,珠峰地区持续变暖,升温幅度与青藏高原的平均值相当,降水变化趋势不明显。珠峰地区是冰川集中分布区,近期冰川显著退缩,冰湖面积急剧扩张,径流量增大,反映了冰川和水文过程对全球变暖的响应。受到升温影响,珠峰地区的植被有变绿趋势。工业革命以来,珠峰地区受到跨境大气污染物传输的影响,也凸显了冰川消融导致的污染物二次释放的潜在风险。     

青藏高原及周边地区近期冰川状态失常与灾变风险

青藏高原及周边地区是除南、北极地区之外全球最重要的冰川资源富集地.近百年来,青藏高原及周边地区冰川整体处于缓慢退缩状态,但20世纪90年代以来,这种状态发生了根本变化.以东帕米尔-喀喇昆仑-西昆仑地区冰川相对稳定甚至部分冰川前进为特征的"喀喇昆仑异常"是青藏高原及周边地区冰川状态失常的一种表现形式;而青藏高原东南地区冰川加速退缩则是这一地区冰川失常的另一种表现形式.高海拔地区的异常升温是青藏高原及周边地区冰川状态失常的重要驱动力.另外,这种冰川状态失常还与气候变暖背景下的西风和季风大气环流过程有关.随着全球变暖的加剧,冰川状态失常直接导致冰崩、冰湖溃决等灾变风险的增加.应对青藏高原及周边地区冰川状态失常的不利影响,需要进一步加强冰川变化监测与研究,加大冰川灾害防范力度.     

大气污染物跨境传输及其对青藏高原环境影响

青藏高原拥有独特的多圈层环境系统与生态类型,对我国乃至亚洲具有重要的生态安全屏障作用.在青藏高原开展污染物跨境传输的科学考察研究,既是地表多圈层相互作用研究的重要组成部分,也是支撑国家生态环境安全的战略需求.针对第二次青藏高原综合科学考察研究的"南亚通道"关键区,结合长期站点监测和短期强化观测,本文全面综述了青藏高原大气污染物时空分布、传输过程和机理,以及污染物对气候和生态系统影响方面的新认识.从历史趋势上看,青藏高原黑碳和汞等记录,自20世纪50年代以来呈现快速上升,反映了亚洲区域大气污染物排放的快速增多.从传输过程上看,跨越喜马拉雅山的高空环流以及局地的山谷风是大气污染物跨境传输的重要途径.大气气溶胶-雪冰辐射反馈效应对青藏高原的气候变化带来一定的影响,外源污染物对青藏高原生态系统的负面影响业已凸显.未来研究中,亟待精确量化跨境污染物的输送量和影响范围,预测未来情景下污染物排放与环境健康风险的变化趋势.     

青藏高原大气颗粒态汞的环境意义及其研究进展

汞是一种全球性污染物。大气颗粒态汞在青藏高原的大气汞沉降中扮演着重要的角色,长距离传输和沉降使得偏远地区也受到人为排放汞的影响。文章介绍了大气颗粒态汞在青藏高原汞生物地球化学循环中的重要性和当前的研究进展,并展望了未来的研究方向。第二次青藏高原综合考察研究项目,将对大气颗粒态汞进行更深入和系统的研究。基于汞同位素和模式模拟等方法,进一步量化大气颗粒态汞跨境传输及其对环境的潜在影响,为青藏高原的环境保护提供科学支撑。     

青藏高原内陆大气污染物科学研究——以纳木错站为例

青藏高原位于中国西南部,平均海拔4 000 m以上,其地理位置特殊。青藏高原自身大气污染物排放少,空气相对洁净,是大气污染研究的天然实验室。纳木错站位于青藏高原内陆,该站多种大气污染物浓度整体平均水平较低,是典型的全球大陆大气背景监测站。尽管喜马拉雅山高耸于青藏高原南部,但由南亚释放的大气污染物仍然能够在大气环流的传输下,向北跨越喜马拉雅山进入青藏高原内陆,引起纳木错站大气污染物事件级污染。西风环流和印度季风在大气污染物长距离传输过程中起着重要作用,对不同大气污染物的影响机制存在差异。研究人员在青藏高原内陆纳木错站开展了多种大气污染物研究,获得一系列研究成果,极大地推动了高原大气污染物科学研究,为中国国际环境谈判提供了科学基础。     

冰冻圈水资源对中国社会经济的重要性:基于多级流域尺度分析

冰冻圈水资源为全球寒区旱区生态安全和社会经济发展提供重要保障.随着气候变暖导致冰冻圈水资源供给变化以及社会经济增长对水资源需求增加,区域水资源短缺风险不断加剧.鉴于此,加强冰冻圈水资源与社会经济关联研究至关重要.本研究首先在三级流域尺度上系统分析了中国冰冻圈水资源的空间分布特征及其影响区人口和GDP时空变化格局,然后进一步综合供给和需求两侧指标,评估了冰冻圈水资源对社会经济的重要性.结果表明:(1)中国冰冻圈及其影响区共涵盖7个一级流域、38个二级流域和84个三级流域.(2)从冰冻圈要素的重要性看,塔里木河、羌塘高原以及雅鲁藏布江等流域冰川面积和储量较大,青藏高原腹地和松花江流域多年冻土覆盖率较高,松花江区、新疆北部以及青藏高原西南部平均积雪深度较大.(3)以2015年为基准,计算得到冰冻圈水资源重要影响区人口和GDP分别约为2.63亿和11.4万亿元,分别占全国23.1%和16.5%,主要分布在我国一、二级地形阶梯分界线的东南部和北部以及三级阶梯北部; 1995～2015年间冰冻圈重要影响区人口占全国比重增加(由24.4%增为26.8%), GDP占全国比重下降(由21%降为19%)...     

青藏高原念青唐古拉峰冰川区夏季风期间大气气溶胶元素特征

为了研究夏季风期间青藏高原冰川区的大气气溶胶元素特征及其来源, 于2006年6~10月, 在青藏高原南部念青唐古拉峰扎当冰川垭口(30°28′N, 90°39′E, 5800 m a.s.l.)采集了7个大气总悬浮颗粒物样品, 利用ICP-MS测定了样品中27种元素的含量. 结果表明, 垭口冰川区大气气溶胶的元素浓度, 特别是典型地壳元素的浓度不仅低于同时期该地区较低海拔的气溶胶元素值, 而且远低于青藏高原其他较低海拔地区(如五道梁、瓦里关站等)的值. 因而冰川区的气溶胶代表了青藏高原对流层中上部大气的本底状况. 元素富集因子的研究表明, 与人类活动密切相关的元素(如B, Zn, As, Cd, Pb, Bi)有较高的富集, 由于夏季青藏高原南部大气环境主要受西南夏季风影响, 气团轨迹也显示该时期的气团来自南亚大陆, 因而推断南亚的污染物在夏季风期间影响了青藏高原冰川区的大气环境.     

封面说明

<正>青藏高原作为淡水资源的"固体水库"、大江大河源头的"亚洲水塔"、亚洲生态安全的"生态屏障"和驱动广域气候变化的"调节阀门",惠及中华文明和印度文明等世界文明的发展.但其强烈变化的冰川、冻土、江河、湖泊、森林、草原、沼泽、荒漠等过程,会导致其脆弱环境的恶化.因此,人们希望抑制环境变化可能带来的负面影响,保护其环境向有利于人类生存的方向变化.2012年开始的青藏高原环境变化评估,通过气候、水体、生态系统、陆表     

青藏高原地表热平衡研究

青藏高原是我国现代冰川作用最强烈的地区,多年冻土也十分发育。为了研究冰川冻土形成、发育和演变的热量条件,从六十年代起,兰州冰川冻土研究所就开展了太阳辐射和地表热平衡观测研究。二十年来,在我国西部高山冰川和多年冻土区一共进行了18个点的观测。1975—1976年在青藏铁路冻土研究中,首次获得了青藏高原地表面能量转换的周年资料,促进了高原冻土和高原热力作用的研究。     

全球冰冻圈灾害高风险区:影响与态势

20世纪70年代以来,全球增温显著,冰冻圈快速变化事件发生频率在增加,由此引发和即将引发的冰冻圈灾害危害巨大.冰冻圈不同灾种成灾机理、承灾体及其孕灾环境各异,灾害分布具有明显的空间分异特征.基于已有研究成果,较系统地阐述了冰冻圈灾害成灾机理,梳理了冰冻圈灾害类型、时间尺度、空间分异及其类型区划.在此基础上,揭示了全球冰冻圈灾害高风险区的综合影响及其态势.冰冻圈变化-冰冻圈灾害风险-冰冻圈风险管控链条关系紧密,亟需加强冰冻圈变化对社会经济系统的综合风险分析、评估和理解,以期针对性地调整未来冰冻圈灾害高风险区经济社会活动轨迹,有差别地制定冰冻圈灾害高风险区防灾减灾规划,以降低冰冻圈灾害风险和提高可持续发展能力.     

冰山预警

我到过中国绝大多数冰川区,也曾赴南、北两极进行过冰川科学考察。目前我在西藏工作,几乎每天面对青藏高原的雪山冰川,而且正在和一些志同道合者筹划下一步的冰川考察。作为一位冰川和环境科研工作者,我自然十分关注地球上包括南极、北极和青藏高原的每一条冰川的动态变化和地球环境沧海桑田的历史演替,同时也十分关注气候变暖给冰川及冰冻圈层带来的影响。     

喜马拉雅冰川消融影响区域生态环境

喜马拉雅山脉是全球最高的山脉,是中低纬度山地冰川分布最为密集的地区之一,是亚洲重要的水源地。随着全球和区域变暖,喜马拉雅山脉的冰川正经历快速消融退缩,其在21世纪初的缩减速度是20世纪末的2倍。气温快速升高是造成冰川消融的最主要原因。另外,降水量无明显增加、黑碳等大气污染物排放增加等也是造成冰川加速退缩的重要原因。冰川消融影响补给径流的水文水资源变化,催生冰湖并增加冰湖溃决洪水等灾害风险,也会影响水环境进而对局地和远端被补给生态环境和居民健康造成潜在影响。未来喜马拉雅地区冰川退缩仍将持续,因此,加强科学研究、促进区域合作、开展协同保护是应对喜马拉雅地区冰川消融、实现区域可持续发展的根本。     

巴丹吉林沙漠东南缘砂楔年代及其环境意义

巴丹吉林沙漠东南缘新近发现的多处砂楔群和融冻褶皱,分别形成于砂砾石层和湖相沉积地层中,楔内充填物的光释光年龄证明其是末次冰期和晚冰期的产物.巴丹吉林沙漠在末次冰期和晚冰期时处于多年冻土带,年平均气温约为-3~-6℃,较现在降温约12~15℃.其时,整个阿拉善高原与纬度多年冻土带和青藏高原冻土区相连接,沙漠腹地及周边的沙丘应处于冻土状态,沙丘的移动和风沙地貌发育均会受到影响.在冷期,巴丹吉林沙漠很有可能相当于冰冻圈气候,前人关于中国北方沙漠非冻土区的认识值得商榷.     

甘孜黄土与青藏高原冰冻圈演化

一旦高原进入冰冻圈或冰川规模达到最大,高原的反照率和冷源作用将会大大增强,对亚洲季风环流和全球气候都会产生很大的影响。因此,青藏高原何时进入冰冻圈和高原上最大冰期发生于何时,是冰川学和全球变化研究中两个非常关键的问题。施雅风等通过对大量资料的综合推导,认为最大冰期出现时间相当于深海氧同位素18～16阶段(0.72～0.52 MaBP),但是何时进入冰冻圈至今仍无确切证据。本文根据目前所知青藏高原上最厚的甘孜黄土剖面最新磁性年代和石英砂类型分析资料,对上述问题进行探讨。     

青藏高原及周边地区冰川中吸光性杂质及其影响研究进展

沉降到冰川表面的吸光性杂质(如黑碳、有机碳、粉尘等)对冰冻圈物质能量平衡具有重要影响.青藏高原及周边地区是冰川分布集中区,也是开展雪冰吸光性杂质对冰川消融影响研究的理想区域.基于近几年青藏高原及周边地区雪冰中吸光性杂质特别是黑碳的研究成果,综述了该区域雪冰中吸光性杂质的浓度水平与时空分布,着重探讨了黑碳的主要来源,阐明了吸光性杂质导致的辐射强迫及其对雪冰消融的影响,并指出目前研究中存在的问题以及未来研究的主要方向.目前,该地区冰川中吸光性杂质的空间差异大,同一冰川不同表面吸光性杂质分布特征研究匮乏;雪冰中吸光性杂质在冰川表面的迁移、富集等过程研究亟待加强;吸光性杂质对冰川反照率反馈以及冰川消融作用显著,但评估结果仍存在较大的不确定性.在未来,雪冰中吸光性杂质的混合状态、生物地球化学循环过程与气候变化的协同影响等将是一个新的研究方向.     

天山乌鲁木齐河源1号冰川变化的数值模拟及其对气候变化的响应分析

冰川变化的数值模拟及其预测是冰冻圈科学的前沿方向.本文介绍了对山地冰川进行数值模拟的原理和方法,并以天山乌鲁木齐河源1号冰川(以下简称1号冰川)为研究对象,通过数值求解二维的冰川流动方程,对1号冰川的流场进行了模拟.同时通过线性分析构建了一个未来升温情景:2010～2070年1号冰川地区升温速率为0.17℃/10a,而降水量保持不变.在此气候情景下,从冰川变化的物理过程,预测了2010～2070年期间1号冰川的变化趋势,结果表明在2040年以前,冰川末端退缩比较缓慢,但消融区厚度减薄较快.2040年以后,冰川末端退缩加剧,最终于2070年左右退缩为冰斗.从冰川流动原理证明在全球变暖背景下,山地冰川退缩将会越来越剧烈.     

冰冻圈水循环在全球尺度的水文效应

以固态形式存在的冰冻圈诸要素,其冻、融过程导致水循环发生重要变化,进而影响大洋、河流水文过程及大气水分循环过程.本文在分析两极地区海洋淡水组成的基础上,论述了两极地区冰冻圈对大洋输入淡水的影响,阐释了冰冻圈与大洋热盐环流的关系,讨论了冰冻圈对海平面上升的贡献程度.研究指出,在南、北纬60o~90o范围南、北极海洋的淡水年循环中,海冰和北极融雪参与的水量远超过降水-蒸发过程的水循环量;北极融雪与河流补给、山地冰川、冰帽及格陵兰冰盖、南极冰盖、海冰、冰间湖等冰冻圈要素的变化可以显著地影响海洋深水对流强度及深水的形成,从而影响海洋热盐环流.冰冻圈对海平面变化影响的评估仍然存在较大的不确定性.从1990年开始的5次IPCC评估报告中,历次对海平面上升贡献的评估结果相差较大.总体来看,若不考虑陆地水储量变化的影响,在海洋热膨胀和冰冻圈这两大影响因子中,工业化升温以来对海平面上升的贡献各占一半.     

中国冰冻圈变化对海平面上升潜在贡献的初步估计

最新研究表明, 2003年以来冰冻圈已成为海平面上升最主要的影响因素, 其中山地冰川和冰帽的贡献量最大. 分析中国冰冻圈融水总量的估算结果, 并粗略估计中国冰川区降水, 大致推断中国冰冻圈对海平面上升的潜在总贡献量为0.14~0.16 mm a^-1, 其中主要为冰川贡献量, 约为0.12 mm a^-1. 在冰川贡献中, 外流河流域冰川融水补给对海平面的贡献则仅为0.07 mm a^-1, 占全球山地冰川和冰帽贡献量的6.4%.