青藏高原北部多温型山谷冰川不同海拔处冰温变化研究 ——以祁连山老虎沟12号冰川为例

冰川温度是表征冰川物理属性和响应气候变化的关键指标。2010年7月至2011年11月在祁连山老虎沟12号冰川积累区（5 040 m）、多年平衡线处（4 900 m）和消融区（4 550 m）开展了活动层（22 m深,1 m间隔）冰温连续观测。2011年10月在冰川积累区4 971 m处钻得165 m深孔获取了115 m深层冰温廓线。研究发现：三个区域活动层下界的深度均在约17 m处,多年平衡线处冰温最低（-7.4℃）,消融区次之（-3.68℃）,积累区活动层下界冰温最高（-2.74℃）且波动最为持续,可能主要与常年积雪覆盖有关。冰温年波动随深度增加均逐渐降低,对气温变化的响应周期亦逐渐增大。与其他冰川最低温相比,老虎沟12号冰川冰温对气候变化响应敏感,过去50年来受全球变暖影响冰温显著增加。积累区深孔冰温显示50 m深度之下冰温呈线性上升,垂直增温率为0.033℃·m^-1,据此推测其底部冰温为0.02℃,主要与底部应变热有关。     

1959-2017年天山乌鲁木齐河源1号冰川流域径流及其组分变化

冰川是气候变化的指示器,气候变化对冰川及其径流的影响研究是目前国内外关注的热点和前沿领域之一,目前的研究以模拟为主,实测资料十分有限且不确定性很大。以新疆天山乌鲁木齐河源1号冰川（简称“1号冰川”）流域为例,基于中国科学院天山冰川观测试验站1959-2017年观测数据,研究了中国西部典型小型冰川流域径流及其组分长期变化以及对气候变化的响应,为冰川径流长期变化过程的认识提供重要参考。结果表明,1号冰川流域径流主要由冰川径流和非冰川区降水径流组成,分别占70%和30%。其中冰川径流又可分为冰川区降水径流和冰川融水径流,分别占44%和26%。59年间,冰川径流整体呈上升趋势,在1992年之后出现了一个阶梯式的上升,与气温升高和降水的增加有关,1997-2007年达到高峰,2008年以后出现波动下降趋势,其原因除了与该时段的降水有所减少有关之外,冰川面积减小的影响也不可忽视。另外,还利用实测径流和冰川物质平衡值,通过水量平衡模型,检验了模型使用的冰川区和非冰川区径流系数。     

小冰期结束以来贡嘎山海螺沟冰川退缩区土壤化学风化与发育过程

选择海螺沟冰川退缩区,对冰川退缩年龄分别为0年、30年、40年、52年、80年、120年的样点按土壤发生层分层采集样品,通过分析样品的化学风化速率及理化性质变化,探讨小冰期结束以来土壤发育过程及影响因素,并评估不同阶段土壤质量。结果表明,退缩区前40年样点中主要以碳酸盐风化为主,80年后硅酸盐风化作用增强。土壤长期风化速率随土壤年龄呈现升高-降低-升高的趋势,52年样点长期风化速率最低,为48.06cmol/(m^2·a),矿物组成和气候是影响土壤风化速率的重要原因。土壤的粒度组成以砂粒为主,多数样点占比约为80%~90%。随着土壤年龄增加,容重值和pH减小,pH从8.54减小到5左右;土层厚度、土壤有机质(SOC)及总氮(TN)含量增加,这些土壤理化指标的快速变化表明冰川退缩区土壤发育迅速。适宜的温度、充足的降水以及快速的植被演替可能是退缩区土壤快速发育的原因。模糊数学法计算土壤质量的结果显示,除了0年样点,其余样点土壤质量指数(SQI)均大于0.4,说明退缩区土壤质量状况整体属于中等水平,土壤肥力状况较好。研究结果有助于揭示土壤矿物风化过程和土壤发育的影响因素,理解土壤发育机制。     

Interannual variability in glacier contribution to runoff from a high‐elevation Andean catchment: understanding the role of debris cover in glacier hydrology

We present a field‐data rich modelling analysis to reconstruct the climatic forcing, glacier response, and runoff generation from a high‐elevation catchment in central Chile over the period 2000–2015 to provide insights into the differing contributions of debris‐covered and debris‐free glaciers under current and future changing climatic conditions. Model simulations with the physically based glacio‐hydrological model TOPKAPI‐ETH reveal a period of neutral or slightly positive mass balance between 2000 and 2010, followed by a transition to increasingly large annual mass losses, associated with a recent mega drought. Mass losses commence earlier, and are more severe, for a heavily debris‐covered glacier, most likely due to its strong dependence on snow avalanche accumulation, which has declined in recent years. Catchment runoff shows a marked decreasing trend over the study period, but with high interannual variability directly linked to winter snow accumulation, and high contribution from ice melt in dry periods and drought conditions. The study demonstrates the importance of incorporating local‐scale processes such as snow avalanche accumulation and spatially variable debris thickness, in understanding the responses of different glacier types to climate change. We highlight the increased dependency of runoff from high Andean catchments on the diminishing resource of glacier ice during dry years.     

Understanding the hydrological system dynamics of a glaciated alpine catchment in the Himalayan region using the J2000 hydrological model

This paper provides the results of hydrological modelling in a mesoscale glaciated alpine catchment of the Himalayan region. In the context of global climate change, the hydrological regime of an alpine mountain is likely to be affected, which might produce serious implications for downstream water availability. The main objective of this study was to understand the hydrological system dynamics of a glaciated catchment, the Dudh Kosi River basin, in Nepal, using the J2000 hydrological model and thereby understand how the rise in air temperature will affect the hydrological processes. The model is able to reproduce the overall hydrological dynamics quite well with an efficiency result of Nash–Sutcliffe (0.85), logarithm Nash–Sutcliffe (0.93) and coefficient of determination (0.85) for the study period. The average contribution from glacier areas to total streamflow is estimated to be 17%, and snowmelt (other than from glacier areas) accounts for another 17%. This indicates the significance of the snow and glacier runoff in the Himalayan region. The hypothetical rise in temperature scenarios at a rate of +2 and +4 °C indicated that the snowmelt process might be largely affected. An increase in snowmelt volume is noted during the premonsoon period, whereas the contribution during the monsoon season is significantly decreased. This occurs mainly because the rise in temperature will shift the snowline up to areas of higher altitude and thereby reduce the snow storage capacity of the basin. This indicates that the region is particularly vulnerable to global climate change and the associated risk of decreasing water availability to downstream areas. Under the assumed warming scenarios, it is likely that in the future, the river might shift from a ‘melt‐dominated river’ to a ‘rain‐dominated river’. The J2000 model should be considered a promising tool to better understand the hydrological dynamics in alpine mountain catchments of the Himalayan region. This understanding will be quite useful for further analysis of ‘what‐if scenarios’ in the context of global climate and land‐use changes and ultimately for sustainable Integrated Water Resources Management in the Himalayan region. Copyright © 2012 John Wiley & Sons, Ltd.     

1990-2019年贡嘎山地区典型冰川表碛覆盖变化及其空间差异

表碛覆盖型冰川是中国西部较为常见的冰川类型。表碛层存在于大气—冰川冰界面,强烈影响大气圈与冰冻圈之间的热交换。表碛厚度的空间异质性可极大地改变冰川的消融率和物质平衡过程,进而影响冰川径流过程和下游水资源。基于Landsat TM/TIRS数据,运用能量平衡方程反演了贡嘎山地区冰川表碛厚度,研究了贡嘎山地区冰川在1990—2019年间表碛覆盖范围及厚度变化情况,同时对比了东西坡差异。结果表明：① 贡嘎山地区冰川表碛扩张总面积达43.824 km²。其中,海螺沟冰川扩张2.606 km²、磨子沟冰川1.959 km²、燕子沟冰川1.243 km²、大贡巴冰川0.896 km²、小贡巴冰川0.509 km²、南门关沟冰川2.264 km²,年均扩张率分别为3.2%、11.1%、1.5%、0.9%、1.0%和6.5%;② 海螺沟冰川、磨子沟冰川、燕子沟冰川、大贡巴冰川、小贡巴冰川、南门关沟冰川表碛平均增厚分别为5.2 cm、3.1 cm、3.7 cm、6.8 cm、7.3 cm和13.1 cm;③ 西坡冰川表碛覆盖度高,表碛覆盖年均扩张率低,冰川末端退缩量小;东坡冰川表碛覆盖年均扩张率高,但表碛覆盖度总体低于西坡,冰川末端退缩量大。     

无人机在冰川变化监测中的应用——以唐古拉山小冬克玛底冰川为例

近年来,无人机技术发展迅速。无人机的灵活、便携、超高分辨率等特性使其在冰川变化监测上具有很好的发展前景。论文以青藏高原腹地的唐古拉山小冬克玛底冰川为例,首次在海拔5400 m以上的地区开展了无人机航测,通过非冰川区的基岩对2019年7月20日、2019年9月27日和2020年7月16日3期航测产品进行相对校正,分析了小冬克玛底冰川在物质平衡年和消融期内的变化情况,并进一步讨论了无人机在冰川区观测时所遇到的问题及其优势,以期为后续研究提供参考。结果表明:利用无人机技术能够实现冰川在消融期内的末端、面积以及高程变化监测,并对冰川的细部特征进行分析,适合于小区域单条冰川的变化监测。     

1990-2020年间念青唐古拉山中段北坡边坝地区冰川变化及气候响应

念青唐古拉山作为青藏高原东南缘重要山古冰川分布区,受季风影响,各区域冰川变化特征差异明显。论文通过Landsat TM/ETM+/OLI资料、ASRTMGDEM与气象数据,采用比值—阈值法、目视解译和VOLTA模型,结合实地考察,对1990—2020年间念青唐古拉山中段北坡边坝地区现代冰川进退状况、面积变化、冰储量变化以及冰川变化对气候变化响应特征进行研究。结果表明：① 1990—2020年5条冰川(玉贡拉冰川、玛拉波冰川、祥格拉冰川、孔嘎冰川、贡日—庚东冰川)末端高程逐渐升高,面积和冰储量分别减少30.38 km²和4.64 km³,总体缩减并呈现加速趋势。② 冰川冰储量减少0.14~1.92 km³,总体变化率为0.40%·a^-1。2020年上述5条冰川储量占1990年冰川储量的比例分别为0.70、0.99、0.98、0.91和0.82,显示出冰川规模越大,在短时间尺度的变化量越小。③ 气象数据分析显示,1990—2020年研究区冰川变化受气温升高主导,平均气温变化率为0.51 ℃。水热组合呈现温度升高—降水减少,且在最后10 a日益显著,预测未来冰川变化仍受气温控制并呈加速退缩趋势。④ 区域对比研究表明,念青唐古拉山冰川面积变化总体呈退缩状态,但各区域冰川变化特征差异明显。同时,不同研究方法对同一冰川区冰储量模拟结果相差较大,相对误差范围为34.45%~115.49%,精确的冰储量可对比研究方法仍有待进一步研究。     

中亚天山山区冰雪变化及其对区域水资源的影响

冰川和积雪是构成山区固体水库的主体,对区域水资源稳定性具有调节功能,但深受气候变化的影响。以中亚天山为研究区域,基于长时间序列的观测数据,分别从冰川、积雪、水储量、径流等方面进行分析,并选取阿克苏河、开都河及乌鲁木齐河3个典型流域,研究天山山区冰雪变化对流域水资源的影响。结果表明：① 冰川退缩速率与面积的函数关系为f（x） = -0.53×x^-0.15 （R² = 0.42,RMSE = 0.086）,说明小型冰川对气候变化的响应更为敏感。同时,中低海拔区域的冰川退缩速率大于高海拔区域;② 2003-2015年天山山区水储量的递减速率为-0.7±1.53 cm/a,天山中部区域的递减速率最大,这一结果与该区域冰川急剧退缩相吻合;③ 近半个多世纪以来,冰雪融水径流增加是这3个典型流域径流量增加的主要原因,其中阿克苏河增幅最大（达0.4×10⁸ m³/a）。但自20世纪90年代中期以来,3个流域的径流量都呈减少趋势,与流域内冰川面积减少、厚度变薄及平衡线海拔升高的关系密切。研究结果揭示了气候变化驱动下的山区固态水体储量变化对流域水资源的影响机制,以期为流域水资源管理提供有价值的决策参考。     

1978-2015年喀喇昆仑山克勒青河流域冰川变化的遥感监测

本文采用1978、1991、2001和2015年的Landsat MSS、TM、ETM+和OLI遥感影像,通过遥感图像计算机辅助分类和目视解译等方法提取冰川边界,分析喀喇昆仑山克勒青河流域冰川在1978-2015年间的进退变化。结果表明：1978-2015年间研究区冰川面积由1821.70 km2减少至1675.92 km2,减少145.78 km2,占1978年冰川总面积的8.00%;冰川消融率较低,在气候变暖的背景下反而呈现出退缩速率由快变慢的趋势。研究区东南向冰川退缩率明显高于西北向,冰川退缩率随冰川规模的增大而减小。研究区内有27处冰川在1978-2015年间发生过特殊的前进现象,面积与长度显著增加。其中,木斯塔冰川西侧冰川末端在1996-1998年间前进速度为904 m/a,乔戈里冰川东侧冰川末端在2007-2009年间前进速度为446 m/a,5Y654D0097冰川末端在1978-1990年间前进速度为238 m/a,初步判定这三条冰川为跃动冰川。以10 a为滞后期分析研究区周边气象站点资料发现：研究区气温持续升高,降水量以1981年为分界点呈现“先减后增”趋势是冰川退缩速率减慢的原因之一;此外,亚大陆型冰川性质、巨大山势条件和高山冷储作用,也可能是冰川退缩幅度较小的原因。