20世纪全球变暖的冰冻圈证据

20世纪80年代以来，地面气象观测结果表明全球气温在明显升高，而探空资料和卫星遥感资却表明低层大气在降温，这使得人们对于全球变暖问题提出了质疑。通过对近100多年来冰冻圈各组成要素（冰川、积雪、冻土、海冰等）变化的综合分析，并结合全球不同地区的冰芯记录，证明了20世纪全球气候是在变暖，指出开展冰冻圈（尤其是冰盖、积雪、冻土和海冰）与大气／海洋之间相互作用（影响和响应）过程研究的必要性和迫切性。     

中国西部冰川对近期气候变暖的响应*

中国冰川主要分布在青藏高原及周边地区,在这一广大的区域内分布有冰川46377条。研究表明,中国西部变暖显著,1950年代以来平均气温上升0.2℃/10a,其中1990年代是近千年中最暖的10年;同时,1950s以来西北各省的降水量增加了约18 ％ 。为认识这一气候变化对中国西部冰川的影响,利用遥感和地理信息系统方法,获取了近50a来5000多条冰川的变化状况。结果表明,中国西部82.2 ％ 的冰川处于退缩状态,冰川面积减少了4.5 ％ ,同时也有一些冰川处于前进状态。此外,近数十年中国西部冰川变化表现出明显的区域差异,青藏高原中部和西北部地区的冰川相对稳定,而高原周边山区的冰川物质亏损严重,处于加速退缩状态。     

冰冻圈生态系统若干问题评述

冰冻圈是气候系统中的五大圈层之一,冰冻圈变化对其内部及关联生态系统的影响已成为全球变化关注的热点领域,冰冻圈生态系统的概念也得到了越来越多的应用。本文基于国内外对冰冻圈要素与生物之间相互作用的已有研究成果,对冰冻圈生态系统的组成、各冰冻圈要素与生物之间的关系进行了系统梳理。目前,冰冻圈生态系统的研究热点主要是冰冻圈生境特征和生境变化对生物群落带来的影响。从生物群落是否直接生活在冰冻圈要素内来看,可将生态系统分为以微生物为主的冰冻圈内生生态系统（endophytic ecosystem of cryosphere）和冰冻圈关联生态系统（cryosphere-related ecosystems）。总体来看,目前冰冻圈生态系统的研究主要关注不同物种（例如陆地动植物、陆地淡水生物、海洋生物、海岸动物和鸟类动物等）对冰冻圈变化的响应,未来应重点开展冰冻圈变化对生物群落影响的定量化研究,特别要考虑冰冻圈各要素变化对生物群落影响的时间尺度和空间范围。     

1980-2017年青海省玉树地区季节冻土变化对气候变暖的响应

利用玉树地区5个气象台站1980-2017年逐月温度和最大冻土深度资料,采用线性趋势、相关及主成分分析等统计方法,对玉树地区最大季节冻土深度在气候变暖背景下的变化规律进行了详细探讨,在分析冻土深度与气温及地表温度变化关系的基础上给出最大冻土深度对温度变化的响应模型。结果表明：1980-2017年玉树地区最大冻土深度以10 cm·（10a）^-1速率呈显著下降趋势,年代际间变化则表现出“减-增-减-增”波动特征,年内对温度变化的响应在时间上存在一定滞后性;最大冻土深度空间分布呈“西北高、东南低”且具有明显的垂直地带性分布;温度变化对局地季节性冻土的影响有一定差异性,除平均最高地温外其余各温度因子与最大冻土深度变化具有良好的一致性,对冻土影响最大的是平均地温,其次为平均最低气温和平均气温,季节性冻土对气温变暖的响应呈现为退化状态。最大冻土深度变化的温度影响因子主成分回归表明,近年来气温和地温的显著升高是玉树地区冻土退化的最大驱动力,响应模型对估算玉树地区未来最大冻土深度的变化具有较高的可信度。     

中国极地冰冻圈数据库设计

以世界各国极地冰冻圈数据为基础，我国极地冰雪数据为核心，全面、系统地存储南极和北极地区冰盖、冰川、冻土、积雪、海冰、冰雪化学、地形等方面的基础信息和观测资料，建成了我国极地冰冻圈数据库，在Windows NT平台上，利用Power Builder和Visual C^ 语言开发客户／服务器（Client/Server)模式下的数据库管理系统（SQL Server），其中空间地形数据与地理信息系统软件ARC／INFO）格式兼容，极地冰冻圈数据库系统与国际互联网（Internet)相连接，通过建立极地冰冻圈数据库系统网页，向用户提供WWW服务网址，用户在权限范围内可以方便地实现对网上资源的检索、浏览、打印、下载等所有功能。     

我国寒区径流对气候变暖的响应

文章总结了近期我国冰冻圈变化对水文过程影响研究的主要成果。研究表明,过去50年全球变暖已经对我国主要寒区河流径流产生了影响。实测资料和模拟结果均表明气候变暖导致冰川径流的显著增加,但未来气候变暖导致的冰川径流峰值大小和出现时间取决于冰川规模和升温速率。同时冰川融化加剧已经导致青藏高原冰川补给湖泊面积扩大、水位上升,随着气温的变暖,冰川减薄后退、冰川融水增多、冰湖库容增加,结果是洪水总量在不断增大,洪水频率也在不断增加; 气候变暖已经导致融雪径流过程提前,改变了径流的年内分配; 冻土退化使径流年内过程趋于平缓,主要是由于随着冻土退化,冻土的隔水作用减小,一方面使冻土区地表径流减少,有更多的地表水入渗变成地下水,使流域地下水水库的储水量加大,导致冬季径流增加;另一方面,入渗区域的加大和活动层的加厚,使流域地下水库库容增加,使流域退水过程更为缓慢。     

面向可持续发展的冰冻圈科学

21世纪以来, 在全球气候变暖的大背景下, 冰冻圈科学发展快速。在梳理国际冰冻圈相关研究态势、 分析中国相关研究动向的基础上, 总结了“冰冻圈科学”发展的历程并简要介绍了冰冻圈科学的基本框架。研究指出, 自20世纪70年代冰冻圈概念正式提出以来, 国际社会以推出气候与冰冻圈（WCRP-CliC）计划和成立国际冰冻圈科学协会（IACS）为标志, 并在深化冰冻圈自身机理、 过程认识的同时, 更加关注与其他圈层之间相互作用中的冰冻圈效应, 表明冰冻圈研究趋向变化 - 影响 - 适应这一主线发展, 在一定程度显现出了“冰冻圈科学”的核心特征。中国冰冻圈研究近20年、 尤其是近10年发展迅猛, 沿着冰冻圈科学的主体思路, 在冰冻圈变化, 冰冻圈变化对生态、 水文、 气候、 地表环境以及社会经济的影响等方面取得了系统性成果, 对冰冻圈科学的内涵和外延有了系统的认识。在分析国际冰冻圈科学孕育和发展背景并简要总结中国冰冻圈研究近况基础上, 对冰冻圈科学学科框架体系从科学内涵和外延、 研究构架和学科组成等方面进行了论述, 冰冻圈科学已经成为一门涉及广泛、 过程机理研究与可持续发展密切关联的全新学科。     

中国冰冻圈水文过程变化研究新进展

冰冻圈显著的变化已经对冰冻圈水文过程产生了一系列影响。本文重点梳理和分析了近20年，尤其是近10年以冰川融水、融雪径流、冻土水文等为主体的中国冰冻圈水文过程变化研究方面取得的新进展:①在冰川融水变化研究方面，对不同尺度的冰川融水开展了全面研究，发现冰川融水呈现全面增加之势；对冰川融水"拐点"是否出现进行了科学辨识，有了基本认识；对冰川融水过程进行了模型模拟，取得显著进展。②在融雪径流变化研究方面，通过对不同流域融雪径流估算，可基本掌握各河流的融雪贡献率；中国融雪径流变化差异较大，增减不一；融雪期变化具有普遍性，突出特点是峰值提前。③在冻土水文研究方面，通过对地表水-活动层壤中流-多年冻土层上水之间关系的研究，揭示了冻土区径流形成的重力和热力耦合机制；多年冻土变化对地表径流的影响已经显现，主要表现在冬季（枯水季）径流增加；已经发现多年冻土退化对径流有直接补给作用，在一些流域补给量可能达到一定量级。     

典型冰冻圈区域河流黑碳研究进展

冰冻圈区域河流是连接冰冻圈及河流中下游,乃至海洋碳库的重要通道。气候变暖导致冰冻圈快速萎缩,致使储存在冰川和冻土中的黑碳暴露并迁移,深刻影响冰冻圈区域河流黑碳的来源及输移过程,对海陆碳循环具有重要意义。本文重点综述了青藏高原、北极、阿尔卑斯山脉、落基山脉以及安第斯山脉等典型冰冻圈区域河流黑碳的通量、来源以及传输运移途径。结果表明：典型冰冻圈区域河流黑碳的传输通量约为2.29 Tg·a^-1,约占全球河流黑碳通量的5.33%。除大气干湿沉降和径流侵蚀外,冰川消融和冻土退化对冰冻圈区域河流黑碳浓度及通量变化具有显著影响,其中青藏高原和阿拉斯加冰川消融每年释放进入河流的黑碳通量分别为10.00 Gg(7.74～12.30 Gg)和0.60 Gg(0.47～0.73 Gg)。然而,冻土退化对冰冻圈区域河流黑碳的影响程度尚不清楚。总体而言,冰冻圈区域河流黑碳的研究不足将严重限制区域乃至全球碳循环的系统认识,未来亟需加强冰冻圈区域河流黑碳的系统监测与研究,为量化全球变暖背景下冰冻圈区域河流黑碳变化及其影响提供科学数据。     

近百年来冷圈波动

本世纪CO_2的增温导致了冷圈波动。中纬度山地冰川的普遍退缩与加速消融引起了海面持续上升。格陵兰冰盖目前尚未处于显著的负平衡状态,边缘区在变薄,中心区在增厚。南极大陆冰盖还在增长,但基底可能发生退缩。北极海冰在1935—1960年期间退缩了10％,南极海冰面积在1973—1980年间减少了2.5×10~6km~2。大陆积雪的变化主要表现在中纬度地区,并呈现出区域性差异。而高纬度地区,大陆冰盖的降雪量有增加趋势。     

小冰期以来中国季风温冰川对全球变暖的响应

中国的季风温冰川主要分布在青藏高原东南部、冰川覆盖面积为 １３ ２０３．２ ｋｍ２,占我国冰川 总面积的２２．２％．由于这类冰川的特性、对气候变暖极为敏感自小冰期最盛时（１７世纪）以来,温冰 川区平均升温０．８℃,冰川面积减小相当现代面积的３０％,为３９２１．２ｋｍ２．预估中国季风湿冰川区 ２１００年的升温值２．１℃,届时冰川面积将减少７５％,达９９００ ｋｍ２左右,考虑到降水增加趋势等因 素,实际冰川退缩比例不大于８０％,但这已足以说明温冰川的大规模衰退．其后果将对当地水资源 和环境产生重大影响     

气候变暖使珠穆朗玛峰地区冰川处于退缩状态

９９７年中美联合考察队对珠穆朗玛峰绒布冰川考察期间,采用ＧＰＳ技术对冰川末端位置进行了测量．将其结果与１９６６年考察测量的位置对比得出,过去３０ａ间该冰川末端后退了１７０～２７０ｍ,平均年退缩量为５５～８７ｍ．由于目前气候仍在变暖,该冰川将继续保持退缩状态．     

我国东北及邻近地区年平均气温异常及其对北半球气候变暖和欧亚雪盖面积的响应

根据我国东北及邻近地区201个常规气象台站的年平均气温资料,利用EOF和分段线性拟合等方法分析了该地区气温异常的年代际特征及其对北半球气温和欧亚雪盖面积的响应.结果表明:我国东北及邻近地区年平均气温异常主要有全区一致型和南北反向型两种.近50 a来气温总体呈单调上升趋势,尤其是1990年代后期增温趋势更加明显,时间上东部早于西部.结合降水,1980年代起东北北部由冷干向暖湿转变,而华北区则由暖湿向暖干转变.东北北部升温单调、剧烈、显著,南部在1968和1985年曾两次发生突变,经历过1970-1980年代初的低温后增温趋势更加剧烈,其增温率几乎是第一次突变前的两倍.分析认为,我国东北及邻近地区大范围整体变暖与北半球平均气温的升高相一致;东北部气温的年际变化还受到欧亚雪盖面积的影响.     

北半球50条山地冰川近期的物质平衡状况

近期北半球大多数山地冰川的物质平衡为负,冰川普遍退缩,表明北半球气候暖化的趋势.由于区域气候波动和变化的差异性以及冰川对气候变化的敏感性(响应程度)的不同,北半球山地冰川在普遍退缩的背景下具有鲜明的区域特征.     

基于AVHRR影像的北半球积雪识别算法

针对2000年前北半球较高时空分辨率和高精度的历史积雪范围数据缺失问题,利用NOAA-AVHRR地表反射率数据,以Landsat-5 TM生成的积雪范围影像作为参考真值,优化基于多指标的多级决策树积雪识别算法的阈值,并结合云雪混淆区分技术,生成了北半球AVHRR 1981—1999年L1级逐日积雪范围数据集。此外,针对AVHRR在高纬度地区数据完全缺失和低纬度地区数据部分缺失问题,利用微波雪深数据集进行填充,生成了北半球L2级逐日积雪范围数据集。最后,利用北半球1981—1999年间2 546个气象台站记录的雪深数据和939景Landsat-5 TM参考积雪范围影像作为验证数据,对AVHRR积雪范围数据集进行了精度验证。结果表明：L1级和L2级数据集的总体精度分别为81.8%和82.2%,用户精度分别为83.7%和83.8%,生产者精度分别为81.7%和84.2%,说明算法精度较高,错分误差和漏分误差均比较均衡。进一步利用Landsat-5 TM参考积雪范围影像对L2级数据集进行面上精度评估,发现L2级数据集的总体精度为90.3%,用户精度为90.2%,生产者精度为99.1%,L2级数据集精度较高。生成的北半球历史数据集可为全球积雪变化研究提供有效数据补充。     

青藏高原积雪变化趋势及其与气温和降水的关系

根据６０个地面基本气象台站１９５７￣１９９０年逐日雪深，月平均气温，月降水量观测记录，用ＡＲＭＡ（ｐ，ｑ）模型检验了青藏高原积雪变化趋势。结果表明，高原积雪变化呈增加趋势，与南极大陆及格陵兰冰盖表面雪积累率的增加相一致。     

西北边境地区冰冻圈遥感调查与监测(2013—2015年)主要进展

2013—2015年由中国国土资源航空物探遥感中心牵头开展了中国地质调查局地质调查项目“西北边境地区国土资源遥感综合调查”,我国西北边境高寒、高海拔地区的冰冻圈遥感调查是其中一项重要内容。冰冻圈遥感调查的主要进展有: 基于地形地貌、地温分布和坡度坡向特征等综合信息完成了藏北等地区的多年冻土范围调查; 利用高分1号(GF-1)宽幅数据和Landsat数据,对2013年1月—2014年12月期间阿里西部地区近10 000 km²的积雪覆盖情况进行了连续19个期次的动态监测; 基于1999—2013年间的Landsat多期影像,对班公湖和斯潘古尔湖冷季6个月份的湖冰覆盖情况进行了动态调查。     

我国典型海洋型冰川区高海拔区输出水量变化对气候变暖的响应

通过丽江盆地气象水文观测资料研究发现: 冰雪消融加剧、融水增加, 漾弓江流域径流量明显上升; 高海拔冰雪区消融期提前, 春季径流增加明显; 高海拔冰雪区的径流输出对漾弓江流域水量平衡的贡献量逐年增加, 体现了全球气候变暖背景下高海拔冰雪区对整个流域水循环的重要性.对海螺沟流域实测气象水文资料的分析也表明, 气候变暖背景下, 该流域冰雪区水量输出也逐年上升.两流域高海拔区输出水量的剧烈增加, 明显响应了气候变暖, 表明了流域水循环的加速, 这必然将对区域的发展和资源开发产生重要影响.      

基于多源数据的西藏地区积雪变化趋势分析

利用1980—2009年气象台站的观测数据、 北半球NOAA周积雪产品和2001—2010年500 m分辨率的EOS/MODIS积雪产品等多源资料, 从不同角度对近30 a来西藏区域积雪变化趋势进行了分析. 结果表明: 不同资料分析均显示, 近30 a来西藏地区积雪不断减少, 尤其以近些年较为明显. 近30 a积雪日数、 最大积雪深度总体上呈现下降趋势, 尤其是进入21世纪以来, 下降趋势非常明显. 从秋冬春季节的积雪变化趋势来看, 冬、 春两季的积雪在减少, 而秋季在增多, 这些变化趋势都与各季节的气温和降水密切相关. NOAA资料显示, 近30 a来西藏地区的积雪覆盖面积正在逐步减少; 季节变化略有不同, 春、 秋两季略呈上升趋势, 冬、 夏两季在减少, 且夏季减少趋势较明显. MODIS资料分析表明, 近10 a来西藏地区的积雪总体呈下降趋势, 尤其是2007年下半年开始下降明显. 秋季的积雪在增加, 冬、 春、 夏三季的积雪趋于减少, 且春季的下降趋势最明显, 其次为冬季, 夏季的减少幅度最小. 不同海拔的积雪都有减少趋势, 最明显的是海拔4 000~5 000 m的积雪, 其次是海拔5 000~6 000 m段. 按地理区域分析, 近10 a来西藏东、 西、 中3个区域的积雪都呈减少趋势, 其中西部的下降趋势最明显, 其次为中部, 东部相对较稳定.