新疆冰川近期变化及其对水资源的影响研究

新疆的冰川水资源居全国第一,在新疆水资源构成和河川径流调节方面占有重要地位。最近30多年来,随着气温升高,冰川出现了剧烈的消融退缩,冰川融水径流量普遍增加,并对气温的依赖性增强。文章基于最新冰川观测研究资料,阐述新疆冰川的近期变化,分析对水资源的影响。研究表明,所研究的1800条冰川,在过去26～44年间,总面积缩小了11.7％,平均每条冰川缩小0.243km2,末端退缩速率5.8m/a。冰川在不同区域的缩小比率为8.8％～34.2％,单条冰川的平均缩小量为0.092～0.415km²,末端平均后退量为 3.5～10.5m/a。由于新疆各流域中冰川的分布、变化特征,以及融水所占河川径流的比例不同,因此,未来气候变化对新疆各个区域水资源的影响程度和表现形式是不同的。分析表明,在塔里木河流域,冰川水资源具有举足轻重的作用,但是,一旦冰川消融殆尽,对该地区将产生灾难性影响,现今该区冰川消融正盛,估计在今后30～50年,只要保持升温,冰川融水量仍会维持。未来20～40年,天山北麓水系中,1km²左右的小冰川趋于消失,大于5km²冰川消融强烈,因此,以小冰川居多的河流受冰川变化的影响较大。东疆盆地水系中的冰川数量少,并处在加速消融状态,河川径流对冰川的依赖性强,冰川的变化已经对水资源量及年内分配产生影响,水资源已经处在不断恶化之中。对于伊犁河与额尔齐斯河流域,未来冰川变化对水资源的影响在数量上可能有限,但会大大削弱冰川融水径流的调节功能。而气候变化对积雪水资源的影响和可能造成的后果应该予以特别关注。     

1958-2005年祁连山老虎沟12号冰川变化特征研究

老虎沟12号冰川是祁连山最大的冰川, 面积为21.9 km2, 为极大陆型冷性复式山谷冰川. 该冰川监测开始于1958年, 1962年监测被迫终止;其后于20世纪70-80年代有过短期考察, 2005年恢复全面观测. 基于野外GPS观测, 两期1∶50 000地形图和两期1∶10 000地形图及Landsat ETM 遥感影像, 分析了过去近50 a来多时间段冰川的变化特征及其对气候变化的响应过程. 结果表明: 1957-1976年间冰川退缩约100 m, 平均退缩速率5 m·5a-1, 此后冰川归于平稳态; 1985-2005年间冰川退缩140.12 m, 退缩速率较之前(1957-1976年)提高了40.2%. 结合玉门镇气象资料分析认为, 升温幅度的增大是影响20世纪90年代中期以来老虎沟12号冰川退缩加剧的根本原因, 冰川在持续高温情景下的气候响应要敏感于低温情景.     

近几十年来喜马拉雅山冰川变化及其对水资源的影响

对近几十年来喜马拉雅山地区冰川变化的研究成果进行了综述,可以看出:气温普遍升高、冰川加剧退缩和冰川湖泊扩大是喜马拉雅山地区气候和冰川变化的主要特征和后果.冰川退缩导致冰川灾害的危险性增加并对本地区河流径流和水资源产生较长远的影响.但各段的气候、冰川变化及其影响存在区域差异,还需要对冰川变化和水资源影响方面的预估进行更广泛和深入的研究.     

祁连山东段冷龙岭地区宁缠河3号冰川变化研究

2009年7月对祁连山东段冷龙岭地区宁缠河3号冰川进行了野外考察, 对冰川周围布设测量控制网, 并利用GPS-RTK技术测量了冰川表面高程与面积、 末端等信息, 同时使用加拿大EKKO型探地雷达测量了冰川厚度. 结合1972年航测1973年调绘出版的地形图以及1995年与2009年两景TM影像等资料, 分析研究了宁缠河3号冰川自1972年以来的变化. 结果表明: 宁缠河3号冰川近37 a以来萎缩严重, 冰川末端退缩约6%, 面积减小13.1%, 冰川体积减少35.3%; 冰川主要以减薄的形式在萎缩, 冰川平均厚度由1972年的36.8 m, 减为2009年的27.4 m. 周边站点气象资料表明, 该区域近几十年来出现不同程度的升温, 是导致冰川快速萎缩的主要原因.     

新疆山地冰川变化及影响研究进展

揭示新疆山地冰川变化及其影响,对新疆山地-绿洲-荒漠系统的健康和稳定发展意义重大。系统梳理新疆冰川物理变化、化学过程、生物资源、气候响应与生态效应等研究成果。结果表明:(1)新疆山地冰川总体上呈加速消融之势,且受地形、气候影响,冰川变化的区域性差异明显;(2)气溶胶解释了乌鲁木齐河源1号冰川表层物质的组成与来源,同位素定量了各流域径流中冰川融水的比例;(3)冰川变化对极端微生物生存条件、空间分布的影响研究较为成熟,但其与生物资源间的综合反馈机理尚不明晰;(4)冰川消融对水资源的影响随冰川融水拐点的到来而加剧,造成的生态服务缩减和冰雪产业损失日益凸显。制定统一的冰川提取标准、扩宽研究视角、全面系统观测冰川、提高模拟预测精度、加强灾害预警与制定对策是未来新疆山地冰川研究的关注点。     

新疆山地冰川变化及影响研究进展

揭示新疆山地冰川变化及其影响,对新疆山地-绿洲-荒漠系统的健康和稳定发展意义重大。系统梳理新疆冰川物理变化、化学过程、生物资源、气候响应与生态效应等研究成果。结果表明：①新疆山地冰川总体上呈加速消融之势,且受地形、气候影响,冰川变化的区域性差异明显;②气溶胶解释了乌鲁木齐河源1号冰川表层物质的组成与来源,同位素定量了各流域径流中冰川融水的比例;③冰川变化对极端微生物生存条件、空间分布的影响研究较为成熟,但其与生物资源间的综合反馈机理尚不明晰;④冰川消融对水资源的影响随冰川融水拐点的到来而加剧,造成的生态服务缩减和冰雪产业损失日益凸显。制定统一的冰川提取标准、扩宽研究视角、全面系统观测冰川、提高模拟预测精度、加强灾害预警与制定对策是未来新疆山地冰川研究的关注点。     

天山哈密庙尔沟平顶冰川和奎屯河哈希勒根51号冰川成冰带与雪层pH值和电导率对比研究

对天山哈密庙尔沟平顶冰川和奎屯河哈希勒根51号冰川的雪层剖面及雪坑中pH值和电导率的变化特征进行了初步研究.结果表明:哈密庙尔沟平顶冰川以渗浸-冻结成冰作用为主,一年成冰,成冰带由消融带和渗浸-冻结带组成,渗浸-冻结带的垂直高度在60 m左右或者更大一点;奎屯河哈希勒根51号冰川的成冰作用以暖型为主,成冰带由消融带、渗浸-冻结带和渗浸带组成,渗浸-冻结带的垂直高度不大于70 m.雪坑中pH值和电导率的较高值一般出现在冰片和污化层附近,这与冰的阻碍、引起可溶性离子在冰面上部的高浓度值和可溶性离子的淋溶过程与污化物的迁移过程密切联系直接相关.哈密庙尔沟平顶冰川雪坑中pH值和电导率之间的相关性异于奎屯河哈希勒根51号冰川,由于雪坑的资料有限,有待进一步的深入研究.     

基于多源数据的天山乌鲁木齐河源1号冰川变化研究

基于2012年RTK-GPS、2015年三维激光扫描和2018年无人机航测数据,以天山乌鲁木齐河源1号冰川为研究区,分别从物质平衡、面积、末端等方面分析近期冰川变化.结果表明:乌鲁木齐河源1号冰川近年来呈快速消融趋势.2012—2018年冰川面积减少0.07 km2,年平均面积变化率为-0.01 km2·a-1;同期,...     

天山东部冰川雪坑离子浓度特征的对比研究——以奎屯河哈希勒根51号冰川和哈密庙尔沟平顶冰川为例

对2004年获取的天山奎屯河哈希勒根51号冰川1个雪坑和哈密庙尔沟平顶冰川4个雪坑的离子浓度特征进行了研究,结果表明:Ca2 、NO3-和SO24-是哈密庙尔沟平顶冰川雪坑雪层和积累区雪坑底部冰中的主要离子(尤其是Ca2 ),其雪层中的主要阳离子关系可在底部冰中得以较好的反映,但雪层中各离子浓度与海拔的相关性不明显,可能与海拔的跨度较小和挖取的雪坑较疏有关;雪坑底部冰中的离子浓度与海拔间明显的相关性说明淋融作用随着海拔升高、气温降低而逐渐减弱。SO24-和Ca2 是奎屯河哈希勒根51号冰川雪坑中的主要离子(尤其是SO42-),其雪坑离子化学特征与哈密庙尔沟平顶冰川差别较大,可能与哈密庙尔沟平顶冰川处于塔克拉玛干沙漠、古尔班通古特沙漠和鄯善沙漠的下风向相关,还可能与雪层内淋融作用的强弱和沉积通量的高程效应有关。哈密庙尔沟平顶冰川积累区雪坑中NH4 、NO3-和K 的Cs/Ci较Ca2 、Mg2 和Na 要大,奎屯河哈希勒根51号冰川Na 和NH4 的"雪冰比"较Cl-、SO42-、Mg2 和Ca2 要大,说明这两条冰川雪坑中的Ca2 和Mg2 信号较其它离子可能更易于在冰芯记录中保存下来,为冰芯研究和古气候记录的恢复提供了保障。     

祁连山北坡流域冰川物质平衡波动及其对河西水资源的影响

祁连山北坡各流域发育有现代冰川 2 166条 ,总面积 13 0 8km2 ,冰储量 60km3,冰川融水补给河流约 8× 10 8m3·a-1,占河西地表总径流量的 11% .近 4 0a来 ,东段石羊河流域冰川物质平衡 (Bn)呈较大负平衡 ,Bn在 - 80～ - 12 0mm间 ;西段的讨勒河、疏勒河和党河流域冰川具正物质平衡 ,Bn在+ 5 0～ + 90mm ;黑河流域的冰川处于过渡区 ,其冰川物质平衡多年平均在 - 4 0～ + 4 0mm间 .冰川物质平衡的变化直接影响着河流径流的变化 ,洪水坝河、党河和昌马河的冰川融水补给率达 3 0～ 4 0 %以上 ,东大河、大渚马河、马营河和讨勒河的补给率在 12 %～ 14 %之间 ,而西营河和梨园河仅有 7%左右 .冰川物质平衡逐年变化显示 ,2 0世纪 5 0～ 70年代冰川以负物质平衡为主 ,80年代开始向正的平衡开始转化 ,90年代以正平衡为主 ,主要是冬季气温上升引起的降雪量增加的结果 .在全球气温变暖情景下 ,东段冰川物质平衡将呈增加的趋势 ,西段冰川物质平衡将呈下降的趋势 ,将使西段以冰川融水补给的河流径流增加 ,而东段石羊河流域径流下降明显 .     

哈密地区地表水资源现状分析

通过对哈密地区地表水资源状况及开发利用情况分析，提出了存在的主要问题及其对策，为本地区水资源的开发、利用和保护提供依据。     

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。     

乌鲁木齐河源区气候变化和1号冰川40a观测事实

分析研究了天山冰川站自 195 9年以来的气温、降水、水文、冰川物质平衡、冰川末端变化、冰川运动和冰川面积变化观测资料 .结果表明 ,2 0世纪 90年代中期以来 ,乌鲁木齐河源区处于一个最为显著的暖湿阶段 .195 8— 2 0 0 0年的 4 2a间 ,1号冰川年平均物质平衡量为 - 188.6mm (约为 - 34.6× 10 4m3 ) ,累积物质平衡量达到 - 792 5mm ,亦即冰川减薄了 8m多 ,累积亏损量达 14 5 2× 10 4m3 .1号冰川面积在 196 2— 2 0 0 0年的 38a间减少 0 .2 2km2 ,为 11% ,并呈加速减小趋势 .196 2年至今 ,1号冰川东支末端共退缩 16 8.95m ,西支 185 .2 3m ,冰川表面运动速度减缓 .1号冰川年融水径流量有增加趋势 ,1985年前后是个分界线 ,1986— 2 0 0 1年年均径流深为 936 .7mm ,较之 195 8— 1985年的 5 0 8.4mm高出 4 2 8.3mm ,亦即增加 84 .2 % .气温持续升高 ,冰川冷储减少可能是导致冰川加速消融的重要原因 .     

2000-2014年祁连山西段老虎沟12号冰川高程变化

祁连山冰川自1990s以来持续萎缩,冰川融水径流变化对邻近的干旱区水资源产生重要影响。以往遥感与实测研究显示祁连山西段老虎沟12号冰川面积减少、末端退缩、运动速度降低及平衡线高度升高。为了进一步验证老虎沟12号冰川变化规律,利用高分辨率TerraSAR-X/TanDEM-X微波影像数据,与SRTM-C DEM进行差分干涉,得出老虎沟12号冰川2000-2014年高程年平均变化值为（-0.29±0.09）m·a^-1。为了验证遥感观测结果,利用RTK-GPS对老虎沟12号冰川表面进行测高,并与SRTM-C DEM上相应点的高程值进行比较,计算测量点的高程年变化值,结果显示两种方法获得的年平均变化值之间具有很好的正相关性,表明利用TerraSAR-X/TanDEM-X微波影像数据及差分干涉技术监测祁连山冰川高程变化具有较好的可行性。     

祁连山东段宁缠河1号冰川和水管河4号冰川表面运动速度研究

祁连山东段冷龙岭北坡冰川融水是河西走廊重要的水源补给,然而却少有现代冰川运动观测资料. 通过在该区域宁缠河1号和水管河4号冰川布设花杆,观测了冰川表面的运动速度. 结果表明：2010-2012年,面积较大的水管河4号冰川表面年平均运动速度(5.2 m·a^-1)要高于面积相对较小的宁缠河1号冰川(2.8 m·a^-1). 水管河4号冰川最大运动速度出现在花杆观测区域的最上部(接近物质平衡线),宁缠河1号冰川最大运动速度出现在坡度较大的区域,说明冰川最大运动速度通常出现在平衡线附近,但还要考虑坡度等地形因素的影响. 较之早期的观测资料,水管河4号和其他中国西部地区冰川的运动速度呈现出减缓趋势,可能是物质平衡持续亏损导致冰川厚度变薄的直接结果.     

气候变化对伊逊河流域水资源量的影响

海河流域作为中国水资源最为紧张的流域,其水资源对气候变化非常敏感.以海河流域中受人类活动影响较小的伊逊河流域为对象,基于海河流域未来气候变化研究成果构建了20种气候变化情景,应用具有物理机理的分布式流域水文模型模拟了不同气候变化情景下的流域水循环情景,对气候变化对伊逊河流域水资源量的影响进行了分析,结果表明气温升高1℃将使流域内3.8mm的径流转化为蒸散发,降水的增加将使流域的蒸发和径流都有所增加,其中新增降水50%转化为蒸发,30%转化为径流.同时径流和蒸散发对于高温和强降水更为敏感.未来气候变化的不确定性使未来水资源量的变化也有很大的不确定性,在以升温为主、降水变化存在很大不确定性的情况下,伊逊河流域天然径流量可能进一步衰减.     

乌鲁木齐河源1号冰川积累区表面雪层演化成冰过程的观测研究

根据天山乌鲁木齐河源1号冰川积累区海拔4 130 m处28个月,每周1次的连续雪层剖面观测,分析研究了雪层厚度、雪层中的污化层、冰片和各种粒雪随时间的演变过程.结果表明:雪层中各种要素的演变受水热条件的影响而呈现明显的季节特征.根据温度、融水渗浸程度及雪层剖面的变化程度,我们将其分成冬季稳定期、夏季剧变期和春秋季波动期分别进行了分析.此外,还对雪层年限与年成冰量等进行了专门讨论.     

新疆冬季雪水资源估算及分布特征

应用2004—2010年EOS/MODIS遥感积雪监测资料,结合新疆89个气象站雪深、雪密度50年的观测记录,估算新疆冬季雪水当量,并对时空特征进行研究。结果表明:① 2004—2010年新疆年雪水当量最大峰值为368.83亿m3(2009—2010年)、最小峰值为93.91亿m3(2006—2007年),最大峰值是最小峰值的4倍左右,且6年中峰值出现的最早和最晚时间相差5旬。② 新疆雪水资源分布存在4个区域:南疆、东疆、伊犁和博州、北疆东北部,不同区域雪水当量峰值出现时间不同。新疆雪水当量峰值应该是4个区域峰值之和。③ 新疆雪水当量50年来呈现年际间的大幅波动,发展趋势沿着斜率为0.083 2的直线上升,表明雪水资源在逐年增多;波动幅度逐步加大,表明雪水资源偏少的年份有时也会发生。