新疆冰川、积雪对气候变化的响应(II):灾害效应

新疆地区冰川、积雪广泛分布,在其融水补给河川径流的同时,也常伴有冰川洪水、融雪洪水、冰湖突发洪水、冰川泥石流、冰雪崩和风吹雪等冰雪灾害发生,这些灾害对当地居民居住地以及重要国防干线的安全运营形成较大威胁.冰川、积雪变化直接影响到冰雪灾害发生的程度与影响范围,新疆的冰川洪水和冰湖突发洪水灾害主要发生在塔里木河流域的喀喇昆仑山、昆仑山以及天山南坡西部一带,融雪洪水灾害主要发生在新疆北部的阿勒泰地区、塔城地区和天山北坡一带,冰川泥石流、冰雪崩灾害主要发生在帕米尔高原、天山西段和西昆仑山地区,风吹雪主要在天山中、西段地区.随着全球气候变暖,尤其是新疆从1987年开始的气候由暖干向暖湿的转型,冰川退缩加剧,融水量增大,冰川洪水和冰川泥石流灾害随着冰川融水径流的增加而增多;而融雪洪水、雪崩和风吹雪随着气候变化引起的冬季积雪增加和气温升高,其灾害强度在增强;冰崩灾害随着气温升高引起的高山冰体崩解而呈增加趋势.在新疆地区,冰雪灾害主要表现为冰雪洪水,已观测到近十几年来在气候变化影响下冰雪洪水发生的频次和强度有增加的趋势,塔里木河流域的冰湖溃决洪水和冰川洪水及北疆春季的冰凌和融雪洪水已对当地的生命财产和社会经济发展带来巨大危害,新疆的水资源安全、灾害等问题日益凸显.预计未来,随着气候增温引起的冰雪融水径流的增加,相关的冰雪灾害增多,因而增加了冰雪灾害的危险程度,并可能形成若干新的灾害点.面对气候变化诱发的众多冰川、积雪灾害,目前还缺乏对灾害监测、预测预警方面的适应对策.因此,在全球气候变化不断加速的趋势下,冰雪灾害应引起有关方面的足够重视,加强气候变化对冰雪灾害的影响评估和适应性管理对策研究,使科学技术在减灾方面发挥主导作用.     

我国大陆型山地冰川对气候变化的响应

以乌鲁木齐河源１号冰川、唐古拉山冬克玛底冰川和祁连山“七一”冰川为例,着重探讨青藏高原冰川变化的能量机制．得到了在不同气候变化情景下,冰川平衡线对气候因子波动的响应值,并预测未来气候变化对青藏高原冰川物质平衡过程的影响．文中所选取的３条冰川中,以１号冰川对气候变化的响应最为强烈,而“七一”冰川以其独特的能量交换特征,对气候因子波动的响应相当迟缓,从而在全球山地冰川普遍缩小规模的背景下,该冰川处于相对较为稳定的状态．     

新疆阿克苏河流域昆马力克河积雪消融规律对气候变化的响应

作为气候变化产物及气候变化敏感指示器的积雪, 对干旱区的区域社会经济的发展、 生态环境的改善起着极其重要的作用. 为能够更好的指导环境变化下积雪水资源的合理开发利用, 基于2001-2010年MODIS积雪数据、 2005年MODIS土地利用/覆被变化(LUCC)数据及阿克苏气象站气象数据, 对昆马力克河流域积雪消融规律对气候变化的响应进行分析. 结果表明: 研究区气温自1997年后快速升高, 尤其以冬季和春节较明显; 年际、 年内及时段积雪消融规律对气候变化有较好的响应关系; 不同覆被下除农用地所在区域积雪覆盖率与气温变化服从线性变化外, 其他覆被下均服从抛物线型变化. 积雪覆盖率对气温变化的敏感程度有一定的差异, 以林地所在区域最敏感, 变化较快, 其次依次为灌丛、 草地和稳定雪/冰所在区域.     

天山南坡阿克苏流域冰川物质平衡及其融水径流对气候变化的响应研究

冰川融水是西北干旱区水资源重要组成部分,定量评估其变化对中、下游生态环境保护和工农业经济可持续发展具有重要意义。本文基于国家气象台站日降水和气温资料、数字高程模型(DEM)以及第一次冰川编目数据,利用度日模型模拟了天山南坡阿克苏流域1957—2017年冰川物质平衡及其融水径流变化,分析了融水径流组成及其对气候变化的响应。结果表明：1957—2017年流域年平均物质平衡为-94.6 mm w.e.,61年累积物质平衡为-5.8 m w.e.。流域冰川物质平衡线呈显著上升趋势,年均上升速率为1.6 m/a。研究区年均融水径流量为53.1×10⁸ m³,融水增加速率为0.24×10⁸ m³/a,融水径流及其组成分量均呈显著增加趋势。在气候暖湿化背景下,流域降水的增加使得冰川区积累量增加,在剧烈的升温作用下,冰川消融加剧,气温对融水径流的作用增大,因此冰川物质平衡亏损产生的水文效应增强。研究结果可提升区域冰川水资源效应变化及其影响的认识。     

不同规模山谷冰川及其径流对气候变化的响应过程

以天山伊犁河流域为背景,通过冰川动力模型模拟,研究了统计意义上不同规模冰川及其径流对气候变化的响应过程的差异性.结果表明,不同规模冰川对气候变化的敏感性有较大差异,冰川径流变化与气候的变化亦不一致.在气温变暖、冰川退缩的过程中,冰川径流有一个增大的过程,冰川径流的峰值大小和出现时间取决于冰川大小和升温速率.根据径流峰值出现时间与升温过程的一致与否,提出冰川径流增大的临界升温速度概念.     

亚洲高山区积雪物候时空动态及其对气候变化的响应

以亚洲高山区为研究区,在对2000—2020年逐日MODIS积雪产品进行去云处理的基础上提取了每一水文年的积雪日数（snow-covered days, SCD）、积雪开始日期（snow onset date, SOD）、积雪结束日期（snow end date, SED）和积雪持续日数（snow duration days, SDD）等积雪物候参数,并分析了积雪物候时空动态特征及其与气候变化的响应关系。结果表明：亚洲高山区积雪物候空间差异较大,并呈现出主要受海拔影响的垂直地带性分布规律。研究区SED主要集中在3—6月,在低海拔区SED出现在3月份及以前,而高海拔山区则推迟到6月份及以后;SOD主要集中在9—12月,高海拔山脉及高纬度地区的SOD出现较早,而低海拔区的SOD多出现在11月及以后。近20年,研究区SDD主要呈缩短趋势,在13.5%的区域呈显著缩短,而仅7.4%的区域为显著延长;SED主要呈提前趋势,在15.8%的区域显著提前,而仅8.8%的区域为显著推迟;SOD主要呈推迟趋势,在11.4%的区域表现为显著推迟,在8.2%的区域为显著提前。亚洲高山区积雪物候年际变化对气候变化的响应关系明显,积雪累积期气温是影响SOD年际变化的主导因子,而融雪期气温是影响SED年际变化的主导因子;气温的上升,导致了SOD的推迟、SED的提前和SDD的缩短。     

新疆阿尔泰山地区极端水文事件对气候变化的响应

新疆北部阿尔泰山地区受西风带气流影响, 降水丰沛, 尤其冬季积雪厚而稳定, 山区产流发育了额尔齐斯河与乌伦古河, 从西到东形成主要支流十余条. 在全球气候变化下, 山区气温上升明显, 极端降水增多, 气候变暖带来的水循环加快, 极端水文事件也趋于增多. 由于冬季气温升高, 春季积雪消融提前, 春季融雪洪水提前, 洪峰流量增强; 夏季极端降水增加, 使得暴雨洪水增多. 由于冬、 春季积雪增多, 雪灾发生频率增加, 春季的融雪洪水灾害危害增强. 极端水文事件引起的自然灾害已经威胁到阿勒泰地区的牧业生产、 交通安全和水资源供给, 应加强水文水资源安全对气候变化的应对措施, 提高水资源安全保障, 减缓气候变化的危害.     

气候变化对新疆哈密地区河川径流的影响分析

续利用.     

青藏高原冰川对气候变化的响应及趋势预测

青藏高原是世界上中低纬度地区最大的现代冰川分布区,这里冰川末端在近百年来总的进退变化趋势是退缩,但在本世纪初至20～30年代和70～80年代间多数冰川曾出现过稳定甚至前进。对比近百年来气候变化,冰川变化虽然滞后于温度变化,但它们之间存在着很好的对应关系,多数冰川对温度变化滞后时间在10～20年间。根据80年代以来平均物质净平衡值,大致将青藏高原划分为:内部为平衡或正平衡区;向外为负平衡区;边缘为强负平衡区。以冰川对气候响应滞后关系预测,在今后10～20年间,青藏高原边缘冰川末端仍继续处于后退,而高原内部冰川末端位置变化不大。     

新疆季节性积雪对地表温度的影响

在气候变暖背景下,土壤热状态的变化正对土壤中发生的物理、化学以及微生物过程起着至关重要的作用。土壤热状态通常由气温主导,并受到植被、积雪、土壤性质等局部因素控制。积雪改变了大气与土壤之间的能量交换,对冷季土壤热状态起到了决定性作用。本文基于新疆地区中国气象局77个观测站点逐日的积雪深度、气温、地表温度(土壤0 cm处)数据,利用统计分析与数值模拟方法,综合探究了新疆地区季节性积雪对土壤温度的影响,同时揭示了新疆地区积雪对土壤热状态影响的原理机制。结果表明,2005—2020年新疆地区77个气象站点冷季地表温度、气温、积雪深度、地气温差在空间上的分布具有一致性。2005—2020年稳定积雪站的冷季(10月—次年3月)平均雪深为5.9 cm,平均气温为-4.6℃,平均地表温度为-1.3℃。而非稳定积雪站平均气温为1.4℃,平均地表温度为2.4℃。地气温差受积雪深度的控制,积雪每增加1 cm,地气温差增加0.26℃。拟合结果显示,气温每增加1℃,当积雪深度为5 cm时,地表温度增加0.57℃;当积雪深度为30 cm时,地表温度增加0.20℃。进一步选取典型稳定积雪站阿勒泰站开展了2008年积...     

新疆乌鲁木齐地区积雪深度演变规律及对气候变化的响应

积雪深度D是水文模型和气象预测中的重要参数之一.基于新疆乌鲁木齐站1961-2013年积雪深度D及气象资料,分析了积雪起止日期、持续期特征和D的时间变化规律,并对比了不同模型对于D过程变化的适配效果.此外,对最大积雪深度Dmax进行了趋势检验,并简要分析了气象要素对D和Dmax的影响.结果表明:乌鲁木齐积雪的持续期在73~207 d范围变化,平均持续141 d,积雪开始日期和终止日均呈推迟趋势,积雪持续期呈增加趋势,但其趋势均不显著.可将积雪年内的D变化类型分为多峰缓变型、右偏型、尖峰型以及平峰型4种,分别用不同模型适配后发现整体上模拟效果较好的是Gaussian函数.在1961-2013年53 a期间的Dmax不具有自相似结构,但有显著上升趋势.气温尤其是最低气温与的D相关性最好,冷季降水总量与Dmax有的正相关关系,表明气温和同时期降水与积雪变化关系密切.春季迅速升温过程及一定的累积积雪深度可能令融雪型洪水爆发,其对应的年型为尖峰型和平峰型.     

石冰川形成机制、运动特征及水文效应研究进展

石冰川是含冰的舌状或叶状多年冻结地质体,广泛分布于全球范围内的高海拔和高纬度冰缘区,是多年冻土边界的重要代用指标。活动型石冰川沿山谷/坡向下缓慢蠕动,其活动性在全球变暖背景下逐渐增强,成为一种日益重要的寒区地质灾害。此外,石冰川内部含有大量冰体,是干旱与半干旱地区一种重要的淡水资源。基于国内外研究进展,将石冰川分为倒石堆型、岩屑覆盖型、冰碛型、昆仑山型,并分别讨论了不同类型石冰川的形成机制。石冰川的运动主要由多年冻土蠕变、冻胀融沉、整体前进,以及岩屑与冰的补给等过程组成,其时空变化主要受到气候条件、地形环境、内部结构,以及外力作用等多种因素的共同影响。石冰川对全球变暖的响应主要表现为地温增加引起的局部区域运动加速或失稳以及多年冻土融化导致的石冰川失活。在冰川退缩及季节性积雪持续时间缩短背景下,冰碛型石冰川表面的岩屑覆盖层作为保温隔热层,可以保护下伏冰体减缓融化,延缓和降低石冰川对气候变化的响应,成为干旱与半干旱地区一种日益重要的水资源。我国目前已有超过13 511条石冰川纳入编目,总面积超过945.51 km²,但仍然十分缺乏系统性的石冰川编目及长期的现场监测和模...     

近30a来天山西部积雪与气候变化--以天山积雪雪崩研究站为例

利用位于天山西部的中国科学院天山积雪与雪崩研究站1967-2000年近33 a来的观测记录, 检验了天山西部中山带季节性积雪、冬季降水、冬季平均气温的变化趋势. 结果表明: 季节性积雪的长期变化呈增加趋势, 近33 a来年平均增加1.43%; 冬季气温和降水的变化趋势也是增加的, 其中冬季降水每年平均增加0.12%, 而冬季气温近30 a来升高了0.8 ℃. 对气温时间序列的一次线性倾向估计的倾向值为0.02, 气温变化表现出稳定的升温趋势, 最大熵谱分析表明气温的变化存在2.1 a、 3.6 a、 10.7 a的变化周期. 对多年气温季节的变化研究表明, 升温的季节主要是冬季, 而夏季升温不明显;最大熵谱分析表明降水变化存在2.1 a、 6.4 a、 10.7 a的周期变化, 降水量的变化没有表现出很强的趋势性特点;逐年最大积雪深度在波动中成逐年增加的趋势, 积雪日数和最大积雪深度之间密切相关, 33 a来的积雪日数是增加的. 通过对相关因子和影响因子分析表明, 季节性积雪与冬季气温之间存在着弱的负相关关系, 与冬季降水呈显著的正相关关系.     

气候变化对乌鲁木齐河流域水资源的影响

分析了乌鲁木齐河流域近40 a来的气候变化及其气候要素与冰川融水、降水径流的关系.结果表明:高山冰川区融水径流的变化主要受气温变化影响,冰川区夏季6~8月累积气温每增加0.5℃,流域37.95 km2冰川产生的融水量将增加3.3514×106m3;近期气温再升高0.5℃,冰川融水年平均径流量将达到35×106m3.降水对中高山径流的影响较大,每增加20 mm降水量,降雨径流量增加8.9×106m3,40 a来其变化呈略增加趋势,年平均增加量为0.4095×106m3,与冰川融水增加量相当;降水与冰川融水径流量增加百分率相比,增加幅度较小.最后提出了减少污染,增加植被覆盖面积等应对气候变化对水资源影响的措施.     

新疆叶尔羌河冰川湖突发洪水对气候变化的响应

利用1961—2008年的气象-水文资料,探讨了气候变化与叶尔羌河流域冰川湖突发洪水的关系.采用非参数Wilcoxon统计检验和Kendall的τ关联检验分析温度、降水变化与洪峰流量量变化的关联性和一致性;用Mann-Kendall法对气温、降水和洪峰流量4000 m3.s-1突发性洪水的0℃层高度进行突变检验和趋势分析.结果表明:流域气温在1995年发生突变,且对冰川湖突发洪水发生起主导作用;降水突变不明显,对冰川湖突发洪水发生只起促进作用.自1880年以来,冰川湖突发洪水发生频率增加,与流域气温变化一致.1994年以来气温呈直线上升,洪水频率也呈显著增加趋势;冰川湖突发洪水发生频率与降水变化关系不明显;突发性洪水发生与其前8 d的0℃层高度显著上升密切相关.     

长江源区冰川对气候变化的响应

长江源区是青藏高原冰川分布集中的地区之一,冰川总面积达1276.02km².研究表明,该区属于青藏高原升温幅度最大的地区之一,到2050年气温将比1961—1990年平均气温高出2.3~2.7℃,降水增加1%~33%.基于冰川编目资料,采用有关对长江源区未来50a内的气温和降水预测数据,应用冰川系统对气候响应的模型,对该区未来50a内冰川变化趋势进行预测.结果表明:到2010年、2030年、2050年该区冰川面积平均将减少3.2%、6.9%和11.6%;冰川径流平均将增加20.4%、26%和28.5%;零平衡线上升值为14m、30m和50m左右.最后,针对气候变化的不确定性,对预测结果的不确定性进行了探讨.     

三江源地区1980—2019年积雪时空动态特征及其对气候变化的响应

三江源地区气象站点稀疏,依靠地面台站数据难以反映地面真实积雪情况。利用卫星遥感数据引入重心模型分析了三江源地区1980—2019年4个积雪参数（积雪日数、积雪深度、积雪初日和积雪终日）的时空动态特征,利用Mann-Kendall检验和Sen斜率估计分析了积雪和气候因子的变化趋势,并探究积雪对气候变化的响应。结果表明：1980—2019年三江源地区呈现积雪日数和积雪深度减少、积雪初日推迟、积雪终日提前的变化趋势,而该区域同期的气温和降水量则呈现上升趋势;4个积雪参数重心均呈现出东移趋势,而同期气温重心则呈现西移趋势,气温重心位置西移速率分别是积雪日数和积雪深度重心位置东移速率的6倍和2倍。这表明该区域4个积雪参数以及气候因子的变化趋势具有较强的空间异质性,西部气温升高速率大于东部,导致西部积雪日数和积雪深度减少速率同样大于东部,从而导致气温重心西移而积雪参数重心东移。澜沧江源区积雪日数减少、积雪深度减少、积雪初日推迟以及积雪终日提前的速率最大,其次是长江源区和黄河源区。进一步的相关性分析表明,三江源地区年平均气温的升高是导致积雪日数和积雪深度减少、积雪初日推迟、积雪终日提前的主要影响因子,积雪日数对气温升高响应最敏感,其次是积雪深度、初日和终日;而年降水量与4个积雪参数的相关性均不显著。研究可为三江源地区水资源和生态环境保护提供基础资料和理论依据。     

长江源区小冬克玛底冰川区积雪消融特征及对气候的响应

2005年使用花杆法在小冬克玛底冰川上进行了两轮积雪融化观测,结果显示:6月中、下旬,冰川区积雪消融基本与气温同步变化,但到7月上旬积雪消融发生了变化:其融化时间提前了2 h,在12:00融化量就达到一定高度;融化量大,日平均融化量较6月中下旬大0.71 mm水当量;最大积雪融化量出现时间滞后于气温最高时间约2 h,于18:00达到最大值.雪坑雪层剖面真实记录了积雪积累与融化过程中的雪层变化.积雪融化除受温度影响之外,还与风速等其它因素有密切关系.温度越高,融化量越大;风速与积雪融化量的关系相对复杂.积雪融化量只与1.5 m高度风速有关.在2h尺度上,近地面风速大,积雪融化量也大;在日尺度上,风速与积雪融化量的关系较好,但在两个观测时段表现出不同的相关关系.研究区积雪量很少,受昼夜气温变化与下垫面状况的影响,积雪融水几乎不产生径流,对河川径流的影响程度极小.     

天山南坡黄水沟与清水河寒区流域极端水文事件对气候变化的响应

冰川、积雪和冻土变化产生的水文效应对下游水资源供给具有重要影响,近几十年来新疆区域洪水呈显著加重趋势,尤其是南疆区域洪水明显加剧. 以天山南坡黄水沟与清水河寒区流域为研究区域,通过分析水文站极端水文事件,结合流域上游山区巴伦台气象站资料,研究了高寒山地流域在气候变化背景下极端水文过程出现时间、年最大和最小径流的响应特征. 结果表明：1986年是水文过程的突变点,从1986年开始随着降水、气温的增加,河流径流量呈增加趋势;最大年径流出现时间从6月中下旬推迟到7月下旬;最大径流和最小径流与年径流量呈正相关关系,最大径流与夏季降水关系密切,而最小年径流与冬春季的气温关系密切. 随着1986年以来的气温升高,冻土退化产生的水文效应使冬季径流增加明显,也使年最小径流明显增大;1986年以来降水变化决定着年径流量增加,使年最大径流集中出现在夏季且量级增大. 总体来讲,20世纪80年代中期以后山区河流年极端洪峰量增大,洪水量增多,年际间变化幅度明显增大,从而对下游造成更严重的灾害. 因此,加强气候变化对寒区流域水资源和洪水灾害的影响评估,使科学技术在减灾方面发挥主导作用.     

冰川消融对气候变化的响应——以乌鲁木齐河源1号冰川为例

目前气候变暖导致的冰川退缩,引起了广泛关注.以新疆天山乌鲁木齐河源1号冰川为例,根据1959年以来的观测资料,研究了冰川消融对气候变化的响应.结果表明:近50 a来冰川在表面粒雪特征、成冰带、冰川温度、面积、厚度及末端位置等方面发生了显著变化,而这些变化均与气温的升高有着密切的联系;冰川的退缩自20世纪80年代后,尤其是近10 a来出现了加速趋势.其原因除夏季气温升高外,还有两个重要因素,一是冰川温度升高造成冷储的减少,二是冰川表面反射率下降导致辐射能量接收的增强.冰川物质平衡在1986年之前由气温和降水共同决定,之后主要受气温控制.