冰川被譽為“固體水庫”，是冰凍圈的重要組成部分，對氣候變化的響應(yīng)極其敏感。在全球氣候持續(xù)變暖背景下，作為中亞干旱區(qū)重要“固體水庫”的山地冰川因消融顯著增強而快速退縮。

（作者使用AI生成）

《自然》發(fā)表的最新研究表明，2000年至2023年間全球山地冰川每年平均損失約達273?±?16Gt（十億噸）的冰，并且2012年至2023年間全球山地冰川損失冰量相較2000年至2011年間增加了36?±?10%。不僅如此，《科學(xué)》有關(guān)山地冰川的未來預(yù)估的最新研究結(jié)果顯示，若以2015年冰量為基準，到2100年，全球山地冰川損失冰量預(yù)計在溫升1.5℃和4℃情景下將分別減少26±6%和41±11%，這相當于海平面上升90±26至154±44毫米，并將導(dǎo)致49±9至83±7%的冰川消失。

在我國西北干旱區(qū)和中亞干旱區(qū)，冰川融水不僅是極為重要的水源補給，其“削峰填谷”作用對調(diào)節(jié)河川徑流也非常重要，是維系生態(tài)環(huán)境、保障城鄉(xiāng)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以及居民用水的重要支撐。因此，山地冰川退縮減薄對區(qū)域水資源、水循環(huán)和生態(tài)環(huán)境等都會產(chǎn)生顯著影響，危及區(qū)域水資源安全。

阿爾泰山是亞洲中部一條呈北西—南東走向的重要山脈，冰川分布較廣。與阿爾泰山西南方向隔額爾齊斯河相望的薩吾爾山，是一座跨越中哈邊境的小型獨立斷塊山，最高峰海拔僅3800多米，冰川數(shù)量和規(guī)模都比較小，但冰川融水對當?shù)厮Y源保障和生態(tài)系統(tǒng)的維系卻十分重要。由于薩吾爾山和阿爾泰山中國境內(nèi)的河流都注入額爾齊斯河，再加上兩個山脈相距較近，在冰凍圈科學(xué)研究中常將這兩個山系作為整體進行研究。

阿爾泰-薩吾爾山是中國境內(nèi)冰川分布緯度最高的地區(qū)，與其他山區(qū)相比，這里的冰川具有緯度高、海拔低、規(guī)模小、變化快的特點。由于受西風(fēng)帶和北冰洋氣流共同影響，這里的冰川變化對氣候的響應(yīng)過程也與其他地區(qū)有所不同。

為此，2016年，我們團隊（中國科學(xué)院西北生態(tài)環(huán)境資源研究院）在吉木乃縣成立阿爾泰山冰凍圈科學(xué)與可持續(xù)發(fā)展綜合觀測研究站（簡稱阿爾泰山站），主要目標之一就是通過連續(xù)監(jiān)測和深入研究，揭示該地區(qū)的冰川變化過程和預(yù)測未來變化，為本地區(qū)水資源安全和生態(tài)環(huán)境保護以及區(qū)域可持續(xù)發(fā)展提供重要科技支撐。

近期，我們團隊在薩吾爾山參照冰川的物質(zhì)平衡變化方面的研究取得進展。我們基于多源數(shù)據(jù)融合與模型模擬，首次實現(xiàn)了木斯島冰川2000-2023年物質(zhì)平衡變化過程的高精度重建。這一研究不僅揭示了該冰川對氣候變化的響應(yīng)特征，也對預(yù)測未來冰川演變趨勢及其生態(tài)環(huán)境影響具有重要的科學(xué)價值。相關(guān)成果發(fā)表在《氣候變化研究進展》上。

最新研究：基于數(shù)據(jù)與模型揭示冰川消融真相

薩吾爾山北坡面積最大的一條冰川被稱為木斯島冰川，阿爾泰山站將這條冰川作為重點監(jiān)測研究的參照冰川，迄今已積累了10年連續(xù)觀測資料，為深入研究其變化和對氣候響應(yīng)的過程、模擬預(yù)測未來變化及其對水資源影響奠定了堅實的基礎(chǔ)。

薩吾爾山木斯島冰川定位觀測

（參考文獻[1]）

我們團隊（阿爾泰山站研究團隊）利用木斯島冰川區(qū)實測資料，結(jié)合氣象遙感數(shù)據(jù)，選用全分量分布式能量平衡模型COSIPY（COupled Snowpack and Ice surface energy and mass balance model in PYthon，該模型是一個耦合積雪和冰川冰的能量平衡和物質(zhì)平衡模型，被用于冰川單點尺度和分布式尺度的能量項和物質(zhì)項模擬。），以2015年來逐年物質(zhì)平衡實地觀測數(shù)據(jù)，以及2000年來每5年間隔大地測量法獲取的物質(zhì)平衡變化作為驗證，模擬重建了2000年至2023年木斯島冰川物質(zhì)平衡逐年序列。物質(zhì)平衡即冰川冰量變化，是反映冰川狀態(tài)的核心指標，也是調(diào)控融水徑流變化的關(guān)鍵參數(shù)。

通過誤差評估和不確定性分析，明確了研究結(jié)果的可靠性，為深入理解冰川變化對氣候變化響應(yīng)的區(qū)域特征和預(yù)估未來冰川變化及其影響提供了重要數(shù)據(jù)支撐和研究思路。

研究發(fā)現(xiàn)，2000年至2023年間，木斯島冰川年均物質(zhì)平衡為-0.7731米水當量（水當量深度是表示冰川物質(zhì)平衡的常用單位，意為某一時段內(nèi)單位面積上物質(zhì)（冰和雪）增加量（正值）或減少量（負值）折合成水當量深度的值。），累計物質(zhì)損失達-18.55米水當量。這意味著近23年間該冰川損失了18.55米水當量深度的冰雪物質(zhì)，如果冰川密度粗略按每立方米900千克計算，就是冰川減薄了20.61米。值得注意的是，雖然2000年至2017年間木斯島冰川消融持續(xù)加劇，但2018年以后出現(xiàn)連續(xù)幾年物質(zhì)損失顯著低值，2022和2023年又為高值。

2000至2023年木斯島冰川年物質(zhì)平衡和累積物質(zhì)平衡

（參考文獻[1]）

能量收支分析顯示，凈輻射是主要木斯島冰川消融的主要驅(qū)動力，在消融期和全年分別貢獻71%和63%的能量。感熱通量（是指由空氣和冰川表面之間的溫度差所引起的冰川與大氣之間的熱量交換）次之，貢獻達18%。與處于西風(fēng)帶且較為鄰近天山等地區(qū)的冰川相比，木斯島冰川物質(zhì)損失最為顯著，但其凈輻射值相對較低，西風(fēng)帶其他冰川上凈輻射占比可達80%以上；感熱通量占比其他冰川上為10%左右，木斯島冰川上感熱通量占比較高，說明冰川表面與近表面空氣溫差較大，主要歸于冰川海拔很低（夏季氣溫高）、緯度較高（冬季氣溫很低）。

科學(xué)價值與現(xiàn)實意義

對于冰川物質(zhì)平衡，直接通過現(xiàn)場人工觀測冰川消融和積累來計算雖然最為可靠，但由于人力和資金限制不可能對大量冰川都實施現(xiàn)場連續(xù)觀測。再者，山地冰川表面地形通常都很復(fù)雜，即使選定監(jiān)測的冰川，陡峭和裂縫等區(qū)域也無法實現(xiàn)人工觀測。遙感手段對規(guī)模較小的山地冰川來說分辨率也不高。

因此，通過能量平衡模擬冰川消融再加上降雪估計而獲取冰川物質(zhì)平衡，成為冰川冰量變化研究的主要方向，但模擬研究的可靠性在于模型的選取和一定程度觀測資料的驗證支持。

我們團隊的最新研究基于對木斯島冰川近十年的觀測資料，選用目前最優(yōu)的全分量能量平衡模型，和幾個時段遙感影像研究結(jié)果相結(jié)合，獲得的該冰川近幾十年逐年物質(zhì)平衡具有很高的可靠性，為進一步模擬研究區(qū)域尺度冰川冰量變化奠定了堅實基礎(chǔ)，也為其他區(qū)域冰川變化模擬研究提供了參考和借鑒，具有重要的科學(xué)意義。

中亞干旱區(qū)的水資源高度依賴冰川融水，薩吾爾山的冰川融水也是吉木乃縣水資源的關(guān)鍵組成部分，其動態(tài)變化直接關(guān)系到吉木乃縣綠洲農(nóng)業(yè)、生態(tài)環(huán)境及居民生產(chǎn)生活的可持續(xù)性。最新研究成果在系統(tǒng)揭示薩吾爾山冰川消融機制的基礎(chǔ)上，建立了可靠的預(yù)測模型，可為評估薩吾爾山和吉木乃縣水資源變化提供科學(xué)依據(jù)。

研究結(jié)果還可進一步擴展到阿爾泰山地區(qū)，對阿勒泰地方政府和有關(guān)部門制定氣候適應(yīng)策略和水資源調(diào)配方案、實現(xiàn)生態(tài)保護與經(jīng)濟發(fā)展的動態(tài)平衡提供有力支撐，對區(qū)域社會的高質(zhì)量發(fā)展具有重要的現(xiàn)實意義。

結(jié)語：持續(xù)開展冰川觀測，守護冰川生態(tài)

在全球變暖持續(xù)加劇的背景下，阿爾泰-薩吾爾山地區(qū)的低海拔冰川面臨持續(xù)消融的風(fēng)險，這是因為低海拔冰川對氣溫升高的響應(yīng)更為敏感。因此，我們團隊計劃進一步加強對該地區(qū)冰川的觀測與模擬研究，以長期監(jiān)測資料為基石，致力于精準捕捉氣候變化對單條冰川和區(qū)域冰川變化的影響，為冰川預(yù)測模型改進和結(jié)果的可靠性提供連續(xù)性實測數(shù)據(jù)支撐。

同時，我們呼吁學(xué)界更加重視冰川變化對生態(tài)環(huán)境造成致利致災(zāi)的雙面影響，為區(qū)域可持續(xù)發(fā)展提供更具前瞻性的科技支撐，在氣候變化的沖擊下守護好冰川生態(tài)與水資源安全的底線。

參考文獻：

[1]Pu-Yu, W. A. N. G., et al. “Mass Balance reconstruction of a reference glacier in Central Asia during 2000? 2023: Integrating simulation and in-situ measurements.” Advances in Climate Change Research (2025).

?出品：科普中國

作者：王璞玉（中國科學(xué)院西北生態(tài)環(huán)境資源研究院）

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