文中国科学院寒区旱区环境与工程研究所 冰冻圈科学国家重点实验室 天山冰川站 李忠勤 董志文 责编陈玉萍
2009年01月01日
20世纪以来,全球变暖引起冰川加速退缩,已经成为全球广泛关注的问题。在中亚内陆地区,干旱与半干旱是主要地理环境特征,而高海拔的山岳冰川作为固体水源,在中亚地区有着重要的作用,关系到这些地区人类的生存与社会经济的稳定和发展。探索研究冰川变化及其影响,有着十分重要的现实意义。
天山托木尔峰地区位于我国境内天山山脉的西端,是亚洲内陆最大的冰川发育区,塔里木河的主要发源地。从第四纪以来,由于地壳运动和气候变化,这里曾发生过多次冰期与间冰期,留下了丰富的现代冰川以及冰川作用遗迹,而且冰川遗迹表明,冰期时该区的冰川规模较目前为大,不少冰川伸展到山麓地带,长达数十公里至百余公里。目前托木尔峰地区仍是天山最大的现代冰川作用区。
水资源是制约生态环境的主要因素
据1977~1978年中国科学院登山科学考察队的托木尔综合考察报告记载,托木尔峰地区海拔高、气温低,雪线(3900~4500 m)附近年平均温度为-11。C~-7。C,雪线以上年降水量在750~1000 mm以上。据中国冰川编目,托木尔峰地区发育在我国境内的现代冰川有509条,冰川面积达 2746.32 km2,占我国天山全部冰川面积的 27 %,冰储量约为3500亿 m3,它是巨大的“固体水库”,是一项相当丰富的水资源。该地区冰川分布相当集中,主要以大型山谷冰川为主。然而,从19世纪中期以来,该区现代冰川均处于退缩状态。托木尔峰地区每年有近50 亿m3的冰川融水补给河流。冰川对河流的补给比重,南坡河流占30%~70.1%,北坡一般不到 20%,并随流域冻结系数的增加而增加,随降水的增加而减少。在近期全球变暖的大背景下,冰川变化表现出强烈的加速趋势,并反过来作用于气候环境变化,所以对该区进行详细的考察以了解冰川的变化及其自然环境如气候、水资源、植被等状况显得十分迫切。
冰川的变化是影响该区水资源的主要因素,并通过对水资源的改变来间接影响该地区生态环境。目前我们已经通过遥感手段对该地区阿克苏河上游40%以上冰川变化特征进行了研究。托木尔峰冰川区冰川分布相当集中,主要以具有表碛覆盖的托木尔型冰川为主,冰川融水占河川径流的比率很高,平均在40%以上。在西北干旱区,水资源是制约生态环境和工农业生产持续发展的主导因素,而冰川又是该区水资源的重要组成部分,因此冰川的变化及其径流效应必将对该区的生态环境产生重要影响。冰雪既是宝贵的淡水资源又是山区形成严重自然灾害的发源地,如突发性冰湖溃决洪水、冰川泥石流、雪崩、牧区雪灾等。冰川也是山地环境重要的组成部分,给山地和山麓平原的植被、土壤以至绿洲的形成和人类活动以重要的影响;同时又是敏感性气候信息,它们在了解过去,预测未来的研究中,发挥着越来越显著的作用。所以对于冰川及其作用区进行野外实地考察研究显得十分重要。
冰川不仅在水资源中占有重要的地位,也可以作为很好的旅游资源进行开发。例如我国云南的玉龙雪山,每年吸引无数的国内外游客,为当地的经济发展做出了巨大的贡献。玉龙雪山景区2005年游客接待数量是1995年的25.95倍(其中2005年接待游客404.23万人次,1995年接待游客84.05万人次),占丽江地区游客接待总量的比例总体亦呈上升趋势,从7.60%上升到41.02%。欧洲的阿尔卑斯山也对冰雪资源进行了旅游开发,成为著名的旅游胜地。与这些地方相比,托木尔峰地区的冰川旅游资源也有着很大开发前景。
然而,目前与国民经济的发展密切相关的是,通过各种手段,全面认识了解该地区冰川的基本属性和冰川变化情况,然后通过冰川动力学模式预测冰川未来变化情况,是目前亟需解决的问题。我们已经通过遥感手段对该区冰川属性和冰川变化进行了研究,取得了一些初步成果。尽管如此,对于遥感手段监测的冰川,需要到野外进行实地考察和验证,以便更加详细地获取冰川资料和实地信息,为遥感手段研究冰川变化提供可靠的依据。
在“973”项目“我国冰冻圈动态过程及其对气候、水文和生态的影响机理与适应对策”及中国科学院方向性项目“新疆水资源的形成、转化与调控研究”支持下,于2008年7月19日开始,天山冰川站组织了近30人的大规模野外考察队,历时1个多月,对阿克苏库马里克河源地区、托木尔峰地区的冰川与气象等自然环境,尤其是青冰滩72号冰川进行了十分详尽的考察研究。通过本次考察研究,不仅填补了对该区青冰滩冰川的野外考察空白,而且对冰川区的植被、气象、水文、地貌、岩石等自然环境有了很好的认识,这对于研究区自然资源的合理利用以及旅游业的开发都有重要的意义并将产生深远的影响。根据中国冰川编目,青冰滩72号冰川位于阿克苏河的主要支流库马里克河上游 (地理坐标41°45.51′N,79°54.43′E),冰川最高处和冰舌末端高度介于海拔5986~3560m之间,平均海拔为4200m,冰储量为0.3975km3,属于复合型山谷冰川。库马里克河是阿克苏农一师垦区主要得以利用的灌溉河流之一。这一地区冰川变化无疑对阿克苏地区乃至整个南疆的农业生产建设造成极大的影响,因而此次野外科考活动具有重大的实际意义。
目前已开展的冰川考察研究工作包括以下方面:(1)冰川制图。冰川制图是对该冰川进行详细深入研究的基础,结合遥感和GIS系统等手段,对于冰川的许多详细信息如面积、海拔、长度等都能在绘制的地形图上得到反映。制图工作因而显得很重要。(2)冰川物质平衡。冰川物质平衡是冰川观测的基本内容。我们在72号冰川上布设了10排物质平衡观测花杆,总共27根,进行冰川物质平衡观测,为冰川变化的监测奠定了基础。(3)冰川水文气象。气象观测包括冰川区和非冰川区的气象要素观测。我们在观测区架设了两套自动气象站,并且在观测期间取得了准确、重要的气象资料。同时,在冰川末端建立了水文观测断面流量、水位、流速等水文要素观测。(4) 冰川厚度测量。运用冰雷达在冰川上沿着主流线以及横剖面共9条断面进行冰川厚度的测量。(5)冰川表碛观测研究。覆盖在冰川表面的岩石及碎屑堆积物质对冰川的能量收支有很大影响。(6)冰川能量平衡。(7)冰川温度。在不同成冰带钻取了3个温度测孔测冰川温度。(8)冰川高程变化。(9)冰川积累区雪层研究。目前该区冰川雪坑化学特征研究尚属空白,对雪冰化学属性亟需进行研究。科考队员不畏大量冰裂隙存在的危险,历经8个多小时,成功爬到海拔4600米的粒雪盆,采集了雪坑样品,获取了极其宝贵的资料。(10)冰川化学和气溶胶研究等。
冰川每天以3~5cm的速度急速消融
通过一个多月艰苦的冰川野外考察,初步得到如下结果。
一、青冰滩地区冰川分布丰富,多样性好,是一个良好的研究试验区。按照冰川形态来说,这里不仅分布着许多大型山谷冰川(长度数公里至数十公里,厚度可达数百米),而且有悬冰川(依附在山坡上,面积 <1km2,对气候变化十分敏感)、冰斗冰川(发育在冰斗中的冰川,面积 <1km2和 >10 km2不等)、冰斗、山谷复合冰川等,还有许多表碛覆盖的独特的托木尔型冰川,这在山岳冰川分布中类型比较齐全。
二、青冰滩72号冰川退缩和消融速度快。在过去的50多年里,天山冰川观测试验站对乌鲁木齐河源1号冰川进行了较为详细的观测,结果表明:1959年以来,冰川面积减小0.27 km2 (变化率为-14%),末端退缩139.72m, 年均退缩2.8m;期间厚度减薄12m, 年均减薄厚度233.6mm。遥感监测和野外考察观测显示,青冰滩72号冰川与乌鲁木齐河源1号冰川相比,其退缩和消融速率明显要大。1964~2008年间该冰川面积呈明显递减趋势,从1964年的7.27km2缩减为2008年的5.52km2,面积共减少了1.75km2,变化率为-24.18%。青冰滩72号冰川末端退缩十分严重,目前已退缩至3720m处,观测期间冰川正在以每天3~5cm的速度急速消融。
三、青冰滩72号冰川运动补给相对强烈,动力学作用不可忽视。野外考察期间高精度GPS观测显示,冰川运动速度较大,这将不断补给冰川的后退,减缓了冰川的末端后退速度,这种动力学作用对于冰川变化造成较大影响。此外,冰川还受到山谷后壁冰斗冰川和悬冰川的运动和塌落等补给作用。冰川4200m以上由2条冰斗冰川组成,山谷冰川部分主要由冰斗冰川和山脊陡峭部分产生的冰、雪崩补给。冰川运动的较大速度可能是由于该区的冰川所处地理特征(纬度低、末端海拔较低、底部滑动等)和大气环流条件(西风漂流和南亚季风影响等)造成的。
四、青冰滩72号冰川山谷部分主流线厚度相对较薄,冰川温度高,抵御未来升温影响的能力较弱。厚度较薄,冰川对气候的变化更加敏感。较小幅度的升温都可能造成冰川的急剧退缩和消融。
五、青冰滩72号冰川积累区净积累量应该在800mm以上。考察报告和文献资料显示,雪线以上年降水量在750~1000mm以上,而72号冰川海拔较高的冰川积累区降水量在1000mm左右,除去蒸发、消融量,净积累率在800 mm以上。这一点,通过我们在积累区所挖的雪坑得到了验证。
六、青冰滩72号冰川表碛厚度与消融关系密切,表碛厚度资料的采集显得很重要。冰川表碛可以改变冰川表面的反照率,吸收热量,从而影响冰川的消融速率。我们采集了青冰滩72号冰川表碛厚度资料,对于表碛厚度—冰川消融—减薄机理的研究有着重要意义。该冰川表碛面积0.82km2,覆盖度14.9%,分布于冰川中部以下的东、西两侧。东侧表碛厚度较小,颜色为浅黑色,西侧表碛厚度较大,颜色呈浅黄色。表碛的形成和特征与冰川上部岩石有关。
当然,以上这是一些初步结论。许多工作的详细数据还在分析和总结阶段,相信将会取得更多成果。