中國網(wǎng)/中國發(fā)展門戶網(wǎng)訊 全球海洋性冰川（溫冰川），受海洋氣候影響顯著，對全球變暖響應(yīng)敏感。玉龍雪山冰川位于青藏高原東南緣，因夏、秋季受南亞季風(fēng)和東亞季風(fēng)雙重影響，其屬性亦為海洋性冰川。我國海洋性冰川進(jìn)入性相對便捷，且距四川、重慶等旅游客源市場較近，是冰川旅游開發(fā)較早區(qū)域，經(jīng)濟(jì)效益顯著。然而，與大陸性冰川（冷冰川）相比，海洋性冰川受季風(fēng)影響，冰溫高、流速快，其冰川消退速率、屬性變化更快、更強(qiáng)，其失穩(wěn)風(fēng)險及潛在影響更大。較小的溫升和降水波動會導(dǎo)致強(qiáng)烈的冰川變化，其研究對于揭示全球變化具有指示作用。為促使該區(qū)域可持續(xù)發(fā)展，對其冰凍圈與環(huán)境進(jìn)行定位監(jiān)測具有強(qiáng)烈的現(xiàn)實需求。

中國科學(xué)院玉龍雪山冰凍圈與可持續(xù)發(fā)展野外科學(xué)觀測研究站（以下簡稱“玉龍雪山站”）位于云南省麗江市玉龍縣白沙鎮(zhèn)，始建于2006年，是我國第一個以海洋性冰川與環(huán)境為監(jiān)測、研究對象的野外站。玉龍雪山位于青藏高原東南緣，是歐亞大陸距赤道最近、規(guī)模最大的現(xiàn)代冰川分布區(qū)，長期定位監(jiān)測對于揭示低緯高海拔冰川變化的過程機(jī)理意義重大。經(jīng)多年發(fā)展，玉龍雪山站在野外觀測平臺建設(shè)、海洋性冰川變化過程與機(jī)理、海洋性冰川變化的環(huán)境效應(yīng)與影響、冰川旅游服務(wù)、冰湖潰決災(zāi)害等協(xié)同研究方面進(jìn)展顯著，研究成果在國內(nèi)外產(chǎn)生了重要影響，極大地推動了冰凍圈與可持續(xù)發(fā)展協(xié)同研究進(jìn)程，為統(tǒng)籌區(qū)域水資源優(yōu)化配置、冰雪旅游資源開發(fā)與冰凍圈防災(zāi)減災(zāi)提供了理論依據(jù)與決策支持。

建成了中國海洋性冰川與環(huán)境綜合觀測網(wǎng)絡(luò)體系

建站以來，在冰凍圈科學(xué)目標(biāo)和國家重大社會需求牽引下，玉龍雪山站堅持“觀測、研究、示范、服務(wù)”方針，逐步建成了“一站四區(qū)”（玉龍雪山站，梅里雪山、崗日嘎布、貢嘎雪山和達(dá)古雪山研究區(qū)）空間觀測網(wǎng)絡(luò)體系，并強(qiáng)化了整個海洋性冰川區(qū)冰凍圈與可持續(xù)發(fā)展的協(xié)同觀測與研究能力。其中，玉龍雪山觀測體系包括海拔2 049—4 850 m的5個梯度式氣象監(jiān)測系統(tǒng)，1處冰川變化定位觀測場，1套冰川實時監(jiān)測系統(tǒng)，1套冰雪化學(xué)特征觀測系統(tǒng)，2處冰川水文觀測場，3處大氣環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)。其他4個研究區(qū)均布設(shè)有氣象站、水文站，對其冰川、氣象與水文進(jìn)行定位監(jiān)測。崗日嘎布研究區(qū)重點揭示冰川與冰湖相互作用機(jī)制，梅里雪山研究區(qū)重在明晰冰雪徑流對地下水的補(bǔ)給作用，貢嘎雪山研究區(qū)旨在揭示表磧覆蓋對冰川物質(zhì)虧損的抑制作用，達(dá)古雪山冰川區(qū)重點關(guān)注冰雪消融過程對可持續(xù)旅游的綜合影響。在此觀測基礎(chǔ)上，玉龍雪山站研發(fā)了冰凍圈與可持續(xù)發(fā)展數(shù)據(jù)可視化平臺，實現(xiàn)了“一站四區(qū)”氣象、冰川與水文觀測數(shù)據(jù)的實時在線傳輸功能。

玉龍雪山站注重觀測方法和數(shù)據(jù)資料的質(zhì)量控制過程，加強(qiáng)與國家科技資源共享服務(wù)平臺間的有機(jī)銜接，有序開展野外觀測數(shù)據(jù)的匯交與共享，有效推動了科學(xué)設(shè)施、科學(xué)數(shù)據(jù)等科技資源的開放程度。

開展了白水河1號定位監(jiān)測冰川與全球參照冰川物質(zhì)平衡監(jiān)測和對比研究

基于長期定位監(jiān)測，建立了亞歐大陸距赤道最近、時間序列最長的海洋性冰川物質(zhì)平衡數(shù)據(jù)集，協(xié)同對比了全球參照冰川物質(zhì)平衡，為區(qū)域水資源利用規(guī)劃起到了重要作用。

自2008年，在玉龍雪山白水河1號冰川上布設(shè)物質(zhì)平衡花桿，開展物質(zhì)平衡的連續(xù)監(jiān)測工作。利用等高線法、消融曲線法和大地測量法，分別計算2000—2010年間玉龍雪山白水河1號冰川多年平均物質(zhì)平衡（–0.99、–1.01和–1.18 m w.e.），結(jié)果基本一致。1952—2017年間，白水河1號冰川物質(zhì)平衡波動變化明顯，其物質(zhì)平衡介于–1.94—2.26 m w.e.，冰川累計物質(zhì)平衡為–27.45 m w.e.，表明過去幾十年冰川物質(zhì)虧損嚴(yán)重（圖2）。在此基礎(chǔ)上，揭示了海洋性冰川快速變化機(jī)理：冰川區(qū)固態(tài)降水減弱、冰體消融增加；冰川表磧覆蓋率增加，降低了冰雪反照率；冰面破碎化增加了冰川消融面積；冰體溫度快速升高；消融期粒雪盆液態(tài)降水增加。20世紀(jì)50—60年代以來，中國海洋性冰川區(qū)崗日嘎布、達(dá)古雪山、玉龍雪山、梅里雪山冰川面積縮減率均超過了38%，遠(yuǎn)高于全國18%的平均水平。1959—2015年間，海洋性冰川物質(zhì)平衡變化劇烈，年物質(zhì)平衡在–1.80—0.44 m w.e.區(qū)間波動，年平均物質(zhì)平衡遞減率為–0.037 m w.e./a。其中，白水河1號冰川、烏魯木齊河源1號冰川和全球參照冰川均有相似的冰川物質(zhì)虧損趨勢。在過去近60年間，平均物質(zhì)虧損速率分別為0.03 、0.02 和0.01 m w.e./a。白水河1號冰川消融趨勢明顯快于烏魯木齊河源1號冰川，同時也快于全球參照冰川物質(zhì)虧損速率。2022年，白水河1號冰川仍處于物質(zhì)嚴(yán)重虧損狀態(tài)，物質(zhì)平衡達(dá)–1.65 m w.e.。

揭示了海洋性冰川變化的水文、細(xì)菌微生物及其氣候環(huán)境效應(yīng)

冰雪融水對地表徑流及其地下水的補(bǔ)給作用。選取梅里雪山明永河流域、玉龍雪山白水河流域和漾弓江流域，結(jié)合氣象、水文、同位素等數(shù)據(jù)，建立同位素徑流分割模型，量化分析了不同流域冰雪融水對地表徑流的貢獻(xiàn)。結(jié)果表明，消融期（6—9月）冰雪融水占明永河徑流的58.4%，非消融期地下水所占比例最高且相對穩(wěn)定（60.0%）。季風(fēng)前雪融水對白水河流域地表徑流的貢獻(xiàn)為38.3%，季風(fēng)期冰川融水對地表徑流的貢獻(xiàn)為61.1%。季風(fēng)前雪融水對漾弓江河水的貢獻(xiàn)率為47.9%，季風(fēng)期冰川融水占漾弓江地表徑流量的6.8%。采用質(zhì)量平衡方程將明永河地下水分為冰川融水和雨水，發(fā)現(xiàn)降水和冰川融水對明永河流域地下水補(bǔ)給貢獻(xiàn)分別為54%±22%和46%±22%，發(fā)現(xiàn)了非季風(fēng)降水主導(dǎo)季風(fēng)海洋性冰川區(qū)地下水補(bǔ)給的新現(xiàn)象。

冰川及其退縮跡地細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)差異及其影響因素。冰川的低溫、寡營養(yǎng)、強(qiáng)輻射等特征使其成為了一個天然、獨特的微生物資源保藏庫。不同生境（如雪、冰、融水、土壤、冰塵等）中的細(xì)菌群落存在著明顯的差異。冰雪體細(xì)菌群落豐度通常低于融水、土壤、冰塵等生境。中國冰川雪坑中微生物數(shù)量、多樣性、群落組成總體變化呈現(xiàn)“北高南低”、大陸性冰川細(xì)菌數(shù)量（可培養(yǎng)）高于海洋性冰川的特征。白水河1號冰川雪坑中的細(xì)菌數(shù)量隨深度加大而升高，但其多樣性和群落結(jié)構(gòu)沒有明顯變化，優(yōu)勢類群主要為厚壁菌門、放線菌門等。白水河1號冰川融水和退縮跡地土壤中的細(xì)菌群落都具有較高的多樣性，但群落組成差異較大。融水中主要類群為變形菌門、厚壁菌門和藍(lán)細(xì)菌門，而土壤中酸桿菌門、放線菌門、擬桿菌豐度也較高。土壤中的細(xì)菌群落多樣性和群落結(jié)構(gòu)相似度均高于融水，這種差異與環(huán)境理化特征的不同顯著相關(guān)，其中總有機(jī)碳（TOC）、pH值、Fe等多指標(biāo)對細(xì)菌群落有顯著影響。協(xié)同對比全球典型冰川退縮跡地，發(fā)現(xiàn)細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)同時受到氣候與地理格局的綜合影響。

冰川吸光性雜質(zhì)的氣候效應(yīng)。基于長期觀測，分析了白水河1號冰川吸光性雜質(zhì)含量的時空格局、化學(xué)轉(zhuǎn)化、富集-淋溶過程與機(jī)制，揭示了吸光性雜質(zhì)的氣候效應(yīng)，評估了黑碳（化石燃料和生物質(zhì)不完全燃燒產(chǎn)物）對冰川消融的影響機(jī)制（圖3）。在白水河1號冰川，隨著積雪的持續(xù)消融，冰面黑碳和有機(jī)碳富集，其中黑碳富集更為顯著。在不同吸光性雜質(zhì)濃度情境下，冰面反照率降低的程度不同。其中，黑碳引起的雪冰反照率降低程度最高，在藏東南一些海洋性冰川中黑碳和粉塵可導(dǎo)致反照率降低15%。白水河1號冰川中黑碳對反照率降低的貢獻(xiàn)約為10%，導(dǎo)致的輻射強(qiáng)迫可達(dá)145 W/m2。總體上，黑碳對冰川反照率降低的貢獻(xiàn)高于粉塵。同時，估算了白水河1號冰川中溶解性有機(jī)碳含量為1.5 t，無機(jī)顆粒態(tài)碳7.25 t。這些吸光性雜質(zhì)的沉降加速了冰川的消融。隨著冰川消融，冰川中儲存的碳被釋放出來，冰川由“碳匯”向“碳源”轉(zhuǎn)變。

長期的監(jiān)測、試驗與研究結(jié)果有效服務(wù)于區(qū)域可持續(xù)發(fā)展

基于儀器研發(fā)、試驗示范與模型模擬，為景區(qū)旅游安全、景觀美化及其水資源利用提供技術(shù)支撐。建成國內(nèi)首個冰川實時監(jiān)測系統(tǒng)，已對白水河1號冰川冰流速及其物質(zhì)消融進(jìn)行實時監(jiān)測，該系統(tǒng)可為未來冰崩事件的發(fā)生提供早期預(yù)警。聯(lián)合麗江市玉龍縣氣象局開展冬春季人工增雪試驗，成效顯著，為減緩白水河1號冰川消融起到了積極作用。利用實測數(shù)據(jù)和水文模型，重建了白水河冰川徑流深數(shù)據(jù)集，量化了海洋性冰川流域冰雪融水對地表徑流-地下水的貢獻(xiàn)率，為區(qū)域水資源優(yōu)化配置提供了理論參考。

以海洋性冰川旅游服務(wù)研究為切入點，揭示了冰川旅游客源市場結(jié)構(gòu)、旅游服務(wù)價值及其氣候變化影響程度。發(fā)現(xiàn)冰雪旅游目的地客源核心市場由發(fā)展初期的近域客源市場向成熟期的遠(yuǎn)域客源市場拓展。利用實地調(diào)查和旅行費用法，估算了玉龍雪山冰川旅游服務(wù)價值。經(jīng)計算，玉龍雪山冰川旅游服務(wù)總價值為20.33億—57.18億元。2016年玉龍雪山冰川旅游服務(wù)價值僅18億元，接近冰川旅游服務(wù)總價值最小值，冰川旅游服務(wù)提升空間很大。如果冰雪資源消失，至少損失20%—40%的客源。研究成果為其他旅游目的地冰川旅游可持續(xù)發(fā)展提供了理論依據(jù)。

以海洋性冰川-米堆冰川長期監(jiān)測為基礎(chǔ)，綜合現(xiàn)場考察、多源影像、無人機(jī)、無人船等多技術(shù)方法，系統(tǒng)揭示了典型冰湖潰決機(jī)理，提出了早期預(yù)警與中后期防災(zāi)減災(zāi)方案。發(fā)現(xiàn)，冰內(nèi)水系潰決和冰川前進(jìn)乃1988年光謝錯潰決之主因，而2020年嘉黎縣金烏錯冰湖潰決事件則由冰雪崩體、側(cè)磧邊坡失穩(wěn)滑坡體和潰決前該地區(qū)持續(xù)降雨多因素所致。在此基礎(chǔ)上，綜合評估了青藏高原潛在危險性冰湖潰決的災(zāi)害風(fēng)險。建議加大海洋性冰川與冰湖相互作用機(jī)制的定位監(jiān)測力度，同時應(yīng)及早采取泄洪等工程措施以降低高危冰湖潰決風(fēng)險。

以上研究成果有效服務(wù)于區(qū)域水資源優(yōu)化配置、冰雪旅游可持續(xù)發(fā)展及冰凍圈防災(zāi)減災(zāi)等重大社會需求。

結(jié)語

基于長期的定位監(jiān)測與數(shù)據(jù)積累，以冰凍圈科學(xué)為引領(lǐng)，積極探索冰凍圈與可持續(xù)發(fā)展協(xié)同研究路徑，在冰凍圈變化過程機(jī)理、冰凍圈變化的水文水資源效應(yīng)、生態(tài)效應(yīng)、氣候效應(yīng)及其影響，以及冰凍圈與可持續(xù)發(fā)展研究方面進(jìn)展顯著。研究結(jié)果積極推動和促進(jìn)了冰凍圈化學(xué)、冰凍圈微生物、冰凍圈旅游學(xué)、冰凍圈災(zāi)害學(xué)、冰凍圈人文社會學(xué)等冰凍圈科學(xué)分支學(xué)科形成與發(fā)展。

未來，玉龍雪山站擬利用高新技術(shù)和方法，以玉龍雪山站觀測網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，持續(xù)加強(qiáng)海洋性冰川與環(huán)境的長期監(jiān)測，并在冰凍圈與可持續(xù)發(fā)展協(xié)同研究方向方面拓展，緊密圍繞玉龍雪山站“冰凍圈變化過程機(jī)理、冰凍圈變化的環(huán)境效應(yīng)、冰凍圈與可持續(xù)發(fā)展”三大領(lǐng)域方向，以冰凍圈變化與可持續(xù)發(fā)展關(guān)鍵科學(xué)問題為切入，綜合評估不同時空尺度冰凍圈致利致災(zāi)效應(yīng)，以提出冰凍圈影響區(qū)的可持續(xù)發(fā)展路徑。

（作者：王世金、張昺林、郭萬欽、燕興國、馬興剛、王榮軍，中國科學(xué)院西北生態(tài)環(huán)境資源研究院 中國科學(xué)院玉龍雪山冰凍圈與可持續(xù)發(fā)展野外科學(xué)觀測研究站 米堆冰川-光謝錯冰湖災(zāi)害西藏自治區(qū)野外科學(xué)觀測研究站；康世昌、陳拓、何元慶、楊梅學(xué)、李全蓮、牛賀文、蒲燾，中國科學(xué)院西北生態(tài)環(huán)境資源研究院中國科學(xué)院玉龍雪山冰凍圈與可持續(xù)發(fā)展野外科學(xué)觀測研究站；車彥軍，中國科學(xué)院玉龍雪山冰凍圈與可持續(xù)發(fā)展野外科學(xué)觀測研究站 米堆冰川-光謝錯冰湖災(zāi)害西藏自治區(qū)野外科學(xué)觀測研究站。《中國科學(xué)院院刊》供稿）