2016年度科研进展

2016年天山冰川观测试验站科研工作取得丰硕成果。在冰川变化及对气候变化响应方面进展突出。王璞玉等人（2016）针对天山奎屯河流域哈希勒根51号冰川研究了近期面积、厚度和运动速度变化。探地雷达测量结果显示，哈希勒根51号冰川最大厚度为73 m，平均厚度为39 m（图1）。1964-2010年，冰川面积由1.48 km²缩小到1.32 km²，缩小比率为10.8%，末端年均退缩2.3 m a^-1。相比之下，哈希勒根51号冰川在我国天山的冰川面积变化是相对较小的，但其储量减小较大，相当于在20世纪80年代到2010年储量损失了30%。2000-2006年，观测的冰川运动速度介于1.5-3.1 m a^-1。持续的冰川退缩主要归因于局地的气温显著升高，这对流域水资源必将起到非常重要的影响。

对于世界冰川监测服务处（WGMS）中的唯一的一条中国监测冰川，乌鲁木齐河源1号冰川，已有研究利用近期观测结果显示，2012年乌鲁木齐河源1号冰川总面积1.59 km²，东支和西支冰川面积分别为1.02 km²和0.57 km²。1962年到2012年，冰川面积减小了0.31 km²。2012年平均冰川厚度为44.50 m，1981-2012年，冰川厚度平均减薄0.34 m a^-1。该冰川的缩小主要是由于气候变暖，尤其是夏季气温的上升。东西支冰川地形特征直接造成了乌鲁木齐河源1号冰川两支的末端退缩、厚度减薄、面积缩小特征的差异（图2）。

天山博格达峰地区冰川面积快速缩小和储量损失，直接造成我国干旱区及周围水资源匮乏问题。了解冰川厚度和变化对冰川储量变化分析非常重要，直接关系到区域水文水资源。扇形分流冰川和黑沟8号冰川分别位于博格达北坡和南坡。已有研究基于2009年测量结果和前人研究结果，对天山博格达峰南北坡冰川面积和厚度变化对比。结果显示，扇形分流冰川2009年冰舌平均厚度约82.3 m，冰储量385.2×10⁶ m³。从1962年到2009年，冰川减薄14±8 m(0.30±0.17 m a^-1)，相当于冰川储量损失65.5±37.4×10⁶ m³。2009年黑沟8号冰川冰舌平均厚度58.7 m，冰川储量115.1×10⁶ m³。1986年到2009年，黑沟8号冰川冰舌减薄13±6 m(0.57±0.26 m a^-1)，相当于冰川储量损失25.5±11.8×10⁶ m³。相比之下，黑沟8号冰川厚度减薄和退缩要强于扇形分流冰川（图3），这主要是由于地形特征差异所造成。这种差异主要源于博格达南坡的气温升高要强于北坡。

在雪冰化学方面，也取得了显著的成绩。已有研究基于在天山乌鲁木齐河源1号冰川采集的样品，利用热/光反射法（TOR）分析得到有机碳（OC）与元素碳（EC）的浓度，同时计算了雪冰中黑碳和粉尘的浓度，并探讨了冰川区雪冰中碳质气溶胶浓度对于反照率的影响。研究表明，吸光性物质的浓度在老雪中明显高于新雪，粉尘浓度在新雪中为16ppm，在老雪中为1507ppm，黑碳在新雪中的浓度为25ppb，在老雪中的浓度为1738ppb。新雪和老雪的反照率相差达到了0.4，在沉积过程中预计将会产生180w/m2的辐射强迫。通过SNICAR模型估算发现，在积累区中雪的老化、黑碳和粉尘对于反照率的降低分别贡献了44%、25%和7%，雪的老化是降低积累区反照率的主要因素。此外，已有研究发现，通过对天山背风坡乌鲁木齐河流域采集的水样中同位素的分析，得出δ18O的降水量梯度为0.12‰/ 100m。云下蒸发和水汽再循环过程被认为是负责的正梯度，并建立了一个简单的模型来进行定量观测，定义了再分馏（蒸发）作为再循环比（蒸发）在较低的站减去在较高的站的馏分的差异。该模型表明，随着再循环比每增长1%，δ18O海拔梯度上升0.28‰，而蒸发比率每增加1%，δ18O下降0.15‰。水汽再循环效应比天山背风坡云下蒸发更加显著。因此，天山降水中的δ18O呈现正高程梯度。该模型还解释了中国西北地区水同位素数据点分布在δD和δ18 O数据的分配。由于水汽再循环过程，山区水体的同位素数据均位于区域大气降水线(LMWL)以上，而由于蒸发作用，流域内水体的同位素大多位于区域大气降水线(LMWL)以下。因此得出结论，在山体背风坡稳定同位素的高程效应对当地大气循环过程的反应非常灵敏，同时应考虑利用稳定同位素进行定量古海拔造山运动和地下水补给区的研究。

图1 哈希勒根51号冰川厚度分布及末端变化

图2 乌鲁木齐河源1号冰川东西支冰川末端变化

图3 天山博格达北坡扇形分流冰川和南坡黑沟8号冰川变化对比