張瑞江

(中國國土資源航空物探遙感中心，北京　100083)

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青藏高原冰川演變與生態(tài)地質(zhì)環(huán)境響應(yīng)

張瑞江

(中國國土資源航空物探遙感中心，北京100083)

摘要：利用青藏高原現(xiàn)代冰川雪線的遙感調(diào)查與監(jiān)測結(jié)果，對青藏高原40多年來由于現(xiàn)代冰川雪線的變化而引發(fā)的水資源、凍土、荒漠化、濕地、湖泊、地質(zhì)災(zāi)害、海平面上升以及地震等生態(tài)地質(zhì)環(huán)境問題進行了分析,并對可能產(chǎn)生的生態(tài)環(huán)境和氣候問題進行了初步探討。

關(guān)鍵詞：青藏高原； 冰川演變； 生態(tài)環(huán)境； 地質(zhì)環(huán)境； 響應(yīng)

0引言

青藏高原是地球上緯度最低、面積最大、平均海拔最高、形成時代最新的巨型地貌單元，被稱為地球的“第三極”。青藏高原山體海拔高、古夷平面發(fā)育，利于冰川發(fā)育。其北部地區(qū)發(fā)育了帕米爾高原、昆侖山、喀喇昆侖山、阿爾金山和祁連山5個冰川作用中心； 南部地區(qū)發(fā)育了羌塘高原、念青唐古拉山、唐古拉山、岡底斯山、喜馬拉雅山和橫斷山6個冰川作用中心。青藏高原是長江、黃河、怒江(薩爾溫江)、瀾滄江(湄公河)、雅魯藏布江(恒河)和印度河等河流的發(fā)源地，被稱為亞洲“水塔”。由于近期該區(qū)升溫效應(yīng)明顯，導致了冰川的劇烈變化，引發(fā)了一系列的生態(tài)地質(zhì)環(huán)境問題。本文根據(jù)近幾年的遙感調(diào)查成果，對青藏高原由于冰川演變而引發(fā)的相關(guān)問題進行了分析和探討。

1冰川資源特征

遙感調(diào)查監(jiān)測結(jié)果表明，40多年來，青藏高原雪線總體呈上升趨勢[1-6]，冰川面積則呈明顯減少趨勢，而且近年來這種趨勢又有所加劇。截至2005年，青藏高原冰川面積為46 676.64 km2，比1965年減少了4 152.27 km2，年均減少103.81 km2(圖1，表1)。

圖1　青藏高原冰川面積演變趨勢Fig.1　Area change of glaciers in Tibetan Plateau

(km2)

從圖1和表1可以看出，2000年左右，青藏高原冰川消融方式發(fā)生了明顯轉(zhuǎn)換。在此前，冰川以面積縮小為主，一些小規(guī)模冰川則大幅度退縮甚至消失； 而此后則逐漸轉(zhuǎn)向厚度變薄為主的退縮模式； 與此同時，冰川末端因消融冰量超過補給冰量而出現(xiàn)后退。隨著高原氣溫的急劇升高，雪線明顯上升，冰川表面消融加劇，厚度減薄加速，但體量大的冰川面積減少變緩。在全球氣候條件沒有發(fā)生逆轉(zhuǎn)的前提下，冰川資源總量有呈加速減少趨勢。

在全球氣溫變暖的背景下，近40年來，青藏高原及其毗鄰山區(qū)升溫較為突出，雖然降水總體增加，但降水的增加仍不足以抵消升溫對冰川的影響。

2冰川演變與地質(zhì)環(huán)境響應(yīng)分析

2.1水資源響應(yīng)

有學者估算，青藏高原1988年冰川融水徑流量為46.37×109m3，相當于黃河當年的入海水量[7]。 而據(jù)遙感調(diào)查顯示，青藏高原2005年冰川消融年水資源量約為101.07×109m3，是1988年的2倍多。這與急劇升溫所導致的冰川退縮加劇和消融區(qū)不斷擴大、永久凍土區(qū)范圍變小的事實相符合。

圖2　多年凍土區(qū)凍土退縮后造成的湖泊萎縮狀況Fig.2　Shrinking lakes caused by continuing retreat of permafrost

隨著近期青藏高原氣溫的急劇升高和雪線的顯著上升，冰川在表面消融加劇、融水量增加的同時，其末端因消融冰量超過補給冰量而出現(xiàn)后退。在氣候大幅變暖初期，由于冰川面上增加的消融量遠遠超過冰川末端后退所減少的消融量，因此冰川融水徑流總量在增加(青藏高原除一些小規(guī)模冰川外，大多數(shù)冰川都處于這一階段)； 但隨著時間的延續(xù)，冰川后退加速，當因冰川面積縮減損失的消融量超過氣溫升高所增加的面上消融量時，冰川融水徑流總量會隨之下降，并迅速降至升溫前的冰川融水徑流初始值，最后將因冰川的消亡而冰川融水徑流終止。青藏高原冰川融水資源量在21世紀中葉前后可能出現(xiàn)拐點，然后呈逐漸減小，這將是高原內(nèi)冰川融水資源量要面臨的演化過程。

2.2凍土響應(yīng)

青藏高原目前處于冰川大幅退縮后融水徑流增加的階段。融水徑流的增加改變了冰川區(qū)地下水循環(huán)系統(tǒng)，而地下水水量的增加，又加速了地下水水流速度，從而導致冰川區(qū)分布的凍土層加速融化。

青藏高原急劇升溫是造成多年凍土地表淺層退縮的主要原因； 而深層多年凍土退縮主要是由于地下水水流加速造成的。多年凍土的退縮不僅釋放了大量甲烷(CH4)、二氧化氮(NO2)和二氧化碳(CO2)等溫室氣體，而且使草場退化加劇，地表形變加劇，滑坡增多。多年凍土退縮后使得不透水層下移，凍土區(qū)分布的小型湖泊儲水條件發(fā)生改變，湖面面積逐漸縮小，甚至萎縮(圖2)，致使凍土區(qū)的整體生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)惡化，荒漠化加劇，誘發(fā)沙塵暴等惡劣氣象災(zāi)害頻發(fā)； 而沙塵暴的發(fā)生，又使降落到冰川區(qū)的沙塵物質(zhì)增多，進而加大了冰川對熱量的吸收，加快了冰川的退縮。

多年凍土退縮后釋放的甲烷(CH4)、二氧化氮(NO2)和二氧化碳(CO2)等溫室氣體，可以在一定程度上改變多年凍土區(qū)的局地氣候系統(tǒng)，使冰川區(qū)升溫效應(yīng)大于平原區(qū)，導致冰川退縮進一步加快。

2.3荒漠化響應(yīng)

冰川融水徑流增加后，從一定程度上抑制了高原內(nèi)荒漠化加重的趨勢。據(jù)遙感調(diào)查,1975年、2000年、2007年青藏高原的荒漠化面積分別為563 288 km2、589 656 km2和580 977 km2，2000年比1975年增加26 368 km2，2007年比2000年減少8 679 km2。青藏高原內(nèi)主要為山谷冰川，冰川融水徑流增加主要補給河流和湖泊，而植被主要依靠小規(guī)模冰川和多年凍土融化供給水資源。所以，從長期看，隨著冰川融水徑流超過增加的臨界值后，以及一些小規(guī)模冰川消失和多年凍土退化后，面狀供給水資源將大大減少，植被覆蓋度將迅速降低，荒漠化又將加重發(fā)展。

2.4濕地響應(yīng)

青藏高原在2000年后由于冰川融水增加導致冰磧湖面積不斷增加和擴大，再加上人工濕地的增加，使高原濕地面積增加，但天然濕地面積卻在持續(xù)減小。1975、1990、2000、2007年濕地面積分別為182 819.5 km2、134 864.5 km2、127 927.3 km2、131 894.2 km2。1975—1990年間、1990—2000年間的減少量分別為47 955.0 km2和6 937.2 km2，而2000—2007年間則增加了 3 966.9 km2。

青藏高原極度干旱濕地主要靠冰川融水和永久凍土中固定的水來涵養(yǎng)。因此，濕地面積將與冰川和永久凍土演化基本處于同步響應(yīng)過程。

2.5湖泊響應(yīng)

青藏高原1975年、1990年、2000年、2007年湖泊面積分別為40 456.99 km2、39 526.05 km2、43 447.24 km2、46 726.59 km2，在2000年出現(xiàn)了較大幅度的增加主要是由于冰川融水增加所導致高原內(nèi)部形成了數(shù)量眾多的小湖泊所致； 另外，冰磧湖面積不斷擴大也導致了湖泊面積的增加。高原湖泊變化表現(xiàn)為高原內(nèi)部湖泊新生和擴張，而周邊湖泊的消亡和萎縮。

青藏高原冰川和凍土長期大幅度退縮后，冰川融水減少，湖泊將呈現(xiàn)持續(xù)萎縮和消亡趨勢。

2.6地質(zhì)災(zāi)害響應(yīng)

遙感調(diào)查表明，隨著冰川退縮速度的加劇，近期部分冰磧湖潰決的多種條件已到臨界狀態(tài)，潰決的頻率正在加快。例如，2007年8月9日，西藏山南地區(qū)錯那縣龍卡冰磧湖發(fā)生潰決； 2009年7月3日夜間，西藏山南地區(qū)錯那縣卡達鄉(xiāng)折麥措冰磧湖潰決； 2009年7月29日，昌都邊壩縣加貢鄉(xiāng)加布溝次拉錯冰磧湖發(fā)生潰決。

對冰川阻塞湖來說，隨著冰川的持續(xù)后退和變薄，冰川前進的動力減弱，冰川阻塞湖的形成條件將逐漸失去，這類湖泊潰決的風險在消失。

冰川消減后，大面積出露的基巖為冰川泥石流的發(fā)生提供了大量的物質(zhì)來源。隨著山區(qū)溫度的升高，冰川活動性加劇，再加上局部災(zāi)害性降水氣候，使青藏高原冰川泥石流暴發(fā)的頻率增高。但由于冰川規(guī)模在不斷減小，泥石流的規(guī)模及阻塞的河川也會減少，因此，因冰川泥石流形成堰塞湖潰決所引發(fā)的洪水災(zāi)害也會逐漸減少。

2.7海平面響應(yīng)

20世紀全球海平面上升的主要因素有： ①升溫效應(yīng)及由此帶來的海洋擴展； ②冰川消融； ③地表水庫水的儲存和地下水的析出； ④大陸冰蓋的增長和融化； ⑤自上一盛冰期以來冰蓋的緩慢調(diào)節(jié)。其中，全球升溫導致冰川消融是海平面上升的主要因素。根據(jù)對全球3個瀕臨海洋的冰川區(qū)調(diào)查，阿拉斯加地區(qū)冰川消融導致海平面上升的貢獻為(0.12±0.02)mm/a[9]； 格陵蘭冰蓋冰川消融導致海平面上升的貢獻為0.14 mm/a； 智利Patagonia冰原冰川消融導致海平面上升的貢獻為(0.055±0.07)mm/a[10]。

由于青藏高原冰川資源量遠小于上述3個地區(qū)和南極洲的，其冰川消融外流的水資源量也遠小于這些地區(qū)； 加上青藏高原冰川消融的外流水資源分6條河流入海，途經(jīng)數(shù)千公里，中途水資源利用率較高，因此，青藏高原冰川變化對海平面上升的貢獻基本可以忽略不計。

2.8地震響應(yīng)

青藏高原冰川資源量大幅度減少后，地殼上覆重量減小，降低了對板塊邊界的壓力； 沿板塊邊界滲入的冰川融水相當于為板塊加入了潤滑劑，使其活動阻力降低，活動性增強。上述2個因素可能是青藏高原及其周邊近期地震頻發(fā)的誘因。

3冰川演變與生態(tài)環(huán)境響應(yīng)分析

(1)從近期來看，青藏高原的荒漠化、濕地、河流及湖泊等生態(tài)環(huán)境因子對冰川演變處于正面響應(yīng)階段： 農(nóng)業(yè)和畜牧業(yè)加速發(fā)展，推動了當?shù)亟?jīng)濟社會的發(fā)展； 生態(tài)環(huán)境保護力度的加強，使高原特有的珍貴動物藏羚羊、野驢、野牦牛和鼠兔等種群數(shù)量增加。

(2)從長期來看，荒漠化、濕地、河流、湖泊、永久凍土、氣候、地質(zhì)災(zāi)害和地震等生態(tài)環(huán)境因子都將對冰川演變做出負面響應(yīng)： 雪線上升，水源枯竭，河流斷流，湖泊干涸，植被退化，草地沙化，水土流失、地質(zhì)災(zāi)害加劇，脆弱的生態(tài)環(huán)境堪憂(圖3、圖4)。

圖3　草場荒漠化Fig.3　Grassland desertification caused by freezing and thawing in Tibetan Plateau

圖4　水土流失Fig.4　Soil erosion in Tibetan Plateau

(3)青藏高原冰川退縮導致的地質(zhì)生態(tài)環(huán)境惡化將會直接威脅人類的生產(chǎn)和生活。動物的生息繁衍、植物種群的生存和發(fā)展、以及未來的生態(tài)系統(tǒng)都將受其影響。因升溫作用導致的冰凍圈縮小將使一些流行病多發(fā)和生物多樣性減少，山地冰川面積的急劇縮小將大幅度減少和滅絕生物種群。因此，必須引起重視、加大生態(tài)環(huán)境的保護和修復力度。

4冰川演變與中國氣候響應(yīng)分析

青藏高原隆升使其原屬于亞熱帶—暖溫帶河湖濕地發(fā)育的良性生態(tài)環(huán)境區(qū)變成了以干旱少雨非良性循環(huán)的高寒荒漠生態(tài)環(huán)境區(qū)，同時阻擋了印度洋暖濕氣流北上，使得中國西部成為極度干旱的荒漠地區(qū)。東部由干熱成為溫暖濕潤地區(qū)，徹底改變了中國陸域的氣候特征。

青藏高原冰川退縮誘發(fā)沙塵暴等惡劣氣象災(zāi)害頻發(fā)，這使得降落冰川區(qū)的沙塵物質(zhì)增多，加大了冰川對熱量的吸收，從而進一步加快了冰川的退縮。另外，生態(tài)環(huán)境的惡化又在一定程度上改變了冰川區(qū)的局地氣候系統(tǒng)，致使冰川區(qū)升溫幅度進一步加大，加快冰川退縮。

冰川及多年凍土退縮后釋放的大量甲烷(CH4)、二氧化氮(NO2)和二氧化碳(CO2)等溫室氣體，可以在一定程度上改變多年凍土區(qū)的局地氣候系統(tǒng)，使青藏高原冰川區(qū)升溫效應(yīng)大于中國其他地區(qū)的升溫效應(yīng)。

青藏高原冰川退縮不僅影響高原內(nèi)部的氣候，還會影響整個中國尤其是東部地區(qū)的氣候，極端氣候?qū)㈩l發(fā)，引發(fā)的氣象災(zāi)害也愈發(fā)強大，如中國東部2008年大范圍的冰凍災(zāi)害和2014年的極端高溫災(zāi)害等； 同時也有可能改變局部乃至整個地球的氣候特征。

5結(jié)論

本研究認為，因青藏高原冰川退縮所產(chǎn)生的生態(tài)地質(zhì)環(huán)境響應(yīng)明顯。從短期看，生態(tài)地質(zhì)環(huán)境向好的方面轉(zhuǎn)變，水資源、湖泊面積和濕地資源增加，荒漠化程度減輕； 但凍土變薄和消失有加快的趨勢，地質(zhì)災(zāi)害暴發(fā)頻次在增加，冰磧湖潰決風險在加大，升溫效應(yīng)明顯，產(chǎn)生極端氣候的條件在積聚，因此，從長期看，冰凍圈萎縮，水資源減少，湖泊、濕地面積減少，生態(tài)退化已是青藏高原冰凍圈變化的基本事實。

青藏高原冰川-凍土-地質(zhì)生態(tài)環(huán)境-水資源-生態(tài)環(huán)境間已經(jīng)形成一個相互作用的循環(huán)系統(tǒng)，因此，對冰川及其演變所產(chǎn)生的環(huán)境響應(yīng)進行研究是正確認識該循環(huán)系統(tǒng)的重要切入點。

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(責任編輯： 刁淑娟)

Glacier change and eco-geological environment response in Tibetan Plateau

ZHANG Ruijiang

(ChinaAeroGeophysicalSurveyandRemoteSensingCenterforLandandResources,Beijing100083,China)

Abstract:According to results of remote sensing investigation and monitoring for snow line of glaciers in Tibetan Plateau, the eco-geological environment, such as water resources, permafrost, desertification, wetlands, lakes, geological hazards, rising sea levels and earthquake are analyzed, which are caused by glacier changes in Tibetan Plateau of recent 40 years. The effects on ecological environment and climate in China and globe around are discussed.

Key words:Tibetan Plateau; glacier change; ecological environment; geological environment; response

中圖分類號：TP79; X14

文獻標志碼：A

文章編號：2095-8706(2016)02-0046-05

作者簡介：張瑞江(1966—)，男，博士，教授級高級工程師，主要從事遙感地質(zhì)研究。Email: beijing1578@163.com。

基金項目：中國地質(zhì)調(diào)查局“青藏高原生態(tài)地質(zhì)環(huán)境遙感調(diào)查與監(jiān)測(編號： 1212010510218)”項目資助。

收稿日期：2016-03-08；

修訂日期：2016-03-16。

引用格式： 張瑞江.青藏高原冰川演變與生態(tài)地質(zhì)環(huán)境響應(yīng)[J].中國地質(zhì)調(diào)查,2016,3(2): 46-50.