謝宜達(dá)， 王飛騰， 黃仕海， 趙燦文

（1.中國科學(xué)院西北生態(tài)環(huán)境資源研究院，甘肅蘭州 730000； 2.中國科學(xué)院西北生態(tài)環(huán)境資源研究院冰凍圈科學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，甘肅蘭州 730000； 3.中國科學(xué)院大學(xué)，北京 100049； 4.達(dá)古冰川風(fēng)景名勝區(qū)管理局，四川黑水 623500；5.成都理工大學(xué)旅游與城鄉(xiāng)規(guī)劃學(xué)院，四川成都 610059）

0 引言

21 世紀(jì)人類面臨的主要問題之一是預(yù)測(cè)和減緩全球氣候變化所帶來的影響［1］。有關(guān)研究表明，自19世紀(jì)末，地球陸地和海洋表面的平均溫度上升了0.85 ℃［2］，全球變暖因此引起人們的普遍關(guān)注［3］，而在此背景下，研究人員觀測(cè)到大量冰川加速消融［4-5］。具體為1960 年以來，冰川面積年均退縮率為0.35%。其中，冰川面積年均退縮率最大值出現(xiàn)在低緯度地區(qū)（2.28%），是全球平均退縮率的近7倍，最小值出現(xiàn)在加拿大北極北部（0.07%）［6-7］，僅為全球平均值的20%。Zemp等［8-9］研究發(fā)現(xiàn)1961—2016 年期間，冰川消融為全球平均海平面上升貢獻(xiàn)（27±22）mm，且冰川的大量消融將導(dǎo)致固體水資源的儲(chǔ)量減少，引發(fā)缺水危機(jī)，同時(shí)也會(huì)造成春汛夏汛。由此可見，全球冰川的大量消融已對(duì)全球海平面［10-11］和區(qū)域水循環(huán)［12-13］造成了一定影響。此外，持續(xù)不斷的冰川消融正通過改變季節(jié)水循環(huán)、增加自然災(zāi)害和導(dǎo)致海平面上升影響人類社會(huì)［14］。

第二次冰川編目統(tǒng)計(jì)表明，我國目前共有冰川48 571 條，總面積約5.18×104km2，約占全國國土面積的0.54%［15］。而受全球氣候變暖影響，除喀喇昆侖山地區(qū)冰川較穩(wěn)定外，中國其他區(qū)域冰川普遍呈退縮減薄狀態(tài)。冰川加劇融化已嚴(yán)重影響到水資源變化格局，同時(shí)夏季冰川消融量增加，引發(fā)冰湖潰決，洪澇災(zāi)害增加，對(duì)水資源、水循環(huán)和生態(tài)環(huán)境等產(chǎn)生顯著影響［16-17］。此外，冰川加劇消融使得水資源年內(nèi)與年際變率增加，可能引起未來水資源的長期供應(yīng)短缺，使得現(xiàn)有水資源管理與災(zāi)害防治對(duì)策與措施面臨巨大挑戰(zhàn)。因此，在當(dāng)前區(qū)域迅速增溫、冰川快速退縮的情境下，應(yīng)用科學(xué)方法減緩冰川消融和保持水資源的可持續(xù)利用顯得尤為重要。中國冰川數(shù)量和面積分別以面積＜0.5 km2的冰川和面積介于1.0～50.0 km2的冰川為主［15］。研究表明小冰川對(duì)氣候變化十分敏感，一旦小冰川呈現(xiàn)全面消融，如不加人工干預(yù)，則難以逆轉(zhuǎn)最終消亡的現(xiàn)實(shí)。因此在冰川關(guān)鍵區(qū)域應(yīng)用減緩冰川消融的技術(shù)措施，降低太陽對(duì)冰川的直接輻射和近地層大氣湍流交換所產(chǎn)生的影響，增大冰川表面的反照率，使冰川表面與大氣層之間的能量交換過程處于局部較為穩(wěn)定的狀態(tài)，以此了解冰川消融變化趨勢(shì)與機(jī)理，提出減緩冰川消融的適應(yīng)措施。

人工減緩冰川消融的方法在過去很少得到關(guān)注［18］，但隨著全球變暖加速冰川消融趨勢(shì)愈加明顯，人為干預(yù)減緩冰川消融的措施越來越受到關(guān)注。自21世紀(jì)初以來，相關(guān)研究工作人員開始在阿爾卑山地區(qū)逐步進(jìn)行人工減緩冰川消融試驗(yàn)［19-20］。研究人員開發(fā)試驗(yàn)了冰川覆蓋、冰川注水、梳理積雪、人工造雪的物質(zhì)平衡管理法［21-22］來減緩冰川消融。在上述方法中冰川覆蓋土工織物被證明對(duì)冰川消融有顯著的減緩效果［20］，可減少50%～70% 的冰雪融化［23］。近幾年來，用白色土工織物覆蓋冰川表面已經(jīng)變得越來越普遍，覆蓋白色土工織物逐漸成為局部減少冰融化的有效技術(shù)［21］。

當(dāng)然，目前國內(nèi)對(duì)冰川的研究主要集中在變化過程、機(jī)理和未來變化預(yù)估等方面，而在應(yīng)對(duì)冰川消融的工程措施方面研究極少。本文基于國內(nèi)典型山地冰川達(dá)古17 號(hào)冰川（32.22° N，102.75° E）開展人工措施減緩冰川消融，填補(bǔ)了國內(nèi)人工措施減緩冰川積雪消融研究的空白，可為減緩冰川消融提供有益借鑒。

1 研究區(qū)概況

達(dá)古冰山地處青藏高原東南部邊緣［圖1（a）］，橫斷山脈中段，四川盆地西北邊緣山地向高原丘陵過渡的高山峽谷地帶。屬于季風(fēng)高原型氣候區(qū)，旱、雨季分明，日照充足，氣溫年差較小，日差較大，氣候隨海拔高度不同，差異很大。2016 年，達(dá)古僅存13 條冰川，總面積僅為1.70 km2，相比第二次冰川編目減少4 條冰川。1975—2017 年期間，達(dá)古冰川面積減少5.094 km2，縮減率為0.12 km2·a-1，其退縮趨勢(shì)與中國西南地區(qū)季風(fēng)性海洋冰川變化一致［24］。

圖1 達(dá)古冰川示意圖（a～b為達(dá)古冰川地理位置；c～f為達(dá)古冰川景觀變化）Fig.1 The diagram on the Dagu Glacier No.17：geographical location（a，b），the landscape changes of Dagu Glacier No.17（c～f）

本試驗(yàn)基于達(dá)古17號(hào)冰川（32.22° N，102.75° E）。根據(jù)第二次冰川編目，達(dá)古17 號(hào)冰川海拔4 780～4 970 m a.s.l.，冰儲(chǔ)量3.38×106m3，坡度多在30°～50°之間。1971—2016 年，達(dá)古冰川17號(hào)冰川末端退縮約0.76 km，面積減少0.78 km2［25］。達(dá)古17號(hào)冰川作為該區(qū)域內(nèi)最大的冰川，消融趨勢(shì)十分明顯，且在2020 年左右消融分裂成3 條小冰川［圖1（b）］。因此，綜合冰川面積、交通和景觀觀賞性等因素，試驗(yàn)區(qū)設(shè)于達(dá)古17號(hào)冰川分裂后的上端小冰川，這有助于相關(guān)工作人員攜帶試驗(yàn)儀器到達(dá)目的地，同時(shí)節(jié)省了大量的人力，為試驗(yàn)調(diào)查研究提供了良好的條件。

2 試驗(yàn)方法

本研究以四川達(dá)古冰川為研究標(biāo)靶開展相關(guān)試驗(yàn)研究。在達(dá)古冰川消融季，應(yīng)用覆蓋光熱阻隔物（土工織物）方法，通過在冰川表面鋪設(shè)隔熱和反光材料，增大冰川表面反照率，在冰面阻擋太陽輻射和冰川的熱交換，以此達(dá)到減緩達(dá)古冰川消融的目的。具體試驗(yàn)是在達(dá)古冰川中下部的消融區(qū)，建立1 個(gè)500 m2左右的試驗(yàn)場(chǎng)，開展光熱阻隔物減緩達(dá)古冰川消融的試驗(yàn)研究，研究人工干預(yù)的方法對(duì)減緩冰川消融的作用，并評(píng)估其試驗(yàn)效果。此外，為定量監(jiān)測(cè)試驗(yàn)區(qū)物質(zhì)平衡變化，采用傳統(tǒng)的花桿-雪坑方法進(jìn)行觀測(cè)。

2.1 施工方案

傳統(tǒng)的保溫隔熱材料有擠塑聚苯乙烯隔熱板、硬質(zhì)聚氨酯隔熱板、無機(jī)真空絕熱板、鏡面反射膜、土工織物等。其中擠塑聚苯乙烯隔熱板和硬質(zhì)聚氨酯隔熱板屬于傳統(tǒng)的多孔隔熱材料，主要是通過內(nèi)部存在的大量孔隙以及孔隙中的導(dǎo)熱系數(shù)較小的氣體進(jìn)行隔熱［26］；這兩種隔熱材料由于質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、隔熱效果好因此在保溫節(jié)能工程被廣泛使用［27］。聚氨酯同樣作為一種重要的有機(jī)隔熱材料，它的吸濕率低、防潮性能好、導(dǎo)熱系數(shù)為0.024 W·m-1·K-1，隔熱性能較擠塑聚苯乙烯隔熱板好［26］，但其成本較高，達(dá)110 元·m-2（人民幣）。無機(jī)真空絕熱板屬于新型的真空隔熱材料，它通過不良導(dǎo)體體芯破壞熱傳導(dǎo)、超強(qiáng)真空破壞熱對(duì)流、鋁箔結(jié)構(gòu)反射熱輻射，使導(dǎo)熱系數(shù)降低到只有0.008 W·m-1·K-1。鏡面反射膜屬于熱反射型隔熱材料，它主要是通過熱反射減少輻射傳熱，具有高反射、低發(fā)射輻射性質(zhì)，常用作多層隔熱材料中的反射屏和絕熱結(jié)構(gòu)的外保護(hù)層［28］。土工織物具有較強(qiáng)的抗拉性［29］，可以使冰川受荷載能力增強(qiáng)，且成本較低，適合范圍性應(yīng)用。由于達(dá)古冰川區(qū)域地勢(shì)險(xiǎn)峻，常有泥石流、暴雨、滑坡等自然災(zāi)害，因此綜合考慮導(dǎo)熱系數(shù)、厚度、熱容、成本等，本次試驗(yàn)擬使用的隔熱材料為土工織物。

本試驗(yàn)的目的是了解土工織物對(duì)冰川消融的影響。2020 年8 月5 日，單幅寬2 m、長度為50 m 的6 卷土工織物布置在達(dá)古17 號(hào)冰川主流線高度為4 870 m a.s.l.的區(qū)域，覆蓋面積為500 m2，約占冰川總面積的0.2%，于10 月17 日被移除。在試驗(yàn)鋪設(shè)前期，利用達(dá)古冰川觀光纜車，將紡織材料運(yùn)輸至海拔4 860 m a.s.l.處，然后再搬運(yùn)至施工作業(yè)區(qū)。試驗(yàn)場(chǎng)鋪設(shè)時(shí)，如圖2所示，首先自高海拔向低海拔鋪設(shè)，利用材料本身的重力向下滾動(dòng)［圖2（a）］。在圖2（c）整幅材料鋪設(shè)完畢后，相鄰的材料搭接在一起，重疊寬度40 cm，對(duì)有收縮的地方及時(shí)展平在布設(shè)完成之后，如此，利用6卷土工織物搭建的10 m×50 m的試驗(yàn)區(qū)搭建完成。冰川表面鋪設(shè)的土工織物，由于其滲透性，土工織物會(huì)主動(dòng)吸附在冰川表面，因此它自然地粘在冰川上。由于高山冰川上常發(fā)生重力風(fēng)，以免破壞試驗(yàn)區(qū)域，土工織物會(huì)用巖石壓好，同時(shí)，每間隔3 m 用拴著巖石的繩索固定［圖2（c）］，最后用膠帶粘接。為了避免巖石對(duì)試驗(yàn)區(qū)太陽輻射的影響，巖石被放入由相同的土工織物制成的袋子中。在安裝布設(shè)過程的最后，整個(gè)表面看起來是白色和均勻的，并且在2020年整個(gè)試驗(yàn)期間，對(duì)該地區(qū)定期進(jìn)行維護(hù)。

圖2 試驗(yàn)區(qū)鋪設(shè)示意圖Fig.2 Map showing the construction of test area：the laying of geotextiles（a）；the fixing of geotextiles（b）；the coverage area（c）

2.2 實(shí)地測(cè)量

由于高海拔地區(qū)實(shí)地觀測(cè)數(shù)據(jù)獲取困難，許多冰川研究大都采用建?；蜻b感的方法［30-31］。為更準(zhǔn)確研究達(dá)古冰川物質(zhì)平衡在試驗(yàn)期內(nèi)的變化，依照國際冰川監(jiān)測(cè)服務(wù)中心（WGMS）［32］物質(zhì)平衡觀測(cè)規(guī)范于2020年采用傳統(tǒng)的觀測(cè)方法花桿-雪坑法測(cè)量達(dá)古冰川物質(zhì)平衡。為保證試驗(yàn)場(chǎng)的穩(wěn)定性與完整性，如圖3所示，花桿設(shè)立在距離土工織物邊緣絕對(duì)距離不超過一米的非試驗(yàn)區(qū)，以此來觀測(cè)非試驗(yàn)區(qū)域和試驗(yàn)區(qū)域的冰川消融量變化。其中試驗(yàn)區(qū)消融量則可以通過觀測(cè)、測(cè)量非試驗(yàn)區(qū)域與試驗(yàn)區(qū)域邊緣的高度差，利用高度差與非試驗(yàn)區(qū)域的消融變化測(cè)定試驗(yàn)區(qū)域的消融情況。花桿觀測(cè)時(shí)間為8 月5 日至10 月17 日，每隔一周進(jìn)行一次物質(zhì)平衡觀測(cè)，兩周進(jìn)行一次數(shù)據(jù)匯總。具體觀測(cè)內(nèi)容包括：每根花桿至冰川表面的垂直高度、附加冰的厚度、粒雪層的厚度和密度及雪坑剖面結(jié)構(gòu)。此外，密度測(cè)量必須要求雪坑垂直高度大于5 cm，否則冰雪密度采用野外觀測(cè)經(jīng)驗(yàn)值，冰和雪的密度分別取值為900 kg·m-3和300 kg·m-3。非試驗(yàn)區(qū)單點(diǎn)消融量（bn，m w.e.）計(jì)算公式為：

圖3 2020年8月5日至17日達(dá)古17號(hào)冰川試驗(yàn)區(qū)物質(zhì)平衡變化（左圖為花桿點(diǎn)位置；右方的I～VI為相應(yīng)的花桿點(diǎn)數(shù)據(jù)記錄，黃線代表覆蓋區(qū)，藍(lán)線代表未覆蓋區(qū)）Fig.3 The mass balance measured at the sites（stakes I-VI）in the Dagu 17 Glacier test area from 5 to 17 August 2020（The left picture shows the position of the ablation stakes，and the I～VI on the right are the ablation stakes’data records.The yellow line represents the mass balance of coverage area，and the blue line represents the mass balance of uncovered area）

式中：bs、bice、bsi分別為雪、冰川冰以及附加冰的物質(zhì)平衡，具體可參見已有研究［33］。

試驗(yàn)區(qū)消融量（Bn，m w.e.）計(jì)算如下：

式中：ΔH為試驗(yàn)區(qū)與非試驗(yàn)區(qū)的高度差，bΔH則為試驗(yàn)區(qū)與非試驗(yàn)區(qū)高度差部分的水當(dāng)量。由此獲得6根花桿的非試驗(yàn)區(qū)與試驗(yàn)區(qū)消融量，最后，取其平均值作為冰川試驗(yàn)區(qū)與非試驗(yàn)區(qū)整體消融量的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)。

3 結(jié)果與討論

3.1 物質(zhì)平衡實(shí)地觀測(cè)變化

冰川的消融與冰川表面的能量平衡密切相關(guān)。當(dāng)冰川表面獲得的能量大于釋放的能量，冰川開始融化或升華，而冰川表面的這種能量收支主要受控于輻射平衡，而且冰川消融主要發(fā)生在夏季，以冰面消融為主；太陽直接輻射和近地層大氣湍流交換是引起冰川消融的主要熱源。因此，在冰面阻擋太陽輻射和冰面的熱交換能夠有效的減緩冰川消融。

根據(jù)圖3 所示，試驗(yàn)區(qū)冰川消融量顯著低于非試驗(yàn)區(qū)。 非試驗(yàn)區(qū)下、中、上端消融量分別為-1.33、-1.20、-1.11 m w.e.，而試驗(yàn)區(qū)下、中、上端消融量分別為-0.92、-0.78、-0.72 m w.e.。以此可以看出冰川上端消融量略低于冰川末端消融量。區(qū)域物質(zhì)平衡不一致的原因可能是因?yàn)楸ㄏ谶^程與水熱條件、氣象要素、冰面局地和周邊地形以及冰川表面狀況等密切相關(guān)［34］。

除了上述試驗(yàn)區(qū)與非試驗(yàn)區(qū)消融區(qū)域差異外，試驗(yàn)區(qū)與非試驗(yàn)區(qū)消融速率從試驗(yàn)中期開始逐漸呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，直至試驗(yàn)結(jié)束。8月5日—9月2日，非試驗(yàn)區(qū)的消融速率為0.018 m w.e.·d-1，而試驗(yàn)區(qū)的消融速率為0.014 m w.e.·d-1。然而，從10 月1 日—10 月17 日，非試驗(yàn)區(qū)的消融速率為0.013 m w.e.·d-1，試驗(yàn)區(qū)為0.008 m w.e.·d-1（圖3）。消融速率的降低可能與達(dá)古17 號(hào)冰川試驗(yàn)期間氣溫逐漸下降有關(guān)，如試驗(yàn)初期到8 月末達(dá)古冰川平均氣溫為4.7 ℃，其9 月平均氣溫為2.8 ℃，而10 月初期到試驗(yàn)結(jié)束達(dá)古冰川平均氣溫僅為1.5 ℃（圖4）。氣溫的下降可較好地解釋實(shí)驗(yàn)?zāi)┢诒ㄏ谒俾实陀谠囼?yàn)初期。根據(jù)試驗(yàn)工作人員記錄，9 月份達(dá)古冰川降水開始以固體降水為主。如圖4 所示，達(dá)古冰川共發(fā)生3 次降雪事件（圖4 用藍(lán)色柱體標(biāo)注）。根據(jù)Wang 等［35］的研究表明：降雪將直接增加冰川的質(zhì)量，促進(jìn)冰川的物質(zhì)積累，同時(shí)增加冰川表面反照率；增加的反照率將減少地表對(duì)太陽輻射的吸收，有利于減緩冰川消融。降雪事件大大增加了反照率，在一定程度上與冰川表面覆蓋光熱阻隔物作用相似，減少了冰川表面與外界的熱交換，對(duì)減緩冰川消融具有一定的影響，導(dǎo)致試驗(yàn)?zāi)┢诒谒俾手饾u減緩。

圖4 試驗(yàn)期間達(dá)古冰川氣象狀況（淺藍(lán)色標(biāo)注代表該時(shí)間段發(fā)生降雪事件）Fig.4 The values of meteorological condition of Dagu Glacier during the test period（The light blue label represents the occurrence of snow events during this time period）

3.2 試驗(yàn)區(qū)與非試驗(yàn)區(qū)物質(zhì)平衡變化

在達(dá)古17 號(hào)冰川設(shè)立了500 m2的試驗(yàn)場(chǎng)地（2020 年8 月5 日），鋪設(shè)時(shí)，試驗(yàn)區(qū)和非試驗(yàn)區(qū)冰川表面平整，無積雪覆蓋，物質(zhì)平衡保持一致性。隨著時(shí)間的推移，試驗(yàn)區(qū)與非試驗(yàn)區(qū)開始出現(xiàn)高度差，并且高度差逐漸增大（圖5），直到10 月17 日，即試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，試驗(yàn)區(qū)平均高于周圍的非試驗(yàn)區(qū)表面0.46 m（圖6）。根據(jù)圖3消融觀測(cè)記錄，土工織物覆蓋的試驗(yàn)區(qū)域的冰川消融速率顯著低于無土工織物覆蓋區(qū)域，導(dǎo)致試驗(yàn)區(qū)域的物質(zhì)平衡變化低于非試驗(yàn)區(qū)域。例如：試驗(yàn)區(qū)消融量為-0.80 m w.e.，消融速率為0.011 m w.e.·d-1；非試驗(yàn)區(qū)消融量為-1.21 m w.e.，消融速率為0.017 m w.e.·d-1。試驗(yàn)區(qū)消融速率明顯低于非試驗(yàn)區(qū)主要是因?yàn)橥凉た椢锞哂懈叻凑章剩渫ㄟ^反射比非試驗(yàn)區(qū)冰川表面更多的入射短波輻射來減緩冰川消融的趨勢(shì)，而太陽輻射恰是冰川消融的主要因素之一，則冰川表面反照率的變化將引起冰川吸收的太陽短波輻射發(fā)生較大的改變，從而導(dǎo)致冰川消融速率發(fā)生變化。同時(shí)土工織物具有良好的熱性能，減少了冰川表面與外界的湍流熱通量。此外，土工織物的半透性也抑制了冰川表面水洼的形成，降低了水洼滲水促進(jìn)冰川的消融的影響［19］。

圖5 試驗(yàn)期間不同階段的試驗(yàn)區(qū)實(shí)景圖：試驗(yàn)初期實(shí)景（a），試驗(yàn)中期實(shí)景（b），試驗(yàn)?zāi)┢趯?shí)景（c～d）Fig.5 The view of the test area at different stages during the experiment：the initial view of the experiment（a）；the mid-term view of the experiment（b）；the ending view of the experiment（c～d）

圖6 土工織物有效性示意圖Fig.6 Schematic drawing showing the effectiveness of the non-woven geotextile on Dagu Glacier

在試驗(yàn)中期階段，發(fā)現(xiàn)土工織物搭接重疊（重疊寬度40 cm）的試驗(yàn)區(qū)域，比其他覆蓋區(qū)域試驗(yàn)效果更為為明顯，土工織物重疊區(qū)域的冰川表面高度顯著高于單層土工織物覆蓋區(qū)域，換言之，重疊區(qū)比單層土工織物覆蓋區(qū)域的保護(hù)效果更為優(yōu)越。這種現(xiàn)象的主要原因是土工織物重疊的區(qū)域比單層土工織物對(duì)太陽輻射具有更大的反照率，對(duì)冰川與外界的熱交換具有更為明顯的保護(hù)作用。而到試驗(yàn)?zāi)┢?，土工織物重疊的區(qū)域與單層土工織物覆蓋的區(qū)域高度差逐漸縮減，如圖5（b）～5（d）所示，其主要是因?yàn)樵囼?yàn)?zāi)┢谶_(dá)古冰川降水以固體降水為主，對(duì)冰川具有更好地減緩消融作用，而且試驗(yàn)中后期太陽輻射、氣溫逐漸下降，土工織物覆蓋下的冰川內(nèi)部溫度逐漸趨于一致，進(jìn)而導(dǎo)致高度差逐漸縮減。

試驗(yàn)?zāi)┢?，土工織物覆蓋的長度并無變化，而寬度縮減為9.72 m，覆蓋面積縮減為486 m2，面積縮減了2.8%。未被覆蓋的區(qū)域消融1.34 m，覆蓋區(qū)域消融0.88 m，表明土工織物對(duì)冰的保護(hù)深度介于0.46～1.34 m，對(duì)應(yīng)初始厚度的65.7%。試驗(yàn)初期，被覆蓋土工織物的冰川表面形狀是一個(gè)平整的面，隨著試驗(yàn)的開展，越來越多的冰川開始融化，最終試驗(yàn)區(qū)被保護(hù)冰川的形狀近似一個(gè)梯形的固體（圖6）。所以土工織物覆蓋下冰的體積是將其視作梯形固體來計(jì)算的。試驗(yàn)區(qū)上表面面積為291 m2，與非試驗(yàn)區(qū)相鄰的表面面積486 m2，高度為0.44 m。所以最終試驗(yàn)區(qū)固體的總體積為227 m3，即204 m3w.e.。換而言之，500 m2的土工織物使總消融量減少了34%，使得204 m3w.e.的冰川免于消融。

3.3 試驗(yàn)對(duì)比

此次在達(dá)古冰川上進(jìn)行的試驗(yàn)與在歐洲地區(qū)進(jìn)行的其他同類試驗(yàn)相比效果并不突出。如表1所示，四組國外研究人工措施減緩冰川消融試驗(yàn)都是在阿爾卑斯山進(jìn)行的，其中三組試驗(yàn)都減緩了至少40% 的冰川消融，有一組減少了50% 左右。究其原因可能是由調(diào)節(jié)當(dāng)?shù)啬芰科胶獾囊蛩卦斐傻?，例如在阿爾卑斯山進(jìn)行的試驗(yàn)大都選擇在低海拔區(qū)域，試驗(yàn)區(qū)海拔大都在2 800 m a.s.l.左右，而達(dá)古冰川試驗(yàn)區(qū)海拔在4 850 m a.s.l.。由于冰川消融速率與海拔高度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，而高海拔地區(qū)受到氣溫限制，導(dǎo)致低海拔區(qū)域冰川消融速率大于高海拔區(qū)域，所以在阿爾卑斯山的試驗(yàn)結(jié)果優(yōu)于本文所述的試驗(yàn)。另外，阿爾卑斯山的試驗(yàn)區(qū)位于滑雪場(chǎng)，考慮到經(jīng)濟(jì)因素，試驗(yàn)投入資本較高、材料較好，例如阿爾卑斯所進(jìn)行的試驗(yàn)其所用的土工織物質(zhì)量約為0.5 kg·m-2，厚度為3～4 mm，減少1 m3的冰免于消融大約需要0.6～7.9 瑞士法郎（換算為人民幣約為4～57 元）不等［36］；達(dá)古試驗(yàn)所用的土工織物質(zhì)量約為0.3～0.4 kg·m-2，厚度為2～3 mm，減少1 m3的冰免于消融需要人民幣5 元左右。相較之下，歐洲對(duì)冰川的保護(hù)投入力度相對(duì)較大，對(duì)土工織物的導(dǎo)熱系數(shù)、厚度和熱容要求相對(duì)較高，所以其所用材料對(duì)太陽輻射的反照率效果更好。此外，在Mount Aragatz 和Presena Ovest 進(jìn)行的試驗(yàn)，試驗(yàn)面積都大于本實(shí)驗(yàn)區(qū)域面積，其結(jié)果也優(yōu)于達(dá)古冰川試驗(yàn)，這也許是更廣泛的冰川覆蓋區(qū)域可以反射更多的太陽輻射，從而有力的阻止冰川表面與外界的熱交換。當(dāng)然試驗(yàn)周期的長短也制約著試驗(yàn)效果，國外試驗(yàn)時(shí)間周期比達(dá)古試驗(yàn)長。國外研究在滑雪場(chǎng)進(jìn)行，試驗(yàn)時(shí)間一般是滑雪場(chǎng)不盈利階段（4—10 月左右），而達(dá)古冰川是旅游景區(qū)，冰川消融期恰是旅游旺季，為景觀盈利考量，達(dá)古試驗(yàn)一般從8 月開始。換而言之，達(dá)古試驗(yàn)周期小于阿爾卑斯山試驗(yàn)周期，所以試驗(yàn)效果也就較國外研究相對(duì)較差。當(dāng)然其他因素也制約著試驗(yàn)的效果，例如：反照率變化、當(dāng)?shù)貧夂驐l件（決定了消融季節(jié)的長度和消融速率）、地形效應(yīng)都決定了試驗(yàn)效果。

表1 國內(nèi)外土工織物保護(hù)冰川試驗(yàn)研究對(duì)比（?0是指覆蓋區(qū)域相對(duì)于未覆蓋區(qū)域融化的百分比）Table 1 Studies documenting the local melt reduction by geotextiles（The ?0 refers to the percentage reduction in melting compared to an uncovered location）

3.4 推廣性分析

基于對(duì)達(dá)古冰川的研究結(jié)果，應(yīng)用人工措施減緩冰川消融效果顯著，在一定程度上可以減緩全球變暖背景下冰川加速消融的趨勢(shì)。就其效果而言，此技術(shù)可以應(yīng)用與更廣泛的冰川。然而，此次達(dá)古試驗(yàn)區(qū)共用6 卷2 m×50 m 的土工織物，約為人民幣1 200元。由6名工人組成的小組花費(fèi)1天左右的工作時(shí)間將織物覆蓋在冰川上。而且在夏季結(jié)束的時(shí)候，為保護(hù)環(huán)境考慮，所有的土工織物都將從冰川表面移走。移走的土工織物不會(huì)再次利用，這是因?yàn)橥凉た椢镉捎诒砻婧浜徒Y(jié)冰，經(jīng)常會(huì)斷裂，因此經(jīng)常需要部分更換新的土工織物；在夏季，土工織物的表面會(huì)因?yàn)樽匀坏幕覊m沉積而變黑，減少反照率，即使它們?nèi)匀煌旰脽o損，也需要更換。除此以外，達(dá)古冰川試驗(yàn)結(jié)果表明，減少1 m3的冰川消融需要5元左右覆蓋成本的投入，此外，土工織物無法循環(huán)利用，從一定程度上提高了成本。根據(jù)Huss 等［36］研究得出，覆蓋土工織物進(jìn)一步擴(kuò)大冰川覆蓋力度，從成本、環(huán)境、景觀生態(tài)而言，是不可行的。在此主張將合理和有利可圖的減緩冰川消融措施與理論上的大規(guī)模應(yīng)用明確分開，所以此技術(shù)僅可以向西北部小冰川或冰川旅游景觀推廣，以此來減緩氣候變暖條件下的冰川消融趨勢(shì)，保護(hù)中國冰川資源。

4 結(jié)論

2020 年8 月5日—10月17日期間，于達(dá)古17號(hào)冰川鋪設(shè)了500 m2的試驗(yàn)區(qū)域，開展了應(yīng)用人工措施減緩冰川消融試驗(yàn)，即在達(dá)古冰川表面覆蓋光熱阻隔物——土工織物，緩解全球變暖對(duì)山地冰川的影響，并對(duì)其應(yīng)對(duì)策略進(jìn)行適用性及有效性研究。結(jié)果表明：

（1）試驗(yàn)期間，試驗(yàn)區(qū)消融量為-0.80 m w.e.，消融速率為0.011 m w.e.·d-1；非試驗(yàn)區(qū)消融量為-1.21 m w.e.，消融速率為0.017 m w.e.·d-1。土工織物覆蓋區(qū)域物質(zhì)平衡消融速率明顯低于無土工織物覆蓋區(qū)域。

（2）500 m2的土工織物使總消融量減少了34%，保護(hù)了204 m3w.e.的冰川免于消融。

（3）面對(duì)中國西北冰川持續(xù)消融，給冰川覆蓋光熱阻隔物從成本（即材料、運(yùn)輸、安裝和維護(hù)）、人力角度而言，僅可以向西北部小冰川或冰川旅游景點(diǎn)推廣，以此來應(yīng)對(duì)氣候變暖條件下的冰川消融趨勢(shì)。

致謝：本研究離不開達(dá)古冰川管理局與野外工作人員辛苦的野外工作，在此表示感謝。