青藏高原冰川演变与生态地质环境响应

张瑞江

(中国国土资源航空物探遥感中心，北京　100083)



青藏高原冰川演变与生态地质环境响应

张瑞江

(中国国土资源航空物探遥感中心，北京100083)

摘要：利用青藏高原现代冰川雪线的遥感调查与监测结果，对青藏高原40多年来由于现代冰川雪线的变化而引发的水资源、冻土、荒漠化、湿地、湖泊、地质灾害、海平面上升以及地震等生态地质环境问题进行了分析,并对可能产生的生态环境和气候问题进行了初步探讨。

关键词：青藏高原； 冰川演变； 生态环境； 地质环境； 响应

0引言

青藏高原是地球上纬度最低、面积最大、平均海拔最高、形成时代最新的巨型地貌单元，被称为地球的“第三极”。青藏高原山体海拔高、古夷平面发育，利于冰川发育。其北部地区发育了帕米尔高原、昆仑山、喀喇昆仑山、阿尔金山和祁连山5个冰川作用中心； 南部地区发育了羌塘高原、念青唐古拉山、唐古拉山、冈底斯山、喜马拉雅山和横断山6个冰川作用中心。青藏高原是长江、黄河、怒江(萨尔温江)、澜沧江(湄公河)、雅鲁藏布江(恒河)和印度河等河流的发源地，被称为亚洲“水塔”。由于近期该区升温效应明显，导致了冰川的剧烈变化，引发了一系列的生态地质环境问题。本文根据近几年的遥感调查成果，对青藏高原由于冰川演变而引发的相关问题进行了分析和探讨。

1冰川资源特征

遥感调查监测结果表明，40多年来，青藏高原雪线总体呈上升趋势[1-6]，冰川面积则呈明显减少趋势，而且近年来这种趋势又有所加剧。截至2005年，青藏高原冰川面积为46 676.64 km2，比1965年减少了4 152.27 km2，年均减少103.81 km2(图1，表1)。

图1　青藏高原冰川面积演变趋势Fig.1　Area change of glaciers in Tibetan Plateau

(km2)

从图1和表1可以看出，2000年左右，青藏高原冰川消融方式发生了明显转换。在此前，冰川以面积缩小为主，一些小规模冰川则大幅度退缩甚至消失； 而此后则逐渐转向厚度变薄为主的退缩模式； 与此同时，冰川末端因消融冰量超过补给冰量而出现后退。随着高原气温的急剧升高，雪线明显上升，冰川表面消融加剧，厚度减薄加速，但体量大的冰川面积减少变缓。在全球气候条件没有发生逆转的前提下，冰川资源总量有呈加速减少趋势。

在全球气温变暖的背景下，近40年来，青藏高原及其毗邻山区升温较为突出，虽然降水总体增加，但降水的增加仍不足以抵消升温对冰川的影响。

2冰川演变与地质环境响应分析

2.1水资源响应

有学者估算，青藏高原1988年冰川融水径流量为46.37×109m3，相当于黄河当年的入海水量[7]。 而据遥感调查显示，青藏高原2005年冰川消融年水资源量约为101.07×109m3，是1988年的2倍多。这与急剧升温所导致的冰川退缩加剧和消融区不断扩大、永久冻土区范围变小的事实相符合。

图2　多年冻土区冻土退缩后造成的湖泊萎缩状况Fig.2　Shrinking lakes caused by continuing retreat of permafrost

随着近期青藏高原气温的急剧升高和雪线的显著上升，冰川在表面消融加剧、融水量增加的同时，其末端因消融冰量超过补给冰量而出现后退。在气候大幅变暖初期，由于冰川面上增加的消融量远远超过冰川末端后退所减少的消融量，因此冰川融水径流总量在增加(青藏高原除一些小规模冰川外，大多数冰川都处于这一阶段)； 但随着时间的延续，冰川后退加速，当因冰川面积缩减损失的消融量超过气温升高所增加的面上消融量时，冰川融水径流总量会随之下降，并迅速降至升温前的冰川融水径流初始值，最后将因冰川的消亡而冰川融水径流终止。青藏高原冰川融水资源量在21世纪中叶前后可能出现拐点，然后呈逐渐减小，这将是高原内冰川融水资源量要面临的演化过程。

2.2冻土响应

青藏高原目前处于冰川大幅退缩后融水径流增加的阶段。融水径流的增加改变了冰川区地下水循环系统，而地下水水量的增加，又加速了地下水水流速度，从而导致冰川区分布的冻土层加速融化。

青藏高原急剧升温是造成多年冻土地表浅层退缩的主要原因； 而深层多年冻土退缩主要是由于地下水水流加速造成的。多年冻土的退缩不仅释放了大量甲烷(CH4)、二氧化氮(NO2)和二氧化碳(CO2)等温室气体，而且使草场退化加剧，地表形变加剧，滑坡增多。多年冻土退缩后使得不透水层下移，冻土区分布的小型湖泊储水条件发生改变，湖面面积逐渐缩小，甚至萎缩(图2)，致使冻土区的整体生态环境系统恶化，荒漠化加剧，诱发沙尘暴等恶劣气象灾害频发； 而沙尘暴的发生，又使降落到冰川区的沙尘物质增多，进而加大了冰川对热量的吸收，加快了冰川的退缩。

多年冻土退缩后释放的甲烷(CH4)、二氧化氮(NO2)和二氧化碳(CO2)等温室气体，可以在一定程度上改变多年冻土区的局地气候系统，使冰川区升温效应大于平原区，导致冰川退缩进一步加快。

2.3荒漠化响应

冰川融水径流增加后，从一定程度上抑制了高原内荒漠化加重的趋势。据遥感调查,1975年、2000年、2007年青藏高原的荒漠化面积分别为563 288 km2、589 656 km2和580 977 km2，2000年比1975年增加26 368 km2，2007年比2000年减少8 679 km2。青藏高原内主要为山谷冰川，冰川融水径流增加主要补给河流和湖泊，而植被主要依靠小规模冰川和多年冻土融化供给水资源。所以，从长期看，随着冰川融水径流超过增加的临界值后，以及一些小规模冰川消失和多年冻土退化后，面状供给水资源将大大减少，植被覆盖度将迅速降低，荒漠化又将加重发展。

2.4湿地响应

青藏高原在2000年后由于冰川融水增加导致冰碛湖面积不断增加和扩大，再加上人工湿地的增加，使高原湿地面积增加，但天然湿地面积却在持续减小。1975、1990、2000、2007年湿地面积分别为182 819.5 km2、134 864.5 km2、127 927.3 km2、131 894.2 km2。1975—1990年间、1990—2000年间的减少量分别为47 955.0 km2和6 937.2 km2，而2000—2007年间则增加了 3 966.9 km2。

青藏高原极度干旱湿地主要靠冰川融水和永久冻土中固定的水来涵养。因此，湿地面积将与冰川和永久冻土演化基本处于同步响应过程。

2.5湖泊响应

青藏高原1975年、1990年、2000年、2007年湖泊面积分别为40 456.99 km2、39 526.05 km2、43 447.24 km2、46 726.59 km2，在2000年出现了较大幅度的增加主要是由于冰川融水增加所导致高原内部形成了数量众多的小湖泊所致； 另外，冰碛湖面积不断扩大也导致了湖泊面积的增加。高原湖泊变化表现为高原内部湖泊新生和扩张，而周边湖泊的消亡和萎缩。

青藏高原冰川和冻土长期大幅度退缩后，冰川融水减少，湖泊将呈现持续萎缩和消亡趋势。

2.6地质灾害响应

遥感调查表明，随着冰川退缩速度的加剧，近期部分冰碛湖溃决的多种条件已到临界状态，溃决的频率正在加快。例如，2007年8月9日，西藏山南地区错那县龙卡冰碛湖发生溃决； 2009年7月3日夜间，西藏山南地区错那县卡达乡折麦措冰碛湖溃决； 2009年7月29日，昌都边坝县加贡乡加布沟次拉错冰碛湖发生溃决。

对冰川阻塞湖来说，随着冰川的持续后退和变薄，冰川前进的动力减弱，冰川阻塞湖的形成条件将逐渐失去，这类湖泊溃决的风险在消失。

冰川消减后，大面积出露的基岩为冰川泥石流的发生提供了大量的物质来源。随着山区温度的升高，冰川活动性加剧，再加上局部灾害性降水气候，使青藏高原冰川泥石流暴发的频率增高。但由于冰川规模在不断减小，泥石流的规模及阻塞的河川也会减少，因此，因冰川泥石流形成堰塞湖溃决所引发的洪水灾害也会逐渐减少。

2.7海平面响应

20世纪全球海平面上升的主要因素有： ①升温效应及由此带来的海洋扩展； ②冰川消融； ③地表水库水的储存和地下水的析出； ④大陆冰盖的增长和融化； ⑤自上一盛冰期以来冰盖的缓慢调节。其中，全球升温导致冰川消融是海平面上升的主要因素。根据对全球3个濒临海洋的冰川区调查，阿拉斯加地区冰川消融导致海平面上升的贡献为(0.12±0.02)mm/a[9]； 格陵兰冰盖冰川消融导致海平面上升的贡献为0.14 mm/a； 智利Patagonia冰原冰川消融导致海平面上升的贡献为(0.055±0.07)mm/a[10]。

由于青藏高原冰川资源量远小于上述3个地区和南极洲的，其冰川消融外流的水资源量也远小于这些地区； 加上青藏高原冰川消融的外流水资源分6条河流入海，途经数千公里，中途水资源利用率较高，因此，青藏高原冰川变化对海平面上升的贡献基本可以忽略不计。

2.8地震响应

青藏高原冰川资源量大幅度减少后，地壳上覆重量减小，降低了对板块边界的压力； 沿板块边界渗入的冰川融水相当于为板块加入了润滑剂，使其活动阻力降低，活动性增强。上述2个因素可能是青藏高原及其周边近期地震频发的诱因。

3冰川演变与生态环境响应分析

(1)从近期来看，青藏高原的荒漠化、湿地、河流及湖泊等生态环境因子对冰川演变处于正面响应阶段： 农业和畜牧业加速发展，推动了当地经济社会的发展； 生态环境保护力度的加强，使高原特有的珍贵动物藏羚羊、野驴、野牦牛和鼠兔等种群数量增加。

(2)从长期来看，荒漠化、湿地、河流、湖泊、永久冻土、气候、地质灾害和地震等生态环境因子都将对冰川演变做出负面响应： 雪线上升，水源枯竭，河流断流，湖泊干涸，植被退化，草地沙化，水土流失、地质灾害加剧，脆弱的生态环境堪忧(图3、图4)。

图3　草场荒漠化Fig.3　Grassland desertification caused by freezing and thawing in Tibetan Plateau

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

(3)青藏高原冰川退缩导致的地质生态环境恶化将会直接威胁人类的生产和生活。动物的生息繁衍、植物种群的生存和发展、以及未来的生态系统都将受其影响。因升温作用导致的冰冻圈缩小将使一些流行病多发和生物多样性减少，山地冰川面积的急剧缩小将大幅度减少和灭绝生物种群。因此，必须引起重视、加大生态环境的保护和修复力度。

4冰川演变与中国气候响应分析

青藏高原隆升使其原属于亚热带—暖温带河湖湿地发育的良性生态环境区变成了以干旱少雨非良性循环的高寒荒漠生态环境区，同时阻挡了印度洋暖湿气流北上，使得中国西部成为极度干旱的荒漠地区。东部由干热成为温暖湿润地区，彻底改变了中国陆域的气候特征。

青藏高原冰川退缩诱发沙尘暴等恶劣气象灾害频发，这使得降落冰川区的沙尘物质增多，加大了冰川对热量的吸收，从而进一步加快了冰川的退缩。另外，生态环境的恶化又在一定程度上改变了冰川区的局地气候系统，致使冰川区升温幅度进一步加大，加快冰川退缩。

冰川及多年冻土退缩后释放的大量甲烷(CH4)、二氧化氮(NO2)和二氧化碳(CO2)等温室气体，可以在一定程度上改变多年冻土区的局地气候系统，使青藏高原冰川区升温效应大于中国其他地区的升温效应。

青藏高原冰川退缩不仅影响高原内部的气候，还会影响整个中国尤其是东部地区的气候，极端气候将频发，引发的气象灾害也愈发强大，如中国东部2008年大范围的冰冻灾害和2014年的极端高温灾害等； 同时也有可能改变局部乃至整个地球的气候特征。

5结论

本研究认为，因青藏高原冰川退缩所产生的生态地质环境响应明显。从短期看，生态地质环境向好的方面转变，水资源、湖泊面积和湿地资源增加，荒漠化程度减轻； 但冻土变薄和消失有加快的趋势，地质灾害暴发频次在增加，冰碛湖溃决风险在加大，升温效应明显，产生极端气候的条件在积聚，因此，从长期看，冰冻圈萎缩，水资源减少，湖泊、湿地面积减少，生态退化已是青藏高原冰冻圈变化的基本事实。

青藏高原冰川-冻土-地质生态环境-水资源-生态环境间已经形成一个相互作用的循环系统，因此，对冰川及其演变所产生的环境响应进行研究是正确认识该循环系统的重要切入点。

参考文献:

[1] 赵福岳,方洪宾,张瑞江,等.全国陆域生态地质环境质量特征及其规律性研究[M].北京:地质出版社,2013:11-64.

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[5] 张瑞江,方洪宾,赵福岳.青藏高原近30年来现代冰川的演化特征[J].国土资源遥感,2010(增刊):49-53.

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[10]Rignot E,Rivera A,Casassa G.Contribution of the Patagonia icefields of South America to sea level rise[J].Science,2003,302(5644):434-436.

(责任编辑： 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

中图分类号：TP79; X14

文献标志码：A

文章编号：2095-8706(2016)02-0046-05

作者简介：张瑞江(1966—)，男，博士，教授级高级工程师，主要从事遥感地质研究。Email: beijing1578@163.com。

基金项目：中国地质调查局“青藏高原生态地质环境遥感调查与监测(编号： 1212010510218)”项目资助。

收稿日期：2016-03-08；

修订日期：2016-03-16。

引用格式： 张瑞江.青藏高原冰川演变与生态地质环境响应[J].中国地质调查,2016,3(2): 46-50.