2019-01-02 23:22:01
倒塌的冰川威胁着亚洲的供水

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“第三极”是北极和南极之后地球上最大的冰雪储存库。它包括喜马拉雅 - 兴都库什山脉和青藏高原。该地区拥有世界上最高的14座山峰和约10万平方公里的冰川(面积相当于冰岛)。融水为十条大河供水,其中包括印度河,雅鲁藏布江,恒河,黄河和长江,世界上几乎五分之一的人口依赖这些河流。

气候变化威胁着这个巨大的冰冻水库(参见“第三极变暖”)。在过去的50年里,喜马拉雅山和青藏高原的冰川一直在萎缩2。北方天山山区的人口已经失去了四分之一的质量,到本世纪中叶可能会损失一半。他们的融水正在扩大湖泊4。河流在夏季开始时比30年前更早出现5。天气模式正在发生变化。较弱的印度季风正在减少喜马拉雅山6和青藏高原南部的降水;青藏高原西北部和帕米尔山脉的降雪和雨水正在增加2。

研究人员仍然不明白为什么这些变化在整个地区变化如此之大,或者它们将如何发展。中亚的一些河流,例如咸海的河流,预计将逐渐干涸7。其他人 - 例如上恒河,雅鲁藏布江,萨尔温江和湄公河 - 可能会膨胀,至少到20507年。

西藏社区已经在处理冰川崩塌的影响。 2018年10月,残骸拦截了雅鲁藏布江,雅鲁藏布江是布拉马普特拉河的源头,威胁着孟加拉国的洪水泛滥地区。

社区需要信息来帮助他们管理风险和供水。他们需要知道哪些冰川融化最快,以及降雪和温暖气候如何影响冰的积累和消失以及河流和湖泊的数量。

监控网络

在这个广阔,偏远和偏远的地区,水循环很难监测。卫星图像和气候模型太粗糙,无法解决当地的变化。

整个地区都需要一个监测站网络。它必须跟踪经典的气象变量,如气温,湿度,气压,降水和风。它需要通过测量水蒸气中氢和氧的稳定同位素来扩展水循环数据。这为大气水分的来源及其经历的过程提供了重要的见解,例如蒸发和冷凝。

作为第一步,自2014年以来,一个名为第三极环境(TPE;由T.Y.领导)的国际科学计划与中国科学院青藏高原研究所在北京合作,建立了11个地面站和系留气球。这个监测网络已经超过了南极洲和北极地区的类似努力,并且几乎使全球这类电台的数量增加了一倍。

但还有更多工作要做。研究人员需要更好地了解第三极复杂地形与影响降水和融冰的天气模式和过程之间的关系。水循环必须在三个方面进行追踪 - 如地面和空中的液态水,冰和水蒸气 - 以及监测的变化。计算机模型还需要进行定制,以便为该地区提供准确的预测。

需要知道

两种天气模式 - 印度季风和盛行的西风 - 将大部分水分流向第三极。随着印度大陆在春季和夏季升温,对流从孟加拉湾,阿拉伯海和印度洋向北吸收水分;这就像喜马拉雅山脉及其后的降水一样8。在该地区的北部和西部,强劲的西风带来地中海的水分。在整个地区,水也从土壤中蒸发,并通过蒸腾作用从植物中释放出来。

由于对水中稳定同位素的观察,我们了解这些模式。在垂直方向上,这些数据揭示了水分如何在气团中以及在大气边界层的过程中混合。该信息还记录了冰川每天释放的水分,因为它们的表面和空气的热量和冷却。

我们仍然缺乏对每个过程在总体水预算中的作用的定量理解。也不清楚固体,液体和气相之间有多少水通过,影响了区域水文。人们对影响冰川的物理过程知之甚少,包括气溶胶和表面碎片对冰的积聚和融化的影响。我们无法预测融水会下降到湖泊和河流中的程度,也不能预测潮湿的土壤会如何增加局部降水。该地区复杂多变的地形是另一个混乱因素。

然后是气候变化。在过去的几十年中,东亚的西风急流在冬季得到加强9,但印度的夏季季风却在减弱。这两种趋势都会影响降雪的分布,从而影响反射率(或反照率),能量预算(进入和离开地球系统的所有能量的平衡)以及陆地表面的水预算。

全球气候模型旨在模拟大气环流的大尺度特征,因此难以在第三极中重现天气模式。将需要新的模型和数据来改进它们。该地区只有0.1%的冰川和湖泊有监测站。海拔高于5000米的地区几乎没有气象站,更不用说水同位素探测器了。

下一步

首要任务是扩大天气和同位素监测站网络。已经计划在今年晚些时候在第三极的更广泛区域安装20个额外的站点;随着学习进展,可以添加其他人。该装置是中国Pan-TPE研究计划的一部分,涉及从挪威到尼泊尔的科学家。它研究了第三极,伊朗高原,高加索山脉和喀尔巴阡山脉的环境变化,预算为14.8亿元人民币(2.15亿美元)。另一个项目 - 第二个青藏高原科学考察和研究(STEP)项目 - 将从2019年起的5年内获得43.5亿元人民币用于研究青藏高原的环境变化。在这个为期10年的计划中,仪器,人员和维护成本可能从每年800万元增加到约1.5亿元。

大多数监测站将沿两个轴设置。从热带印度洋,孟加拉国和尼泊尔延伸到天山山脉的15个车站的南北线,每隔100-500公里,将监测与季风相关的过程。从伊朗高原延伸到中国黄土高原的东西横断面,包括相隔200-500公里的12个台站,将检查西风带的影响。在流域,以及冰川碎片,永久冻土和地下水的水平,将观察到降雪和降雨,冰川融化以及湖泊和河流的流量。

通过每小时三个热点的测量来跟踪海拔,大气环流和水汽之间的相互作用:帕米尔山脉(以西风为主),喜马拉雅山脉(受印度季风影响)和横断山脉(东亚季风盛行) 。每个站点将以200米的高度间隔托管10个站点。

安装和维护此网络将具有挑战性。设备必须坚固耐用,并配备最新技术,如快速,基于激光的光谱同位素测量和高分辨率光检测和测距(激光雷达)系统。仪器必须定期校准。必须培训200多名专业人员来管理他们。

第二个优先事项是分享数据并将其输入全球和区域气候模型。应为第三极开发新一代地球系统模型,代表其大气层,冰冻圈,水圈和生物圈。模型应包括非常高分辨率的相互作用,包括水的稳定同位素,以及气溶胶和生物地球化学循环。

这些模型应探讨人类活动和气候减缓战略(温室气体排放,气溶胶,土地利用变化,水管理)的不同情景的区域影响。它们还应量化河流径流和水质的变化。这些模型将指导区域战略,以适应气候变化,保护和恢复生态系统及其服务,以及保护生物多样性。

从气候学到社会科学,世界各地的科学家必须共同合作。当地人民的需求必须是核心。研究人员应该帮助社区了解他们的气候和环境正在发生什么,并使他们能够制定管理风险和适应的战略。例如,科学家对2016年西藏西部阿鲁冰川主要冰川崩塌的评估使当地政府能够建立危险预警系统并重新安置受威胁的社区。

随着全球变暖的影响在第三极引起反响,科学必须处于领先地位。

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