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高亚洲是地球中低纬度冰川最发育的地区,有现代冰川面积9.8万km2,其作为亚洲众多河流的发源地,素有“亚洲水塔”之称。已有的研究表明,受全球变暖的影响,近几十年来高亚洲地区冰川以退缩为主,且呈现出加速消融趋势,进而导致下游江河径流呈现出不稳定的变化,已对下游数亿人口的粮食安全和社会发展产生了潜在威胁。另外,高亚洲地区冰川的加速消融可引发海平面上升、冰川水资源储量减少、冰川灾害频率增加等一系列资源环境问题。因此,开展高亚洲地区冰川物质平衡时空变化及其影响研究,对高亚洲地区的水资源安全及其下游社会的可持续发展都具有重要意义。 本文首先利用1960s地形图数据、2000年SRTM DEM数据和2015年前后的ASTER立体像对数据,基于大地测量学方法获取了近50年来高亚洲地区的冰川表面高程变化数据,进而分析了近50年冰川物质平衡在“流域—山系—高亚洲”不同尺度下的时空变化特征;其次,基于上述分析结果定量评估了高亚洲冰川变化对海平面上升、区域水资源的影响和贡献;然后,利用高亚洲地区的气象站资料,分析了高亚洲地区冰川变化在不同区域产生差异性原因;最后,结合ERA再分析资料尝试探讨了大气环流与冰川物质平衡变化之间的内在联系。本文得到主要结论如下: (1)在区域和山系尺度上,1960s~1999和1999~2015s两个时段内,大部分高亚洲地区冰川的物质平衡呈加速消融态势,而在帕米尔、西昆仑、喀喇昆仑和天山中西段等区域的冰川物质亏损速率呈稳定乃至减小的趋势。区域尺度上,1960s~1999时段内不同区域估算的冰川物质平衡变化在-0.51±0.36~-0.03±0.04mw.e.a-1之间;1999~2015s时段内冰川物质平衡的变化范围为-0.74±0.22~0.17±0.15mw.e.a-1。山系尺度上,1960s~1999年间阿尔泰山的冰川物质亏损速率最大(-0.43±0.02m w.e.a-1),喀喇昆仑山亏损速率最小(-0.04±0.06m w.e.a-1);1999~2015s时段阿尔泰山的物质亏损速率依然最大(-0.54±0.13mw.e.a-1),喀喇昆仑山由微弱负平衡转为微弱正平衡(0.01±0.11m w.e.a-1)。两个时段的山系物质平衡变化最大的为西昆仑山(从-0.33±0.10变为0.17±0.15mw.e.a-1),而喀喇昆仑山的变化最小,基本维持不变。 (2)在流域尺度上,1960s~1999和1999~2015s两个时段内高亚洲17个流域的冰川物质全部呈负平衡。相比于1960s~1999年(0.24±0.10m w.e.a-1),1999~2015s年的平均物质亏损速率略有增长(0.27±0.12m w.e.a-1)。其中,高亚洲地区东部流域的物质亏损普遍呈加速态势,中西部流域的物质亏损速率则呈微弱的加速或者减缓趋势。高亚洲地区内流水系的冰川物质平衡变化并不明显,冰川加速消融的主要流域为雅鲁藏布江流域和印度河流域。 (3)1960s~1999年高亚洲地区总的冰川物质亏损量为20.87±9.17Gt a-1,其中内流区为10.68±5.06Gt a-1;外流区为10.18±4.09Gta-1,相当于海平面上升0.03±0.01mm a-1。1999~2015s时段比前一时段的物质亏损速率稍高为27.47±11.77Gta-1,其中内流区为11.66±6.02Gt a-1;外流区为15.81±5.75Gt a-1,相当于海平面上升0.05±0.02mm a-1。 (4)基于高亚洲地区的气象站观测资料,近50年间高亚洲地区气温整体呈上升趋势,且大部分气象站显示降水呈增加趋势,仅东部和东南边缘的部分气象站有减小趋势。相比于1960s~1999时段,1999~2015时段高亚洲东部和南部的平均气温升高幅度明显高于西北部,而西北部的降水增加量明显高于其他地区。高亚洲东部和东南部相对较大的升温幅度和无明显上升趋势的降水量导致了该地区冰川物质亏损速率增加,而西北部显著增加的降水和相对较低的升温幅度是相应地区冰川物质亏损速率明显减缓的主要原因。 (5)冰川变化与大尺度环流因子之间的相关分析结果表明,尽管高亚洲部分区域的气温、降水和冰川物质平衡与部分环流指数之间通过了显著性检验,但相关系数普遍较小,还需要更长时段的研究。区域气候与大气环流因子间的相关关系表明,高亚洲不同地区的冰川物质平衡变化可能与中纬度亚欧大陆的大气环流变化存在遥相关,这种遥相关关系可以从大尺度环流角度来解释高亚洲地区冰川物质平衡变化的空间分布特征。