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喜马拉雅地区冰川退缩对区域生态环境的影响

2020-10-24 837 上传者：管理员

摘要：喜马拉雅山脉是全球最高的山脉，是中低纬度山地冰川分布最为密集的地区之一，是亚洲重要的水源地。随着全球和区域变暖，喜马拉雅山脉的冰川正经历快速消融退缩，其在21世纪初的缩减速度是20世纪末的2倍。气温快速升高是造成冰川消融的最主要原因。另外，降水量无明显增加、黑碳等大气污染物排放增加等也是造成冰川加速退缩的重要原因。冰川消融影响补给径流的水文水资源变化，催生冰湖并增加冰湖溃决洪水等灾害风险，也会影响水环境进而对局地和远端被补给生态环境和居民健康造成潜在影响。未来喜马拉雅地区冰川退缩仍将持续，因此，加强科学研究、促进区域合作、开展协同保护是应对喜马拉雅地区冰川消融、实现区域可持续发展的根本。

关键词：
冰川
区域合作
喜马拉雅
地球物理学
影响
消融
生态环境
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喜马拉雅山脉横亘在青藏高原南端，东西长约2400km，宽200～350km，拥有全世界14座海拔超过8000m山峰中的10座，是世界海拔最高的山脉，当之无愧的“万山之巅”（图1）。喜马拉雅（Himalaya）源于梵文，意为“雪的故乡”。根据全球冰川数据库兰多夫冰川目录的数据资料统计，将喜马拉雅分为东、中、西三个区域，冰川面积总计约1.8万km2，是山地冰川的博物馆。喜马拉雅地区的冰川是南亚地区许多大江大河的源头，如印度河、恒河和布拉马普特河（上游中国境内河段称雅鲁藏布江）。喜马拉雅高大的山体阻挡来自印度洋和阿拉伯海的湿润水汽，南坡温暖湿润，北坡寒冷干旱，剧烈的海拔梯度差异使得在短距离空间内水热急速变化，为各种动植物生存繁衍提供了场所，成为全球生物多样性最丰富的地区之一。

图1从珠峰上空俯瞰喜马拉雅群峰（自东向西）

1、喜马拉雅山脉冰川消融退缩

白色的冰川之于喜马拉雅正如耀目的王冠之于国王，神圣而庄严。20世纪80年代末以来，随着全球变暖现象的揭示和相关研究的迅猛发展，高山冰川的退缩和消失成为区域和全球变暖的重要标志，喜马拉雅山脉的冰川变化成为科学家和公众瞩目的焦点。2007年，一则有关喜马拉雅冰川可能在2035年彻底消失的消息引发了科学界和社会公众的极度关注和热议。虽然事后证明这是联合国气候变化专门委员会在报告编写和向公众传播过程中的错误，但这场“冰川门”风波引发了国际社会对喜马拉雅冰川命运和影响的强烈关注，也促进了科学界对全球高山特别是青藏高原喜马拉雅地区冰川变化的深入研究。世界冰川监测服务组织的研究表明[1]，全球冰川在21世纪初期的损失率达每年0.54m水当量，大幅高于20世纪后半叶每年0.33m水当量的损失率，创造了1850年以来史无前例的纪录。就喜马拉雅山脉而言，最新研究指出[2]：该地区冰川的消退速度正在加快，其在2000—2016年间的消退速度是20世纪末期的2倍；从2000年开始，冰川厚度平均每年减少大约半米（–0.43±0.14m水当量），每年损失冰量约为（75±23）亿t。据估算，该地区1975年的冰储量约为8000亿t，至2016年，已减少至72%,5800亿t（图2），损失的水可以装满超过1000万个标准比赛游泳池。按照2015年巴黎气候变化大会通过的《巴黎协定》中最为雄心勃勃的“1.5℃温控目标”预估，至21世纪末，亚洲高山区的冰川将是目前规模的（64±7）%，喜马拉雅山脉的冰川退缩更快，现存储量的一半将会消失[3]，是全球山地冰川损失的“重灾区”。

图2喜马拉雅地区冰储量变化（数据来自文献[2])

2、冰川快速消融退缩的原因

冰川对气候变化的响应十分敏感。冰川变化可以用某一段时间内冰川的积累量（收入）与消融量（支出）间的差值，即物质平衡量来描述，而通常所说的“冰川进退”是冰川物质平衡量变化的直观体现。如果冰川的收入大于支出，表现为物质净积累，则冰川面积扩大，冰舌前进；反之则冰川面积缩小，冰舌后退。冰川变化受多种因素影响，其中温度和降水最为重要。近几十年来，青藏高原及周边绝大部分地区都经历了显著的变暖。比如1998—2013年，青藏高原气温的上升速率达每10年0.25℃，大大高于同期北半球气温的上升速率[4]。在这一背景下，青藏高原绝大部分地区冰川物质亏损速率加速，呈现整体退缩[5]。降水方面，由多国科学团队完成的喜马拉雅地区监测和评估显示[6]，喜马拉雅和喀喇昆仑地区的降水略有上升，但趋势并不显著。喜马拉雅中段珠峰自然保护区过去几十年的降水观测也显示，降水没有明显变化趋势，夏季降水甚至还略有下降[7]。喜马拉雅地区的冰川多为海洋型冰川，对气候变化的响应更为敏感剧烈。冰川的积累和消融均主要发生在夏季，夏季温度升高一方面会导致冰川消融量增加，另一方面也会促使高海拔地区降雪转为降雨，进一步加剧冰川积累量减少。总体而言，在气温快速上升，降水量没有明显变化的气候背景下，喜马拉雅山脉的冰川消融量大大超过积累量，整体呈负平衡和快速缩减趋势。

除了气候变化，人为排放污染物也是冰川消融的“加速剂”。人类工农业活动使用的石油、天然气和生物质等在燃烧过程中会向大气排放大量的暗色物质，如黑碳气溶胶颗粒等[8]。黑碳具有强烈的吸光性，在空气中可以加热大气，沉降在雪冰表面能显著降低雪冰反照率并吸收太阳辐射能，这种“叠加效应”使得黑碳成为加速冰川消融的重要因子[9]。由于毗邻南亚等人为污染物排放最为严重的地区，喜马拉雅地区的冰川比青藏高原内陆更容易接收到人为排放污染物，黑碳等吸光性物质对该地区冰川消融的贡献不容忽视[10]（图3）。

图3喜马拉雅南坡尼泊尔境内Yala冰川的暗色表面

3、冰川消融对区域生态环境的影响

冰川消融是固态水向液态水的转化，影响区域水文水资源和水环境，进而对区域生态环境和人类社会造成更为深远的影响。喜马拉雅山脉发源的河流给养了亚洲数亿人口[11]，该地区冰川快速消融对区域生态环境造成包括但不限于以下几个方面的重要影响。

(1)冰川消融影响补给径流的水文水资源。冰川消融会改变补给径流的径流量，影响水资源的年际和季节变化。冰川加速消融会增加补给河流春夏消融季节的径流量。以珠峰地区绒布河为例[12],2006年绒布河流域冰川消融盛期6、7、8月的月均流量较1959年分别增加了69%、35%和14%。但需要注意的是，随着冰川退缩，冰量减少，冰川补给河流径流量会在短期达到峰值后减少，一些以冰川补给为主的中小支流甚至会逐渐干涸断流。喜马拉雅山脉冰川补给河流是当地和下游居民的重要水源，冰川快速消融为水资源利用和管理带来了挑战。

(2)冰川消融增加区域灾害风险。喜马拉雅山脉夏季主要受南亚季风影响，冰川融水与降水的叠加将在一定程度上增加区域发生洪水灾害的频率。更为重要的是，冰川融水会在冰川末端形成冰湖（图4、图5）。随着融水不断增加，冰湖扩张甚至溃决，诱发冰川湖暴发洪水，直接威胁下游地区人民生命财产和交通安全。最新研究表明[13]，喜马拉雅地区持续的冰川融化催生了超过5000个冰川湖。以锡金喜马拉雅地区为例，仅在2003—2010年间就新增了85个天然湖泊。喜马拉雅山脉东部是GLOF风险最高的地区，较喜马拉雅西部、兴都库什和喀喇昆仑高一个数量级。随着冰川持续消融和速度加快，喜马拉雅地区的冰湖仍将快速增加，导致该地区灾害风险增加。

(3)冰川消融对水环境造成影响，进而对局地和远端被补给生态环境和居民健康造成潜在影响（图6）。冰川是大气干湿沉降的累积，贮存了历史时期大气沉降的营养元素和污染物等，这些历史遗存污染物会随冰川消融“二次释放”进入环境。同时，冰川快速消融对补给河流水文过程的改变也可能强化流域侵蚀和物质搬运。研究表明：喜马拉雅冰川融水是旱季恒河平原地区有机污染物(如氯化联苯和多环芳烃)的重要来源[14]；喜马拉雅中段流经中国、尼泊尔、印度三国的柯西河是喜马拉雅地区典型的跨境国际河流，其水量在未来气候变化背景下将增加并输出更多的重金属污染物汞到下游地区[15]。相比较冰川消融影响水资源和诱发灾害，其对水环境的影响更为隐性持久[16]。目前冰川消融对喜马拉雅地区冰川、冰湖、冰川融水径流及其补给流域的生态环境影响亟待开展系统研究评价，应引起喜马拉雅地区各国和科学界的关注和行动。

图4喜马拉雅山脉中段密布的冰湖

图5珠峰东绒布冰川表面形成的冰湖(海拔约5400m)

4、应对冰川消融及其影响

联合国气候变化专门委员会在2013年出版的第五次评估报告中指出[17]，当前人为排放情景不发生改变甚至停止排放温室气体的极端情况下，全球变暖带来的许多影响仍将持续。这意味着未来喜马拉雅地区的冰川仍将保持萎缩态势。喜马拉雅地区地势复杂，生态环境脆弱，且涉及多国领土和多元文化，面对快速消融的冰川及其带来的诸多影响，积极应对冰川消融和影响尤为紧迫重要。从科学角度而言，要持续开展冰川变化的监测和预测，增强对冰川消融影响的系统研究和评估。我国科学家对保护包括喜马拉雅在内的第三极地区生态环境提出了具体建议[18]，指出世界各国需严格遵守《巴黎协定》，将21世纪全球平均气温上升幅度控制在2℃以内，并努力实现1.5℃温控目标。在区域范围内，各国应系统调整管理政策以共同应对生态环境危机，并建立国家间快速有效的协调沟通渠道，制定多边生态环境保护协定。各国还需要进一步提高政策和法规的协调性，增强当地民众的环保意识，争取国际社会援助，实施自然环境保护计划。

图6喜马拉雅中段Machapuchare峰和Gandaki河

5、结论与总结

喜马拉雅山脉是全球最高的山脉，是“万山之巅”和“冰川博物馆”，是亚洲地区最重要的淡水资源地，也是生态环境最为脆弱的地区之一。21世纪以来，喜马拉雅山脉的冰川加速萎缩，而气温的快速升高是造成冰川物质损失的最主要原因。此外，该地区降水量没有明显增加、黑碳等污染物排放增加等也是造成冰川加速消退的重要原因。冰川消融会对水文水资源和水环境造成影响，增加了冰湖溃决引发洪水等灾害风险。加强科学研究、促进区域合作、开展协同保护是应对喜马拉雅地区冰川消融、实现区域可持续发展的根本。

参考文献：

[7]康世昌,张强弓,张玉兰.珠穆朗玛峰地区气候环境变化评估[M].北京:气象出版社,2018.

[12]刘伟刚,任贾文,秦翔,等.珠穆朗玛峰绒布冰川水文过程初步研究[J].冰川冻土,2006,28(5):663-667.

张强弓.喜马拉雅冰川消融影响区域生态环境[J].自然杂志,2020,42(05):401-406.

基金:第二次青藏高原综合科学考察研究项目(2019QZKK0605);国家自然科学基金项目(41671074).