姚檀棟 鄔光劍 徐柏青 王偉財(cái) 高 晶 安寶晟

1 中國(guó)科學(xué)院青藏高原研究所 北京 100101 2 中國(guó)科學(xué)院青藏高原地球科學(xué)卓越創(chuàng)新中心 北京 100101 3 蘭州大學(xué) 蘭州 730000

1 “亞洲水塔”概況

青藏高原及周邊地區(qū)，平均海拔超過(guò) 4 000 m，具有南極、北極之外最大的冰儲(chǔ)量[1]，其湖泊面積約占我國(guó)湖泊總面積的一半，是長(zhǎng)江、黃河、雅魯藏布江等亞洲 10 多條主要河流發(fā)源地，因此，有“亞洲水塔”之稱(chēng)[2]（圖 1）。“亞洲水塔”儲(chǔ)存了大量的淡水資源，對(duì)“第三極”地區(qū)人類(lèi)的生存和社會(huì)穩(wěn)定及發(fā)展都有重要影響[3]。

冰川、凍土、積雪、湖泊、河流等是“亞洲水塔”的重要組成部分，其中冰川面積約 1×105km2，多年凍土面積約 1.3×106km2，常年積雪面積約3×105km2，湖泊面積約 5×104km2①數(shù)據(jù)源自第二次青藏高原綜合科學(xué)考察研究隊(duì)尚未發(fā)表的科考報(bào)告。?！皝喼匏币彩莵喼?10 多條大江大河的源頭。不同組分間保持動(dòng)態(tài)平衡，以維持“亞洲水塔”水循環(huán)。

圖 1 “亞洲水塔”的特征

2 近 50 年“亞洲水塔”的變化

過(guò)去 50 年來(lái)，人類(lèi)經(jīng)歷了前所未有的全球變暖。以青藏高原為核心的“第三極”地區(qū)更是全球變暖最強(qiáng)烈的地區(qū)。在全球每 10 年升溫 0.17℃ 的背景下，這一地區(qū)每 10 年升溫幅度高達(dá) 0.3℃—0.4℃，其升溫幅度是同期全球其他地區(qū)平均值的 2 倍[4]。在快速升溫的背景下，“亞洲水塔”正在發(fā)生劇烈變化[5]，呈現(xiàn)整體失衡特征，主要表現(xiàn)為冰川加速退縮、湖泊顯著擴(kuò)張、冰川徑流增加，水循環(huán)加強(qiáng)。

2.1 冰川退縮導(dǎo)致“亞洲水塔”的固態(tài)水儲(chǔ)量減少

近 50 年來(lái)，“亞洲水塔”的冰川整體上處于虧損狀態(tài)，冰川儲(chǔ)量減少約 20%，面積減少約 18%[6]。冰川變化存在空間和時(shí)間差異。

在空間上，喜馬拉雅山及藏東南地區(qū)冰川末端和面積后退幅度最大，向高原內(nèi)部逐漸降低，西昆侖、喀喇昆侖及帕米爾地區(qū)有一定數(shù)量的冰川處于穩(wěn)定或前進(jìn)；冰川物質(zhì)平衡出現(xiàn)同樣的空間變化差異，物質(zhì)虧損幅度呈現(xiàn)從喜馬拉雅山向高原腹地減小的格局[7]。第二次青藏高原綜合科學(xué)考察研究發(fā)現(xiàn)，自1976 年以來(lái)，藏東南冰川退縮幅度平均達(dá)每年 40 m，有的冰川退縮甚至超過(guò)每年 60 m；唐古拉中東段、念青唐古拉西段、喜馬拉雅冰川末端退縮速率相當(dāng)，平均約為每年 20—30 m；向西至各拉丹冬地區(qū)約為每年17 m，普若崗日冰原則減小為每年 4 m 左右；至喀喇昆侖、西昆侖冰川末端變化不明顯。面積變化上，藏東南減小幅度最大，超過(guò) 25%，個(gè)別小型冰川甚至達(dá) 50% 以上；唐古拉中東段、念青唐古拉西段、喜馬拉雅冰川總體減少 20% 左右；向西至各拉丹冬地區(qū)約為 8.8%，普若崗日冰原則減小約為 5.0%；至喀喇昆侖、西昆侖僅為 1.4%—4.0%①。

在時(shí)間上，20 世紀(jì) 90 年代冰川狀態(tài)發(fā)生了變化，出現(xiàn)重要的轉(zhuǎn)折。在此之前冰川長(zhǎng)度、面積及物質(zhì)平衡持續(xù)減?。辉诖酥?，“第三極”西北部西風(fēng)帶冰川出現(xiàn)穩(wěn)定甚至前進(jìn)，物質(zhì)平衡由負(fù)轉(zhuǎn)正，出現(xiàn)了“喀喇昆侖異?！保鴸|部和南部季風(fēng)區(qū)冰川退縮幅度進(jìn)一步加大[8]。

2.2 湖泊擴(kuò)張是“亞洲水塔”液態(tài)水儲(chǔ)量增加的標(biāo)志

“亞洲水塔”湖泊數(shù)量眾多，面積大于 1 km2的湖泊有 1 000 多個(gè)。這些湖泊主要為內(nèi)流湖，約占湖泊總面積的 90%，多分布在海拔 4 000—5 000 m 的范圍。第二次青藏高原綜合科學(xué)考察研究發(fā)現(xiàn)，“亞洲水塔”湖泊數(shù)量明顯增多，80% 以上的湖泊在擴(kuò)張。面積大于 1 km2的湖泊數(shù)量和總面積從 20 世紀(jì) 70 年代的 1 081 個(gè)和4×104km2擴(kuò)張到 2010 年的 1 236 個(gè)和 4.74×104km2[9]。青藏高原中部江湖源的色林錯(cuò)、納木錯(cuò)、巴木錯(cuò)、蓬錯(cuò)、達(dá)如錯(cuò)和茲格塘錯(cuò)等 6 個(gè)湖泊，1976—2010 年面積擴(kuò)張了 20.2%，尤其 1999 年以后表現(xiàn)出顯著的加速擴(kuò)張；其中，受冰川融水補(bǔ)給的色林錯(cuò)、納木錯(cuò)和蓬錯(cuò)湖泊水位在 1999—2010 年分別上漲約 1.0 m、0.7 m 和1.1 m，較非冰川補(bǔ)給湖泊上漲更明顯。色林錯(cuò) 1972—2017 年面積增加了 710.5 km2，水儲(chǔ)量增加 24.9 Gt，在2010 年面積超過(guò)納木錯(cuò)成為西藏最大的湖泊，2017 年色林錯(cuò)面積達(dá)到了 2 396 km2。

在空間分布上，內(nèi)流區(qū)湖泊水位明顯升高，而在雅魯藏布江流域，湖泊水位以下降為主。目前，青藏高原湖泊水量每年增加約 8 Gt，其中冰川、凍土融化的貢獻(xiàn)達(dá) 26% 左右[10]。在有些地區(qū)，冰川消融是湖泊擴(kuò)張和水量增加的主導(dǎo)因素。例如，納木錯(cuò)水量變化的定量分析表明，冰川融水對(duì)湖泊補(bǔ)給增量的貢獻(xiàn)率為 52.9%。

2.3 河流徑流顯著增大

“亞洲水塔”的河流徑流量變化對(duì)下游的水資源和水環(huán)境產(chǎn)生顯著影響。以雅魯藏布江、印度河和葉爾羌河上游流域?yàn)槔ㄈ谒侨~爾羌河和印度河上游以及雅魯藏布江流域的重要水資源。在我國(guó)西北內(nèi)陸干旱區(qū)，冰川融水占出山徑流的 25%—29%，而在塔里木河則占 40% 左右。冰川融水對(duì)黃河、瀾滄江、長(zhǎng)江、怒江、雅魯藏布江和印度河源區(qū)年徑流的貢獻(xiàn)分別為 0.5%、2.8%、7.8%、8.3%、15% 和 45.6%。

第二次青藏高原綜合科學(xué)考察研究發(fā)現(xiàn)，20 世紀(jì) 70 年代以來(lái)河流徑流量呈現(xiàn)不同程度地增加。根據(jù)長(zhǎng)江源沱沱河流域冰川徑流的估算結(jié)果，沱沱河流域年平均冰川融水量為 3.8×107m3，在 2010 年，冰川融水徑流達(dá)到最大值，比 1960—2000 年的融水徑流平均值增加了 120.89%。沱沱河流域冰川融水徑流呈增加的趨勢(shì)，這與流域河道的年徑流和濕季徑流變化趨勢(shì)基本一致；冰川融水對(duì)河道濕季徑流的補(bǔ)給率也呈增加趨勢(shì)，平均補(bǔ)給率為 12.21%，最大補(bǔ)給率為27.12%。1970—2013 年，雅魯藏布江、印度河上游年徑流量呈增加趨勢(shì)，冰川融水對(duì)徑流的補(bǔ)給是徑流量增長(zhǎng)的主要因素[11]。

3 “亞洲水塔”變化的影響

“亞洲水塔”近 50 年來(lái)不斷向失衡方向發(fā)展，主要特征是固態(tài)水儲(chǔ)量減小。隨著冰川的持續(xù)虧損，冰川儲(chǔ)量逐步減少，冰川融水徑流最終將減少甚至消失，未來(lái)可用水資源減少[12]，水資源短缺潛在風(fēng)險(xiǎn)加劇。在未來(lái)氣候變化情景下，2046—2065 年的日平均流量與2000—2007 年日平均流量對(duì)比，印度河上游徑流將減少 8.4%，恒河上游徑流將減少 17.6%，雅魯藏布江徑流將減少 19.6%，長(zhǎng)江上游河流徑流將減少 5.2%[2]。

“亞洲水塔”變化導(dǎo)致冰崩和冰湖潰決等災(zāi)害發(fā)生頻率增加。2016 年 7 月17日和 9月21日，西藏阿里地區(qū)的阿汝 53 號(hào)冰川和 50 號(hào)冰川發(fā)生冰崩，造成 9 名當(dāng)?shù)鼐用袼劳觥?shù)百頭牲畜被埋和優(yōu)質(zhì)草場(chǎng)毀壞[13]。2018 年 10月16日，雅魯藏布江中下游米林縣派鎮(zhèn)加拉村下游 7 km 處色東普溝發(fā)生冰崩，冰崩及其攜帶的冰磧物導(dǎo)致雅魯藏布江斷流、水位上漲，形成冰崩堰塞湖；10 月 29 日，該地再次發(fā)生冰崩堵江事件。冰崩堰塞湖對(duì)上、下游派鎮(zhèn)、墨脫縣沿岸居民及交通線路構(gòu)成巨大破壞，且存在繼續(xù)發(fā)生堵江風(fēng)險(xiǎn)。這是青藏高原從未有過(guò)的自然災(zāi)害現(xiàn)象，嚴(yán)重威脅“亞洲水塔”的命運(yùn)。1981 年 7月10日，西藏聶拉木縣樟藏布次仁瑪錯(cuò)冰湖潰決，洪水造成波曲河 50 多公里沿河兩岸松散物質(zhì)大量坍塌和滑坡，誘發(fā)冰湖潰決泥石流，導(dǎo)致樟藏布溝口的原 707 號(hào)大橋、波曲河友誼橋及附近建筑物全部被毀；還使得尼泊爾境內(nèi)的遜科西水電站部分被毀，尼泊爾境內(nèi)人員死亡達(dá) 200 多人[14]。2013 年 7 月 5 日，西藏嘉黎縣然則日阿錯(cuò)冰湖潰決，造成了人員失蹤和房屋、橋梁、道路被毀，直接經(jīng)濟(jì)損失按當(dāng)時(shí)價(jià)值計(jì)算高達(dá) 2.7 億元[15]。研究表明，喜馬拉雅地區(qū)面積大于 0.0081 km2的冰湖數(shù)量，從 1990 年的 4 549 個(gè)增加到2015 年的 4 950 個(gè)，冰湖面積增大了約 14%[16]。在我國(guó)境內(nèi)的青藏高原，有 210 個(gè)冰湖威脅到人類(lèi)定居點(diǎn)，其中具有極高危險(xiǎn)性的冰湖有 30 個(gè)，集中分布在喜馬拉雅山中段的吉隆縣、聶拉木縣和定日縣[17]。未來(lái)幾十年，青藏高原冰湖潰決風(fēng)險(xiǎn)將增加。

“亞洲水塔”變化可以通過(guò)大氣圈和水圈產(chǎn)生廣域效應(yīng)，進(jìn)而和南極、北極變化協(xié)同聯(lián)動(dòng)，影響全球氣候變化和水循環(huán)。① 在全球變暖過(guò)程中，“亞洲水塔”通過(guò)改變海陸熱力差異影響區(qū)域大氣環(huán)流，重新調(diào)制亞洲季風(fēng)和西風(fēng)的協(xié)同作用機(jī)制，從而改變東亞和南亞降水時(shí)空分布。② “亞洲水塔”變化通過(guò)水圈作用過(guò)程產(chǎn)生的廣域效應(yīng)和南極、北極一樣，會(huì)加速冰川消融和外流河流徑流增加，對(duì)全球海平面變化產(chǎn)生影響，進(jìn)而通過(guò)對(duì)海平面的調(diào)整對(duì)我國(guó)沿海地區(qū)產(chǎn)生嚴(yán)重影響。因此，“亞洲水塔”與南極、北兩極之間在某種程度上存在著的聯(lián)動(dòng)變化，會(huì)共同影響全球變化。

4 第二次青藏科考和“絲路環(huán)境”專(zhuān)項(xiàng)在“亞洲水塔”變化與影響研究方面取得階段性進(jìn)展

“亞洲水塔”冰川、積雪、凍土、湖泊和河流等關(guān)鍵過(guò)程的變化是水體多相態(tài)轉(zhuǎn)換與作用的過(guò)程，是一個(gè)多圈層相互作用的地球系統(tǒng)科學(xué)前沿問(wèn)題?！皝喼匏弊兓臑?zāi)害風(fēng)險(xiǎn)不但給我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來(lái)嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，也對(duì)“一帶一路”地區(qū)眾多國(guó)家水資源規(guī)劃管理和可持續(xù)發(fā)展帶來(lái)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，事關(guān)人類(lèi)命運(yùn)共同體建設(shè)。這些挑戰(zhàn)和風(fēng)險(xiǎn)的應(yīng)對(duì)，需要多學(xué)科綜合科學(xué)考察研究來(lái)解決。

為了研究“亞洲水塔”的變化與影響，并提出科學(xué)應(yīng)對(duì)方案，中國(guó)科學(xué)院率先部署了“泛第三極環(huán)境變化與綠色絲綢之路建設(shè)”戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專(zhuān)項(xiàng)（A類(lèi)）（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“絲路環(huán)境專(zhuān)項(xiàng)”）[18]。通過(guò)“第三極環(huán)境（TPE）”國(guó)際計(jì)劃，絲路環(huán)境專(zhuān)項(xiàng)聯(lián)合了國(guó)內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域的知名科學(xué)家，通過(guò)綜合集成觀測(cè)和模擬，對(duì)“亞洲水塔”的變化和影響進(jìn)行過(guò)程和機(jī)制研究，并以此為基礎(chǔ)，提出應(yīng)對(duì)方案，服務(wù)于“亞洲水塔”和“一帶一路”地區(qū)的水安全戰(zhàn)略和水資源管理。世界氣象組織（WMO）、聯(lián)合國(guó)教科文組織（UNESCO）、聯(lián)合國(guó)環(huán)境署（UNEP）等國(guó)際組織已將第二次青藏高原綜合科學(xué)考察研究隊(duì)提出的“亞洲水塔”觀測(cè)-模擬集成研究計(jì)劃納入其行動(dòng)計(jì)劃。

在絲路環(huán)境專(zhuān)項(xiàng)的支持下，第二次青藏高原綜合科學(xué)考察研究隊(duì)將傳統(tǒng)的地學(xué)觀測(cè)與高新技術(shù)結(jié)合，目前已經(jīng)在“亞洲水塔”動(dòng)態(tài)變化方面取得了國(guó)際青藏高原地球系統(tǒng)科學(xué)研究最新引領(lǐng)性成果，研究成果發(fā)表在 Nature、Science、Bulletin of American Meteorological Society 和 Nature Geoscience 等期刊上。研究成果系統(tǒng)分析了印度季風(fēng)與西風(fēng)影響下的“亞洲水塔”動(dòng)態(tài)變化現(xiàn)狀，分析了新型冰崩災(zāi)害的成因，從地球系統(tǒng)科學(xué)理念提出了系統(tǒng)的“亞洲水塔”變化三維觀測(cè)方案等[19]。部分成果入選 2018 年“中國(guó)科學(xué)院面向世界科技前沿 14 項(xiàng)標(biāo)志性重大成果”。特別是，通過(guò)高新技術(shù)與前沿科學(xué)問(wèn)題的融合，2019 年 5 月，第二次青藏高原綜合科學(xué)考察研究隊(duì)利用浮空艇平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了 7 003 m 高空水汽傳輸垂直變化過(guò)程觀測(cè)，創(chuàng)下浮空器原位垂直科學(xué)觀測(cè)的世界紀(jì)錄[20]。2019 年 1月25日和 5月23日，中央電視臺(tái)《新聞聯(lián)播》節(jié)目?jī)纱螌?duì)此項(xiàng)科考工作進(jìn)行專(zhuān)題報(bào)道，在社會(huì)各界產(chǎn)生了廣泛影響。

“亞洲水塔”科考成果融合于國(guó)家和區(qū)域水資源水安全戰(zhàn)略。第二次青藏高原綜合科學(xué)考察研究隊(duì)承擔(dān)了中共中央政治局常委、國(guó)務(wù)院總理李克強(qiáng)關(guān)于中國(guó)冰川變化批示的重大任務(wù)，于2019 年 5 月完成《關(guān)于我國(guó)冰川變化影響及對(duì)策的報(bào)告》《加強(qiáng)中國(guó)冰川變化監(jiān)測(cè)的總體方案》等報(bào)告。在 2018 年 8月28日，在中共中央政治局常委、全國(guó)政協(xié)主席汪洋主持召開(kāi)的中央推動(dòng)區(qū)域協(xié)調(diào)發(fā)展戰(zhàn)略調(diào)研匯報(bào)會(huì)上，“亞洲水塔”科考成果為“加強(qiáng)青藏高原生態(tài)文明建設(shè)積極應(yīng)對(duì)氣候變化”建議提供科技支撐。針對(duì)雅魯藏布江的堵江災(zāi)害，第二次青藏高原綜合科學(xué)考察研究隊(duì)隊(duì)長(zhǎng)姚檀棟第一時(shí)間趕往現(xiàn)場(chǎng)，和西藏自治區(qū)主席齊扎拉一起現(xiàn)場(chǎng)勘查；確定堵江成因?yàn)楸?，并協(xié)調(diào)多方研究力量，快速完成《雅魯藏布江大拐彎冰崩堵江事件科學(xué)評(píng)估報(bào)告》，為西藏自治區(qū)的后期減災(zāi)行動(dòng)提出了可實(shí)施的科學(xué)方案。中國(guó)科學(xué)院院長(zhǎng)白春禮對(duì)該報(bào)告作出重要批示。在此基礎(chǔ)上，第二次青藏高原綜合科學(xué)考察研究隊(duì)正在加快建設(shè)雅魯藏布江冰崩堵江災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警體系。

今后，第二次青藏高原綜合科學(xué)考察研究隊(duì)將以闡明“亞洲水塔”各關(guān)鍵過(guò)程的變化特征、揭示近 50 年來(lái)“亞洲水塔”變化的過(guò)程與機(jī)理和預(yù)估未來(lái)不同氣候變化情景下“亞洲水塔”的變化趨勢(shì)為基礎(chǔ)，開(kāi)展“亞洲水塔”變化對(duì)青藏高原及周邊地區(qū)水循環(huán)與水生態(tài)的影響研究，進(jìn)行“亞洲水塔”水-生態(tài)系統(tǒng)-人類(lèi)社會(huì)系統(tǒng)的鏈?zhǔn)巾憫?yīng)評(píng)估，拓展三極（“第三極”、南極、北極）氣候與環(huán)境變化及其影響的全球尺度聯(lián)動(dòng)研究和全球生態(tài)環(huán)境保護(hù)研究，同時(shí)要體現(xiàn)第二次青藏高原綜合科學(xué)考察研究水平“用得上、有影響、留得下”的定位，建設(shè)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)預(yù)警平臺(tái)和示范，提升區(qū)域防災(zāi)減災(zāi)能力。