祁连山内陆河流域山地冰川的数值模拟与预测

Due to climate changes, most of the alpine glaciers have retreated dramatically during the past decades. The melting water from the alpine glacier is also major water resource, especially in the arid and sime-arid region like the northwest China. Thus it is significant to predict the alpine glacier variability in the future for a better understanding of the impact of climate changes on water resource. The western China holds the most glaciers in the mid-latitude region. In the past decades, most of the studies focus on the glacier monitoring and the response of glacier variability to climate change. But the there are few studies concern of the glacier modeling in China, leaving a big gap between China and the developed contouries in numerical modeling on the glacier. Based on this gap, this project will choose the typical glaciers in Qilian Mountain in the western China to simulate the dynamical variability of the glacier and its response to the climate change. Meanwhile in the future scenario, the amplitude of glacier variability will be predicted and the glacier water resource will be evaluated. This project will not only discover the deep reason of glacier variability, but also push forward the glacier study toward the numerical simulation.

全球大多数山地冰川出现加剧萎缩的趋势，这是气候变暖的直接证据。山地冰川还是重要的水资源，特别在我国西北干旱区，冰川融水是维系下游绿洲的重要水资源，因而预测山地冰川及其水资源变化不仅有科学意义而且有重要的应用价值。我国拥有中低纬度最多的山地冰川，但对冰川变化的数值模拟还非常薄弱，目前研究偏重于对冰川的观测和定性说明冰川变化对气候的响应。如何基于冰川的物理变化过程，预测高亚洲山地冰川变化的研究尚十分欠缺，与发达国家差距非常大，相关研究急需加强。鉴于此，本项目选取祁连山典型山地冰川为研究对象，利用有限元法求解描述冰川流动的Stokes方程，耦合分布式物质平衡模型，数值模拟山地冰川变化的动力学过程，及其对气候的响应方式，并在未来气候情景下，预测祁连山地区冰川的变化幅度及趋势，评估冰川水资源未来的状况。本项目的研究不仅可以深刻揭示祁连山冰川变化原因，而且可以推动中国的冰川研究向数值化方向发展。

青藏高原是我国重要的生态屏障，当前国家非常重视青藏高原的生态保护。冰川作为青藏高原独特的地貌单元，对气候、生态、水资源及自然景观都有重要作用，如何从冰川变化的物理过程，理解冰川变化原因、变化趋势及其影响，是本项目研究的重点。.本项目首先研究了青藏高原的气候变化，这是研究冰川的首要条件。J55数据同观测资料所表现的高原地表气温变化规律相似，夏季高原变暖存在明显南北差异，分界线在33°N附近；冬季最大变暖发生在高原中心区域，可达0.9℃/10a。.其次以祁连山七一冰川，高原中部的冬克玛底冰川为典型冰川，研究了冰川物质平衡的变化，耦合冰川流动方程和物质平衡方程预测了冰川的可能变化。发现在RCP4.5情景下，到2050年，小冬克玛底冰川退缩约400m，但其体积将减少60%。.第三是从冰川的物理变化角度，研究青藏高原冰川平衡线高度（ELA）的变化，发现从理论计算不仅可以得到ELA空间分布，还可得到ELA随时间的变化。在RCP2.6情景下，七一冰川和小冬克玛底冰川ELA将在2040年左右达到最大值，分别约为5880 m和5100m，十分接近冰川顶部。在RCP4.5和RCP8.5情景下，两冰川ELA分别在2035年和2045年左右将超过冰川顶部，预示冰川积累区消失，冰川将加大消融直至消失。.第四是研究了冰川消亡后对当地气候的可能影响。由于祁连山冰川规模较小，选择藏东南冰川密集区为研究区，利用WRF模式模拟冰川消亡与否对当地气候的影响。发现冰川消亡会导致原冰川地区由“冷源”变为“热源”，高海拔地区（>3000a.s.l）降水将显著增加，而冰川南部的低海拔区降水则显著减少。进而造成雅鲁藏布江上游径流增加，对当地水资源产生重要影响。