基于多源资料及模型研究西昆仑古里雅冰帽物质平衡变化及其机制

With global warming, many recent studies show glaciers are advancing and gain volume in the Karakoram-West Kunlun, in contrast to the decline of most glaciers on the Tibetan Plateau. The intrinsic mechanism of anomaly change of glaciers in the Karakoram-West Kunlun is one of key issues for the glaciological and climatic studies. This proposal, therefore, to carry out systematic observations of surface energy-mass balance on Guliya ice cap, as the typical glacier in the West Kunlun. Based on the meteorological and glaciological data combining with multi-source data on difference GPS, glacier surface elevation from ICESat, MODIS albedo and ice core accumulation records, we intend to establish a distributed glacier energy-mass balance model which is suitable for the West Kunlun. The features of surface energy balance of glacier controlled by the typical Westerlies will be analyzed, which will help to unravel an important issue on how the climate factors influence the glacier ablation/accumulation process and improve the knowledge of spatial pattern of ice volume change of Guliya ice cap. On this basis, the re-analysis meteorological data and measured data are used to reconstruct the mass balance history of Guliya ice cap for the last 40 years. The interaction between glacier and atmospheric circulations, especially for the Westerlies will be discussed over a longer time scale. This proposal potentially benefit to understanding the internal mechanism of anomaly mass balance change in the West Kunlun and have important implication for improving water use efficiency in the arid region.

在全球变暖的大背景下，近期许多研究表明西风控制下的喀喇昆仑-西昆仑山地区冰川前进及冰量轻微增加，呈现出与青藏高原大部分冰川萎缩相迥异的模态。该区冰川异常变化的内在机制是国际冰川学及气候学研究的热点问题之一。因此，本项目拟选择西昆仑地区的古里雅冰帽为重点研究区，开展冰川表面能量-物质平衡综合观测，结合差分GPS、ICESat冰面高程、MODIS反照率及冰芯积累量等多源资料，建立适用于本区的分布式能量-物质平衡模型，分析西风控制区冰川表面的能量平衡特征，阐明气候因子对本区冰川消融及积累过程的影响，揭示古里雅冰帽冰量变化的空间格局。在此基础上，利用再分析资料及地面实测数据，重建该冰川过去四十年的物质平衡，探讨古里雅冰川物质平衡变化与大气环流，特别是西风环流变化之间的内在联系。该项目不仅有助于认识西昆仑地区冰川异常变化的内在机理，而且对我国西北绿洲水资源开发利用等也具有重要现实意义。

为深入认识西风控制下的西昆仑山-东帕米尔地区冰川冰量轻微增加这种异常现象，在本项目的资助下，开展了青藏高原不同气候区多条典型冰川气象、物质平衡和能量平衡等多项研究工作。对比评估了数十个入射长波辐射模型在青藏高原高海拔山地地区的适用性，识别出青藏高原冰川区最优入射长波辐射模型及发现不同海拔表层气温和有效边界层温度之间的差异和不同海拔云底高度的差异可能导致了入射长波辐射模型的模拟能力随着海拔的升高而降低的现象。气候敏感性分析显示，在暖湿的气候背景下，季风区冰川气温敏感性更强和物质亏损更严重，而青藏高原西北部西风区冰川气温敏感性偏低和物质平衡亏损相对较少，主要由于不同地区消融季（6-9月）的降雪比例（降雪/降水）、融化能量（入射长波辐射与出射短波辐射绝对值之差）以及降水的季节性差异。不同地区消融季的降雪比例和融化能量可能控制了青藏高原冰川物质平衡的空间差异：降雪比例高和（或者）融化能量低的西昆仑、喀喇昆仑和东帕米尔地区，冰川亏损较小，甚至出现正平衡；降雪比例低和（或者）融化能量高的藏东南-祁连山东段-喜马拉雅东段-念青唐古拉地区，冰川亏损强烈。青藏高原西北缘慕士塔格15号冰川物质平衡年际变化主要受消融季降水的控制。上游西风区300hPa纬向风的强弱，影响青藏高原西北部表性区域300hPa经向风的强弱，进而影响该地区降水和物质平衡的变化。相比1980-2000，2000-2012年西昆仑、喀喇昆仑和东帕米尔地区冰川退缩速率或者冰川亏损减小，而青藏高原大部分地区冰川物质平衡呈现加速亏损的现象，这可能是由于不同区域降雪量变化的差异和不同区域冰川面积分布的高度范围差异导致的。本项研究从能量平衡、气候敏感性及大气环流角度揭示了西风区的东帕米尔-西昆仑地区冰川轻微偏正的驱动机制，有助于加深对青藏高原冰川变化的认识以及对冰川变化及其融水径流的模型和预测具有重要意义。