祁连山极大陆型冰川物质平衡对气候变化的响应机理研究

Mass balance of different types of glacier is a vital tie of interaction among climate, glacier and hydrology. Studies on its changes and mechanism are key issues in Glaciology. Due to the current scarcities on observation and measurement of the extreme-continental glacier, researches on representative glaciers are essential. Through enhanced field observation coupled with mass balance model, the inter-annual mass balance could be reconstructed in a representative extreme- continental glacier. This helps to reveal the response mechanism of mass balance to climate change and improve the hydrological forecasting in cold and arid region under future climate scenarios. The Laohugou Glacier No.12 in Mts.Qilian, western China, which is the focus study object of Qilian Shan Station of glaciology and ecologic and environment, is chosen as a representative extreme-continental glacier in this project. Based on the observation network of glacier and meteorology, diurnal observation and research on mass balance, micro-meteorology and energy balance in different parts of glacier surface at different melt periods during warm season are carried out. Meanwhile, using observation data at different periods, glacier mass balance on annual scale will be reconstructed by the enhanced distributed temperature index model which describes space and day scale accurately. Further, the mass balance change of Laohugou Glacier No.12 and its response mechanism to climate change on different spatio-temporal patterns is to be analyzed and discussed. This work would make a great contribution to assess and forecast glacier change in High Asia, as well as the water resource and ecological security in arid regions, western China.

冰川物质平衡是联系气候-冰川-水文相互作用的纽带。不同类型冰川物质平衡的变化过程及作用机理是冰川学研究的重点问题之一。鉴于极大陆型冰川监测研究薄弱的现状，通过加强对代表性冰川的观测，结合模型可以建立对物质平衡年际尺度上变化规律的认识，进而揭示其对气候变化的响应机理，提高寒旱区水文预测的能力。本研究拟选取祁连山老虎沟12号冰川为研究对象，在已有冰川和气象监测的基础上，加强暖季不同消融强度段的日冰川表面单点物质平衡和微气象-能量平衡要素的综合监测，基于日尺度消融变化的认识；结合月尺度的监测结果，引入能准确描述空间和日尺度消融的分布式物质平衡模型，建立年际尺度的物质平衡序列，系统分析极大陆型冰川物质平衡的时空结构，探讨其对气候变化的敏感性，为评估和预测祁连山冰川变化及其水文水资源效应奠定基础。

冰川物质平衡作为描述冰川特征和衡量冰川变化最基本的物理量，是响应气候变化、影响干旱区高寒地带水文过程的重要纽带。研究物质平衡变化过程及其机理是当前冰川学界关注的热点问题，也是进一步探究冰川变化及寒旱区水文过程的关键所在。目前对极大陆型冰川的认识在中国冰川物质平衡研究较为薄弱。故而，本项目以祁连山老虎沟12号冰川为研究对象，对其冰川物质平衡结构特征、度日因子时空特征及反照率参数化进行了重点研究，最终建立了长时间序列的冰川物质平衡曲线，结合气候背景，综合认识了极大陆型冰川的变化过程及其对气候变化的响应机理。 研究结果显示：.1). 老虎沟12号冰川年物质平衡受夏平衡变化控制，表现出随海拔上升净积累量增大的变化特征，冬平衡的空间关系不明显。暖季（4-8月）雪冰混合度日因子平均值为7.47 mm •℃-1•d-1，介于5.5～9.9mm •℃-1•d-1之间,受“低温效应”作用，表现出随海拔升高而增大的变化特征。该结果与唐古拉山区的小冬克玛底冰川、科其喀尔巴西冰川、祁连山“七一”冰川以及喜马拉雅山区的Yala 冰川和AX010 冰川的度日因子变化趋势一致。.2). 利用AWS获取的气象数据通过空气动力学法对老虎沟12号冰川积累区（5040m）和消融区（4550m）的能量收支及湍流进行计算，结合逐日雪冰变化实测值分析可得：积累区和消融区净短波辐和感热是表层能量收入的主控因子，净长波辐射和潜热是能量的支出项。随着海拔的升高，在冰川表面能量收入项中，净辐射所占比重下降，在能量支出项中，冰雪消融耗热所占比重下降。日正积温和低反照率是加速冰川消融的主要因子。物质平衡对反照率变化极为敏感，反照率变化0.1将引起36%的物质平衡变化。较其他极大陆型冰川，老虎沟12号冰川因消融期始末弱消融潜热所占比重偏大。.3). 优化了雪冰反照率与降雪日数（雪龄）和气温的参数化方案。其中，雪反照率考虑了降雪日数在气温大于零、小于零及无降雪三种情况，冰反照率仅为与气温的关系。.4). 基于分布式度日模型重建了过去50年来老虎沟12号冰川的物质平衡序列，自二十世纪八十年代中期以来物质平衡赤字加剧，九十年代中期以后尤为显著。气温升高是导致近30年来物质平衡赤字加剧的主要气候因素，地形对太阳辐射及物质平衡影响显著。.5).优化并试制了野外监测设备并开发数据处理系统，提供了技术支撑。