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关注陆地冰冻圈水资源,共同保护地球家园

发表日期:2021-04-08来源:中国科学院西北生态环境资源研究院 陈仁升

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  全球约有四分之三的面积覆盖着水,水总体积约有13亿8600万立方千米,其中96.5%分布在海洋,其余分布在陆地。而陆地表面水中的89%是以冰川形式分布在南极大陆,其余6大洲地表水总量仅占11%,而这11%中有10.16%也是冰川水体,即全球陆地水体中99.16%为冰川水体。除南极洲以外,全球陆地表面总水量中,冰川也占92.84%,湖泊占6.65%,河道蓄水仅占0.08%。也就是说,作为陆地冰冻圈大家庭的主要成员,冰川储存了全球陆地中的绝大多数水资源。尽管南极冰盖和格陵兰冰盖储存了世界上最多的冰川水体,但由于人烟稀少,这些水资源难以被人们直接利用。除此之外,全球陆地表面还有大量冰川,总面积约为7.26亿平方千米,冰川水储量为14.94立方千米。这些冰川融化以后,多数水量会进入河道,被广泛应用于发电、制造、灌溉等生产活动中。 

  【小知识】什么是冰冻圈呢?冰冻圈是指具有一定厚度的负温圈层,分为陆地、海洋和大气冰冻圈3种。陆地冰冻圈中冰川、积雪和冻土是其主要成员,还包括河冰、湖冰等。 

  那么,作为陆地冰冻圈重要成员,积雪和冻土的水储量又如何呢? 

  全球积雪范围最大可达约4700万平方千米(【注】积雪是季节性的,冰川包括南极冰盖等表面的雪不叫积雪),占全球陆地面积的31.5%,其中98%分布在北半球。北半球8月陆地积雪范围最小,约为190万平方千米;1月最大,可达4520万平方千米,接近北半球陆地面积的一半;积雪年最大水当量约为3000立方千米,相当于在北半球4520万平方公里范围内平均下了65毫米的雨。而在南半球,除南极洲之外很少有大面积的陆地被积雪覆盖。积雪一部分升华为水汽,多数积雪融化以后直接流到河流或入渗到土壤中;入渗到土壤中的积雪融水部分蒸发为水汽,部分进入地下含水层或者河流中。 

  冻土家庭成员中主要为多年冻土和季节冻土。季节冻土中冻结的水分是临时性的,而多年冻土中的地下冰则是地质历史时期形成的,按成因可分为构造冰、洞脉冰和埋藏冰。根据科学家的最新估算,北半球地下冰总量在11370~36550立方公里之间,相当于全球海洋变化2.7~8.8厘米的水当量。部分厚层地下冰融化以后,会流入河流;但多数冻土地下冰的水量难以被人们直接利用。(【注】在目前全球水资源分类中,没有考虑积雪和冻土地下冰) 

  下面,让我们一起了解一下我们国家的冰冻圈水资源状况。 

  1. 我国陆地冰冻圈水储量 

  【冰川】据统计,我国现有冰川48500多条,总面积约51700平方千米,占世界冰川(南极和格陵兰冰盖除外)面积的7%以上,冰储量约为4500立方千米。 

  【积雪】我国积雪主要分布在新疆、青藏高原及东北地区,为我国的三大积雪区。三大积雪区年最大积雪水当量约为96立方千米,约为长江流域多年平均径流量的10%,是黄河流域径流量的1.5倍,与我国西北内陆河流域的水资源总量相当。其中,新疆及内蒙古西部年最大雪水当量约为18立方千米,青藏高原为42立方千米,东北地区则为36立方千米。除三大积雪区以外,我国其他地区特别是北方地区,每年冬春季节也有较多的积雪。据科学家估算,全国积雪多年平均消融水量(扣除升华量)超过300立方千米,即3000亿方,这个数字占我国北方地区河川径流量的2/3。当然,多数积雪融水量没有流入河道,而是入渗到土壤中,给农田、森林、草地等补充了大量的水分,在北方地区春雨贵如油的情况下,有效减缓了北方地区春季卡脖子旱的问题。 

  【地下冰】我国多年冻土地下冰主要分布在青藏高原、天山和东北地区。据我国科学家初步估算,仅青藏高原地下冰的储量就为9528立方千米,是我国冰川总储量的2倍以上。 

  2.我国陆地冰冻圈对河流的补给量 

  陆地冰冻圈作为固态水库,在接收每年降雪量的基础上,能够融化自身源源不断地补给河流,是地表径流的重要组成部分。 

  【冰川融水】 

  我国多年平均冰川融水量约为610亿方,与整个黄河流域的河川径流量相当(660亿方);约为全国河川径流量的2.4%,相当于我国西部甘肃、青海、新疆和西藏四省区河川径流量的10%。随着全球变暖、冰川加速消融、融水量增多,最近10年来我国冰川年融水量更是接近800亿方。 

  我国冰川融水径流主要分布在西藏、新疆、青海、甘肃、四川和云南六省(区)。 

  【西藏】西藏冰川融水径流量约为350亿方,主要集中在恒河水系;虽然雅鲁藏布江水系集中了西藏72.7%的冰川融水,但融水比重只有14.3%;而冰川融水量不足西藏10%的朋曲河与狮泉河、象泉河,融水补给比重则达50%左右。西藏东南部的怒江、澜沧江等,降水丰沛,地表水资源丰富,融水比重不足10% 

  【新疆】新疆冰川融水径流量约为205亿方,主要分布在塔里木内流区、准噶尔盆地、伊犁河、柴达木盆地与藏北内陆的少量水系以及新疆唯一的外流河水系──额尔齐斯河;其中约90%以上的冰川融水集中于塔里木盆地与伊犁河水系;全区冰川融水占河川径流的比例约为25%,但是区域分布不均匀,总的趋势是由北向南递增,在天山南坡、喀喇昆仑山北坡许多流域,冰川融水比例超过50% 

  【青海】青海省冰川融水径流量约为40亿方,主要形成于柴达木内流水系与长江源;外流水系占76.2%,内流水系占23.8%,平均融水补给比重为6.4% 

  【甘肃】甘肃省冰川融水径流量约为11亿方,主要来源于祁连山北坡,包括石羊河、黑河、疏勒河水系,冰川融水补给比重自东向西增大,东部石羊河干流杂木河仅为1.4%,西营河则为5.3%;黑河干流仅为3.5%,但支流冰沟和丰乐河分别为12.7%15.5%;疏勒河干流昌马河达32.8%,支流党河则为39.1% 

  【云南和四川】分布于云南与四川的冰川基本属于海洋性冰川,融水总量约5亿方,区域降水较为丰沛,融水补给比重因而较小。 

  从流域尺度看,冰川融水径流及其对流域径流的贡献,与流域冰川条数、大小、形状、面积比率和储量等有关。冰川融水比例高的流域主要发源于冰川发育好,且气候干旱的天山和昆仑山山区,冰川补给率高达50%以上,如木扎特河81%、盖孜河78%、台兰河和叶尔羌河均为64%;河西走廊的疏勒河冰川补给率也高达30%以上;发源于青藏高原的几条大河的源区,由于降水相对充沛,冰川径流补给率相对较低,如长江源沱沱河水文站以上为39%,但到直门达水文站以后仅为3.8%,黄河源(唐乃亥水文站以上)不足1%,澜沧江(昌都水文站以上)为1.3%左右。尽管比例较小,但绝对数值较大,如长江源直门达水文站以上年冰川融水量接近5亿方。 

  【积雪融水】 

  我国年积雪融水量超过3000亿方,但多数融水不会流入河流。在积雪覆盖广、积雪厚度大的我国东北以及阿尔泰山地区,河流主要为积雪融水补给。这些区域积雪消融基本上集中在36月份,进而导致年内最大河川径流出现在46月份。在青藏高原周边及天山山区,由于积雪和冰川的发育均较为普遍,流域径流受积雪融水、冰川融水和降雨共同补给,所以在这些地区会在春、夏季出现不同洪峰。虽然不同流域融雪径流特征不同,但积雪消融在一定程度上能有效缓解春季水资源短缺,是流域农业、生态春季水资源需求的有效保障。 

  不同地区流域的融雪径流比重具有较大的差异。在祁连山区黑河、疏勒河流域,多年均积雪融水的径流比重约为20~25%;长江源融雪径流比重20%左右,黄河源融雪径流比重约为15%;在新疆北部积雪较多的地区,积雪融水径流比重更大,如克兰河70%以上的径流量来自于积雪融化。 

  【冻土融水】 

  我国多年冻土地下冰分布广泛,储量很大,但多数冻土地下冰消融以后,仅作为土壤水分储存,形成不了可用水资源;仅有少数地下冰融水流入沼泽、湖泊和河流中。 

  受地下构造复杂、监测资料稀少以及研究水平等的限制,冻土地下冰融水对河流、湖泊和沼泽等的水量贡献目前还没有明确的答案。 

  科学家们正在努力探索,也希望小朋友们长大以后参与这项工作。 

  3. 冰雪融水对我们国家的重要性 

  我国冰冻圈地区是我国及周边国家多数大江、大河的发源地,如发源于青藏高原的两大母亲河:长江和黄河,怒江-萨尔温江、澜沧江-湄公河、雅鲁藏布江-布拉马普特拉河巴吉拉提河-恒河、森格藏布河-印度河等国际河流,以及发源于青藏高原东北源祁连山的河西走廊3大内陆河水系:石羊河、黑河和疏勒河;发源于天山地区的我国最大内陆河-塔里木河、伊犁河,发源于阿尔泰山并最终流入北冰洋的额尔齐斯河-鄂毕河,以及东北地区的黑龙江、松花江、辽河等。冰雪融水是这些大江、大河源区的主要/重要水源,特别是我国西北干旱区的河流,如塔里木河、伊犁河、额尔齐斯河、玛纳斯河、木扎提河、黑河、疏勒河和石羊河等。 

  我国西北干旱区约占陆域面积的1/3,由于干旱缺雨,干旱区地表水资源绝大多数来自于周边的高大山区,如祁连山、昆仑山、天山、阿尔泰山等。正是由于这些高山来水,干旱区生态和绿洲才得以维持稳定,可以说水是西北干旱区的命脉。因此,山区来水量的多少及其变化对于西北干旱区以及国家一带一路建设很重要。 

 

  我国西北干旱区内陆河景观(图片来自网络) 

  在这些山区中,冰川和积雪融水占很大的比重。即使在冰川融水比例较小的祁连山区,其冰川和积雪融水总比例也在30%以上,其中疏勒河流域大于50%。在天山、喀喇昆仑山、昆仑山等地区冰川融水比重50%以上的流域,其冰雪融水比重则高达70~80%,甚至90%以上。因此,冰天雪地也是金山银山 

  4、保护陆地冰冻圈水资源,从我做起 

  陆地冰冻圈融水并不是取之不竭用之不尽的。冰川和冻土地下冰都是地质历史时期遗留下来的宝贵财产,随着全球变暖,陆地冰冻圈加速消融,目前我国冰川融水总体呈现增加的态势,高山区的积雪融水在增加,冻土地下冰也开始消融,但随着全球进一步变暖,冰川、积雪和地下冰减少,陆地冰冻圈融水将会减少。 

  据科学家测算,过去50年间,我国冰川面积已经缩减了约20%,积雪量也大幅缩减;我国有些地区的冰川融水已经开始减少,多数地区在未来10~20年以后开始减少,少数大型冰川地区约在30~40年以后开始减少;但到本世纪末,绝大多数小冰川将会消失,相应的冰川融水也会减少。据科学家计算,在未来气候变暖的3种情景下(低、中、高温室气体排放),和1960年代相比,到本世纪末我国冰川融水约分别减少156278335亿方。 

  我国东部地区积雪融水已经呈现减少趋势,西部高山地区也将在10年以后开始减少。在未来气候变暖的3种情景下(低、中、高),本世纪末我国积雪融水将减少到1960年代的95%60%25% 

  未来气候变暖的3种情景下(低、中、高),本世纪末我国冰川和积雪融水总量将减少约7%40%70%(和1960年代相比)。 

  可以看出,如果我们选择绿色低碳生活方式,未来陆地冰冻圈水资源将基本不会减少;但如果不加以保护,则未来冰冻圈水资源将减少2/3以上。随着冰冻圈萎缩特别是绝大多数小型冰川的消失,冰川水源作用急剧减弱,冰冻圈作为固态水库的“调丰补枯”作用也会减弱,甚至消失。这将导致西北干旱区一些冰川融水比例较高的、以小型冰川为主的河流在干旱月份、年份断流,大型河流流量变化剧烈,造成局地性水危机;也会加剧洪水的强度。此外,还会引起我国两大母亲河黄河和长江,以及众多发源于青藏高原和东北等地区的河流水量发生变化,如洪水、干旱事件增多,并会引起生态恶化问题。 

  为保护宝贵的陆地冰冻圈水资源,我们应该从自我做起,爱护和保护环境,少用一次性餐具,节省纸张和水资源,做到垃圾分类投放,向大家宣传绿色低碳生活方式。

 

[video:祁连山黑河冬季洪水]
祁连山黑河冬季洪水
[video:祁连山八一冰川冰崖融水]
祁连山八一冰川冰崖融水
[video:祁连山八一冰川表面融水]
祁连山八一冰川表面融水 

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