摘要
冰川被称作全球变化的指示器，对气候变化十分敏感。同时，冰川也是世界众多大江大河的发源地和流域水资源的重要补给区，素有“世界水塔”和“固体水库”之称。冰川对海平面上升、流域水资源以及冰冻圈灾害等与人类社会息息相关的事件影响日益广泛而深远。随着气候变暖，过去几十年来全球冰川已发生显著变化，且呈现出加速消融趋势，对流域水资源产生了深刻影响，严重威胁下游人口的用水安全和社会可持续发展。冰川变化的影响日益广泛，在全球和区域尺度上深刻理解冰川变化的时空差异，准确辨识冰川变化的影响程度和时空范围，对科学应对全球变化，落实联合国2030年可持续发展议程具有重要的现实意义和社会意义。本文以冰川变化为研究主体，以冰川变化的时空特征及其对水资源的影响为研究主线，基于冰川站点观测资料、冰川变化可利用资料、气象资料等，采用综合分析、数理统计和模型模拟等技术，从全球视角研究了冰川变化的时空特征，冰川物质亏损加速度，并结合气象数据分析了冰川对全球气候变化的响应;针对冰川对流域水资源的重要作用，在全球尺度评估了冰川变化对流域水资源的影响，论文的主要内容及结果概况如下: (1)以全球可获取的冰川变化资料为基础，以气温和降水数据为依托，综合分析了全球冰川变化及其区域差异，并对原因进行初步探讨，发现1980-2015年间，全球冰川面积萎缩速率为0.18％a-1，物质亏损速率为0.25mw.e.a-1。面积萎缩速率最大的冰川区为低纬度区域，而物质亏损最严重的区域为南安第斯山脉地区。位于中低纬度地区的冰川变化特征表现为严重的面积萎缩与剧烈的物质亏损，高山亚洲地区冰川退缩速率在中低纬度所有冰川区中最小。位于北极地区的冰川变化特征则以变薄为主，面积变化相对较弱。位于南半球高纬度地区的冰川则处于相对较稳定的状态。冰川面积变化速率及物质亏损速率与冰川区的平均气温及平均降水呈现显著的正相关，不同冰川区气候状况之间的差异是导致全球冰川变化区域差异的重要原因。 (2)过去几十年间，全球冰川物质亏损的加速趋势日益显著，而这种加速趋势将对全球海平面上升、流域水资源以冰冻圈灾害等方面产生深远的影响。针对目前关于冰川物质亏损加速度的研究仍然比较贫乏的问题，本研究利用实测冰川物质平衡记录和最新的融合实测资料与大地测量法表面高程变化的冰川物质变化数据，对全球冰川物质亏损加速度进行研究。结果表明:1961～2016年间，全球冰川物质亏损经历了显著的加速过程。在全球尺度上，冰川物质亏损加速度分别为5.76±1.35Gta-2（冰量损失加速度）和0.0074±0.0016mw.e.a-2（单位面积冰量损失加速度）。在区域尺度上，冰川主要分布区（除南极冰盖边缘地区）的冰量损失加速度大于冰川储量较小的区域，阿拉斯加地区的冰量损失加速度最大(1.33±0.47Gta-2)。对单位面积冰量变化而言，冰川分布面积较小的区域和几个主要冰川分布区都呈现出较大的冰川消融加速度，其中欧洲中部的冰川单位面积物质亏损的加速度最大(0.024±0.0088mw.e.a-2)。全球气候变暖是冰川物质亏损加速的主要驱动力。通过对比研究发现格陵兰冰盖和南极冰盖对全球海平面上升贡献的加速度均大于冰川。 (3)以全球冰川变化对流域水资源的影响为研究目标，利用开源全球冰川模型(OpenGlobalGlacierModel，OGGM)模拟了1999～2018年全球冰川（未包括格陵兰冰盖和南极冰盖边缘冰川）物质变化，在此基础上计算流域内冰川融水的变化并结合全球河流径流量的再分析资料，在全球尺度上对河流径流和流域水资源对冰川变化的响应进行了研究。结果显示:本研究中利用OGGM模型模拟的全球冰川物质变化与观测冰川物质变化结果具有良好的一致性，模拟结果可以用于评估冰川变化对水资源影响;在选取的36条流域中，冰川对径流的贡献有着显著的区域差异，且最大月冰川融水比例＞消融季径流中冰川融水比例＞年径流中冰川融水的比例，流域径流中冰川融水的比例受流域气候状况与冰川覆盖率共同控制，而且干旱区流域径流中冰川融水比例高于湿润区;径流中冰川融水的比例是流域冰川覆盖率的几倍到几十倍不等，最高可达到二百多倍;冰川对流域水资源的影响是由冰川融水贡献率和流域人口共同决定的，对于那些冰川覆盖率低、径流中冰川融水比例低的流域，冰川对流域水资源的影响也十分可观;通过对比分析发现，36个流域中的大部分经历了人口增长、径流下降以及冰川融水上升的变化，而且36个流域除极个别流域之外，由于人口增加导致流域水资源压力急剧上升，冰川对水资源的影响都在增加。在全球尺度上，尽管冰川在不断萎缩，冰川对流域水资源的影响仍然呈现显著上升趋势，冰川的水塔作用在不断地加强。由于人口增长和水资源压力的不断增大，冰川对水资源影响的拐点将晚于冰川径流拐点出现。
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