摘要
在气候变化背景下，藏东南地区冰川正处于冰量加速亏损状态。该地区广泛发育有非表碛覆盖和表碛覆盖两类冰川，它们对气候变化表现出不同的响应模式。这种响应差异不仅体现在冰川退缩，而且还反映在冰川消融和流域水文过程等方面，从而直接影响区域水资源变化。因此，准确地理解和预测不同类型冰川变化及其融水径流的演变，对于我国西南地区水利水电资源的高效开发与利用、冰川灾害预警和有效防控均具有重要的科学与现实意义。本研究利用实地观测、无人机航测、卫星遥感数据与历史冰川变化资料，分析了藏东南地区两类典型冰川（非表碛覆盖型帕隆4号冰川和表碛覆盖型24K冰川）表面运动速度、表面高程变化和表面物质平衡变化。利用两流域冰川-气象-水文观测数据与分布式冰川水文模型（TOPKAPI-ETH），研究了两种不同类型冰川流域水文特征，定量分析了冰川消融空间分布、流域水文过程及其径流组分贡献，借助统计降尺度的未来气候模式数据，评估了两类冰川未来冰量变化及水文径流趋势。具体取得以下主要结论： （1）通过实地监测与多期无人机航测，定量揭示了以帕隆4号为代表的非表碛覆盖型冰川消融区在冰川消融强度、冰川运动速度及高程变化幅度等方面均远高于以24K冰川为代表的表碛覆盖型冰川，表碛覆盖与否对两类冰川状态差异起到关键控制作用。冰川减薄方面，本世纪以来两冰川均呈现加速减薄趋势，但平均海拔位置更高的非表碛覆盖型帕隆4号冰川（平均海拔：5269 m a.s.l.）近期减薄速率明显高于低海拔表碛覆盖型24K冰川（平均海拔：4291 m a.s.l.）， 2020-2022年间帕隆4号减薄速率比24K冰川高出2.7-3.2倍。冰川动力状态方面，两冰川表面运动速度均持续减缓，动力状态趋弱；但帕隆4号冰川动力状态始终强于24K冰川，帕隆4号冰川在2020-2022年观测期的表面运动速度高出24K冰川64%-76%，表碛覆盖通过抑制冰川消融降低了冰川基底滑动，进而导致24K冰川动力状态较弱。在冰川消融方面，尽管帕隆4号冰川的平均气温和正积温均低于同期的24K冰川，但其消融速强度为24K冰川的1.9-2.2倍，表碛覆盖明显抑制了冰体消融，从而造成两类型冰川消融状态存在显著差异。 （2）利用两流域气象-水文观测资料对比分析，发现帕隆4号冰川流域的气候环境要比24K冰川流域更为冷干，由于表碛的热阻隔作用及季风降水强度差异，表碛覆盖的24K冰川流域水文径流蓄水性要显著强于帕隆4号冰川流域。在气候环境方面，由于海拔相差近1000 m，帕隆4号冰川流域年均气温低于24K冰川流域3.4℃；对于降水而言，24K流域的年均降水量为2983 mm，是帕隆4号的408 mm的7倍多，降水丰沛程度成为两流域间最大的分异。两冰川流域水文径流特征方面，帕隆4号冰川流域月内径流变化幅度显著高于24K冰川流域， 24K流域的产流过程更为平缓；帕隆4号白昼径流占总径流的55%，而24K冰川白昼径流占比为50%；由于表碛覆盖对消融过程的调节作用，表碛覆盖的24K冰川流域水文径流的时滞效应也要显著于强于帕隆4号冰川流域，并展现出更强的蓄水能力。通过分析两流域气象-径流实测数据间的相关关系，发现帕隆4号冰川流域的气温变化与径流趋势高度一致，气温因素深刻影响流域径流；而24K冰川径流变化主要与降雨因素的相关性更大，降雨在该流域水文过程中扮演重要角色。 （3）基于TOPKAPI-ETH分布式冰川水文模型，定量分析了两类冰川区径流组成及其变化，揭示出帕隆4号与24K冰川流域分别呈现“消融主导”和“降水主导”两种不同的径流模态，两个区域不同的水热发育条件及表碛覆盖差异是塑造藏东南不同冰川流域径流模态的关键因素。通过对2016-2022年帕隆4号冰川径流模型模拟发现，该流域冰川消融是径流组成中最主要的贡献因素，占总径流量的57%-71%，积雪消融次之，约占23%-39%，降雨部分则相对较少，仅占3%-8%。而在水热发育条件较好的表碛覆盖型24K冰川流域，降雨对水文径流贡献最为显著，约占全年径流的51%-63%；其次是季节性积雪消融，占比约20%-33%之间，而冰川消融则为最小贡献源，仅占15%-23%。两冰川水文径流组分也存在明显的季节差异：5月份，两冰川流域积雪消融均占主导地位，是初夏最主要的产流来源，帕隆4号冰川流域在5月的积雪消融平均贡献率为77%， 24K流域为52%，均超过半数；在6-10月，积雪消融贡献均趋弱，冰川消融在帕隆4号冰川流域逐渐成为最主要的径流来源，而降雨则在24K冰川流域占据主导。帕隆4号冰川流域的水文径流由于受冰川融水控制，因此受气温波动影响较大；而24K冰川流域则主要依赖降雨，受降水变化制约，两冰川流域水文过程特征及其内在机制分别代表了藏东南地区典型表碛覆盖型冰川流域和非表碛覆盖型冰川流域水文径流的基本模态。 （4）基于对SSP126、SSP245、SSP370与SSP585不同气候情景的统计降尺度方法和冰川水文模型，预估了未来气候变化情景下两类冰川变化及其流域径流的动态演变趋势，发现非表碛覆盖的帕隆4号冰川流域水文径流量减少幅度显著高于24K冰川流域，两不同类型冰川流域对于气候变化的水文响应模式显著不同。未来冰川变化模拟结果显示，两冰川冰储量衰减速率随气候变暖而加快，证明两冰川对气候变化的响应方向是一致的；但两冰川退缩模式存在显著差异，帕隆4号冰川表现为冰舌区域向高海拔逐渐退缩的趋势，而24K冰川由于低海拔地区表碛覆盖的阻隔保护作用，呈现冰川中部减薄断裂，部分厚表碛区消融极为缓慢甚至低海拔冰体长期残存的状态。在未来水文径流模拟方面，综合不同气候情景下的模拟结果，发现帕隆4号冰川流域径流均呈现增长趋势，径流“拐点”出现时间随排放程度呈现拐点出现时间延迟的规律；在SSP126与SSP245情景下，径流峰值预计出现在~2034年左右，而在SSP370与SSP585情景下，峰值推迟2040-2044年左右。相反，降雨主导的表碛覆盖型24K冰川流域没有明显的径流“拐点”，至世纪末流域径流仍将维持较为稳定。对两流域未来径流组分结构分析发现：帕隆4号冰川流域在本世纪中叶之前，冰川消融仍是主要的流域水文贡献，本世纪中叶之后，降雨将主导流域径流过程，到世纪末降雨贡献甚至可达64%。在表碛覆盖的24K冰川流域，降雨贡献始终占主导，到本世纪末可达92%。藏东南地区不同气候区、不同类型冰川流域水文径流及组成将呈现不同的变化趋势。
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