科研动态

近期，由王宁练教授团队主编的“第二次青藏高原科学考察研究丛书”《祁连山水塔变化及其影响》（书号：9787030751195）在科学出版社正式出版。

出版物简介

祁连山位于青藏高原东北缘，它是向其外围干旱、半干旱地区提供淡水资源的重要水源地，故称为祁连山水塔。祁连山水塔区面积约为19.13万km²(其中青海省境内约为63.6%，甘肃省境内约为36.4%)，平均海拔为3630m。祁连山水塔汇入河西走廊的流域(包括东干渠流域、石羊河流域、黑河流域、北大河流域、疏勒河流域和党河流域)面积、汇入柴达木盆地的流域(包括哈勒腾河流域、鱼卡河流域、塔塔棱河流域、巴音郭勒河流域和茶卡 - 沙珠玉河流域)面积、汇入山区内流湖泊流域 (哈拉湖流域和布哈河 - 青海湖流域)面积和汇入外流区黄河水系的流域(包括拉脊山南坡流域、湟水流域、大通河流域和庄浪河流域)面积分别约占水塔区总面积的39.4%、24.0%、18.0% 和 18.6%。组成祁连山水塔储水部分的主要要素包括冰川、多年冻土(地下冰)、积雪、地表水体和地下水，组成水塔供水部分的主要要素是河川径流，降水是影响水塔储水和供水变化的主要要素之一。本书以流域为单元分析这些要素的变化与影响。

基于遥感资料和实地验证，完成了 2014 年新一期的祁连山冰川编目。结果表明，2014 年祁连山共有现代冰川 2779 条，总面积约为 1521.18 km²，冰储量约为 75.06 km³。除祁连山东段的东干渠流域、庄浪河流域、湟水流域、拉脊山南坡流域和茶卡 - 沙珠玉河流域 5 个流域没有冰川分布外，其他 12 个流域均有冰川分布。疏勒河流域分布的冰川最多，该流域冰川数量、面积和冰储量分别占整个祁连山的 25.30%、32.46% 和 36.28%。近60年来，祁连山冰川面积总体萎缩了约21.20%，冰储量减少了约25.86%，并且近期呈加速萎缩、减薄趋势；在空间上，祁连山水塔的东部流域冰川面积萎缩程度和冰储量减少程度要大于西部流域。1958-2021年七一冰川平衡线高度上升了337m，累积物质平衡值为-9153 mm w.e.，冰川物质处于亏损状态。1989 ～ 2018 年祁连山冰川雪线高度总体上升了约213 m，东段的上升幅度较中、西段的上升幅度大。气温升高是近几十年来祁连山冰川平衡线高度升高、物质加速亏损和面积加速萎缩的主要影响因素，受其影响，祁连山冰川融水径流也呈显著增加趋势(祁连山水塔多年平均冰川融水径流量约为 15.59 亿m³)。

通过祁连山水塔全区范围内多年冻土分布下界的调查数据，建立了祁连山多年冻土分布模型，较准确地获得祁连山区大片连续多年冻土分布面积约为8.03万km²，约占祁连山水塔总面积的41.98%，岛状多年冻土区面积约为1.45万km²。除祁连山东段东干渠流域外，其他流域均有山地多年冻土分布，其中布哈河-青海湖流域分布的多年冻土面积最大，其次是大通河流域；位于祁连山腹地的哈拉湖流域全部位于多年冻土地区。受气候变暖影响，祁连山区多年冻土正处于退化过程中，主要表现为浅层地温升高和上限埋深下降。对区域内 176 眼钻孔地面信息进行补充调查，并通过含水(冰) 量测试数据和编录资料分析，总结了祁连山多年冻土地下冰分布规律，统计了不同地貌类型区地层的平均含冰量。在此基础上，估算出祁连山多年冻土区10 m 深度内的地下冰储量约为65.82 km³，地下冰平均分布密度约为0.823 m³/m² 。近10年来，祁连山区多年冻土上限下降引起的地下冰融化释水量约为11.79 km³，平均每年可达12 亿m³，相当于祁连山出山河流年径流总量的 7.39%。布哈河 - 青海湖流域地下冰储量和地下冰融化释水量均最大，分别约占祁连山水塔区总量的 13.49% 和 12.90%，大通河流域地下冰储量第二 (12.58%)，但党河流域地下冰融化释水量位居第二 (10.86%)。

祁连山积雪分布广泛，水塔区各流域均有分布。积雪覆盖面积年内变化较大，最大覆盖范围可达水塔区总面积的86.2%，最小低至约1.8%，年平均积雪面积约占水塔区总面积的20.91%。积雪主要分布在海拔3000 m 以上的高山区，海拔较低的山谷和祁连山边缘地区积雪较少。积雪最大深度出现在祁连山西段的土尔根达坂山、野马南山和疏勒南山，年平均雪深在 10 cm 以上。积雪水储量年际波动较大，年平均积雪水储量约为 4.10×10⁸m³，最大约为 6.30×10⁸m³。近 40 年，祁连山不同流域积雪水储量变化趋势不同，但总体上积雪覆盖面积和积雪水储量呈现下降趋势。祁连山积雪水储量的年际变化主要受降水变化的影响，积雪面积的年际变化主要受气温的控制。黑河流域融雪贡献约占年径流的15.88%，是春季径流的主要来源。

基于相近流域的径流特征值，对祁连山水塔无资料地区的出山径流量进行了估算，结合主要河流出山径流的观测结果，获得祁连山水塔多年平均径流量约为159.44亿m³。其中大通河流域年径流量最大，占水塔年径流总量的16.91%，其次是黑河流域(15.88%)。源于祁连山水塔的河流补给类型包括降水补给为主型、冰雪融水补给为主型、地下水补给为主型和混合补给型四类，降水补给为主的河流主要集中在祁连山中部和东部地区，冰雪融水补给为主的河流主要集中在祁连山西部。近60 年来，祁连山东段流域年径流量普遍呈下降趋势，而祁连山中段和西段流域年径流量大多呈增加趋势。目前，祁连山水塔区绝大部分区域人类活动影响相对较小，径流变化主要受气候变化和冰冻圈变化的影响。

青海湖和哈拉湖是祁连山水塔区两个最主要的内流湖泊。近60 年来，其变化表现出明显的阶段性，即21世纪初之前湖泊水位呈下降、面积呈缩小趋势，之后水位呈上升、面积呈扩大趋势，其变化均不同程度地受到冰冻圈变化与气候变化的影响。近 20 年来，水塔区其他湖泊面积也呈扩大趋势，多年冻土区的热融湖塘明显扩张。基于GRACE卫星资料，揭示出近 20 年来除祁连山最东段庄浪河流域和东干渠流域水储量呈小幅度的减少之外，其他流域水储量均表现出增加趋势，塔塔棱河流域水储量增加趋势最大，整个水塔区总体平均陆地水储量以4.67 亿～4.92 亿m³/a 的速率在增加。

基于CMA、HAR-10km和ERA5再分析气象数据，得到祁连山水塔区年均降水量分别为367.95mm、402.67mm和407.93mm，对应的年降水资源总量分别为710.39亿m³、768.82亿m³和777.40亿m³。祁连山降水量随海拔升高而增加，并存在最大降水高度带。年降水量在水平方向上从东南向西北总体呈减少趋势，最大降水中心位于祁连山中东部的大通河流域及附近区域。年降水资源量最多的流域是布哈河-青海湖流域，占水塔区年降水资源总量的18.46%～20.36%，其次是大通河流域（10.74%～12.76%），黑河流域（7.52%～11.96%）是除山区内流湖泊流域之外的内流区中年降水资源量最大的流域。近几十年来，祁连山东段各流域年降水量多呈减少趋势，而中、西段呈增加趋势。这也是祁连山水塔各流域年径流变化趋势空间差异的重要原因之一。

祁连山是我国西北地区极为重要的水源涵养生态功能区，在维护区域生态平衡和生态安全等方面发挥着十分重要的作用。多年冻土退化对生态系统的影响在不同环境状况下存在差异。在受水分限制的区域，多年冻土退化会导致高寒草地发生逆向演替，从而改变植被物种组成和微生物结构及其稳定性。高寒草地的逆向演替导致生态系统固碳能力降低、有机质返回减少和土壤微生物分解作用增强，加之冻土冻融循环引起的下垫面坍塌改变了土壤的矿化和淋溶作用，导致冻土区生态系统碳流失。祁连山区冬季积雪面积大，积雪通过改变返青期土壤水热状况影响植被生长，但是目前关于积雪变化对生态系统的影响研究十分有限，且缺少同时考虑多年冻土和积雪变化等冰冻圈多要素耦合效应对高山生态系统的影响研究。因此，为了做好祁连山生态环境建设，筑牢生态安全屏障，亟需加强这一方面的研究。

在未来不同排放情景下，到21世纪末祁连山水塔区气温相对于现在可能会升高1.45～5.22℃，降水量会呈现波动增加的趋势。在这种背景下，到21世纪末祁连山积雪雪水当量将呈减少趋势，整个山区积雪融水将以7.3×10⁶～1.24×10⁷m³/a速率减少。如果到21世纪末气温升高约2.54℃（SSP2-4.5），祁连山冰川面积与2014年相比将可能至少减少1/3，冰储量将可能减少一半，如果届时升温超过5℃（SSP5-8.5），那么祁连山冰川面积很可能只剩下现在的1/4左右，并可能会因强烈消融减薄而导致冰储量所剩无几。不论是在RCP2.6还是在RCP4.5情景下，到21世纪末疏勒河上游（目前是祁连山水塔区冰川分布最多的流域）的冰川融水对疏勒河出山径流的贡献率都将少于5%。这意味着冰川融水对河川径流的调节作用将会大大减弱，河流补给类型将会由降水-冰川融水混合补给型向降水补给型转变，即河川径流的易变性将增加，流域水资源管理将面临巨大挑战。因此，未来必须加强水塔功能的气候与冰冻圈影响评价与应对研究。