姚檀棟 鄔光劍 徐柏青 王偉財 高 晶 安寶晟

1 中國科學院青藏高原研究所 北京 100101 2 中國科學院青藏高原地球科學卓越創(chuàng)新中心 北京 100101 3 蘭州大學 蘭州 730000

1 “亞洲水塔”概況

青藏高原及周邊地區(qū)，平均海拔超過 4 000 m，具有南極、北極之外最大的冰儲量[1]，其湖泊面積約占我國湖泊總面積的一半，是長江、黃河、雅魯藏布江等亞洲 10 多條主要河流發(fā)源地，因此，有“亞洲水塔”之稱[2]（圖 1）?！皝喼匏眱Υ媪舜罅康牡Y源，對“第三極”地區(qū)人類的生存和社會穩(wěn)定及發(fā)展都有重要影響[3]。

冰川、凍土、積雪、湖泊、河流等是“亞洲水塔”的重要組成部分，其中冰川面積約 1×105km2，多年凍土面積約 1.3×106km2，常年積雪面積約3×105km2，湖泊面積約 5×104km2①數(shù)據(jù)源自第二次青藏高原綜合科學考察研究隊尚未發(fā)表的科考報告。?！皝喼匏币彩莵喼?10 多條大江大河的源頭。不同組分間保持動態(tài)平衡，以維持“亞洲水塔”水循環(huán)。

圖 1 “亞洲水塔”的特征

2 近 50 年“亞洲水塔”的變化

過去 50 年來，人類經(jīng)歷了前所未有的全球變暖。以青藏高原為核心的“第三極”地區(qū)更是全球變暖最強烈的地區(qū)。在全球每 10 年升溫 0.17℃ 的背景下，這一地區(qū)每 10 年升溫幅度高達 0.3℃—0.4℃，其升溫幅度是同期全球其他地區(qū)平均值的 2 倍[4]。在快速升溫的背景下，“亞洲水塔”正在發(fā)生劇烈變化[5]，呈現(xiàn)整體失衡特征，主要表現(xiàn)為冰川加速退縮、湖泊顯著擴張、冰川徑流增加，水循環(huán)加強。

2.1 冰川退縮導致“亞洲水塔”的固態(tài)水儲量減少

近 50 年來，“亞洲水塔”的冰川整體上處于虧損狀態(tài)，冰川儲量減少約 20%，面積減少約 18%[6]。冰川變化存在空間和時間差異。

在空間上，喜馬拉雅山及藏東南地區(qū)冰川末端和面積后退幅度最大，向高原內(nèi)部逐漸降低，西昆侖、喀喇昆侖及帕米爾地區(qū)有一定數(shù)量的冰川處于穩(wěn)定或前進；冰川物質(zhì)平衡出現(xiàn)同樣的空間變化差異，物質(zhì)虧損幅度呈現(xiàn)從喜馬拉雅山向高原腹地減小的格局[7]。第二次青藏高原綜合科學考察研究發(fā)現(xiàn)，自1976 年以來，藏東南冰川退縮幅度平均達每年 40 m，有的冰川退縮甚至超過每年 60 m；唐古拉中東段、念青唐古拉西段、喜馬拉雅冰川末端退縮速率相當，平均約為每年 20—30 m；向西至各拉丹冬地區(qū)約為每年17 m，普若崗日冰原則減小為每年 4 m 左右；至喀喇昆侖、西昆侖冰川末端變化不明顯。面積變化上，藏東南減小幅度最大，超過 25%，個別小型冰川甚至達 50% 以上；唐古拉中東段、念青唐古拉西段、喜馬拉雅冰川總體減少 20% 左右；向西至各拉丹冬地區(qū)約為 8.8%，普若崗日冰原則減小約為 5.0%；至喀喇昆侖、西昆侖僅為 1.4%—4.0%①。

在時間上，20 世紀 90 年代冰川狀態(tài)發(fā)生了變化，出現(xiàn)重要的轉折。在此之前冰川長度、面積及物質(zhì)平衡持續(xù)減??；在此之后，“第三極”西北部西風帶冰川出現(xiàn)穩(wěn)定甚至前進，物質(zhì)平衡由負轉正，出現(xiàn)了“喀喇昆侖異?！保鴸|部和南部季風區(qū)冰川退縮幅度進一步加大[8]。

2.2 湖泊擴張是“亞洲水塔”液態(tài)水儲量增加的標志

“亞洲水塔”湖泊數(shù)量眾多，面積大于 1 km2的湖泊有 1 000 多個。這些湖泊主要為內(nèi)流湖，約占湖泊總面積的 90%，多分布在海拔 4 000—5 000 m 的范圍。第二次青藏高原綜合科學考察研究發(fā)現(xiàn)，“亞洲水塔”湖泊數(shù)量明顯增多，80% 以上的湖泊在擴張。面積大于 1 km2的湖泊數(shù)量和總面積從 20 世紀 70 年代的 1 081 個和4×104km2擴張到 2010 年的 1 236 個和 4.74×104km2[9]。青藏高原中部江湖源的色林錯、納木錯、巴木錯、蓬錯、達如錯和茲格塘錯等 6 個湖泊，1976—2010 年面積擴張了 20.2%，尤其 1999 年以后表現(xiàn)出顯著的加速擴張；其中，受冰川融水補給的色林錯、納木錯和蓬錯湖泊水位在 1999—2010 年分別上漲約 1.0 m、0.7 m 和1.1 m，較非冰川補給湖泊上漲更明顯。色林錯 1972—2017 年面積增加了 710.5 km2，水儲量增加 24.9 Gt，在2010 年面積超過納木錯成為西藏最大的湖泊，2017 年色林錯面積達到了 2 396 km2。

在空間分布上，內(nèi)流區(qū)湖泊水位明顯升高，而在雅魯藏布江流域，湖泊水位以下降為主。目前，青藏高原湖泊水量每年增加約 8 Gt，其中冰川、凍土融化的貢獻達 26% 左右[10]。在有些地區(qū)，冰川消融是湖泊擴張和水量增加的主導因素。例如，納木錯水量變化的定量分析表明，冰川融水對湖泊補給增量的貢獻率為 52.9%。

2.3 河流徑流顯著增大

“亞洲水塔”的河流徑流量變化對下游的水資源和水環(huán)境產(chǎn)生顯著影響。以雅魯藏布江、印度河和葉爾羌河上游流域為例，冰川融水是葉爾羌河和印度河上游以及雅魯藏布江流域的重要水資源。在我國西北內(nèi)陸干旱區(qū)，冰川融水占出山徑流的 25%—29%，而在塔里木河則占 40% 左右。冰川融水對黃河、瀾滄江、長江、怒江、雅魯藏布江和印度河源區(qū)年徑流的貢獻分別為 0.5%、2.8%、7.8%、8.3%、15% 和 45.6%。

第二次青藏高原綜合科學考察研究發(fā)現(xiàn)，20 世紀 70 年代以來河流徑流量呈現(xiàn)不同程度地增加。根據(jù)長江源沱沱河流域冰川徑流的估算結果，沱沱河流域年平均冰川融水量為 3.8×107m3，在 2010 年，冰川融水徑流達到最大值，比 1960—2000 年的融水徑流平均值增加了 120.89%。沱沱河流域冰川融水徑流呈增加的趨勢，這與流域河道的年徑流和濕季徑流變化趨勢基本一致；冰川融水對河道濕季徑流的補給率也呈增加趨勢，平均補給率為 12.21%，最大補給率為27.12%。1970—2013 年，雅魯藏布江、印度河上游年徑流量呈增加趨勢，冰川融水對徑流的補給是徑流量增長的主要因素[11]。

3 “亞洲水塔”變化的影響

“亞洲水塔”近 50 年來不斷向失衡方向發(fā)展，主要特征是固態(tài)水儲量減小。隨著冰川的持續(xù)虧損，冰川儲量逐步減少，冰川融水徑流最終將減少甚至消失，未來可用水資源減少[12]，水資源短缺潛在風險加劇。在未來氣候變化情景下，2046—2065 年的日平均流量與2000—2007 年日平均流量對比，印度河上游徑流將減少 8.4%，恒河上游徑流將減少 17.6%，雅魯藏布江徑流將減少 19.6%，長江上游河流徑流將減少 5.2%[2]。

“亞洲水塔”變化導致冰崩和冰湖潰決等災害發(fā)生頻率增加。2016 年 7 月17日和 9月21日，西藏阿里地區(qū)的阿汝 53 號冰川和 50 號冰川發(fā)生冰崩，造成 9 名當?shù)鼐用袼劳?、?shù)百頭牲畜被埋和優(yōu)質(zhì)草場毀壞[13]。2018 年 10月16日，雅魯藏布江中下游米林縣派鎮(zhèn)加拉村下游 7 km 處色東普溝發(fā)生冰崩，冰崩及其攜帶的冰磧物導致雅魯藏布江斷流、水位上漲，形成冰崩堰塞湖；10 月 29 日，該地再次發(fā)生冰崩堵江事件。冰崩堰塞湖對上、下游派鎮(zhèn)、墨脫縣沿岸居民及交通線路構成巨大破壞，且存在繼續(xù)發(fā)生堵江風險。這是青藏高原從未有過的自然災害現(xiàn)象，嚴重威脅“亞洲水塔”的命運。1981 年 7月10日，西藏聶拉木縣樟藏布次仁瑪錯冰湖潰決，洪水造成波曲河 50 多公里沿河兩岸松散物質(zhì)大量坍塌和滑坡，誘發(fā)冰湖潰決泥石流，導致樟藏布溝口的原 707 號大橋、波曲河友誼橋及附近建筑物全部被毀；還使得尼泊爾境內(nèi)的遜科西水電站部分被毀，尼泊爾境內(nèi)人員死亡達 200 多人[14]。2013 年 7 月 5 日，西藏嘉黎縣然則日阿錯冰湖潰決，造成了人員失蹤和房屋、橋梁、道路被毀，直接經(jīng)濟損失按當時價值計算高達 2.7 億元[15]。研究表明，喜馬拉雅地區(qū)面積大于 0.0081 km2的冰湖數(shù)量，從 1990 年的 4 549 個增加到2015 年的 4 950 個，冰湖面積增大了約 14%[16]。在我國境內(nèi)的青藏高原，有 210 個冰湖威脅到人類定居點，其中具有極高危險性的冰湖有 30 個，集中分布在喜馬拉雅山中段的吉隆縣、聶拉木縣和定日縣[17]。未來幾十年，青藏高原冰湖潰決風險將增加。

“亞洲水塔”變化可以通過大氣圈和水圈產(chǎn)生廣域效應，進而和南極、北極變化協(xié)同聯(lián)動，影響全球氣候變化和水循環(huán)。① 在全球變暖過程中，“亞洲水塔”通過改變海陸熱力差異影響區(qū)域大氣環(huán)流，重新調(diào)制亞洲季風和西風的協(xié)同作用機制，從而改變東亞和南亞降水時空分布。② “亞洲水塔”變化通過水圈作用過程產(chǎn)生的廣域效應和南極、北極一樣，會加速冰川消融和外流河流徑流增加，對全球海平面變化產(chǎn)生影響，進而通過對海平面的調(diào)整對我國沿海地區(qū)產(chǎn)生嚴重影響。因此，“亞洲水塔”與南極、北兩極之間在某種程度上存在著的聯(lián)動變化，會共同影響全球變化。

4 第二次青藏科考和“絲路環(huán)境”專項在“亞洲水塔”變化與影響研究方面取得階段性進展

“亞洲水塔”冰川、積雪、凍土、湖泊和河流等關鍵過程的變化是水體多相態(tài)轉換與作用的過程，是一個多圈層相互作用的地球系統(tǒng)科學前沿問題?！皝喼匏弊兓臑暮︼L險不但給我國社會經(jīng)濟發(fā)展帶來嚴峻挑戰(zhàn)，也對“一帶一路”地區(qū)眾多國家水資源規(guī)劃管理和可持續(xù)發(fā)展帶來環(huán)境風險，事關人類命運共同體建設。這些挑戰(zhàn)和風險的應對，需要多學科綜合科學考察研究來解決。

為了研究“亞洲水塔”的變化與影響，并提出科學應對方案，中國科學院率先部署了“泛第三極環(huán)境變化與綠色絲綢之路建設”戰(zhàn)略性先導科技專項（A類）（以下簡稱“絲路環(huán)境專項”）[18]。通過“第三極環(huán)境（TPE）”國際計劃，絲路環(huán)境專項聯(lián)合了國內(nèi)外相關領域的知名科學家，通過綜合集成觀測和模擬，對“亞洲水塔”的變化和影響進行過程和機制研究，并以此為基礎，提出應對方案，服務于“亞洲水塔”和“一帶一路”地區(qū)的水安全戰(zhàn)略和水資源管理。世界氣象組織（WMO）、聯(lián)合國教科文組織（UNESCO）、聯(lián)合國環(huán)境署（UNEP）等國際組織已將第二次青藏高原綜合科學考察研究隊提出的“亞洲水塔”觀測-模擬集成研究計劃納入其行動計劃。

在絲路環(huán)境專項的支持下，第二次青藏高原綜合科學考察研究隊將傳統(tǒng)的地學觀測與高新技術結合，目前已經(jīng)在“亞洲水塔”動態(tài)變化方面取得了國際青藏高原地球系統(tǒng)科學研究最新引領性成果，研究成果發(fā)表在 Nature、Science、Bulletin of American Meteorological Society 和 Nature Geoscience 等期刊上。研究成果系統(tǒng)分析了印度季風與西風影響下的“亞洲水塔”動態(tài)變化現(xiàn)狀，分析了新型冰崩災害的成因，從地球系統(tǒng)科學理念提出了系統(tǒng)的“亞洲水塔”變化三維觀測方案等[19]。部分成果入選 2018 年“中國科學院面向世界科技前沿 14 項標志性重大成果”。特別是，通過高新技術與前沿科學問題的融合，2019 年 5 月，第二次青藏高原綜合科學考察研究隊利用浮空艇平臺實現(xiàn)了 7 003 m 高空水汽傳輸垂直變化過程觀測，創(chuàng)下浮空器原位垂直科學觀測的世界紀錄[20]。2019 年 1月25日和 5月23日，中央電視臺《新聞聯(lián)播》節(jié)目兩次對此項科考工作進行專題報道，在社會各界產(chǎn)生了廣泛影響。

“亞洲水塔”科考成果融合于國家和區(qū)域水資源水安全戰(zhàn)略。第二次青藏高原綜合科學考察研究隊承擔了中共中央政治局常委、國務院總理李克強關于中國冰川變化批示的重大任務，于2019 年 5 月完成《關于我國冰川變化影響及對策的報告》《加強中國冰川變化監(jiān)測的總體方案》等報告。在 2018 年 8月28日，在中共中央政治局常委、全國政協(xié)主席汪洋主持召開的中央推動區(qū)域協(xié)調(diào)發(fā)展戰(zhàn)略調(diào)研匯報會上，“亞洲水塔”科考成果為“加強青藏高原生態(tài)文明建設積極應對氣候變化”建議提供科技支撐。針對雅魯藏布江的堵江災害，第二次青藏高原綜合科學考察研究隊隊長姚檀棟第一時間趕往現(xiàn)場，和西藏自治區(qū)主席齊扎拉一起現(xiàn)場勘查；確定堵江成因為冰崩，并協(xié)調(diào)多方研究力量，快速完成《雅魯藏布江大拐彎冰崩堵江事件科學評估報告》，為西藏自治區(qū)的后期減災行動提出了可實施的科學方案。中國科學院院長白春禮對該報告作出重要批示。在此基礎上，第二次青藏高原綜合科學考察研究隊正在加快建設雅魯藏布江冰崩堵江災害監(jiān)測預警體系。

今后，第二次青藏高原綜合科學考察研究隊將以闡明“亞洲水塔”各關鍵過程的變化特征、揭示近 50 年來“亞洲水塔”變化的過程與機理和預估未來不同氣候變化情景下“亞洲水塔”的變化趨勢為基礎，開展“亞洲水塔”變化對青藏高原及周邊地區(qū)水循環(huán)與水生態(tài)的影響研究，進行“亞洲水塔”水-生態(tài)系統(tǒng)-人類社會系統(tǒng)的鏈式響應評估，拓展三極（“第三極”、南極、北極）氣候與環(huán)境變化及其影響的全球尺度聯(lián)動研究和全球生態(tài)環(huán)境保護研究，同時要體現(xiàn)第二次青藏高原綜合科學考察研究水平“用得上、有影響、留得下”的定位，建設自動化監(jiān)測預警平臺和示范，提升區(qū)域防災減災能力。