青藏高原中部扎当冰川物质平衡研究

文章编号:100020240(2007)0320360206

青藏高原中部扎当冰川物质平衡研究

收稿日期:2006212212;修订日期:2007203220 基金项目:国家重点基础研究发展规划项目(2005CB422004);国家自然科学基金项目(40401054;40121101);中国科学院知识创新工

程项目(KZCX32SW 2339);中国科学院“百人计划”项目资助

作者简介:周广鹏(1981—

),男,山东菏泽人,2004年毕业于青岛大学,现为中国科学院青藏高原研究所在读硕士生,主要从事冰川和全球变化研究.E 2mail :zhougp04@

周广鹏1,　姚檀栋1,2,　康世昌1,2,　蒲健辰2,1,　田立德1,2,　杨　威1

(1.中国科学院青藏高原研究所,北京100085;2.中国科学院寒区旱区

环境与工程研究所冰冻圈科学国家重点实验室,甘肃兰州730000)

摘　要:最新观测表明,青藏高原扎当冰川2005/2006年度物质平衡量为-306.42×104m 3,相当于

-1547.57mm 水当量,冰面出现显著的减薄.扎当冰川出现如此大的负平衡在青藏高原中部地区实属

罕见,这可能与影响冰川物质平衡过程的区域气候状况和局地气候因素的差异有关系.物质平衡出现较大的负值和零平衡线位置升高的状况,强烈反映了扎当冰川对气候变暖过程的响应.关键词:扎当冰川;物质平衡;零平衡线;全球变暖中图分类号:P343.6

文献标识码:A

0　前言

冰川的物质平衡状况与冰川表面的热量平衡、冰内和冰下的水文状态、成冰作用、活动层的温度状况以及冰川运动速度等密切联系,它直接反映冰川的进退和冰川作用区气候的变化.冰川物质平衡是冰川学研究的重要内容之一,冰川物质平衡的监测研究是全球环境、气候变化监测的重要项目之一,尤其是处于人口分布稠密的中低纬度、被誉为世界“第三极”的青藏高原地区冰川的物质平衡尤其受到关注.

在青藏高原及周边地区,冰川物质平衡多年连

续监测点有乌鲁木齐河源1号冰川(1956—2007年)、唐古拉山小冬克玛底冰川(1990—2006年)和煤矿冰川(1990—2001年).根据姚檀栋等[1]研究,这几条冰川近年来的物质平衡状态表现出强烈的负平衡;结合青藏高原其它地区冰川物质平衡的研究认为,20世纪90年代中期开始,青藏高原冰川出现普遍的强烈退缩现象,近年退缩幅度呈逐渐加剧的趋势[2].

但是,高原上能够连续长期系统观测的冰川为数不多,尤其青藏高原内部冰川的物质平衡研究相

对较少,更缺乏连续观测的资料,甚至一些地区的冰川物质平衡观测资料至今尚是空白,大多数冰川的变化仍然是利用航片、地形图和文献记录与实地考察对比观测获得的一定时段内或两次考察时段内的总变化.在全球变暖的大背景下,青藏高原山地冰川的物质平衡对于全球变暖的响应和反馈[3],成为研究的热点.

因此,需要在青藏高原典型性地区进行定点、连续和长期的物质平衡观测.以中国科学院青藏高原研究所建立的“纳木错圈层相互作用综合观测研究站”为基地,在2005年8月开始在青藏高原念青唐古拉山峰东北坡纳木错流域的扎当冰川进行冰川物质平衡的观测.本文重点分析该冰川2005/2006年度物质平衡特征.

1　研究区域

扎当冰川(冰川编号:5Z225D0017;30°28.57′N ,90°38.71′E )位于青藏高原念青唐古拉山主峰

的东北坡,纳木错湖的WS 方向,冰川朝向NNW.冰川最大长度215km ,面积1198km 2,呈扇形流出山谷,最高海拔6090m ;冰舌前端较为平坦,末端海拔约5515m ,冰面洁净,没有表碛物覆盖;按

第29卷　第3期2007年6月

冰　川　冻　土

J OU RNAL OF G L ACIOLO GY AND GEOCR YOLO GY

Vol.29　No.3

J un.2007

冰川的物理特性分类,扎当冰川属于大陆型冰川[4].

冰川区降水主要来自西南季风和局地对流云系,根据纳木错圈层相互作用综合观测研究站观测,该区降水主要集中在夏、秋季,冬、春季两季降水量相对较少

.

图1　扎当冰川及物质平衡观测花杆的布设位置图

Fig.1　Map of the Zhadang G lacier and sites of stakes

for measuring mass balance

2　冰川物质平衡的观测和计算

2.1　观测点的布设和观测

扎当冰川物质平衡观测以测杆法和雪坑雪层剖面相结合.2005年8月30日,在扎当冰川表面布设了8个物质平衡观测横剖面,共设置8根花杆(图1);并在每根测杆或主流线上的测杆附近挖取雪坑,利用雪坑观测.于2006年6月5日进行了花杆的补插和测量花杆工作(图1),以2005年布设的8根花杆为主流线,在其两侧又补插了14根花杆,

共9个物质平衡观测剖面;在2006年的暖季进行了加密观测,于6月17日、7月26日、8月10日和9月15日进行了物质平衡的观测,在观测期间,由于补插的花杆陆续倒伏,到9月15日只剩下主流线上的8根花杆.测杆布设之后,扎当冰川进行了消融季节冰川消融的现代过程研究和年物质平衡的观测,观测内容包括测杆高度、积雪厚度和积雪密度、附加冰厚度和污化层深度等.并在冰川末端和垭口处设立两个自动气象站(Automatic Weat her Station ,AWS )进行自动观测(图1中M ,N ).自动气象站(AWS )的温度测量传感器(M P101A TP )分别架设在地面或冰面以上115m 和210m 的高度,并与数据采集器(HL20)连接进行同步采集,数据采集器每隔30s 采样一次.本研究采用的是210m

处的气温值.截至2006年9月,我们获取了扎当冰

川2005/2006年一个完整物质平衡年的数据,这一工作仍在持续观测.2.2　物质平衡的计算

物质平衡是冰川表面积累量与消融量的代数和[5],反映了冰川表面单位面积上相对于上一个冰川物质平衡年末冰面的平均升降变化状况.根据野外观测资料,分别计算各测点的净积累量和净消融量[6],将计算结果标在大比例尺的冰川图上,绘制冰川积累和消融等值线图或用等高线法,从图上确定出冰川零平衡线高度,分别量测出每相邻两等值线或等高线间的积累和消融面积,然后逐步计算出整个冰川的纯积累量和纯消融量以及物质平衡.蒲健辰等[7-8]1989年利用上述两种方法对唐古拉山小冬克玛底冰川和1993年对冬克玛底冰川和煤矿冰川物质平衡的计算表明,用等值线法和等高线法计算出的结果很接近,而且后者较前者更简便;刘潮海等[9]在天山乌鲁木齐河源1号冰川和蒲健辰等[10]在祁连山七一冰川也做过计算,其结果也很接近,因此,扎当冰川的物质平衡也采用较为简便的等高线法计算.整个冰川的物质平衡(B )为:

B =

C +A =

∑S

cn c n

+

∑S

an

a n (1)

式中:C 为纯积累量;A 为纯消融量;S cn 和S an 分别为积累区和消融区相邻两等值线或等高线间的投影面积;c n 和a n 分别为平均积累深度和平均消融深度.

利用以下公式可以得到冰川物质平衡更为直观的水当量表示法(mm w.e.):

h =

B

S

×1000(2)

式中:h 为水当量高度(mm w.e );B 为冰川的物质平衡(m 3);S 为冰川的总面积(m 2).2.3　物质平衡的计算结果

根据扎当冰川物质平衡的实际观测数据,计算出该冰川的物质平衡梯度[11-13]为4138mm ・m.近似的计算出扎当冰川零平衡线高度(EL A ),其结果见表1. 零平衡线波动是冰川响应气候变化最敏感的指标,在这个高度上冰川的年积累量等于年消融量,即物质平衡等于零.冰川消融量和积累量的大小,决定冰川消融区和积累区面积的扩大和缩小,从而影响冰川零平衡线位置的升降变化.在降水变化不大的情况下,当年平均气温高时不仅使冰川消融强度增大,而且使冰面消融时间延长、消融区面积扩

1633期周广鹏等:青藏高原中部扎当冰川物质平衡研究