(二)气候变化对冰川水资源影响

冰川对气候变化的响应十分敏感。过去百年间气候变暖导致全球平均气温升高0.48℃,中国平均气温升高0.65℃。近45年新疆气温呈现升高趋势,尤其是1998—2007年期间增温显著,是新疆40多年中最暖的时期。全疆年平均气温升高了0.9℃,高于全球的平均增温幅度。

受气温升高的影响,新疆冰川自20世纪50年代有观测资料以来,一直处于萎缩状态,最近20多年又出现了加速退缩趋势。根据中国科学院天山冰川站的研究,过去40年,新疆不同区域冰川的面积平均减少了5%～34%,冰川储量的减少则更多。那些面积小、海拔低的冰川对气候变暖的响应最为敏感,处在迅速缩小和消亡之中。

气候变暖对新疆冰川水资源的影响首先是使冰川融水径流增大,而这种增加是以消耗冰川固体冰体为代价的,随着冰川储量的迅速减少,冰川融水径流也会随之急剧减少,冰川水资源及其对河流的调节作用也随之消失。

自20世纪50年代以来,天山乌鲁木齐河源1号冰川(简称1号冰川)一直处于萎缩状态,由于该冰川区气温在1960—2006年间升高了1.2℃,冰川面积由原来的1.95km2减少到1.68km2图23),并呈加速减少趋势。与之相应的是冰川融水径流的大幅度增加,1号冰川平均融水径流深为508.4mm/a,而1986—2001年则为936.6mm/a,较前期增加84.2%(图24)。由此可见,20世纪80年代以来的快速升温,已促使冰川融水径流量迅速增大。

根据IPCC 2007年报告和新疆气象局的预测,在未来百年尺度,全球气温还将升高1.2～3.8℃。新疆区域21世纪初期(2001—2020年),年平均温度增加幅度在0.5～0.9℃;21世纪前期(2021—2030年),温度增加幅度在1.2℃左右;到21世纪中后期,气温将进一步增高。由此造成的冰川、积雪水资源变化及其对新疆水文、水资源影响将是巨大的,关系到新疆社会经济的可持续发展。中国科学院天山冰川站通过冰川动力学模式,对1号冰川未来变化及其对水资源的影响进行预测,结果表明,即便在目前气候条件不变的情况下,为与目前气候相适应,1号冰川仍将继续退缩,直到2180年;而冰川融水径流在未来百年尺度上不断减少,到2075年左右削弱至目前水平的一半。在IPCC报告提供的几种气候变化情景下,1号冰川将在未来70～90年消失,极端升温条件下可在50年左右消失。冰川径流将在未来40年间保持相对稳定,而后发生急速下降,这种下降趋势一直持续到冰川消失。如果采用冰川附近的气象站实测资料为基础作气候情景预测,未来30年,冰川融水径流将增加,幅度最高至目前水平的21%左右,而后急剧下降,直至冰川消失(图25)。

将这一预估在乌鲁木齐河流域的150条冰川上实施,发现在各种气候变化情景下,乌鲁木齐河流域的融水径流在未来20～30年间有微弱增加趋势,而后也发生急剧衰弱,直至所有冰川消失。

通过该模式的敏感性分析,发现整个天山共有7250条冰川会比1号冰川变化、消失得更快。这些冰川的数量、面积(2133km2)和体积(60.27km3),各占所有冰川的80%、23%和6%。

由于1号冰川反映的是面积小于2km2冰川的变化规律,而对于那些大冰川的变化规律,尤其是冰川融水径流对气候的响应在量值、过程和时间尺度上还不能把握,亟待加强相关的观测研究。尽管大冰川在新疆的数量只占总数的20%,但对冰川融水径流的贡献却占到90%以上。

气候变化还会对山区积雪径流产生影响,这种影响会造成河川径流年内分配的变化。由于新疆冰川的分布和冰川融水径流在河川径流中所占比重在各流域中是不均匀的,所以未来气候变化对其影响程度和表现形式也有较大差异,以下针对不同区域简要说明。

1.塔里木盆地水系

塔里木盆地为中国最大的内流区,周围高山注入盆地水系的中国境内冰川11665条,面积为19878km2,冰储量约为2313km3,吉尔吉斯斯坦境内冰川有613条,面积为2120km2,冰储量为260km3。估算冰川融水总量占河川总径流的40%以上,其中叶尔羌河、玉龙喀什河、库马力克河等大河冰川融水量比例更达50%～80%。

有资料显示,盆地南侧昆仑山和帕米尔高原东部的冰川相对稳定,大量的消融尚未开始。喀喇昆仑山的冰川,处在由弱转强的消融过程中。而北侧天山西段南坡的冰川,正处在剧烈消融的阶段。据中国科学院天山冰川站的资料,过去40年间,托木尔地区冰川面积减小了5%～20%,冰川厚度的减少量则更大。气温升高对海拔相对较低的复式山谷冰川有很大影响,这类冰川是产生冰川融水径流的主体。

预计盆地西部的叶尔羌河与和田河水量在未来将处于迅速增加趋势,而阿克苏河的水量在逐步达到其峰值后会迅速下降。估计今后50年,冰川融水将大幅增加,会大大丰富河川径流,同时也会造成洪水灾害。但由于这一地区冰川观测资料较少,尚不能对水量未来变化过程、量值及时间尺度作出准确预估。

塔里木盆地中,冰川水资源占有举足轻重的地位,一旦冰川消融殆尽,对该地区水资源将产生灾难性影响。

2.天山北麓诸河

根据1959—1964年航测资料,天山北麓准噶尔盆地水系包含冰川共计3399条,面积为2251km2,冰储量为137.35km3,推算的冰川融水年径流量为16.89亿m3,约占河川径流量(125亿m3)的13.5%。该区河流按冰川融水的多少可分为两类:一类是以1km2以内小冰川为主,个别冰川面积达到2～5km2,冰川融水占河川径流量的6%～20%,包括博格达山北坡河流、乌鲁木齐河、头屯河、三屯河、塔西河、精河等;另一类为玛纳斯河、霍尔果斯河、安集海河等,流域冰川面积均在200km2以上,冰川融水量占河川径流量的35%～53%。过了40年后,冰川面积又减少了10%～34%。未来30～40年,该区1km2左右的小冰川趋于消失,大于5km2的冰川消融正盛,出现融水高峰。因此,气候变化对冰川水资源的影响在这一地区不同的流域有相对大的差别,需要分别加以研究。

3.东疆盆地水系

东疆吐哈盆地属资源性缺水地区。冰川分布在哈尔里克山南坡、巴里坤山南坡、博格达山南坡和天格尔山南坡,共有冰川446条,面积为252.7km2,冰储量为11.4km3。40年以来,该区域冰川面积减小了11%。估计目前的冰川年融水径流量为上述河川径流量的25%以上。

根据哈密水文局的观测资料,在近年气温升高、降水稍有增加的背景下,该地区无冰川融水补给的河流,如头道沟河等,出现了径流量减少的趋势,可能表明降水的增量未能补偿蒸发的加剧;对于冰川融水补给较少的河流,如故乡河等,径流量在2000年以前是增加的,之后出现了减少或增加减缓的趋势,而且径流的变幅加大,洪枯季节水量悬殊,枯水季节延长,这些很可能缘于冰川调节作用的减弱;对于冰川融水补给较大的河流,如榆树沟河等,径流量虽仍然维持着增加趋势,但增幅已开始减小。上述径流变化过程反映了冰川变化对水文、水资源的影响及这种影响的不同阶段。

由于该区冰川在总面积和单条冰川规模上都很小,对气候变化的响应敏感,处在迅速退缩和消亡阶段。由于这一地区气候的变化对水文、水资源已经产生了明显的影响,有必要对这种影响过程及其机理开展深入研究,以揭示冰川和水资源变化的普遍规律,弄清许多基本问题,包括降水、蒸发、冰川变化等要素对水资源的影响程度等。

该区小冰川大量消失对水资源量及年内分配已经造成显著影响,水资源处在不断恶化之中。

4.伊犁河与额尔齐斯河

伊犁河是新疆水量最大的河流之一。流域内共有冰川2373条,面积为2022.66km2,冰储量为142.18km3。伊犁河河川径流量为193.0亿m3,其中冰川径流量约为37.14亿m3,占总径流量的19.2%。伊犁河流域冰川平均面积为0.85km2,属中等规模,对气候的响应较为敏感。额尔齐斯河位于新疆阿尔泰山南麓,共有冰川403条,冰川面积为289.29km2,冰储量为16.3953km3。额尔齐斯河河川径流量约为100.0亿m3,其中冰川融水径流量约为7.73亿m3,占总径流量的7.7%。平均冰川面积为0.72km2,是中国冰川雪线分布最低的流域。

尽管这两条河流中有相当比例的冰川融水补给,但是山区降水和积雪径流占据了主导作用。观测资料显示,额尔齐斯河流域的克兰河流域,以融雪径流为主,气温上升使得最大径流月由20世纪50—60年代的6月提前至目前的5月,春季径流增加,夏季径流减少,尤其是在7—8月的径流减少,对下游的农业生产、渔业等有很大影响。但提前的融雪可能改善春季供用水,尤其是农业的春灌和农作物生长的需水。

总体上看,未来冰川变化对这两个流域水资源的影响在数量上可能有限,但会大大削弱冰川融水径流的调节功能。而气候变化对积雪径流的影响和可能造成的后果应该予以特别关注。