青藏高原典型冰川物質平衡變化與大氣環流關系初探

青藏高原獨特的地理條件和特殊氣候形勢孕育了中低緯最廣闊的高原冰川區[1]。冰川對天氣、氣候變化的反應十分敏感，全球變暖導致大部分冰川都出現了不同程度的退縮，冰川物質平衡“赤字”加重。青藏高原冰川消融的加劇已引起其下游十幾條江河徑流發生不穩定的變化[2]。冰川物質平衡，指冰川在一定時間內的物質變化即積累與消融之差，是冰川發育水熱條件的綜合反映，與當地氣候變化密切相關，可將其看作冰川對天氣一氣候形勢變化響應的參數。

青藏高原冰川變化對氣候變化的響應及冰川變化的預測研究，較早便引起了國內學者的重視，但直接揭示冰川變化與大氣環流異常及環流形勢關系的研究較少[3]。當前冰川與大氣環流關系的研究多聚焦于冰芯代用指標及降水穩定同位素和大氣環流指數關系的討論[4。盡管冰川變化與天氣、氣候的關系復雜，但冰川的物質平衡主要受當年天氣、氣候的影響，可以建立冰川物質平衡序列與大氣環流參數定量及定性的聯系。康興成等[5對天山和祁連山冰川物質平衡與大氣環流形勢的配置進行了診斷分析，總結了有利于冰川物質積累和虧損的天氣形勢場，但受資料限制，因此研究可進一步深入。利用青藏高原地區典型冰川變化數據，針對性揭示青藏高原冰川變化和大氣形勢場及大氣環流因子之間的關系，為深入研究青藏高原冰川變化和天氣、氣候的相互作用以及其物理機制提供基礎依據。

1資料與方法

1.1 資料來源

冰川物質平衡數據來自相關論文及專著、中國第二次冰川編目數據、天山冰川觀測試驗站年報等。其中有較長時間序列物質平衡監測的冰川有烏魯木齊河源1號冰川（1960—2014年）祁連山七一冰川（1975—2010年）、小冬克瑪底冰川（1989一2010年）、抗物熱冰川（1992—2010年）[6-7]。天氣形勢場資料主要取自NCEP/NCAR再分析資料，大氣環流因子數據來源于中國氣象局國家氣候中心。

1.2 研究方法

通過對冰川資料進行標準化處理，篩選得到冰川積累、消融異常年。首先，以1981一2010年作為一個氣候標準年，冰川物質平衡主要受當年暖季（5一9月）天氣、氣候影響，對 500hPa 距平場做合成分析，以此來分析氣候場在正負異常年中的特征；其次，通過形勢場分析相關關系密切的區域，在通過 95% 顯著性檢驗后對顯著相關區域的環流因子進行檢驗；最后，有針對性地揭示青藏高原典型冰川變化與大氣形勢場及大氣環流因子之間的相關關系。

2 結果與分析

2.1冰川物質平衡變化

根據圖1可知，各典型冰川變化趨勢總體具有一致性，但位于高原內部小冬克瑪底冰川的波動幅度更大，大陸內部水汽輸送受到地形的阻攔，受大陸性氣候影響較大。總體來說，由于全球變暖及冰川對氣候變化靈敏性極強，全球大部分高山冰川出現消融退縮，近幾十年來這一退縮又表現為加速狀態[8]。烏魯木齊河源1號冰川從1997年開始出現了持續12年的退縮，這種現象是歷史上從未出現過。

2.2冰川變化與形勢場之間的關系

根據圖2，各典型冰川暖季物質平衡正異常年中，冰川呈消融狀態形勢場有2種情況：（1）脊區型（圖2a、圖2b、圖2d）：中高緯為兩槽一脊的環流形勢，冰川分布區 （80^°～100^°E ）受到強大高壓脊的控制，槽分別位于北歐和鄂霍次克海地區。冰川分布區天氣晴好，氣溫高，降水少，有利于冰川的消融。2）緯向風型（圖2c）：中高緯槽脊活躍且強度大，低緯地區處在平直的緯向西風帶中，溫度變化不大，消融更多是因為降水少，冰川積累量小。

由圖3可知，以烏魯木齊河源1號冰川為例，暖季物質平衡負異常年形勢場統一為槽區型：亞洲西部的烏拉爾山一帶與東部鄂霍次克海一帶有高壓脊，巴爾喀什湖至貝加爾湖一帶為低壓槽區，冰川分布區（80^°～100^°E ）受到強大的負變高的控制，南部有南支槽波動，有較好的水汽輸送條件，降水多氣溫低，有利于冰川的積累。

2.3 冰川變化與大氣環流因子之間的關系

首先，通過形勢場分析相關關系密切的區域，在通過 95% 顯著性檢驗后小冬克瑪底冰川的臨界相關系數為0.42，烏魯木齊河源1號冰川為0.25，祁連山七一冰川為0.27，抗物熱冰川為0.43。其次，對顯著相關區域的環流因子進行檢驗，重點考慮其上游地區。最后，從74項環流因子中篩選東太平洋副高面積、強度，北美副高面積、強度，大西洋副高面積、強度，亞洲區極渦面積、強度，大西洋歐洲區極渦面積、強度，大西洋歐洲環流型W，北大西洋濤動，印緬槽，大西洋海溫，熱帶印度洋全區一致海溫模態，南海季風等14個相關指數進行分析，詳見表1。小冬克瑪底冰川位于青藏高原中部，其與8個環流指數存在較好的遙相關關系。其中與北大西洋濤動指數相關性最大，其相關系數為0.66。有研究表明在北大西洋濤動指數偏強年份，北大西洋中高緯度的低壓槽南升加強，會導致烏拉爾山高壓脊向東移動，高原上游的副熱帶西風急流加強東進，高原上空的水汽輸送通量強度增強，切變線北移，水汽輻合增強，導致高原北部的降水偏多[9-10]。此外，當印度洋海溫偏高時印度夏季風會偏弱，高原降水普遍偏多，冰川有所積累，為負相關。烏魯木齊河源1號冰川處于高原北部，天山山脈中部，其與印度洋海溫因子存在較為密切的負相關關系，其影響與小冬克瑪底冰川一致。

除上述因子影響，該冰川位置偏北，受到極渦影響更為明顯，與亞洲極渦面積呈正相關。祁連山七一冰川位于高原東北邊緣，其與上游大西洋附近因子存在負相關關系，與亞洲極渦面積存在較為密切的相關關系。考慮祁連山七一冰川位置偏北，受到極渦影響更為明顯，但較烏魯木齊河源1號冰川所受的影響偏弱，其受到當地環流場影響更加顯著。抗物熱冰川位于高原南部，其與大西洋歐洲環流型W、南海季風存在較好的相關關系。

3小結與討論

（1）通過對暖季不同冰川積累和消融異常年合成500hPa 高度距平場分析，可以將形勢場做統一概括。冰川消融型： ① 脊區型，為中高緯兩槽一脊的環流形勢，冰川分布區受到強大的高壓脊控制，槽分別位于北歐和鄂霍次克海，天氣晴好，氣溫高降水少，有利于冰川的消融； ② 緯向風型，中高緯槽脊活躍且強度大，低緯地區處在平直的緯向西風帶中，溫度變化不大，消融更多是因降水少，冰川積累量小。冰川累積型：槽區型，亞洲西部烏拉爾山與東部鄂霍次克海一帶有高壓脊，巴爾喀什湖至貝加爾湖一帶為低壓槽區，該區降水較多氣溫高，有利于冰川累積。

（2）不同位置冰川受因子影響的程度不同，青藏高原北部冰川受大西洋副高面積、強度，大西洋濤動等因子影響較大；中部及靠近東部的冰川受到亞洲極渦影響較大；上述三處冰川物質平衡變化均與印度洋海溫有一定聯系，而南部冰川受到南海季風影響較大。

參考文獻

[1]蘇珍，劉宗香，王文悌，等.青藏高原冰川對氣候變化的響應及趨勢預測[J].地球科學進展，1999（6）：607-612.

[2]楊大慶.北半球50條山地冰川近期的物質平衡狀況[J].水科學進展，1992（3）：161-165.

[3]謝自楚，王欣，康爾泗，等.中國冰川徑流的評估及其未來50a變化趨勢預測[J].冰川凍土，2006（4）：457-466.

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[9]馬麗娟.近50年青藏高原積雪的時空變化特征及其與大氣環流因子的關系[D].北京：中國科學院研究生院，2008.

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