青藏高原是亚洲主要大河的发源地并且是地球上除南极北极外的第三大冰川集结区。伴随着全球升温,高原上的冰川正呈现出总体退缩的态势。高原上持续的升温和冰川退缩对下游生态和数十亿人口的供水将产生怎样的影响?对这个问题的回答,目前已成为国际研究热点。而已有的青藏高原径流对未来气候变化的响应研究主要集中在印度河支流及其它小流域上,在整个高原尺度上的系统评估较少。为数不多的几个大尺度研究中,对青藏高原主要河源区径流未来的走向却得出相反的结论。

中国科学院测量与地球物理研究所“一二三”规划重点培育方向之一,由研究员汪汉胜首席负责的“地球表层物质平衡的定量评估”团队,与瑞典国土测量局、香港大学地球科学系合作,在青藏高原及周边发现多地区地下水储量增加,相关论文近日在国际著名期刊(Earth
and Planetary Science
Letters
)在线发表,题目为“从GRACE卫星重力数据分离青藏高原及邻区地下水储量的变化”(Groundwater
storage changes in the Tibetan Plateau and adjacent areas revealed from
GRACE satellite gravity data
)。

中国科学院测量与地球物理研究所“一二三”规划重点培育方向之一、由研究员汪汉胜负责的“地球表层物质平衡的定量评估”团队,与瑞典国土测量局、香港大学地球科学系合作,在青藏高原及周边发现多地区地下水储量增加,相关论文近日在国际期刊《地球行星科学通讯》(Earth
and Planetary Science
Letters
)在线发表,题目为《从GRACE卫星重力数据分离青藏高原及邻区地下水储量的变化》(Groundwater
storage changes in the Tibetan Plateau and adjacent areas revealed from
GRACE satellite gravity data
)。

为了对青藏高原主要河源区径流对未来气候变化的响应进行系统评估,中国科学院青藏高原研究所苏凤阁等人联合国际一批科学家,进行了深入研究。该研究根据CMIP5中的20个气候模式在RCP2.6,RCP4.5和RCP8.5情景下的气候输出,利用链接冰川模块的陆面水文模型评估了青藏高原6大河源区(长江,黄河,澜沧江,怒江,雅江,印度河)对未来气候变化的响应。结果显示,高原上的平均降水相对于1971-2000时段在近未来(2011-2040)将增加5-10%,在远未来(2041-2070)将增加10-20%;高原气温在各种情景下西北部将升温2-4°C,东南部升温1.2-2.8°C。各流域源区径流在近未来相对于基准期将基本维持稳定或微弱增加,而由于降水和冰川融水的增大,各源区径流在远未来将增加2.7-22.4%。印度河未来径流的增加主要由于冰川融水的增加所致,而长江、黄河、澜沧江和怒江源区未来径流的增大主要由于降水增加所致。雅江上游未来的径流有超过50%的增量是来源于冰川融水的增加。各季风流域未来径流的季节分配将基本保持不变;而对于受西风控制的印度河上游,则表现出春季融水提前和春季总径流增大的趋势,这将有利于下游作物春季生长季节的灌溉供水。

了解青藏高原地下水储量的变化,对高原生态恢复、农牧业发展、地质灾害防治、工程设计和地热开发等具有重要价值,同时对水文循环和全球气候变化研究具有重要意义。长期以来,在青藏高原广阔的地区,由于可利用的水井水位测量数据极少,对地下水状况知之甚少。2002年以来GRACE卫星重力观测使评估整个高原地下水的变化成为可能,现使用的评估方法实际上是一种利用牛顿万有引力、不接触实物的称量法,即卫星在500公里空中感受地下水增减变化的重力信号,再根据重力信号计算地下水储量的变化。一个新的挑战是,卫星的重力观测同时受土壤湿度、冰川与积雪、冻土、湖泊与水库变化等的影响,如何排除这些影响是精确获得地下水储量变化信息的关键。因此,研究团队不仅利用了国际最新的GRACE重力场数据,还利用了多种水文模型提供的土壤湿度和积雪数据、冰川湖泊的ICESat-1卫星测高结果、冻土模型和最新的冰川均衡调整模型,揭示了青藏高原及周边2003-2009年期间的地下水的变化趋势,在金沙江流域、怒江-澜沧江源地区、长江源地区、黄河源地区、柴达木盆地、羌塘自然保护区中部、印度河上游流域和阿克苏河流域,首次发现了地下水呈现增加趋势,每年总增加量为186±48亿立方米,相当于三峡水库175米水位时近一半的库容量。

了解青藏高原地下水储量的变化,对高原生态恢复、农牧业发展、地质灾害防治、工程设计和地热开发等具有重要价值,同时对水文循环和全球气候变化研究具有重要意义。长期以来,在青藏高原广阔的地区,由于可利用的水井水位测量数据极少,对地下水状况知之甚少。2002年以来GRACE卫星重力观测使评估整个高原地下水的变化成为可能,现使用的评估方法实际上是一种利用牛顿万有引力、不接触实物的称量法,即卫星在500公里空中感受地下水增减变化的重力信号,再根据重力信号计算地下水储量的变化。一个新的挑战是,卫星的重力观测同时受土壤湿度、冰川与积雪、冻土、湖泊与水库变化等的影响,如何排除这些影响是精确获得地下水储量变化信息的关键。因此,研究团队不仅利用了国际最新的GRACE重力场数据,还利用了多种水文模型提供的土壤湿度和积雪数据、冰川湖泊的ICESat-1卫星测高结果、冻土模型和最新的冰川均衡调整模型,揭示了青藏高原及周边2003-2009年期间的地下水的变化趋势,在金沙江流域、怒江-澜沧江源地区、长江源地区、黄河源地区、柴达木盆地、羌塘自然保护区中部、印度河上游流域和阿克苏河流域,首次发现了地下水呈现增加趋势,每年总增加量为186±48亿立方米,相当于三峡水库175米水位时近一半的库容量。

该研究利用CMIP5中的气候情景和分布式陆面水文模型,首次对青藏高原6大河源区径流对未来气候变化的响应给出系统的评估,将为青藏高原水资源变化趋势预测和水资源管理提供理论基础和技术支撑。研究成果发表在金沙澳门官网jin5888,Global
and Planetary Change
上(F. Su, L. Zhang, T. Ou, D. Chen, T. Yao, K.
Tong, Y. Qi. 2016. Hydrological response to future climate changes for
the major upstream river basins in the Tibetan Plateau, Global and
Planetary Change
, 136: 82-95)。

值得注意,收集的河流径流量特别是冬季河流径流量、降雨资料和一些生态变化的报道间接地支持了研究结果。分析表明,在高原东部河源地区,分布广泛的石灰岩和碎屑岩的裂隙孔隙和岩溶、活动断层有利于地下水储存;地下水增加与流域或盆地周边地区的冰/雪、冻土融水和或降水增加所产生的径流补给有关;对于三江(澜沧江、长江和黄河)源地区,2005年来中国政府实施生态保护和重建工程,所采取的生态移民、限制放牧、森林湿地保护和人工降雨等措施,有利于地下水的储积,反过来地下水的增加也有利于生态恢复;地下水增加还与高原西部的内流盆地地下水沿北西-南东向活动断层的可能渗漏有关。

值得注意的是,收集的河流径流量特别是冬季河流径流量、降雨资料和一些生态变化的报道间接地支持了研究结果。分析表明,在高原东部河源地区,分布广泛的石灰岩和碎屑岩的裂隙孔隙和岩溶、活动断层有利于地下水储存;地下水增加与流域或盆地周边地区的冰/雪、冻土融水和降水增加所产生的径流补给有关;对于三江(澜沧江、长江和黄河)源地区,2005年来中国政府实施生态保护和重建工程,所采取的生态移民、限制放牧、森林湿地保护和人工降雨等措施,有利于地下水的储积,反过来地下水的增加也有利于生态恢复;地下水增加还与高原西部的内流盆地地下水沿北西-南东向活动断层的可能渗漏有关。

该研究得到中科院先导专项B类“青藏高原多圈层相互作用及其资源环境效应”和基金委重大项目“第三极地球系统中水体的多相态转换及其影响”的资助。

要更好地评估该地区2009年后地下水变化趋势,需要采用更加先进的卫星测高技术(例如Cryosat-2、ICESat-2)和卫星重力技术(GRACE
Follow-on)的观测数据。

要更好地评估该地区2009年后地下水变化趋势,需要采用更加先进的卫星测高技术(例如Cryosat-2、ICESat-2)和卫星重力技术(GRACE
Follow-on)的观测数据。

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该项研究得到国家自然科学基金重点项目“喀喇昆仑-喜马拉雅冰川物质平衡的空间大地测量研究”和全球变化研究国家重大科学研究计划项目“近百年极地冰层和全球及典型区域海平面变化机理精密定量研究”联合资助。

该项研究得到国家自然科学基金重点项目“喀喇昆仑-喜马拉雅冰川物质平衡的空间大地测量研究”和全球变化研究国家重大科学研究计划项目“近百年极地冰层和全球及典型区域海平面变化机理精密定量研究”联合资助。

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