冰川被誉为“固体水库”，是冰冻圈的重要组成部分，对气候变化的响应极其敏感。在全球气候持续变暖背景下，作为中亚干旱区重要“固体水库”的山地冰川因消融显著增强而快速退缩。
《自然》发表的最新研究表明，2000年至2023年间全球山地冰川每年平均损失约达273 ± 16Gt（十亿吨）的冰，并且2012年至2023年间全球山地冰川损失冰量相较2000年至2011年间增加了36 ± 10%。不仅如此，《科学》有关山地冰川的未来预估的最新研究结果显示，若以2015年冰量为基准，到2100年，全球山地冰川损失冰量预计在温升1.5℃和4℃情景下将分别减少26±6%和41±11%，这相当于海平面上升90±26至154±44毫米，并将导致49±9至83±7%的冰川消失。
在我国西北干旱区和中亚干旱区，冰川融水不仅是极为重要的水源补给，其“削峰填谷”作用对调节河川径流也非常重要，是维系生态环境、保障城乡工农业生产以及居民用水的重要支撑。因此，山地冰川退缩减薄对区域水资源、水循环和生态环境等都会产生显著影响，危及区域水资源安全。
阿尔泰山是亚洲中部一条呈北西—南东走向的重要山脉，冰川分布较广。与阿尔泰山西南方向隔额尔齐斯河相望的萨吾尔山，是一座跨越中哈边境的小型独立断块山，最高峰海拔仅3800多米，冰川数量和规模都比较小，但冰川融水对当地水资源保障和生态系统的维系却十分重要。由于萨吾尔山和阿尔泰山中国境内的河流都注入额尔齐斯河，再加上两个山脉相距较近，在冰冻圈科学研究中常将这两个山系作为整体进行研究。
阿尔泰-萨吾尔山是中国境内冰川分布纬度最高的地区，与其他山区相比，这里的冰川具有纬度高、海拔低、规模小、变化快的特点。由于受西风带和北冰洋气流共同影响，这里的冰川变化对气候的响应过程也与其他地区有所不同。
为此，2016年，我们团队（中国科学院西北生态环境资源研究院）在吉木乃县成立阿尔泰山冰冻圈科学与可持续发展综合观测研究站（简称阿尔泰山站），主要目标之一就是通过连续监测和深入研究，揭示该地区的冰川变化过程和预测未来变化，为本地区水资源安全和生态环境保护以及区域可持续发展提供重要科技支撑。
近期，我们团队在萨吾尔山参照冰川的物质平衡变化方面的研究取得进展。我们基于多源数据融合与模型模拟，首次实现了木斯岛冰川2000-2023年物质平衡变化过程的高精度重建。这一研究不仅揭示了该冰川对气候变化的响应特征，也对预测未来冰川演变趋势及其生态环境影响具有重要的科学价值。相关成果发表在《气候变化研究进展》上。
最新研究：基于数据与模型揭示冰川消融真相
萨吾尔山北坡面积最大的一条冰川被称为木斯岛冰川，阿尔泰山站将这条冰川作为重点监测研究的参照冰川，迄今已积累了10年连续观测资料，为深入研究其变化和对气候响应的过程、模拟预测未来变化及其对水资源影响奠定了坚实的基础。
萨吾尔山木斯岛冰川定位观测
我们团队（阿尔泰山站研究团队）利用木斯岛冰川区实测资料，结合气象遥感数据，选用全分量分布式能量平衡模型COSIPY（COupled Snowpack and Ice surface energy and mass balance model in PYthon，该模型是一个耦合积雪和冰川冰的能量平衡和物质平衡模型，被用于冰川单点尺度和分布式尺度的能量项和物质项模拟。），以2015年来逐年物质平衡实地观测数据，以及2000年来每5年间隔大地测量法获取的物质平衡变化作为验证，模拟重建了2000年至2023年木斯岛冰川物质平衡逐年序列。物质平衡即冰川冰量变化，是反映冰川状态的核心指标，也是调控融水径流变化的关键参数。
通过误差评估和不确定性分析，明确了研究结果的可靠性，为深入理解冰川变化对气候变化响应的区域特征和预估未来冰川变化及其影响提供了重要数据支撑和研究思路。
研究发现，2000年至2023年间，木斯岛冰川年均物质平衡为-0.7731米水当量（水当量深度是表示冰川物质平衡的常用单位，意为某一时段内单位面积上物质（冰和雪）增加量（正值）或减少量（负值）折合成水当量深度的值。），累计物质损失达-18.55米水当量。这意味着近23年间该冰川损失了18.55米水当量深度的冰雪物质，如果冰川密度粗略按每立方米900千克计算，就是冰川减薄了20.61米。值得注意的是，虽然2000年至2017年间木斯岛冰川消融持续加剧，但2018年以后出现连续几年物质损失显著低值，2022和2023年又为高值。
2000至2023年木斯岛冰川年物质平衡和累积物质平衡
能量收支分析显示，净辐射是主要木斯岛冰川消融的主要驱动力，在消融期和全年分别贡献71%和63%的能量。感热通量（是指由空气和冰川表面之间的温度差所引起的冰川与大气之间的热量交换）次之，贡献达18%。与处于西风带且较为邻近天山等地区的冰川相比，木斯岛冰川物质损失最为显著，但其净辐射值相对较低，西风带其他冰川上净辐射占比可达80%以上；感热通量占比其他冰川上为10%左右，木斯岛冰川上感热通量占比较高，说明冰川表面与近表面空气温差较大，主要归于冰川海拔很低（夏季气温高）、纬度较高（冬季气温很低）。
科学价值与现实意义
对于冰川物质平衡，直接通过现场人工观测冰川消融和积累来计算虽然最为可靠，但由于人力和资金限制不可能对大量冰川都实施现场连续观测。再者，山地冰川表面地形通常都很复杂，即使选定监测的冰川，陡峭和裂缝等区域也无法实现人工观测。遥感手段对规模较小的山地冰川来说分辨率也不高。
因此，通过能量平衡模拟冰川消融再加上降雪估计而获取冰川物质平衡，成为冰川冰量变化研究的主要方向，但模拟研究的可靠性在于模型的选取和一定程度观测资料的验证支持。
我们团队的最新研究基于对木斯岛冰川近十年的观测资料，选用目前最优的全分量能量平衡模型，和几个时段遥感影像研究结果相结合，获得的该冰川近几十年逐年物质平衡具有很高的可靠性，为进一步模拟研究区域尺度冰川冰量变化奠定了坚实基础，也为其他区域冰川变化模拟研究提供了参考和借鉴，具有重要的科学意义。
中亚干旱区的水资源高度依赖冰川融水，萨吾尔山的冰川融水也是吉木乃县水资源的关键组成部分，其动态变化直接关系到吉木乃县绿洲农业、生态环境及居民生产生活的可持续性。最新研究成果在系统揭示萨吾尔山冰川消融机制的基础上，建立了可靠的预测模型，可为评估萨吾尔山和吉木乃县水资源变化提供科学依据。
研究结果还可进一步扩展到阿尔泰山地区，对阿勒泰地方政府和有关部门制定气候适应策略和水资源调配方案、实现生态保护与经济发展的动态平衡提供有力支撑，对区域社会的高质量发展具有重要的现实意义。
结语：持续开展冰川观测，守护冰川生态
在全球变暖持续加剧的背景下，阿尔泰-萨吾尔山地区的低海拔冰川面临持续消融的风险，这是因为低海拔冰川对气温升高的响应更为敏感。因此，我们团队计划进一步加强对该地区冰川的观测与模拟研究，以长期监测资料为基石，致力于精准捕捉气候变化对单条冰川和区域冰川变化的影响，为冰川预测模型改进和结果的可靠性提供连续性实测数据支撑。
同时，我们呼吁学界更加重视冰川变化对生态环境造成致利致灾的双面影响，为区域可持续发展提供更具前瞻性的科技支撑，在气候变化的冲击下守护好冰川生态与水资源安全的底线。
参考文献：
[1]Pu-Yu, W. A. N. G., et al. “Mass Balance reconstruction of a reference glacier in Central Asia during 2000− 2023: Integrating simulation and in-situ measurements.” Advances in Climate Change Research (2025).
出品：科普中国
作者：王璞玉（中国科学院西北生态环境资源研究院）
监制：中国科普博览
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