第三極地區冰川徑流研究進展

劉虎，王磊

（1.中國科學院青藏高原研究所，北京 100101；2.中國科學院大學，北京 100049）

0 引言

冰川是巨大的淡水資源寶庫，全球77.2%的淡水資源儲存在冰川中。其中，盡管中低緯度的山地冰川的冰儲量僅占0.6%，但其對氣候變化十分敏感，且山地冰川分布區的下游流域大多是人口密集的地區，因此其對于下游鄰近地區的水資源具有重要意義。特別是在干旱區流域，冰川融水是流域徑流量的重要組成部分，冰川徑流能夠起到削峰填谷、穩定水源的作用，因此冰川又被稱為固態水庫［1-4］。20世紀60年代以來，全球氣溫上升，導致冰川普遍退縮，由此產生的冰川融水引起海平面上升，有研究表明，近二十年間（2000—2019年），全球冰川融水速率為（267±16）Gt·a-1，這些融水相當于海平面上升量的21%±3%，且冰川融水貢獻在未來將會持續增加［5］。而在中低緯度的山地冰川的融化導致下游流域徑流總量及組分發生劇烈變化，對下游地區的經濟社會發展產生重大影響，因此近年來冰川徑流的研究受到科學界的廣泛關注［4-10］。

青藏高原及周邊高海拔地區山峰林立，分布有喜馬拉雅山、喀喇昆侖山和昆侖山等眾多山脈，是中低緯度山地冰川最為發育的地區，同時覆蓋有大面積的積雪和凍土，因此該地區被稱為地球的“第三極”［11-12］。該地區的冰川所產生的融水哺育了長江、黃河、雅魯藏布江等在內的多條大江大河，緩解了下游大約8億亞洲人民的用水壓力，同時為下游印度-恒河平原最大的農業灌溉區提供水源，因此第三極地區又被稱為“亞洲水塔”，對下游地區的生態環境和經濟社會發展具有重要意義［13-18］。在全球變暖的大背景下，第三極地區作為對氣候變化最為敏感的地區之一，其升溫幅度更大，近50年來第三極地區的變暖速率是全球同期平均的升溫率的2倍［19-20］。在溫升的驅動下，第三極地區的冰凍圈發生劇烈變化，主要表現為凍土退化、冰川積雪加速融化［21-22］。至2000年，相比于20世紀80年代，青藏高原地區的冰川面積減少了20%，而近20年冰川消融的速率在進一步加劇，但是冰川的變化存在顯著的空間差異［23］。冰川加速融化產生的大量融水，使得第三極地區的水資源發生劇烈變化，20世紀90年代以來，長江、怒江和雅魯藏布江等多條河流源區徑流呈現不同程度的上升趨勢［24］。

盡管不同氣候模式對于未來氣候變化的預估結果存在較大差異，但是對于未來全球氣溫將持續上升這一結論達成共識，政府間氣候變化專門委員會（IPCC）最新的第六次評估報告指出，由人類活動所導致的全球溫升在未來將進一步加劇［25］，因此在可預見的未來，第三極地區的冰川將持續退縮，冰川徑流的變化將導致下游地區的河川徑流組成進一步發生變化［26-27］，同時溫度上升將導致冰川不穩定性增加，再加上未來極端氣溫和極端降水事件的發生頻率增加，使得第三極地區由冰川變化引起的災害（洪水、冰崩、冰湖潰決等）發生將更為頻繁，對下游地區的經濟社會發展以及居民的生命財產安全造成巨大威脅［28-30］。因此，為了解目前科學界關于第三極地區冰川徑流的研究現狀，本文將從冰川徑流的計算方法、第三極地區冰川徑流的歷史變化及其對總徑流的貢獻以及冰川徑流的未來發展趨勢這三個方面進行綜述，旨在了解目前第三極地區冰川徑流的研究進展及存在的不足，進而為后續第三極地區冰川徑流的研究提供重要參考。

1 冰川徑流的研究方法

由于冰川的存在需要極端低溫條件，因此第三極山地冰川均位于高海拔低溫區，地形復雜，氣候條件惡劣，人為很難到達，使得冰川覆蓋區的實測資料十分有限，給冰川徑流的研究帶來很大的困難。然而，隨著全球變暖背景下冰川變化給下游水資源造成的巨大影響，科學界對于冰川徑流研究的關注日益加強，另外，隨著近些年遙感測量技術的發展以及計算機模擬技術的提高，使得冰川徑流的計算成為可能。目前已經有許多學者開發了多種不同方法對冰川徑流進行了相關研究。這些方法總結來看大致可分為五種類型：①直接觀測法；②遙感觀測法；③水量平衡法；④水化學示蹤法；⑤冰川水文模型法［29，31-32］。

1.1 直接觀測法和遙感觀測法

研究冰川徑流最直接的方法便是在冰川末端布設水文觀測點，實際測量冰川融水產生的徑流量，該方法簡單直接，且最能真實反映冰川融水對于徑流的貢獻量［33-34］。我國對于冰川徑流的實地觀測研究開展了大量工作，以中國科學院西北生態環境資源研究院及中國科學院青藏高原研究所為代表的研究團隊長期在第三極地區的多條冰川末端布設站點，監測冰川徑流的變化，積累了大量可靠的實測資料，為更好地進行第三極地區冰川變化的相關研究提供了重要的基礎數據［35-36］。

然而，盡管直接觀測法進行冰川徑流研究簡單有效，但是這種實地布設站點的方法僅能適用于少數的冰川小流域，同時該方法耗時費力，因此很難進行大尺度的冰川徑流研究。近年來，隨著衛星遙感技術的不斷發展，對于這些高海拔地區的冰川面積和厚度變化的遙感觀測成為可能，大量學者利用遙感觀測資料定量計算了第三極地區乃至全球尺度下的冰川變化，并預估冰川融水對于下游徑流的貢獻量［37-39］，但是該方法計算的冰川徑流是冰川的儲量變化量，不能直接計算得到冰川融化的產流量。

1.2 水量平衡法

因為受到觀測條件等的制約，直接觀測冰川徑流的方法困難較大，因此有學者提出了利用水量平衡公式間接計算冰川徑流的方法。該方法的主要思想是，冰川徑流是流域水循環的重要組成部分，基于水量平衡原理，可通過分別計算得到在水循環中除冰川徑流外的其他分量（降水、蒸發、水儲量變化等）的值，進而利用水量平衡公式間接求得冰川徑流量（式1）。

式中：Qg為冰川區的融冰產流量；Qt為冰川流域出水口的總產流量；P為冰川流域總降水量；E為冰川流域總蒸發量；ΔG為冰川流域土壤和地下水儲量變化量。

水量平衡法原理簡單，計算量較小，因此得到國內外學者的廣泛應用［40-43］。然而，由于水量平衡公式中的其他分量在冰川覆蓋區的觀測同樣缺乏，導致計算得到的冰川徑流不確定性較大，在大部分流域的適用性較差。

1.3 水化學示蹤法

由于不同來源的徑流在匯合前其所流經的路徑不同，因此其水環境中往往進行不同的生物和化學過程，導致不同水源的徑流通常具有不同的水化學特征，因而很多學者將這一特性應用到流域冰川徑流的計算中，即通過使用水中的穩定同位素作為示蹤劑，定量分析其在不同斷面的徑流中的含量，進而分離出融水的水化學特征，并利用端元混合模型估計冰川融水對于徑流的貢獻量［44-48］。但是該方法是基于一系列假設的前提下進行計算的，其中最基本的假設即認為不同水源的同位素示蹤劑含量差異明顯，同時假設示蹤劑在隨著水流的流動過程中其水化學特征不發生改變，然而現實情況通常更加復雜，很難滿足這些假設，因此給冰川徑流的計算帶來很大困難［31］。

1.4 冰川水文模型法

水文模型是基于水量平衡、能量平衡等理論，通過一系列數學嵌套公式描述水流在水循環各個過程中的時空變化，并通過計算機代碼實現計算的系統方法。早在19世紀80年代，有學者便在冰川變化的研究中發現了冰川消融與溫度之間存在著高度的相關關系，并首次將此關系應用于高山區冰川徑流的研究中［49］。經過近幾十年的發展，國內外學者開發了大量的冰川消融模型并將其耦合至水文模型中，廣泛應用于全球各大冰川流域，取得了大量成果。目前按照模型的冰川消融算法的不同，冰川水文模型主要可分為兩大類：溫度指數模型和基于能量平衡的冰川消融模型［31-32，49-52］。

由于冰川的消融主要受到能量變化的驅動，而氣溫是表征能量變化最簡單直接的變量，因此溫度指數模型的主要思想是認為冰川消融量與氣溫之間存在相關關系，可通過氣溫的時空變化來再現冰川的消融過程。溫度指數模型機理簡單，計算方便，且主要輸入的氣溫數據相對降水等其他氣象數據更易獲取，因此得到廣泛應用［49］。然而，由于該方法對冰川的內在過程進行了很大程度的簡化，模擬效果對于關鍵參數度日因子的依賴性較強，同時溫度指數模型只能計算冰川表面的消融量，無法表征冰川能量的傳輸過程，以及冰川反照率、密度等重要屬性的變化。而基于能量平衡建立的冰川水文模型能夠很好地描述冰川水文的內在過程，該方法的主要思想是通過計算冰川與大氣之間的能量收支情況得到冰川表面剩余的熱通量，進而利用能量與冰川融化量之間的物理聯系計算得到冰川融化量，該方法物理機制更為完善，理論上模擬結果更加準確，但是其計算復雜且對輸入數據的精度要求較高。

冰川的消融算法是冰川水文模型中計算冰川徑流最核心的部分，但是冰川水文模型的其他模塊也對冰川徑流計算的準確性產生影響。由于熱量和重力等的作用，冰川的分布和面積將隨著時間不斷發生變化，導致冰川的消融量發生改變，因此模型中對于這一過程的刻畫同樣關鍵，而由于冰川數據的缺乏以及冰川動態變化過程的復雜性，目前大多數水文模型使用的是較為簡單的體積和面積之間的相關關系公式（V-A公式）來刻畫冰川分布和面積隨時間變化的過程［53-56］，部分模型在模擬過程中不考慮冰川面積變化，采用靜態的冰川分布方案［57］。盡管存在物理機制更為完善的冰川動力學模型算法，但是目前僅在空間尺度較小的流域進行適用性研究，無法推廣至大尺度流域的冰川徑流研究［58］。此外，由于冰川徑流發源于上游的高山區，對于下游出山口徑流的補給存在滯后性，因此水文模型中的匯流模塊的準確性也將影響流域冰川徑流的計算精度。

除了以上介紹的五種常見的研究方法外，還存在基于不同徑流組分在年內的分布特征差異進行組分分離的流量過程線分割法［59］以及基于冰川系統，結合冰川平衡線高度、冰川徑流變化與冰川面積的關系等重要理論開發的冰川系統學模型［60］估算冰川徑流的方法等其他一些方法。而在目前存在的這些方法中，冰川水文模型法因其能夠系統地定量描述冰川的消融及產匯流過程，同時進行未來預估，因此該方法已經成為目前科學界進行冰川徑流研究中使用最為廣泛的方法。由于不同學者對于冰川水文各個過程的刻畫方式不同，開發出了大量不同類型的冰川水文模型，表1簡單總結了目前存在的主要冰川水文模型及其應用案例。由表1可以看出，目前使用的冰川水文模型大多以溫度指數模型為主，盡管有基于能量平衡的模型存在，但是這些模型大多只在一些冰川小流域得到驗證。同時冰川水文模型對影響冰川消融的其他因素考慮得并不完全，例如目前存在的基于能量平衡建立的冰川水文模型對于冰川動力學過程的刻畫較為簡單，同時沒有考慮冰川表磧覆蓋物對于能量傳輸的影響以及人類活動引起的黑碳沉積物的影響，因此未來的冰川水文模型需從這些方面進一步完善，進而更好地適用于不同地區的冰川徑流模擬。

表1 主要冰川水文模型及其應用案例總結Table 1 Summary of main glacio-hydrological models and their applications

2 第三極地區冰川徑流的歷史變化

在全球變暖的背景下，自20世紀90年代以來，第三極地區的冰川發生巨大變化。其中，冰川面積和冰川物質平衡變化是衡量冰川變化最重要的指標，但是在第三極的冰川覆蓋區，地勢險峻，氣候條件復雜，使得冰川相關指標的實測資料難以獲取［4］。近年來，隨著冰川觀測代表站的廣泛布設，以及遙感測量技術的不斷發展，二者的結合使得區域分析冰川面積及物質平衡的變化成為可能，取得許多關鍵性的成果。盡管不同研究對于第三極地區的冰川變化研究結果存在差異，但是對于第三極地區過去幾十年來冰川的整體變化趨勢基本達成共識，即第三極地區冰川整體呈現面積減小、物質虧損的趨勢，但是不同地區的冰川變化幅度存在較大的空間差異，主要表現為青藏高原東南部、阿爾泰山和天山東部地區冰川面積大幅度減小、物質虧損量大，而位于昆侖山西部、帕米爾高原和喀喇昆侖地區的冰川變化較小，部分地區冰川甚至存在物質正累積，即“喀喇昆侖異常”現象［4，23，36，38，78-85］。冰川變化的空間差異使得第三極地區不同流域的冰川徑流也呈現出不同的變化特征。

流域冰川徑流受到流域冰儲量和氣候條件的共同影響。第三極地區同時受到西風和季風兩大環流系統影響，在不同環流控制區的氣候條件不同，使得不同區域的冰川以及其所產生的冰川徑流對于氣候變化的響應不同。按照第三極地區不同冰川流域所處的氣候區，主要可分為三大類（圖1）：①西風控制區流域（塔里木河、疏勒河、黑河、阿姆河、錫爾河、伊犁河和印度河），這些河流主要分布在西部和北部的干旱半干旱區，徑流主要靠冰雪融水補給；②南部季風控制區流域（雅魯藏布江、恒河、湄公河和薩爾溫江），這些河流的徑流主要靠5—10月份的降水補給；③西風-季風過渡區的流域（長江和黃河源區），河流的徑流主要靠夏季降水補給［18，20，86-87］。

圖1 第三極地區冰川及主要大河流域分布概況Fig.1 Distribution of glaciers and major river basins on the Third Pole

印度河上游流域是第三極地區冰川覆蓋面積最廣的流域，同時該流域位于西風控制的干旱半干旱區，流域降水量在年內分布較為平均，在流域內帕米爾高原和喀喇昆侖西部的高海拔地區，超過三分之二的降水出現在冬季［88］，因此印度河的降水形式主要以降雪為主，而夏季降雨較少，年徑流主要受冰雪徑流主導，Lutz等［89］的研究結果表明，印度河上游流域的冰雪徑流對于總徑流的貢獻超過60%，其中冰川徑流占比為40.6%，且在研究時段內冰川徑流呈現上升趨勢。同樣位于西風控制區的塔里木河流域冰川面積僅次于印度河流域，因此該流域的冰川徑流對總徑流的貢獻同樣顯著，Gao等［90］在塔里木河的模擬結果表明，冰川徑流對于總徑流的貢獻為41.5%，在1961—2006年間，不同子流域冰川徑流均呈現一致的上升趨勢，且冰川徑流對總徑流的貢獻占比在不斷增加，特別是自20世紀90年代以來，有85.7%的總徑流增加來自于冰川徑流的增加。位于咸海流域上游的阿姆河和錫爾河流域由于其冰川覆蓋面積較小，流域年徑流主要受融雪徑流主導，Armstrong等［91］的模擬結果表明，在研究時段2001—2014年間，阿姆河和錫爾河流域的融雪徑流的貢獻分別為69%和74%，而冰川徑流的貢獻分別為8%和2%。黑河是我國西北河西走廊內流河系中最大的河流，Wu等［92］在黑河上游的模擬結果表明，在1960—2010年間，黑河上游的總徑流及冰川徑流均呈現上升趨勢，而降水的增加是驅動總徑流增加的主要因素，冰川徑流對總徑流的貢獻為8.9%；李洪源等［93］對于河西走廊第二大內流河疏勒河上游的徑流組分分析結果表明，近45年來，冰川徑流和總徑流均呈現上升趨勢，且冰川融水的增加對總徑流的增加的貢獻達到48%，冰川徑流是流域年徑流量的第二大補給源，貢獻為30.5%。

而位于南部季風控制區的河流，受到印度季風的影響，其降水量主要集中在夏季，降水形式以降雨為主，因此該區域的河流徑流量主要受降雨徑流補給，冰川徑流的貢獻較小。Lutz等［89］對于季風控制區的四條大河上游流域的系統研究表明，四個流域的冰川徑流在模擬時段內均呈現上升趨勢；而盡管在雅魯藏布江和恒河地區的冰川的分布面積較大，但由于其豐富的夏季降水，導致冰川融水的貢獻被稀釋，降雨徑流對于流域年徑流的貢獻量均超過50%，冰川徑流的貢獻量分別為15.9%和11.5%，薩爾溫江的冰川融水貢獻量為8.3%，而在冰川面積覆蓋比最低的湄公河流域，冰川徑流對總徑流的貢獻僅為0.9%。

長江源區和黃河源區流域位于西風和季風的過渡區，由于季風在夏季帶來的豐富的水汽，導致長江和黃河源區流域的徑流同南部季風控制區的流域類似，流域年徑流均受降雨徑流主導，而冰川在兩個流域的覆蓋面積較小，因此冰川融水對于徑流的貢獻有限。Zhang等［94］在長江和黃河源區的模擬結果指出，在1961—2009年間，長江和黃河源區流域的降雨徑流對總徑流的貢獻均超過70%，冰川徑流在長江和黃河源區的貢獻量分別為6.5%和0.8%。但是與20世紀90年代之前時期相比，長江源區流域的冰川徑流對于總徑流的貢獻占比在增大［95］。

表2總結了目前關于第三極地區冰川徑流的代表性研究案例，由表2可以看出，對于同一流域，不同學者的研究結果相差較大，而造成這些差異的原因主要有以下四個方面：①研究方法不同，不同方法的原理存在差異，因此其系統誤差的來源不同，導致結果存在差異，例如在印度河，對于同一個出水口控制的流域，Boral和Sen［48］采用同位素示蹤法計算得到的冰川徑流對于總徑流的貢獻大于Lutz等［89］利用溫度指數模型SPHY計算得到的結果；②對于冰川徑流的定義不同，部分溫度指數模型無法區分冰川區融雪徑流和冰川冰融化的徑流，將冰川區的冰雪融水徑流或者冰川區總徑流（包括降雨徑流）定義為冰川徑流，導致其計算結果遠大于將冰川冰產流量定義為冰川徑流的研究；③輸入的氣象數據的差異，由于第三極地區高海拔氣象站的稀缺，導致對該地區的降水量估算仍存在很大不確定性，不同數據源的降水數值相差甚遠，Lutz等［89］和Khanal等［26］的研究均基于SPHY模型進行計算，但是對于冰川徑流占比的計算結果相差很大，特別是在印度河流域，前者的結果（40.6%）數值遠大于后者（5.1%），而其中用于輸入的降水數據的差異是主要原因，Khanal等［26］（842 mm）的研究中流域的年降水量是Lutz等［89］（346 mm）的兩倍多，豐富的降水稀釋了冰川徑流的貢獻，導致冰川徑流的占比結果遠小于Lutz等［89］的研究；④冰川數據的差異，目前，對于第三極地區冰川的分布和冰儲量等信息仍存在爭議，不同數據源的結果不同，此外，冰川表面的表磧覆蓋對冰川的融化也具有重要影響，但是目前關于第三極地區冰川表磧覆蓋的分布數據十分缺乏，且大多數研究并未考慮該因素，導致研究結果不確定性較大。這些差異使得目前關于第三極地區不同流域冰川徑流對于總徑流的貢獻仍存在爭議，而要想獲得更加準確的研究結果，除了完善模型機理、提高研究數據精度外，還需要利用多源觀測數據，對于模擬結果進行多方面驗證，例如：在傳統的對于出山口徑流的準確性驗證的基礎上，利用遙感陸面溫度和積雪，以及冰川物質平衡觀測等開展冰凍圈水文過程驗證，進而提高模型結果的可信度和準確性。

表2 第三極地區不同流域冰川徑流研究總結。Table 2 Summary of the researches of glacier runoff in different basins on the Third Pole

續表2

盡管在第三極地區不同的研究結果存在較大差異，但是第三極地區不同流域的冰川徑流的整體變化趨勢基本一致，即自20世紀以來，特別是20世紀90年代以來，由于第三極地區氣溫逐漸升高，該地區冰川普遍退縮，導致該地區的冰川徑流量呈現上升趨勢，而冰川徑流對總徑流的貢獻由流域的氣候特點以及流域內冰川分布情況決定，從總體上看，位于西風控制區的流域冰川徑流對于總徑流的貢獻大于季風控制區流域。

3 第三極地區冰川徑流的未來發展趨勢

IPCC第六次評估報告指出，全球變暖的趨勢已不可逆轉，即使基于低排放情景下進行氣候預估，未來全球氣溫也將持續上升，這將加劇第三極地區山地冰川的退縮趨勢［25］。有學者指出，即使在滿足《巴黎協定》條件下，即把全球溫升控制在工業革命前水平以上的1.5℃，基于最低排放情景下（RCP2.6）進行預估，在本世紀末第三極地區的冰川仍將減少36%±7%，如果在其他更高濃度排放的情景下，冰川虧損量將更大［22］。隨著冰川退縮，大量融水從冰川這一固態淡水水庫中釋放出來，將補給徑流導致徑流量升高，可是冰儲量也會隨之減少，當冰儲量減少至某一水平，導致冰川的融化量不足以支撐徑流進一步上升時，即達到拐點，之后冰川徑流便會下降［104-105］。

近年來，許多學者在第三極地區對于冰川的未來變化開展了定量研究，這些研究均是基于冰川水文模型的方法，通過輸入氣候模式預估的各氣象要素結果進行冰川徑流的未來分析。流域的冰川徑流未來如何發展由流域冰儲量和未來氣候變化情況共同決定。依據冰川學理論，冰儲量越大的冰川對于氣候變化的響應越慢，因此在同等的氣候條件下，第三極地區冰川覆蓋越多的流域冰川徑流峰值出現的時間應該越晚，而部分冰川覆蓋面積小的流域冰川徑流峰值已經過去［105-108］。

然而目前對于第三極地區未來冰川徑流的預估仍存在很大的不確定性，主要表現在使用的冰川模型本身以及用于驅動模型的未來氣象數據兩方面存在的不確定性，冰川模型本身的不確定性在1.4節中已有介紹，而未來氣象數據的不確定性主要來源于氣候情景假設和用于生成未來氣象數據所使用的氣候模式的不確定性，不同氣候模式基于不同的情景得到的未來氣候預估結果相差較遠，同時將氣候模式輸出的時空分辨率低的氣象數據進行區域降尺度的方法的不確定性也給未來氣象輸入數據帶來較大誤差。因此由于不同學者使用的冰川水文模型和輸入的未來氣象數據的不同，導致目前關于第三極地區不同流域的冰川徑流未來的預估結果相差很大（表3）［6，26，53，58，68，89，102，109-113］。例如，Immerzeel等［53］利用SRM模型基于IPCC第四次評估報告提出的未來氣候情景A1B SRES對第三極地區的主要五條大河（印度河、恒河、雅魯藏布江、長江和黃河）未來徑流變化進行預估，結果表明，到本世紀中葉（2046—2065年），除黃河外，其他四條河流的徑流量將降低，相較于2000—2007年，印度河、恒河、雅魯藏布江和長江的徑流量將分別降低8.4%、17.6%、19.6%和5.2%，且冰川徑流的減少量更大，這表明在2046—2065年之前，這四條河流的冰川徑流早已到達拐點；而Lutz等［89］利用SPHY模型，基于IPCC第五次評估報告提出的CMIP5計劃下的氣候模式在不同排放濃度路徑下對未來氣候的預估結果，對第三極地區五個主要大河上游（印度河、恒河、雅魯藏布江、薩爾溫江和湄公河）徑流的未來變化進行預估，卻得到與Immerzeel等完全相反的結果，該研究結果表明，到本世紀中葉（2050年），五條河流上游的總徑流量和冰川徑流均呈現上升趨勢，冰川徑流拐點還未到達。

表3 第三極地區不同流域冰川徑流的未來變化研究總結Table 3 Summary of the researches of future changes in glacier runoff in different basins on the Third Pole

續表3

目前，IPCC提出了最新的基于共享社會經濟路徑（SSP）和強迫路徑（RCP）組合的情景，同時，CMIP6計劃下的新一代氣候模式較之前相比也更加先進，特別是在模擬包括印度夏季風在內的一些復雜氣候系統特征方面顯示出明顯改進，因此基于最新的情景，CMIP6給出的預估結果相較于之前的結果在不同時空尺度上的不確定性均有所下降［25，114-115］。基于最新的未來氣候預估結果，學者對第三極地區十五條河流的上游流域的冰川徑流的未來變化進行了系統預估，結果表明，不同流域冰川徑流對于氣候變化的響應結果不同，但是總體來看，除位于西風區的印度河上游和塔里木河西部流域外，其他流域的冰川徑流均將在本世紀中葉之前到達拐點，而后冰川徑流開始下降，印度河上游流域冰川徑流將在本世紀末之前到達拐點，而位于西風區的塔里木河西部流域，到本世紀末，該流域的冰川徑流仍呈現持續增加的趨勢，另外，在季節尺度上，隨著氣候變化，積雪融化提前，將導致積雪徑流的峰值在年內出現時間也提前，而冰川徑流的年內分布情況變化不大［26］。

然而，盡管目前不同學者對于第三極地區不同流域的冰川徑流未來變化趨勢及拐點出現的時間存在較大爭議，但是可以肯定的是，在氣候變化的驅動下，未來的幾十年內，第三極地區的冰川徑流必將發生劇烈變化。從總量上看，對于部分季風區冰儲量很小的流域，如長江、黃河、湄公河和薩爾溫江，冰川徑流的變化對于總徑流量的影響不大，但是對于冰儲量較大的流域，冰川徑流的變化將對總徑流量產生重大影響，未來由于冰儲量的減少導致對下游的淡水資源補給減少，將產生許多重大的水安全問題［10，15-16］，此外由于溫度升高，冰川的不穩定性也將增加，將導致冰川災害的發生更為頻繁［27-30］，對下游地區的居民生命財產安全造成重大威脅，因此，如何準確定量地預估冰川徑流的未來變化趨勢，進而為下游地區做好應對措施提供可靠的科學依據，仍是目前科學界亟待解決的重大難題。

4 目前研究存在的不足

近年來，隨著科學界對于第三極地區冰川徑流的關注，涌現出大量關于第三極地區不同流域的冰川徑流研究。然而，由于該地區缺乏實測資料，同時冰川水文的內在過程十分復雜，導致目前關于第三極地區冰川徑流的研究結果仍存在不確定性，總結來說主要體現在以下幾個方面：

（1）對于冰川水文過程內在機理認識不足，目前在該區域研究使用的冰川水文模型大多為溫度指數模型，即使存在一些基于能量平衡過程的冰川水文模型模擬研究，但是這些模型對于冰川融化的內在過程仍存在很大程度的簡化，如對于冰川動力學過程的刻畫較為簡單，同時未考慮冰川能量的內在傳遞、表磧覆蓋物以及黑碳的影響等。

（2）被用于研究的冰川數據存在很大的不確定性，不同數據集的冰川數據差異較大。

（3）模型輸入的氣象數據同樣存在很大的不確定性，由于缺乏實測，對于該區域的氣象數據特別是高山區降水數據的估算仍存在不足，對于未來的氣象要素的預估都是基于歷史數據進行校正，因此不確定性更大。

目前研究存在的這些問題使得第三極地區冰川徑流的變化和其對總徑流的貢獻，以及未來發展趨勢的研究結果存在一定的不確定性，為下游地區的水資源利用與管理帶來挑戰。

5 結論

在全球變暖的背景下，第三極地區的山地冰川普遍退縮，冰川融水釋放導致下游地區的河川徑流組分發生劇烈變化，對下游地區的經濟社會發展產生重大影響，因此受到科學界的廣泛關注。隨著近些年來的發展，針對第三極地區特殊的地理環境和復雜的氣候條件，學者開發了多種不同方法來解決有關冰川徑流的科學問題，這些方法被應用于第三極地區的不同流域，取得了大量成果，總結來看可分為以下幾點：

（1）關于冰川徑流的研究方法主要可分為五種：直接觀測法、遙感觀測法、水量平衡法、水化學示蹤法和冰川水文模型法，其中冰川水文模型法又可分為溫度指數模型法和基于能量平衡模型法，該方法因其系統性且可進行定量預估，目前使用最為廣泛。

（2）自20世紀90年代以來，第三極地區冰川徑流普遍呈現上升趨勢，但是其對于總徑流的貢獻同時受氣候條件和流域冰儲量的影響，存在顯著的空間差異，總體來看，位于西風控制區的流域冰川徑流對于總徑流的貢獻普遍大于季風控制區的流域。

（3）對于第三極地區冰川徑流的未來預估方面，不同研究由于使用的未來氣候預估結果不同，導致結論存在很大不確定性，但是基于目前最新的氣候預估結果對于第三極地區冰川徑流的未來變化研究表明，除部分冰儲量大的西風區河流（塔里木河、印度河）外，第三極地區大多數流域冰川徑流將在本世紀中葉前達到峰值。

然而，目前對于第三極地區的冰川徑流研究中，仍存在使用的模型物理機制簡化以及由于觀測不足導致的研究數據的不確定性較大等問題，因此未來在第三極地區開展更廣泛的實地觀測和更高精度的遙感監測，同時開發出物理機制更為完善的冰川水文模型是未來冰川水文研究的發展方向。