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青藏高原科考:探索地球第三极

2018-10-25 04:32 来源:光明网-《光明日报》 

  【科学向未来】

  青藏高原作为地球上最独特的地质-地理-生态单元,是世界屋脊、亚洲水塔、地球第三极,是我国重要的国家安全屏障、生态安全屏障、战略资源储备基地、高原特色农产品基地,是中华民族特色文化保护和传承地、世界旅游目的地。日前,第二次青藏高原综合科学考察公布了首期成果。这些成果涵盖广泛,包括生物、地质、生态等诸多学科,将人们对青藏高原的认识不断推向纵深。本期,我们邀请第二次青藏高原综合科学考察首席科学家姚檀栋院士撰文介绍取得的相关成果。 

青藏高原科考:探索地球第三极

南迦巴瓦峰  光明图片/视觉中国

  第二次青藏高原综合科学考察研究首期成果

  推动青藏高原可持续发展

  作者:姚檀栋(第二次青藏高原综合科学考察首席科学家、中国科学院院士) 

  系统开展第二次青藏高原综合科学考察研究(简称“第二次青藏科考”),将为“守护好世界上最后一方净土”、“建设美丽的青藏高原”和绿色丝绸之路建设提供重要科技支撑。

青藏高原科考:探索地球第三极

科考人员与牧民交谈。光明图片

  2014年开始,西藏自治区就开始推动第二次青藏科考,在中科院、科技部、基金委等不同部门的支持下,从不同角度对青藏高原资源环境及其变化和影响进行了考察研究。2017年开始,中科院和西藏自治区以院地合作方式组织启动第二次青藏科考。

  随着青藏科考的推动,我们对青藏高原的认识在不断深化。

  我们发现喜马拉雅山与冈底斯山隆升历史存在明显的差异,冈底斯山先于喜马拉雅山隆升到现在的高度。冈底斯山在约6000~4800万年前隆升到现在的高度(约4500~5000米)。喜马拉雅山在约5600万年前位于低海拔状态(约1000米),之后缓慢上升,至约2100~1900万年前才升至约2300米的高度,并在约1700~1500万年前时达到现今的高度(大于5500米)。随着高原隆升,青藏地区生物通过以下两种模式演化。“走出西藏”模式:高原隆升至高寒环境,披毛犀、北极狐等哺乳动物的祖先类型在高原出现。第四纪大冰期来临时,一部分“走出西藏”向北迁徙,成为冰期动物群最主要的组成部分,其中北极狐在北极圈附近留存至今。“高原枢纽”模式:结合欧洲和北美的化石同类,可以看出青藏地区在新生代早期曾是植物扩散和交流的“枢纽站”。植物界的“拓荒者”们经由这里或一路西去欧洲,或东迁至北美。随着高原隆升导致的全球气候变化,这些植物在青藏高原的分布逐渐萎缩,然而其后裔仍然是今天热带和亚热带的常见分子。

  我们发现,青藏高原环境变化的突出特征是变暖和变湿,并预估在21世纪中叶和21世纪末仍以变暖和变湿为主要特征。针对气候变暖及其影响下的亚洲水塔变化及其影响这一核心科学问题,第二次青藏科考队在亚洲水塔区开展了冰川、积雪、冻土、湖泊、河流变化等科学考察研究,发现气候变暖变湿引起亚洲水塔巨大变化。

青藏高原科考:探索地球第三极

科考队员在架设气象站。邬光剑摄/光明图片

  不断加剧的冰川退缩导致亚洲水塔的固态储量减少:过去50年来,青藏高原冰冻圈快速融化:青藏高原冰川退缩和融化速度加快,高原及其相邻地区的冰川面积由5.3万平方公里缩减至4.5万平方公里,退缩了15%;高原积雪减少,西藏平均最大累计积雪深度减少0.55厘米/10年,其中西藏南部边缘减幅为2.2厘米/10年;高原多年冻土面积由150万平方公里缩减为126万平方公里,减少了16%。其次,广泛的湖泊扩张导致亚洲水塔的液态储量增加:青藏高原大于1平方公里的湖泊数量从1081个增加到1236个,湖泊面积从4万平方公里增加到4.74万平方公里;虽然季风控制区域的湖泊变化主要受降水的影响,季风减弱和降水减少导致湖泊近期水位下降,但内流区湖泊的变化主要受冰川融水的影响,持续的冰川消融导致内流区湖泊水位急剧上升。此外,冰川融水对主要河流径流量将产生重要影响。青藏高原是亚洲众多大江大河的发源地,在气候暖湿化、冰冻圈和地表环境变化等多重因素的影响下,亚洲水塔区的陆地水循环过程及水文效应发生了显著变化,极大地影响了河流径流量变化以及水资源时空分布,进而对下游的水资源和水环境产生显著影响。过去50年来,雅鲁藏布江、印度河上游年径流量呈增加趋势,冰川融水是径流量增长的主要因素;中亚阿姆河、锡尔河和塔里木河数十条支流的径流量增长更为显著。

  青藏高原灾害风险进一步加剧。2016年7月17日和9月21日,西藏阿里地区的阿汝53号冰川和50号冰川发生冰崩,造成了严重的人员伤亡和财产损失。这是青藏高原从未有过的自然灾害现象,严重威胁亚洲水塔命运。第二次青藏科考发现阿汝冰崩具有孕灾时间长、发生速度快、冰崩规模大、破坏力强等特点;其成灾机制是近期气候变暖和降水增加以及当地特殊地质条件等因素的叠加。冰川厚度变化、积累区内冰川裂隙数量增加和规模增大等能够作为冰崩潜在危险的有效辨识指标。根据这些预警指标,对阿里地区的冰川进行更大范围普查,可以识别具有潜在冰崩危险的冰川,建立冰崩科学预警体系,为政府决策部门的预警发布和应对措施提供科技支撑。

  我们发现,过去几十年来,青藏高原暖湿化使得高原生态系统的结构和功能发生了重大变化。近35年间青藏高原植被生长总体趋好,但2000年之后增长速率减缓。过去35年间,青藏高原生长季平均植被指数显著增加3.2%。由于植被生长的增加,青藏高原碳汇功能显著增强。

  尽管过去几十年内高原生态系统总体趋好,但区域生态风险不容忽略。一方面,植被变绿速率显著减缓。2000年之后,一半的高原植被返青期不再显著提前,特别是青藏高原东部和西南部地区甚至出现返青期推迟现象,部分地区返青期推迟高达6.4天。另一方面,气候变暖背景下冻土融化使冻土碳库分解的风险增加。气候变暖导致冻土活动层厚度以7.5厘米/年的速度增加,使冻土中的老碳分解释放风险增加,进而使得冻土碳库可能从碳汇转变为碳源。

  我们开展了国家公园(群)调研并提出建议。色林错是青藏高原水文气象变化最剧烈的地区之一。色林错流域气温升高显著,1979-2017年,色林错流域年均气温显著升高,其升温速率高于同期青藏高原平均升温率。色林错流域年均降水量有所增加,1990年代中期以来增速加快,增幅达63毫米/10年。色林错湖区面积急剧扩张,其中色林错面积从1976年的1667平方公里扩张到2017年的2394平方公里,增加了43%左右。色林错流域土地覆被以草地为主,近年来有减少趋势。我们提出了色林错国家公园建设建议,建设色林错国家公园的重要性、自然生态环境本底容量与容量测算指标体系、色林错国家公园的建设范围、色林错国家公园的保护体系、管理体制与运行机制等。

  《光明日报》( 2018年10月25日 13版)

[责任编辑:潘兴彪]

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