長期冰川學觀測引領大陸性和干旱區(qū)冰川變化與影響研究

李忠勤 王飛騰 李慧林 徐春海 王璞玉 周 平 岳曉英

中國科學院西北生態(tài)環(huán)境資源研究院 天山冰川觀測試驗站 烏魯木齊 830035

目前地球表面的 10% 以上為冰川所覆蓋。冰川是地球上重要的固態(tài)水資源，儲存著世界淡水資源的 68.7%。全球（不包括南極與格陵蘭冰蓋）共發(fā)育山地冰川 215 547 條，總面積達 705 739 km2，單條冰川平均面積為 3.28 km2，以分布在距海岸線較近的高緯度海洋性冰川為主。中國是中緯度山地冰川大國，發(fā)育冰川 48 571 條，面積為 5.18×104km2，單條冰川平均面積約 1 km2，以高海拔大陸性冰川為主。冰川（包括冰蓋）作為冰凍圈要素之一，以其對氣候的高度敏感性和重要反饋作用而倍受關注。在受氣候變化影響的諸多環(huán)境系統(tǒng)變量中，冰川是全球變化最快速、最顯著、最具指示性的地理要素。過去 30 年來，全球冰川加速消融退縮，造成海平面上升、水循環(huán)變化、冰川災害增加，引發(fā)高度關注。聯合國政府間氣候變化專門委員會（IPCC）第五次評估報告指出，末次盛冰期以來，全球海平面平均上升了 120 m，主要原因是冰蓋和冰川消融，陸地上的水體大量轉入海洋。目前山地冰川對海平面上升的貢獻為（0.76±0.37）mm/a，是僅次于海洋熱膨脹的海平面上升第二大貢獻者。我國西部干旱區(qū)的冰川主要包括新疆境內 20 695 條、青海境內 3 802 條和甘肅境內 1 538 條，總面積達 27 360.73 km2，被稱為“亞洲水塔”，是維系生態(tài)環(huán)境、保障城鄉(xiāng)工農業(yè)生產以及居民用水的重要水資源。該區(qū)冰川融水占出山口徑流的 25%—29%，一方面在水資源構成上具有舉足輕重的作用，另一方面作為“固體水庫”的冰川，在年際和年內兩種尺度上對河川徑流起到“削峰填谷”的調節(jié)作用。冰川變化造成的水資源變化，對干旱區(qū)山盆地理結構的生態(tài)系統(tǒng)具有決定性的意義。氣候變暖對水資源的影響，首先使冰川融水徑流增大，而徑流增加是以消耗冰川固體冰為代價的，隨著冰川儲量的迅速減少，冰川融水徑流也會隨之急劇減少。冰川劇烈消融，還會引發(fā)冰川洪水、冰川泥石流、冰川躍動等冰川災害。

中國科學院天山冰川觀測試驗站（以下簡稱“天山冰川站”）建立于中國冰川學開創(chuàng)之初的 1959 年，標志著中國冰川學研究從無到有，從野外考察走向定位觀測試驗。圍繞烏魯木齊河源 1號冰川（以下簡稱“1 號冰川”）的研究，對中國冰川科學理論的形成和發(fā)展起到了關鍵性作用。國際上，經典的冰川學理論以海洋性冰川和冰蓋的研究為基礎，缺乏對大陸性和干旱區(qū)冰川的觀測研究。天山冰川站的觀測研究，填補了這一領域諸多空白，是對國際冰川學的重要發(fā)展和貢獻。天山冰川站所處的中國西北內陸和亞洲中部干旱區(qū)，水資源是制約社會經濟發(fā)展的瓶頸和維系生態(tài)環(huán)境的命脈，而山區(qū)則是水資源的形成區(qū)。天山冰川站開創(chuàng)以烏魯木齊河山區(qū)流域綜合觀測試驗為基礎的水文學研究，奠定了我國內陸河流域水文研究基礎，其圍繞干旱區(qū)冰川水資源的時空變化及其對水文、水資源影響的研究成果，為國家重大決策、西北地區(qū)水資源管理與高效利用、區(qū)域經濟社會可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃提供了重要的科學依據。

60 年來，作為中國冰川學觀測、試驗、研究和人才培養(yǎng)的基地，對外開放交流的平臺，天山冰川站為中國的冰川學事業(yè)作出了卓越貢獻。世界冰川監(jiān)測服務中心（WGMS）將 1 號冰川列為全球 10 條重點觀測研究的參照冰川之一，即作為中國和中亞干旱區(qū)的參照冰川，其長期、系統(tǒng)的觀測研究成為許多國家冰川學研究的參照和典范[1-4]。

1 建立了冰川監(jiān)測網絡數據平臺，為大陸性和干旱區(qū)冰川、西北地區(qū)冰川與水文水資源、生態(tài)環(huán)境保護等研究提供了必要的后勤保障，奠定了堅實的數據基礎

山地冰川分布于地球表面最高處，高山之巔。受極端寒冷、氧氣稀薄、人煙稀少和交通不便等諸多不利因素的影響，冰川觀測極為困難。全世界擁有 50 年以上觀測資料的冰川不足 5 條，擁有 30 年以上觀測資料的冰川僅有 40 條左右。冰川觀測數據在全球范圍極為匱乏，因而冰川學是建立在對少數冰川的觀測基礎上，不斷發(fā)展完善的學科。為更好地研究整個西北干旱區(qū)的冰川，天山冰川站一直致力于增加 1 號冰川之外參照冰川的觀測研究。1998 年 8 月，選擇奎屯河哈希勒根 51 號冰川作為第二個定位監(jiān)測的參照冰川，至今已有 20 年觀測資料。2004 年 8 月和 2008 年 8 月，分別選取哈密廟爾溝冰帽和托木爾峰青冰灘 72 號冰川作為第三和第四條參照冰川，并圍繞這兩條參照冰川逐步建立起哈密地區(qū)哈爾里克山和阿克蘇河上游冰川、水文與氣象監(jiān)測系統(tǒng)。由此形成一個以 1 號冰川為中心，輻射天山東西兩端 1 700 km、較為完善的天山冰川監(jiān)測網絡。2011 年，天山冰川站與喀納斯景區(qū)簽署協(xié)議成立“阿爾泰山冰川積雪與環(huán)境觀測研究站”，建成阿爾泰山站氣象、冰川、積雪、水文、湖面水位等觀測系統(tǒng)。2016 年與新疆吉木乃縣政府聯合建立“阿爾泰山冰凍圈科學與可持續(xù)發(fā)展綜合觀測研究站”，將木斯島冰川設為參照冰川，開展長期定位觀測研究。2010 年 10 月，天山冰川站將冰川觀測研究拓展到祁連山脈，將黑河上游葫蘆溝流域面積最大的冰川命名為“十一冰川”，與中國科學院黑河上游生態(tài)-水文試驗研究站聯合對其開展連續(xù)系統(tǒng)的觀測研究。在此期間，天山冰川站還設立了半定位觀測點，對博格達峰的扇形冰川、四工河 4 號冰川、瑪納斯河源鹿角灣冰川、奎屯河哈希勒根 48 號冰川、阿爾泰山布爾津河 18 號冰川、西昆侖山公格爾九別峰克拉亞依拉克冰川等進行觀測研究。上述定位與半定位站（點）相互結合，形成了完整覆蓋西北干旱區(qū)冰川的監(jiān)測網絡。2014 年，天山冰川站開始承擔中國北極黃河站 AustreLovénbreen 和 Pedersenbr een 兩條參照冰川的觀測研究工作，將天山冰川站冰川觀測經驗和規(guī)范應用到極地。

在擴大冰川觀測范圍的同時，天山冰川站還強化和規(guī)范了觀測方法和數據質量控制，與國際全面接軌?！侗捌湎嚓P觀測方法與規(guī)范》[5]和《冰川動力學模式基本原理和參數觀測指南》[6]即為天山冰川站制定并執(zhí)行，是在其他冰川研究區(qū)得到廣泛應用的觀測工作指南。2010 年，世界冰川監(jiān)測中心召集多個國際相關組織和各國的國家冰川監(jiān)測通訊員在瑞士制定未來 10 年國際冰川監(jiān)測的規(guī)劃和重點任務，天山冰川站提出針對中亞干旱區(qū)的冰川監(jiān)測計劃和數據規(guī)范被采納。2013 年，天山冰川站進入世界氣象組織（WMO）創(chuàng)建的全球冰凍圈觀測（GCW）計劃。天山冰川站觀測數據在國內由多個專業(yè)平臺公布，包括《天山冰川站年報》、寒旱區(qū)科學數據中心、冰凍圈科學數據平臺等。在國際上的發(fā)布按照 WGMS 和 GCW 要求執(zhí)行，定期發(fā)布于由國際科學理事會（ICSU）、國際大地測量學與地球物理學聯合會（IUGG）、聯合國環(huán)境規(guī)劃署（UNEP）、聯合國教科文組織（UNESCO）和世界氣象組織（WMO）聯合出版的資料集 Glacier Mass Balance Bulletin（該資料集第 9 期將 1 號冰川作為封面，圖 1）、Fluctuations of Glaciers、Global Glacier Change Bulletin，以及 GCW 網站；并被聯合國環(huán)境規(guī)劃署的 Environmental Data Report 數據集和 Geo Data Portal 等知名數據庫，以及《中國氣候變化藍皮書》等收錄，被廣泛推介于冰川與全球變化研究中。IPCC 第三次、第四次和第五次評估報告，以及至少 8 篇發(fā)表在 Nature 和 Science 上的文章使用了這些觀測資料。

圖1 世界冰川監(jiān)測中心（WGMS）數據集Glacier Mass Balance Bulletin第9期以1號冰川為封面

2 開啟了中國冰川物理學研究先河，通過長序列冰川物質平衡觀測資料，發(fā)現山地冰川在過去 50 年內經歷了 2 次加速消融過程，揭示了冰川加速消融的四大機理

20 世紀 80 年代初，天山冰川站開啟冰川學研究先河[7-9]。通過數年觀測，結合國際冰川學理論，形成具有我國特色的冰川帶劃分理論；通過 3 次冰川末端人工冰洞的觀測研究（圖 2），提出了冰川存在冰川冰變形、冰床變形、剪斷和底部滑動 4 種運動機理。通過冰川不同海拔高度、不同深度的冰川測溫孔觀測，首次發(fā)現冰川浸滲帶融水凍結釋放的相變潛熱對冰川溫度的影響可達 20 m 以上，冰川底部末端溫度處在壓融點，建立了冰川溫度分布變化模型。這些研究，更新了國際冰川物理學中若干傳統(tǒng)概念，被引入國際《冰川物理學》教科書。

冰川物質平衡是表征冰川積累和消融量值的重要冰川學參數之一。WGMS 發(fā)現，1 號冰川的物質平衡曲線與全球冰川物質平衡平均曲線相比，無論在變化幅度上還是在變化規(guī)律上都極為相似（圖 2），因而可以通過 1 號冰川的觀測資料來了解全球山岳冰川的平均物質平衡變化規(guī)律。在 WGMS 冰川監(jiān)測網絡中，1 號冰川是中國和中亞干旱區(qū)的參照冰川。2007 年，WGMS 選取 30 條參照冰川的觀測結果，繪制出全球冰川的物質平衡標準曲線，此舉在國際上引起很大反響并得到廣泛應用，而 1 號冰川被列入其中。天山冰川站的監(jiān)測表明，1960—2017 年，1 號冰川平均物質平衡量為 –341 mm/a，冰川呈加速退縮趨勢。1960 年以來，冰川經歷了兩次加速消融過程：第一次發(fā)生在 1985 年前后，導致多年平均物質平衡量由 1960—1984 年的 –81 mm/a 降至 1985—1996 年的 –273 mm/a；第二次從 1997 年開始，更為強烈，致使1997—2017 年的多年平均物質平衡量降至 –690 mm/a，其中 2010 年冰川物質平衡量跌至 –1 327 mm，為有觀測資料以來的最低值。2011 年以來，冰川物質平衡量表現出波動性變化，在經歷 2011—2014 年的階段性消融減緩后，再次轉入高物質虧損狀態(tài)。1960—2017 年，1 號冰川累積物質平衡量達 –19 774 mm，即假定面積不變的條件下，冰川厚度平均減薄 19 774 mm 水當量。

圖 2 烏魯木齊河源 1 號冰川物質平衡與全球參照冰川平均物質平衡對比

基于 1 號冰川研究，揭示出山地冰川兩次加速消融的四大機理[10-14]。① 消融期氣溫升高，直接造成冰川消融量增加。當氣溫上升到一定程度后，盡管降水有增加，也不會使得冰川物質虧損有所改變。② 冰川冰體溫度的上升，減少了加熱冰川表面溫度達到消融點所需的熱量和再凍結下滲水量，提高了冰川對氣候變暖的敏感性。③ 由于冰川消融區(qū)面積不斷增加導致冰川表面反照率降低的正反饋機制。低反照率的產生主要由冰川表面冰塵（cryoconite）和礦物粉塵增加所引致，冰塵對氣溫十分敏感，隨氣溫的升高而大量產生。④ 冰川的破碎化加劇。破碎的冰面一方面導致冰川有效消融面積增大，使消融量增加，另一方面冰面融水更容易進入冰川內部，將熱量帶入冰內，加劇冰川消融。上述研究在國內外產生了重要影響，曾獲得 2011 年度甘肅省自然科學獎一等獎。

3 烏魯木齊河流域水文學研究，形成了冰川作用流域水文和氣象過程觀測試驗研究的基本框架，奠定了我國內陸河流域水文研究基礎

在我國西北內陸和亞洲中部干旱區(qū)，水資源是制約社會經濟發(fā)展的瓶頸和維系生態(tài)環(huán)境的命脈。山區(qū)是水資源的形成區(qū)，長期以來，以烏魯木齊河山區(qū)流域綜合觀測試驗為基礎，揭示了冰川、積雪、高山凍土、山區(qū)降水徑流特征，通過水量平衡原理、能水平衡模型，研究模擬了山區(qū)徑流的形成與變化、地表水與地下水轉化過程；通過冰川模型與水文模型耦合的方法，模擬預測了徑流對氣候變化的動態(tài)響應。這一研究，奠定了我國內陸河流域水文水資源研究基礎。天山冰川站在 1959—1965 年建站初期便開啟冰川表面能量平衡、冰川融水對河流的補給作用、冰川流域水文特征、地表水和地下水轉化觀測試驗研究的先河。1979 年天山冰川站恢復重建之后，在烏魯木齊河流域布設了水文氣象梯度觀測，開展烏魯木齊河山區(qū)流域徑流形成和估算觀測試驗研究，揭示了冰川、水文和微氣象相互作用和徑流形成的關系，形成了我國冰川作用流域水文和氣象過程觀測試驗研究的基本框架。1995 年以后，天山冰川站擴大研究區(qū)域，發(fā)展冰川水文模型，開展面向整個干旱區(qū)的冰川水資源變化與影響模擬研究[15-21]。

20 世紀 80 年代以來，冰川的加速退縮引發(fā)的水資源時空分布和水循環(huán)過程的變化，無疑給新疆的建設布局和發(fā)展模式帶來深刻影響。近年來對干旱區(qū)的觀測模擬表明，托木爾峰地區(qū)的冰川比預期的消融減少要快，目前消融正盛，除非氣溫有大幅度升高，否則不會出現融水繼續(xù)上升。未來融水徑流量對氣溫變化的敏感性會加大，塔河流域中冰川融水比例大，一旦多數冰川消融殆盡，對南疆水資源將產生災難性影響。冰川變化對天山北麓地區(qū)水資源的影響在不同流域的差別較大。對于以小冰川為主的河流，如烏魯木齊河等，冰川融水會不斷減少直至消失，從而喪失冰川對河流的補給和調節(jié)作用。對于以大冰川為主的河流，如瑪納斯河等，冰川融水徑流仍將保持一定份額。東疆盆地水系的冰川處在加速消融狀態(tài)，水資源供給量處在不斷惡化之中，致使未來該區(qū)域水資源極端匱乏，供需矛盾日趨激烈。到 2040 年之前，祁連山黑河流域將有 90.7% 的冰川（數量上）消失殆盡，冰川面積也將消失 59.4% 以上；與此同時，北大河流域也有 79.4% 的冰川不復存在，面積損失率將在 30.6% 以上。屆時，流域內冰川將基本喪失對水資源的補給和調節(jié)作用。疏勒河流域冰川在 2040 年前很可能有 429 條趨于消失；由于流域內冰川融水補給較高（30%以上），冰川的最終消失會對河流產生災難性影響。因此，該流域何時出現融水降低的拐點，以及如何應對，值得重點關注和研究。過去 50 年，石羊河流域內冰川的持續(xù)縮減，已經給河水徑流造成顯著負面影響，使得河流水量減少，到 2040 年左右，隨著大部分冰川的消失，造成水資源和生態(tài)環(huán)境方面的改變，值得我們進一步深入研究。

上述研究成果，深化了冰川變化及其對水資源影響的科學認識，揭示和預估了新疆不同地區(qū)冰川水資源的時空變化及其對水文、水資源的影響，為國家重大決策、西北地區(qū)水資源管理與高效利用、區(qū)域經濟社會可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃提供了重要的科學依據，并成為中國工程院重大咨詢項目“新疆可持續(xù)發(fā)展中有關水資源的戰(zhàn)略研究”成果的重要組成部分，后者得到國務院高度重視并被地方政府決策部門應用，被新疆維吾爾自治區(qū)政府評價為“當今和今后一個時期新疆水利改革發(fā)展的指導性文件”[22]。相關成果獲得 2013 年度和 2016 年度新疆維吾爾自治區(qū)科技進步獎一等獎。

4 建立 TGS 冰川模型，對未來冰川變化進行模擬預估，首次揭示出中國冰川未來變化過程、消亡時間及控制因素，為冰川變化影響評估、冰川保護等提供了科學依據

TGS 冰川模型是天山冰川站自主研發(fā)的冰川模擬預測模型，通過這一模型，可以實現單條冰川尺度和區(qū)域尺度冰川變化的模擬預估[23,24]。模型包括：① 地理學上不同類型和不同特征冰川的模型參數化方案；② 以冰川表面能量/物質平衡簡化方程為核心的物質平衡模型；③適合于山地冰川變化模擬的冰流模型，包括全分量冰流模型、高階冰流模型和淺冰近似冰流模型；④ 冰川邊界熱量傳輸和底部滑動等附加模塊；⑤ 由參照冰川到區(qū)域冰川的尺度轉換模型，包括冰川底部形態(tài)模型等。

利用該模型對 1 號冰川、托木爾峰青冰灘 72 號冰川、哈密廟爾溝冰帽和祁連山十一冰川進行了模擬預測（圖 3）。結果顯示，在 RCP 4.5 排放情景下，到 21 世紀末，只有青冰灘 72 號冰川和廟爾溝冰帽這兩條面積大于2 km2的冰川存有冰量。冰川體積、面積和長度的變化過程不同，其中長度變化的波動最大。未來各種排放情景下，冰川都會快速消融退縮；升溫快的情景，各參數變化也快，但不會改變其變化過程。對于一些小冰川，不同升溫情景對冰川變化影響很小，原因在于幾種情景的升溫速率在最初 30 年間十分接近，并且冰川幾何形態(tài)的變化主要是冰川對過去幾十年甚至上百年的氣候變化綜合和滯后的響應，即便是氣候條件不再繼續(xù)變化，冰川仍將持續(xù)退縮下去，直至其規(guī)模與氣候狀況達到平衡。

圖3 RCP4.5排放情景下，中國干旱區(qū)4條參照冰川體積、面積和長度未來變化過程

基于上述單條冰川模擬預測結果的敏感性試驗表明，在中國阿爾泰山發(fā)育的冰川中，有 261 條很可能比 1 號冰川變化、消失得快，即在 RCP4.5 排放情景下，這些冰川會在 2090 年之前全部消融殆盡，分別占現有冰川條數和面積的 91.9% 和 44.4%，屆時剩余的 23 條冰川基本上分布在布爾津河流域。天山地區(qū)的冰川有 5 870 條冰川很可能比 1 號冰川變化、消失得快，分別占冰川總條數和總面積的 74.0% 和 21.5%。在 RCP4.5 排放情景下，至 2090 年前后，剩余的 2 147 條冰川有一半以上分布在塔里木河流域（55.1%），其余主要為瑪納斯河流域，博格達北坡的冰川幾乎消失殆盡。整個祁連山地區(qū)有 1 838 條可能比十一冰川變化、消失得更快，分別占現有冰川總條數和總面積的 68.5% 和 17.0%。在 RCP4.5 排放情景下，至 2040 年前后，殘存的 846 條冰川約有 87.6% 集中在祁連山西段的諸流域中，如疏勒河、哈爾騰河、塔塔棱河等，而東段和中段的冰川基本上消融殆盡。

對單條冰川模擬預測結果的分析表明，冰川體積及其變化過程的控制因素主要為物質平衡。物質平衡主要取決于冰川區(qū)的氣候和地形條件。區(qū)域氣候條件決定了該區(qū)域冰川總體規(guī)模（體積），而區(qū)域內的地形條件決定了冰川個體規(guī)模。冰川的規(guī)模是冰川物質平衡和地形條件的綜合反映，而冰川補給高度在所有地形要素中最為重要。冰川面積和長度的變化過程，以冰川“退縮”和“減薄”兩種變化形式的交替為特征，每一次變化形式的改變，都會在面積和長度的變化過程中形成“拐點”。而控制這兩種變化形式的主要因素是冰川冰量（厚度）的分布狀況。對中國境內以夏季為積累期的冰川來說，降水增加，對其未來變化的影響作用有限，保護性不強。統(tǒng)計分析表明，對于面積小于 30 km2的冰川來說，冰川的面積與未來冰量變化存在較為顯著的線性關系。在 RCP 4.5 情景下，到 2100 年，全球面積小于 2 km2的冰川都將消融殆盡。面積小于 10 km2的冰川冰量的余量不足目前的 30%。

5 歷時 8 年，首次觀測到大氣—積雪—冰川冰演化的物理、化學完整過程，為國際同行矚目

為研究降雪轉化成為冰川冰的物理化學過程，天山冰川站于 2002 年 7 月在 1 號冰川海拔 4 130 m 積累區(qū)建立了觀測試驗場，開展連續(xù)、系統(tǒng)的觀測取樣工作（圖4）。觀測項目包括氣象要素和降雪成冰的物理演化過程。采集的樣品包括氣溶膠、雪冰、冰芯樣品等。這項工作貫穿冬季極端寒冷的條件，國際上屬首次。截至 2010 年 10 月，經過 8 年連續(xù)觀測取樣研究，揭示出 1 號冰川降雪—冰川冰演化的物理化學完整過程。該項目吸引了包括美國、德國和日本等多個國家的研究機構參與，被國際同行稱為冰川過程項目（PGPI）。相關成果在國際冰川學主流期刊上發(fā)表 60 多篇學術論文，并在 2008 年 12 月美國 AGU 秋季會議上以大會報告形式展示。

圖 4 大氣—積雪—冰川冰演化物理、化學過程觀測與取樣工作

研究表明，新降雪經過一系列物理過程最終演化為冰川冰[25-30]。與此同時，氣溶膠也經歷了從大氣到雪層記錄再到冰川記錄的化學過程。兩個過程對氣候變暖都十分敏感。與 20 世紀 60 年代相比，由于氣溫升高導致冰川的成冰作用發(fā)生變化，積累區(qū)新雪向細粒雪、粗粒雪和冰川冰轉化所需的時間明顯縮短。冰川粒雪特征發(fā)生了顯著變化，表現在雪層厚度減薄、結構變簡單、各種粒雪的邊界變模糊。融水對雪層的改造加強。成冰作用變化導致冰川消融區(qū)持續(xù)擴大，冷滲浸帶消失，其他各成冰帶譜之間的界限上移，甚至冰川頂部邊緣亦受強烈輻射影響呈現了消融區(qū)特征。在氣溶膠從雪層記錄演化到冰川記錄化學過程中，自然和人為成因的礦物粉塵、重金屬元素、各種化學離子、氧同位素比率記錄均受到由消融產生的淋溶作用影響；淋溶作用對記錄的形成和保存有很大破壞作用，其臨界日均溫度為 –3.6℃，低于這一溫度，消融對冰川記錄的影響可以忽略不計，高于這一溫度，需要對記錄進行分析修正。氣候變暖，加劇了淋溶作用的發(fā)生，降低了冰芯記錄的分辨率。降雪—冰川冰演化過程響應氣候變化引起的成冰作用變化，一方面導致了冰芯記錄分辨率的降低，另一方面造成冰川向“暖性”特性的逐步變化，增加了冰川對氣候變化響應的敏感性。

6 結語

60 年來，天山冰川站面向大陸性冰川和中亞干旱區(qū)冰川，圍繞國際冰川學學科發(fā)展趨勢和國家冰雪水資源重大科技需求，在冰川學、第四紀冰川、冰川水文學、冰緣植被與生態(tài)方面取得了一批系統(tǒng)性原創(chuàng)成果。出版專著 20 余部，發(fā)表學術論文 1 300 余篇，其中 SCI 論文 300 余篇，包括國際冰川學主流雜志 Journal of Glaciology 50 余篇。培養(yǎng)了大批冰凍圈科學領域優(yōu)秀人才。先后獲得國家及省部級獎 10 余項，其中國家自然科學獎二等獎 1 項，國家科學技術進步獎二等獎 1 項，省部級自然科學獎一等獎 2 項、二等獎 5 項，省部級科學技術進步獎一等獎 2 項、二等獎 1 項。2 次榮獲中國科學院野外先進集體稱號。國際冰川學會（IGS）主辦的專業(yè)新聞性期刊 ICE（2011 年 157 期）指出：“1 號冰川是世界上僅有的少數幾條具有連續(xù) 50 年物質平衡觀測資料的冰川之一。針對 1 號冰川及其作用區(qū)的研究發(fā)現，以一種源源不斷的方式，為冰川物理學及冰川區(qū)氣象、水文和地貌研究領域作出貢獻，提高了人們對天山地區(qū)生態(tài)環(huán)境及冰川演變的認識。如今，天山冰川站是一個國際合作平臺，是中國和其他國家基于野外站這一模式進行觀測研究的典范”[31]。