青藏高原典型冰川物質(zhì)平衡變化與大氣環(huán)流關(guān)系初探

青藏高原獨(dú)特的地理條件和特殊氣候形勢孕育了中低緯最廣闊的高原冰川區(qū)[1]。冰川對天氣、氣候變化的反應(yīng)十分敏感，全球變暖導(dǎo)致大部分冰川都出現(xiàn)了不同程度的退縮，冰川物質(zhì)平衡“赤字”加重。青藏高原冰川消融的加劇已引起其下游十幾條江河徑流發(fā)生不穩(wěn)定的變化[2]。冰川物質(zhì)平衡，指冰川在一定時間內(nèi)的物質(zhì)變化即積累與消融之差，是冰川發(fā)育水熱條件的綜合反映，與當(dāng)?shù)貧夂蜃兓芮邢嚓P(guān)，可將其看作冰川對天氣一氣候形勢變化響應(yīng)的參數(shù)。

青藏高原冰川變化對氣候變化的響應(yīng)及冰川變化的預(yù)測研究，較早便引起了國內(nèi)學(xué)者的重視，但直接揭示冰川變化與大氣環(huán)流異常及環(huán)流形勢關(guān)系的研究較少[3]。當(dāng)前冰川與大氣環(huán)流關(guān)系的研究多聚焦于冰芯代用指標(biāo)及降水穩(wěn)定同位素和大氣環(huán)流指數(shù)關(guān)系的討論[4。盡管冰川變化與天氣、氣候的關(guān)系復(fù)雜，但冰川的物質(zhì)平衡主要受當(dāng)年天氣、氣候的影響，可以建立冰川物質(zhì)平衡序列與大氣環(huán)流參數(shù)定量及定性的聯(lián)系?？蹬d成等[5對天山和祁連山冰川物質(zhì)平衡與大氣環(huán)流形勢的配置進(jìn)行了診斷分析，總結(jié)了有利于冰川物質(zhì)積累和虧損的天氣形勢場，但受資料限制，因此研究可進(jìn)一步深入。利用青藏高原地區(qū)典型冰川變化數(shù)據(jù)，針對性揭示青藏高原冰川變化和大氣形勢場及大氣環(huán)流因子之間的關(guān)系，為深入研究青藏高原冰川變化和天氣、氣候的相互作用以及其物理機(jī)制提供基礎(chǔ)依據(jù)。

1資料與方法

1.1 資料來源

冰川物質(zhì)平衡數(shù)據(jù)來自相關(guān)論文及專著、中國第二次冰川編目數(shù)據(jù)、天山冰川觀測試驗站年報等。其中有較長時間序列物質(zhì)平衡監(jiān)測的冰川有烏魯木齊河源1號冰川（1960—2014年）祁連山七一冰川（1975—2010年）、小冬克瑪?shù)妆ǎ?989一2010年）、抗物熱冰川（1992—2010年）[6-7]。天氣形勢場資料主要取自NCEP/NCAR再分析資料，大氣環(huán)流因子數(shù)據(jù)來源于中國氣象局國家氣候中心。

1.2 研究方法

通過對冰川資料進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，篩選得到冰川積累、消融異常年。首先，以1981一2010年作為一個氣候標(biāo)準(zhǔn)年，冰川物質(zhì)平衡主要受當(dāng)年暖季（5一9月）天氣、氣候影響，對 500hPa 距平場做合成分析，以此來分析氣候場在正負(fù)異常年中的特征；其次，通過形勢場分析相關(guān)關(guān)系密切的區(qū)域，在通過 95% 顯著性檢驗后對顯著相關(guān)區(qū)域的環(huán)流因子進(jìn)行檢驗；最后，有針對性地揭示青藏高原典型冰川變化與大氣形勢場及大氣環(huán)流因子之間的相關(guān)關(guān)系。

2 結(jié)果與分析

2.1冰川物質(zhì)平衡變化

根據(jù)圖1可知，各典型冰川變化趨勢總體具有一致性，但位于高原內(nèi)部小冬克瑪?shù)妆ǖ牟▌臃雀?，大陸?nèi)部水汽輸送受到地形的阻攔，受大陸性氣候影響較大?？傮w來說，由于全球變暖及冰川對氣候變化靈敏性極強(qiáng)，全球大部分高山冰川出現(xiàn)消融退縮，近幾十年來這一退縮又表現(xiàn)為加速狀態(tài)[8]。烏魯木齊河源1號冰川從1997年開始出現(xiàn)了持續(xù)12年的退縮，這種現(xiàn)象是歷史上從未出現(xiàn)過。

2.2冰川變化與形勢場之間的關(guān)系

根據(jù)圖2，各典型冰川暖季物質(zhì)平衡正異常年中，冰川呈消融狀態(tài)形勢場有2種情況：（1）脊區(qū)型（圖2a、圖2b、圖2d）：中高緯為兩槽一脊的環(huán)流形勢，冰川分布區(qū) （80^°～100^°E ）受到強(qiáng)大高壓脊的控制，槽分別位于北歐和鄂霍次克海地區(qū)。冰川分布區(qū)天氣晴好，氣溫高，降水少，有利于冰川的消融。2）緯向風(fēng)型（圖2c）：中高緯槽脊活躍且強(qiáng)度大，低緯地區(qū)處在平直的緯向西風(fēng)帶中，溫度變化不大，消融更多是因為降水少，冰川積累量小。

由圖3可知，以烏魯木齊河源1號冰川為例，暖季物質(zhì)平衡負(fù)異常年形勢場統(tǒng)一為槽區(qū)型：亞洲西部的烏拉爾山一帶與東部鄂霍次克海一帶有高壓脊，巴爾喀什湖至貝加爾湖一帶為低壓槽區(qū)，冰川分布區(qū)（80^°～100^°E ）受到強(qiáng)大的負(fù)變高的控制，南部有南支槽波動，有較好的水汽輸送條件，降水多氣溫低，有利于冰川的積累。

2.3 冰川變化與大氣環(huán)流因子之間的關(guān)系

首先，通過形勢場分析相關(guān)關(guān)系密切的區(qū)域，在通過 95% 顯著性檢驗后小冬克瑪?shù)妆ǖ呐R界相關(guān)系數(shù)為0.42，烏魯木齊河源1號冰川為0.25，祁連山七一冰川為0.27，抗物熱冰川為0.43。其次，對顯著相關(guān)區(qū)域的環(huán)流因子進(jìn)行檢驗，重點考慮其上游地區(qū)。最后，從74項環(huán)流因子中篩選東太平洋副高面積、強(qiáng)度，北美副高面積、強(qiáng)度，大西洋副高面積、強(qiáng)度，亞洲區(qū)極渦面積、強(qiáng)度，大西洋歐洲區(qū)極渦面積、強(qiáng)度，大西洋歐洲環(huán)流型W，北大西洋濤動，印緬槽，大西洋海溫，熱帶印度洋全區(qū)一致海溫模態(tài)，南海季風(fēng)等14個相關(guān)指數(shù)進(jìn)行分析，詳見表1。小冬克瑪?shù)妆ㄎ挥谇嗖馗咴胁?，其與8個環(huán)流指數(shù)存在較好的遙相關(guān)關(guān)系。其中與北大西洋濤動指數(shù)相關(guān)性最大，其相關(guān)系數(shù)為0.66。有研究表明在北大西洋濤動指數(shù)偏強(qiáng)年份，北大西洋中高緯度的低壓槽南升加強(qiáng)，會導(dǎo)致烏拉爾山高壓脊向東移動，高原上游的副熱帶西風(fēng)急流加強(qiáng)東進(jìn)，高原上空的水汽輸送通量強(qiáng)度增強(qiáng)，切變線北移，水汽輻合增強(qiáng)，導(dǎo)致高原北部的降水偏多[9-10]。此外，當(dāng)印度洋海溫偏高時印度夏季風(fēng)會偏弱，高原降水普遍偏多，冰川有所積累，為負(fù)相關(guān)。烏魯木齊河源1號冰川處于高原北部，天山山脈中部，其與印度洋海溫因子存在較為密切的負(fù)相關(guān)關(guān)系，其影響與小冬克瑪?shù)妆ㄒ恢隆?/p>

除上述因子影響，該冰川位置偏北，受到極渦影響更為明顯，與亞洲極渦面積呈正相關(guān)。祁連山七一冰川位于高原東北邊緣，其與上游大西洋附近因子存在負(fù)相關(guān)關(guān)系，與亞洲極渦面積存在較為密切的相關(guān)關(guān)系?？紤]祁連山七一冰川位置偏北，受到極渦影響更為明顯，但較烏魯木齊河源1號冰川所受的影響偏弱，其受到當(dāng)?shù)丨h(huán)流場影響更加顯著。抗物熱冰川位于高原南部，其與大西洋歐洲環(huán)流型W、南海季風(fēng)存在較好的相關(guān)關(guān)系。

3小結(jié)與討論

（1）通過對暖季不同冰川積累和消融異常年合成500hPa 高度距平場分析，可以將形勢場做統(tǒng)一概括。冰川消融型： ① 脊區(qū)型，為中高緯兩槽一脊的環(huán)流形勢，冰川分布區(qū)受到強(qiáng)大的高壓脊控制，槽分別位于北歐和鄂霍次克海，天氣晴好，氣溫高降水少，有利于冰川的消融； ② 緯向風(fēng)型，中高緯槽脊活躍且強(qiáng)度大，低緯地區(qū)處在平直的緯向西風(fēng)帶中，溫度變化不大，消融更多是因降水少，冰川積累量小。冰川累積型：槽區(qū)型，亞洲西部烏拉爾山與東部鄂霍次克海一帶有高壓脊，巴爾喀什湖至貝加爾湖一帶為低壓槽區(qū)，該區(qū)降水較多氣溫高，有利于冰川累積。

（2）不同位置冰川受因子影響的程度不同，青藏高原北部冰川受大西洋副高面積、強(qiáng)度，大西洋濤動等因子影響較大；中部及靠近東部的冰川受到亞洲極渦影響較大；上述三處冰川物質(zhì)平衡變化均與印度洋海溫有一定聯(lián)系，而南部冰川受到南海季風(fēng)影響較大。

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