气候变化影响与风险：气候变化对冰川影响与风险研究
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作者刘时银,张勇,刘巧 等
出版社中国科技出版传媒股份有限公司
ISBN9787030519153
出版时间2016-08
装帧平装
开本16开
定价128元
货号8944820
上书时间2024-10-22
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目录
总序序前言第1章 绪论 1.1 中国西部冰川分布与变化评估 1.2 冰川变化影响评估 1.3 冰雪变化及其影响的评估思路 参考文献第2章 冰雪遥感监测技术与方法 2.1 遥感在冰川编目中的应用 2.1.1 基于遥感的冰川分类方法 2.1.2 基于遥感的冰川编目和变化监测流程 2.2 遥感冰川物质平衡研究 2.2.1 遥感冰川物质平衡研究的主要原理 2.2.2 基于遥感大地测量法的冰川区DEM获取 2.2.3 基于ICESAT的冰川物质平衡研究 2.3 其他遥感冰川应用研究 2.3.1 基于遥感的冰川运动速度提取 2.3.2 基于遥感的冰川雪线提取 2.3.3 基于遥感的冰川反照率提取 2.3.4 基于遥感的冰川表面温度提取 2.4 遥感积雪属性研究 2.4.1 积雪面积遥感调查 2.4.2 积雪水当量遥感反演 2.4.3 积雪反照率遥感反演 2.4.4 积雪粒径遥感反演 2.4.5 遥感调查地面验证 参考文献第3章 冰川分布与变化 3.1 冰川分布 3.1.1 总体分布现状 3.1.2 各山系冰川数量与分布 3.1.3 各水系冰川数量与分布 3.1.4 冰川的表碛覆盖 3.1.5 冰川的高度特征 3.2 冰川变化 参考文献第4章 冰川物质平衡与径流观测 4.1 冰川物质平衡与冰川径流 4.1.1 基本概念和定义 4.1.2 全球和中国西部的冰川物质平衡监测 4.2 冰川物质平衡的监测和研究方法 4.2.1 测杆法 4.2.2 水量平衡法 4.2.3 大地测量法 4.3 观测物质平衡变化 4.3.1 全球尺度冰川物质平衡 4.3.2 中国冰川物质平衡 4.4 观测的冰川径流变化 4.4.1 全球尺度 4.4.2 中国冰川径流监测 参考文献第5章 冰川物质平衡与径流模拟 5.1 冰川物质平衡与径流过程 5.1.1 冰川物质平衡 5.1.2 冰川径流 5.1.3 冰川物质平衡与径流模拟 5.2 冰川尺度物质平衡与径流模拟 5.2.1 度日模型 5.2.2 能量-物质平衡模型 5.2.3 表碛覆盖型冰川物质平衡模拟 5.3 区域尺度物质平衡模拟 5.4 流域尺度水文模拟 5.4.1 模型基本原理与结构 5.4.2 模型输入和输出数据 5.4.3 模型应用进展 5.4.4 西部典型流域冰川水文过程模拟与预估 参考文献第6章 中国冰川水资源 6.1 冰川水资源评估历史 6.1.1 概况 6.1.2 冰川径流空间分布 6.1.3 融水径流变化预估 6.2 冰川水资源现状评估 6.2.1 冰川冰储量估算 6.2.2 冰川水资源现状评估 6.3 冰川水资源变化预估 6.3.1 研究区概况 6.3.2 径流对气候变化响应 6.3.3 流域未来气候情景及冰川响应 6.3.4 流域未来径流预估 参考文献第7章 中国西部积雪水资源 7.1 积雪分布与变化 7.1.1 概况 7.1.2 积雪变化 7.1.3 融雪径流变化与影响 7.2 融雪过程模拟方法及气候变化情景模拟 7.2.1 融雪过程模拟方法 7.2.2 积雪水文模拟及预估 7.3 积雪水资源未来变化 参考文献第8章 冰川灾害 8.1 冰川灾害类型 8.1.1 雪崩 8.1.2 冰崩 8.1.3 冰川跃动 8.1.4 冰湖溃决洪水 8.1.5 冰川泥石流 8.2 冰川灾害分布 8.2.1 雪崩灾害分布 8.2.2 冰湖溃决洪水灾害分布 8.2.3 冰川泥石流灾害分布 8.3 冰川灾害与气候变化 参考文献第9章 冰湖变化与溃决灾害 9.1 冰湖分布与变化 9.1.1 冰湖遥感调查概述 9.1.2 中国西部冰湖分布 9.1.3 中国西部冰湖变化 9.2 冰湖渍决灾害评价 9.2.1 潜在危险性冰湖识别 9.2.2 冰湖溃决概率模型 9.3 典型湖溃决洪水模拟案例 9.3.1 冰碛湖溃决洪水 9.3.2 冰川阻塞湖突发洪水 参考文献第10章 结论与展望 10.1 结论 10.1.1 冰川遥感与冰川变化监测 10.1.2 冰川物质平衡／径流变化 10.1.3 冰川水资源变化 10.1.4 积雪水资源变化 10.1.5 冰湖变化与冰湖突发洪水灾害风险 10.2 展望 10.2.1 冰川监测 10.2.2 冰川水资源 10.2.3 冰湖及其突发洪水灾害
内容摘要
**章 绪论
高亚洲，外文文献中多以High Asia或High Mountain Asia表述，泛指包括青藏高原、帕米尔高原、天山和阿尔泰山等山系，拥有连片且海拔超过2000m山地所构成的地区。高亚洲不仅是除极地之外*大程度的冰川发育区，冰川面积约占优选冰川面积的1/6（Pfeffer et al.，2014），而且是中低纬度地区*大程度的多年冻土发育区和季节积雪分布区。冰川和冻土发育的高海拔地区是与高亚洲约20亿人口密切相关的数条大河（额尔齐斯河、锡尔河、阿姆河、伊犁河、黄河、长江、怒江、澜沧江、雅鲁藏布江、恒河、印度河，以及塔里木盆地内流区、准噶尔盆地内流区、河西走廊内流区、柴达木盆地内流区、青藏高原内流区）的水资源形成区，冰雪冻土波动在这些河流径流的季节、年际和年代际变化中扮演了十分重要的角色。受优选变暖影响，世界各地的冰川纷纷表现出退缩趋势，一些流域因冰川退缩，河川径流季节和年际过程有所改变，一些地区冰川洪水及其诱发泥石流有加剧趋势，因而，监测冰川变化，评估冰川变化对水资源变化和利用带来的深刻影响有巨大的现实需求。
1.1 中国西部冰川分布与变化评估
根据Randolph Glacier Inventory（RGI5.0）统计，优选除南极和格陵兰两大冰盖之外的冰川面积约为72.68×104km2，其中，高亚洲冰川面积约占优选冰川总面积的13.6%，而高亚洲冰川面积的52.4%位于中国。中国冰川主要分布于青藏高原、帕米尔高原、天山和阿尔泰山等地区。1978～2002年完成的中国**次冰川编目抢先发售查明我国冰川家底，结果表明我国是中低纬度地区冰川资源大国，也是世界上第三大冰川资源国（图1.1）。
自1958年祁连山冰川考察以来，我国科学家先后对西部各山脉主要冰川作用中心开展了野外考察和短期观测，并建立了天山冰川观测试验站。大量考察和观测数据，结合系统性的冰川编目数据，在理论分析和数值计算的基础上，对我国冰川的性质、各流域冰川数量及其融水补给作用、冰川灾害分布及其变化等有了较深入的认识，这些积累为不断深化冰川变化及其对水资源变化和灾害演化机理的认识水平奠定了基础。根据早期有限的冰川数据，施雅风和谢自楚（1964）将我国冰川划分为海洋型和大陆型，后者又可区分亚大陆型和极大陆型，这一分类系统在靠前外被广为接受。赖祖铭和黄茂桓（1988）根据测得的22条冰川冰温、表面运动速度、平衡线高度上的年平均气温、夏季平均气温和年降水等指标，将中国冰川划分为温型（海洋型）、亚极地型（亚大陆型）和极地型（极大陆型）三种类型，并抢先发售从区划角度给出上述各类型冰川的大致分布范围。之后，Shi和Liu（2000）指出温型（海洋型）冰川主要分布在藏东南和川西滇西北地区，包括喜马拉雅山东段、念青唐古拉山中东段和整个横断山系，占我国现代冰川总面积的22%；亚极地型（亚大陆型）冰川分布于阿尔泰山、天山、祁连山中东段、昆仑山东段、唐古拉山东段、念青唐古拉山西段、冈底斯山部分、喜马拉雅山中西段的北坡及喀喇昆仑山北坡，占我国冰川总面积的46%；极地型（极大陆型）冰川分布于昆仑山中西段、羌塘高原、帕米尔高原东部、唐古拉山西部、冈底斯西段和祁连山的西部，占我国冰川总面积的32%。
图1.1 高亚洲水系和冰川分布示意图
基于冰川性质的分类和分区，为大范围监测冰川变化，研究冰川变化对气候变化响应的空间分异规律奠定了理论基础。但是，受地形和气候双重控制的冰川发育规模和对气候变化响应的差异性，远比上述基于有限数据的冰川分类和分区要复杂得多，即使是范围不大的同一个流域，冰川进退幅度、融水径流影响程度等差别显著，甚至有前进与退缩共存的现象，如喀喇昆仑山、西昆仑山、慕士塔格山、公格尔久别峰地区等。这就要求在不断积累不同冰川各类属性和变化数据基础上，通过定量分析，揭示其差异响应的机理（谢自楚和刘潮海，2010）。
20世纪90年代之前，受观测条件和财力人力，冰川监测和研究是一项极为品质的活动，当时航空摄影测量和卫星遥感极为昂贵，只能在有限区域开展，地面考察和观测也较为有限，数据积累不足。随着靠前地球观测系统（EOS）计划的推动和一批面向EOS的卫星投入运行，大量开源遥感数据面向公众开放，地理信息系统技术的快速发展使得冰川变化监测得到同步腾飞，这也为利用多源遥感数据快速监测冰川变化提出了挑战，发展高效监测方法，快速更新冰川信息，可为相关学科应用研究提供准确数据。为适应技术发展，20世纪90年代我国**次冰川编目完成了数字化工作，建立了冰川编目数据库和基于小比例尺和一定数量的大比例尺地形图的冰川边界矢量数据集，并提交靠前相关组织和机构，产生了较大影响（施雅风等，2005）。近期对**次冰川编目数据修订、基于遥感的中国第二次冰川编目及其方法研究，均产生了较大的影响（刘时银等，2015；Guo et al.，2015）。
1.2 冰川变化影响评估
冰雪广阔的分布范围、高反射率特性和受温度控制的相态变化，使其成为地球表层系统*为活跃的组分，被视作气候系统五大圈层之一。冰雪一方面与大气间进行物质和能量交换，影响区域气候、海平面变化等；另一方面则直接参与水循环，成为流域水量平衡构成的重要组成部分，因而是重要的水资源。获取冰川变化数据，是流域冰川水资源评估的基础；利用冰川学理论知识，发展面向冰雪冻融过程的流域水文模型，是准确评估冰川变化对水资源影响的基础，因此，冰川水资源变化研究总是随着冰川数据信息完善和人们认识水平提高而不断深化。
所谓冰川水资源是指冰川融水径流转化为可利用的水资源，包括冰川区液态降水产生的径流。我国*早的冰川水资源系统评估始于20世纪80年代后期，是在西部经济建设和社会发展巨大需求推动下发展起来的。在当时仅掌握有限冰川数据，冰川水文监测站点稀少、数据稀缺背景下，借鉴苏联基于大量观测数据建立的冰川消融与夏季气温的关系，并在我国有限观测数据基础上进行完善，进而对无资料流域开展应用。在中国开展冰川研究之初，曾在祁连山开展过小范围冰雪黑化促进消融的试验（施雅风，1958；朱岗昆，1959）；采用径流分割法计算冰雪和积雪融水量（李涛和汤成奇，1958；刘昌明和张云枢，1959），得到玛纳斯河流域及河西内流区的径流组成，这些研究成果可谓是冰川水资源研究的开山之作。1962～1963年在乌鲁木齐河源天山冰川观测试验站开展了系统的冰川和水文实验观测，其研究成果汇编于《天山乌鲁木齐河冰川与水文研究》一书中，此后对珠穆朗玛峰、希夏邦马峰、托木尔峰、西藏南部和东南部、贡嘎山等相继开展了大规模的考察和观测，这些积累为中国抢先发售冰川水资源系统评估所采用的消融-气温估算法、径流模数/径流深法等推算冰川水资源奠定了基础，即便如此，抢先发售给出的中国冰川水资源评估成为我国西部水资源规划的重要参考（杨针娘，1991）。
20世纪80年代以来，随着面向流域尺度的概念性水文模型兴起，融雪径流模型在靠前一些流域开始应用，通过改进其对雪冰的模拟，新安江水文模型也在新疆开都河流域开展了应用试验（杨秀松等，1987）。20世纪90年代以HBV为模型平台，以GCM气候模式及其降尺度数据为驱动的流域水文模拟研究，迎来了冰川流域水文过程研究的新纪元（康尔泗等，2002），此外，冰川系统模型的提出，为开展第二次全国冰川水资源评估提供了新的工具和更新的评估结果（谢自楚等，2002）。
近年来，耦合冰川变化过程的水文模型（Zhao et al.，2015；Luo et al.，2013）在一些流域得到了应用。区域气候模式、遥感和地理信息系统技术、数据同化技术的飞速发展，推动了陆面模式以及流域尺度基于物理过程的分布式水文过程模拟的快速发展，使得区域尺度冰川变化及其对水资源影响的评估成为可能。然而，如何准确刻画冰川动态响应，能否在区域尺度或大流域尺度利用能量平衡原理模拟冰雪消融仍面临巨大挑战。
冰川灾害不同于一般的水灾或地质灾害，前者包括冰雪崩、冰川洪水及冰湖溃决突发洪水、冰川诱发的泥石流等，其评估方式既要考虑产流过程和特征，也需考虑冰川冰坝体或冰碛坝体稳定性，因而，需要在水文模拟基础上开展评估。气候变化导致的*端气温和降水事件，促使冰川消融型洪水的强度、季节特征和频率都有不同程度的变化，调查与冰川变化相关的冰川湖、冰碛湖、冰川周边地区松散堆积物分布、下游基础设施和居民分布等，模拟潜在洪水淹没和损失，才能给出可靠的评估结果，继而为政府部门提供经济而合理的应对策略。
1.3 冰雪变化及其影响的评估思路
已有的研究显示，我国西部冰川正经历以退缩为主的快速变化，对我国的水资源与潜在的冰川洪水灾害产生了较大的影响。目前的观测资料显示，我国的冰川融水径流呈增加趋势，此外，冰川退缩及其相伴而生的冰川湖泊的扩张、灾害性冰川水资源——冰川洪水事件也正频繁出现，这些都是气候变化背景下影响到我国山区的生产建设与规划、水资源合理调配与使用、生态恢复与安全保障等的现实问题。为了维持我国西北生态环境脆弱地区社会经济的可持续发展，亟须对我国冰川变化的水资源影响、冰川突发洪水、冰湖溃决洪水等问题进行系统综合的评估。我国以往的冰川研究由于模型方法、时空尺度以及资料等，导致对冰川变化过去影响评估较少，未来风险评估较薄弱，存在气候变化影响、脆弱性和风险的综合评估技术方法落后等不足。因此，在国家“十二五”科技支撑计划项目课题《气候变化对冰川的影响与风险评估技术》支持下，拟在前期研究和积累基础上研发我国冰川变化影响评估与风险预估的关键技术，从区域尺度系统、定量评估冰川变化的影响，降低影响评估的不确定性，以便更好地应对气候变化的迫切需求与制定适应气候变化的措施与法规。
综观靠前外众多水文模型，基本以降雨-径流产汇流过程为主要研究对象，冰雪径流模拟相对缺失，原因在于基于物理机制的冰雪产汇流过程复杂，模拟困难；而参数化冰雪产流模型也因冰川/积雪观测数量少、参数确定代表性难以评估，从而导致面向区域尺度的模拟分析存在不确定性。课题拟在以往研究的基础上，充分利用现有各典型冰川和代表性流域定位观测数据，开展基于物理机制和参数化方案的冰雪产流模型对比研究，优选*佳冰雪产流参数化方案，从而构建耦合冰雪产流模拟面向流域尺度的水文模型，使冰川变化影响的评估结果更加准确可信。为确保上述模拟结果的可靠性，拟对提高面向无观测流域驱动数可靠性方面做些尝试，以高分辨率气候数据为本底，结合各类卫星数据产品及西部地区不同时期短期观测数据，改善山区网格气候数据精度。为更好地率定模型主要参数，拟充分使用项目已有的冰川规模变化和基于遥感的区域冰川物质平衡变化数据资源，从而改善冰川积累和消融的模拟水平。
本书是上述研究成果的总结，系统介绍了冰川和积雪动态监测方法、流域尺度冰川变化对径流过程的影响模拟方法、冰湖动态监测和潜在危险性识别方法等*新进展，以及基于这些方法对重点流域冰川变化对水资源和灾害影响的评估结果，以期为其他地区的相关研究及流域水资源利用和灾害风险管理领域提供参考。
参考文献
第2章 冰雪遥感监测技术与方法
进入21世纪以来，遥感技术（Remote Sensing，RS）、地理信息系统（Geographic Information System，GIS）和优选定位系统（Global Positioning System，GPS）等（统称为3S技术）新型地理数据测量与处理技术获得了飞速发展。作为冰冻圈地面观测的重要补充，3S技术在对冰冻圈各要素的监测及信息提取方面发挥着日益重要的作用。本章首先介绍了遥感等技术在冰川编目中的应用，其次描述了在冰川学研究中（如物质平衡、运动速度、雪线等）的相关遥感技术与方法，*后介绍了遥感技术在积雪调查中的应用。
2.1 遥感在冰川编目中的应用
遥感在冰川学研究中*早的应用就是用于冰川编目。在中国**次冰川编目中，大量地参考了航空遥感的成果（即航空像片）和早
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冰川、积雪是冰冻圈重要的组成部分，对气候变化响应灵敏。我国的冰川主要分布在青藏高原及周边山地，天山、阿尔泰山等地区，这些冰川构成了我国干旱半干旱地区的固体水库，冰川的变化影响到当地的水资源、绿洲农业、生态系统、生物多样性、沙漠化等。目前的观测资料显示，我国西部冰川融水径流呈增加趋势，但其拐点出现的时间需要进行综合评估。此外，冰川退缩及其相伴而生的冰川湖泊的扩张、灾害性冰川水资源-冰川洪水也正频繁出现，这些都将影响到我国山区的生产建设与规划、水资源合理调配与使用、生态恢复与安全保障等。《中国西部冰雪资源变化与影响评估》一书系统总结了目前应用于我国西部典型区（流域）的冰川变化、冰川物质平衡、冰川径流监测、模拟和分析其变化与影响的评估方法和技术，同时涵盖了与冰川变化相关的灾害监测和风险评估技术。针对各个内容，本书从野外和遥感监测技术，到理论方法和过程模拟研发技术，结合典型区的应用实践，系统全面的对我国西部冰雪资源变化与影响评估的相关技术方法进行了总结。本书不仅可作为政府相关部门提供决策参考，同时也可为现代冰川学研究的参考书目，具有重要的理论和实践价值。
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