玉龙雪山局地小气候及其对冰川变化的影响

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冰川被誉为“大陆温度计”,全球气候变暖背景下,世界冰川呈加速消融态势。位于我国最南、亚欧大陆纬度最低的现代冰川区一玉龙雪山,因其拥有对气候变化反应敏感的海洋型冰川,而被认为研究气候变化与冰川波动的理想地点。同时玉龙雪山位于我国第一、第二级地势阶梯过度带上,地质构造复杂,岭谷高差巨大,山地垂直自然带发育。在亚热带纬度、高原、山地和季风综合作用下形成了集亚热带、雪山河谷、季风气候于一体的复杂山地—冰川气候环境,不仅是我国也是世界上独具特色的地理单元之一,是研究生物学和地理学中许多重大理论问题的关键区域之一。因此本研究选取玉龙雪山为研究对象,通过对不同时间和空间尺度气象要素的分析,基本认清了发育海洋型冰川的玉龙雪山地区局地小气候特征,并在此基础上探讨了其对该区冰川变化的影响,为深入探究海洋型冰川变化对气候变化的响应机理奠定基础,为全面开展山地冰川区的各种模式研究提供基础的气象参数指标。  本文利用近冰川区自动气象站资料,对比分析了海洋型冰川近地层气象要素分布特征与大陆型冰川的差异;利用玉龙雪山东坡梯度气象观测资料,系统阐释了发育海洋型冰川的玉龙雪山地区山区立体气象要素分布特征;利用丽江及其周边气象站点资料,详细了解了近半世纪以来玉龙雪山地区气候的趋势、突变及周期特征;在以上研究基础上结合玉龙雪山冰川变化资料,初步探讨了玉龙雪山地区局地气候变化对冰川变化的影响。主要结论如下:  (1)与大陆型冰川一致,海洋型冰川气温日变化也呈单峰单谷型分布,均表现出升温快降温慢的特点;受季风气候影响,研究区干季相对湿度小,湿季相对湿度大,年均相对湿度为73.3%,与相对湿度相比,研究区水汽压变化更受控于气温;受冰川“冷效应”影响研究区干季风速大,湿季风速小;因冰川规模较小,所以该区冰川风不发达,谷风发育强劲;受季风期云雨影响,白水1号冰川区总辐射在季风前期达到最大值,季风期达到极小值。白水1号冰川末端4300 m处5-10月日均气温高于0℃;冰川区4800 m处6-9月气温高于0℃,较高的日最低气温值及日积温值使冰川区4800 m处7-9月降水几乎全部为液态降水,冰川区无净物质输入。冰川区4800 m处相对湿度与降水量一致,均呈春夏双峰型月变化特征。  (2)气温随海拔高度变化相对严格的满足线性递减规律,相关系数可达0.99。由于冰川的存在及冰川下垫面性质的季节变化,使研究区气温直减率存在显著的时空变化。受冰川下垫面性质的季节变换影响,冰川区冬季气温直减率最大为0.75℃/100m,季风期最小为0.50℃/100m。冰川下部,气温直减率最大值发生在季风前期为0.70℃/100m,最小值发生冬季为0.50℃/100m。季风期降水量年际之间差异较大,降水量随海拔高度呈线性递增趋势。丽江至甘海子降水梯度较大,6-9月降水梯度为74.3 mm/100m,甘海子至冰川末端降水梯度较小,6-9月为13.4mm/100m,线性趋势平缓。研究区季风爆发强度大,撤离速度慢——表现为爆发期降水次数少、降水强度大,撤离期降水日数多、降水量小。冬半年降水事件主要发生在3-4月及11月。冰川区冬半年降水事件与低海拔地区的甘海子、牦牛坪同步,但由于山谷冰川地形及风吹雪的影响,冰川区冬季积累量大于实际大气降雪量。  (3)1951-2011年丽江气温呈明显的上升趋势,增温倾向为0.14℃/10a,年平均气温均值为12.8℃。Mann-Kendall突变检验结果表明气温在1998年前后存在显著突变,突变后均值增长0.7℃。干季增温较湿季显著,年增温倾向的主要贡献因子为干季增温。干季气温与年气温的小波变换特征相似,目前处在气温偏高期。维西、德钦气温变化趋势与丽江一致,近半世纪以来均呈上升态势,随海拔高度升高增温幅度加大,突变时间提前。研究区降水量年际差异较大,线性变化趋势不显著,丽江降水均值为966.7mm。Mann-Kendall突变检验结果显示,1987年左右降水量存在突变。5-10月丽江湿季降水百分率在85-99%之间,季风降水特征显著。小波变换分析结果显示,湿季降水与年降水呈基本相同的信号特征,湿季降水量变化是年降水量变化的主导因子,目前处在降水偏少期。区域降水变化表明年降水量随海拔高度的升高而减少。冷季缩短、不同海拔高度气温均有增加是玉龙雪山东坡不同海拔高度气温变化的主要特征,其中冰川区增温值最大为2.2~2.5℃,主要由冰川冷效应减弱引起。同时冰川冷效应减弱使冰川下部气温直减率变小,冰川上部气温直减率变大。  (4)恢复后冰川末端及冰川区正、负积温及正积温日数在上个世纪80年代末至90年代初均存在显著突变,突变后正、负积温及正积温日数均显著增加,突变时间较丽江气温突变时间早,表现为随海拔高度升高突变时间提前,表明冰川区对气候变暖的响应更敏感。以1998年为分界点,1998年之前白水1号冰川末端海拔进退受气温和降水共同控制。1998年以后,结合丽江地区气温的显著增加,冰川区正积温、负积温、正积温日数在2000年以后线性倾向加大,使气温升高成为1998年以后白水1号冰川末端退缩的主要影响因子,较高的积温值及较长的消融时间,使大降水时期并不能缓解高温带来消融,冰川处于强烈的物质亏损状态,冰川末端海拔持续上升,冰舌退缩速率加快。2009-2013年冰川区处于强烈的物质亏损期,较高的最低气温及日积温值,使冰川表面夏季(7-9月)积雪全部消融,冰川反照率大大减小,又进一步增加了冰川区气温,冰川区冬季降雪的积累不足以弥补夏季高温带来的消融,冰川表现出强烈的物质亏损。
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