新知｜“亚洲水塔”变化对青藏高原河流水系的影响知几何？丨观天测地
编者按：从古至今，人类从未停止过探索未知世界的脚步，认知世界的能力和手段与日俱增。中科院之声与中国科学院空天信息创新研究院联合开设“观天测地”专栏，为大家介绍天上地上探索的那些事儿，带来空天信息领域最新进展，普及科学知识。
青藏高原及周边地区平均海拔4000m以上范围内广泛分布着冰川（面积约10万平方公里）、积雪（常年积雪面积约为30万平方公里）、多年冻土（面积约为130万平方公里）和湖泊（面积大于1平方公里湖泊数量为1400个，总面积约为5万平方公里）等固态和液态水体，被誉为“高原水塔”，又因其是亚洲10条大江大河的发源地，亦被称为“亚洲水塔”。
“亚洲水塔”（姚檀栋等，2019）
“亚洲水塔”是下游亚洲大河文明的重要水源地，发源于此的主要河流水系包括黄河、长江、澜沧江-湄公河、怒江-萨尔温江、伊洛瓦底江、雅鲁藏布江-布拉马普特拉河、恒河、狮泉河-印度河、阿姆河、塔里木河等，各河流水系下游流域覆盖范围巨大，横跨了东亚、东南亚、南亚、中亚的广大区域。其中，黄河、长江、恒河、印度河等河流在“亚洲水塔”河源区产流量占其流域径流总量最高比例可达30%以上。
全球变暖致使“亚洲水塔”失衡失稳
过去50年来，青藏高原以高于全球其他地区平均值2倍的幅度快速升温，使得“亚洲水塔”呈现整体失衡失稳的特征，主要表现为冰川加速退缩、冻土消融退化、湖泊显著扩张、径流增加、水循环加强以及滑坡与泥石流等灾害加剧等。
20世纪70年代以来不同时段青藏高原及周边地区冰川物质平衡变化（单位：米水当量/每年）（王宁练等，2019）
青藏公路沿线活动层厚度平均变化趋势（赵林等，2019）
青藏高原湖泊数量与面积变化（朱立平等，2019）
青藏高原常见地质灾害分布（崔鹏等，2019）
“亚洲水塔”变化对青藏高原河流水系产生了哪些影响？
改变河流径流量
青藏高原上的河流水系作为区域液态水的外流出口，冰川积雪和冻土消融、降水增加产生的地表径流和部分地下水都将改变河流的流量。基于河流源区主要江河水文站实测径流资料分析发现，由于降水增多、气温升高等气候变化的影响，青藏高原多数区域地表河川径流量呈现增加趋势，季节过程也发生了明显变化。
青藏高原主要河流径流量变化（张建云等，2019）
改变河流输沙量
青藏高原的河流不仅是重要的水源，同时也是重要的海洋泥沙输移介质。据估计，全球入海的泥沙约有1/3来自青藏高原及其周边地区的大河。最新研究表明，1960-2017期间，除黄河源、长江源外，发源于青藏高原的其他河流输沙量呈增加趋势。
典型河流1960-2017年气温、降水量、径流量和输沙量变化率及显著性检验（张凡等，2019）
改变河流水系结构
河流径流量、输沙量的变化以及湖泊溃决、滑坡、泥石流、洪水等灾害事件的持续影响最终将改变化河流水系的地形地貌，甚至引发河流改道及内流和外流水系的转换。
青藏高原卓乃湖-盐湖流域河湖水力联系重构示意图（王太军和杨勇，2020）
未来青藏高原河流水系会怎么变化？
虽然，全球各国正倡议并试图通过节能减排行动来减缓地球的升温趋势，作为地球的第三极，青藏高原在过去的升温过程中，升温趋势远高于全球平均水平。受其特殊的地形地貌特征的影响，在全球气候达到下一个平衡临界点之前，该区域大概率还会以高于全球的升温幅度保持现有的演化趋势，即冰川积雪和冻土持续融化、湖泊持续扩张、河川径流持续增加、河湖水系统稳定性持续下降，更多的河流水系将在水沙通量和地貌形态甚至水力联系上发生巨大变化，从而影响高原内及下游河流水系影响区域生态环境和经济社会的可持续发展。
全球山地区域具有内流-外流水力联系的流域，青藏高原有29个（Lu et al., 2021）
自2018年至今，空天信息创新研究院卢善龙课题组持续关注和研究青藏高原河流与湖泊水系统变化，并通过对气候变化引发的长江源可可西里卓乃湖-盐湖流域湖泊溃决—湖泊流域沙化—河湖水力联系重构等连锁水文生态问题的研究，认为长江源卓乃湖-盐湖流域河流湖泊水系统水量显著增加、湖泊溃决、河湖水力联系重建等河流湖泊水系统变化是在青藏高原水系统整体失衡失稳过程中形成的，它是气候变化和人类活动共同作用推动形成的地表河湖水系统演化新模式。
卢善龙课题组认识到在上述变化过程驱动和影响下，青藏高原河流水系统正在发生或即将发生深刻变化，然而，过去和现有研究对于这一变化过程、驱动因素、未来趋势和影响等问题还缺乏系统的研究和认识。因此提出：应对青藏高原各大河流源区的水系结构、水文特征、水系变化的驱动因素以及未来气候变化情景下的青藏高原河流水系结构及水量变化对下游流域及国家水资源安全的影响等进行研究，并制定不同情景下的旱涝灾害的应对性减灾策略。该课题组认为，这一研究，对于丰富和理解气候变化背景下高原水塔失衡失稳的科学内涵、过程机理、减缓和应对这一演化趋势，以及减少对我国及下游国家水安全负面影响，均具有十分重要的科学意义和应用价值，同时对开展全球其他气候变化影响严重区域河流系统变化研究，也具有重要参考价值。
参考文献：
1.Lu, S., Jin, J., Zhou, J., Li, X., Ju, J., Li, M., Chen, F., Zhu, L., Zhao, H., Yan, Q., Xie, C., Yao, X., Fagherazzi, S. 2021. Drainage basin reorganization and endorheic-exorheic transition triggered by climate change and human intervention. Global and Planetary Change, 201: 103494.
2.崔鹏, 郭晓军, 姜天海等. 2019. “亚洲水塔”变化的灾害效应与减灾对策. 中国科学院院刊, 34(11): 1313-1321.
3.汤秋鸿, 刘星才, 周园园等. 2019. 亚洲水塔”变化对下游水资源的连锁效应. 中国科学院院刊, 34(11): 1306-1312.
4.王宁练, 姚檀栋, 徐柏青等. 2019. 全球变暖背景下青藏高原及周边地区冰川变化的时空格局与趋势及影响. 中国科学院院刊, 34(11): 1220-1232.
5.王太军, 杨勇. 2020. 卓乃湖溃决之后“独一无二”的自然演变会不会引发连锁反应？中国国家地理，6：160-175.
6.姚檀栋，邬光剑，徐柏青等. 2019. 亚洲水塔”变化与影响. 中国科学院院刊，34(11)：1203-1209.
7.张凡, 史晓楠, 曾辰等. 2019. 青藏高原河流输沙量变化与影响. 中国科学院院刊, 34(11): 1274-1284.
8.张建云, 刘九夫, 金君良等. 2019. 青藏高原水资源演变与趋势分析. 中国科学院院刊, 34(11): 1264-1273.
9.赵林, 胡国杰, 邹德富等. 2019. 青藏高原多年冻土变化对水文过程的影响. 中国科学院院刊, 34(11): 1233-1246.
10.朱立平, 张国庆, 杨瑞敏等. 2019. 青藏高原最近40年湖泊变化的主要表现与发展趋势. 中国科学院院刊, 34(11): 1254-1263.
作者：卢善龙，金继明，陈甫，唐海龙，李明阳等
来源：中国科学院空天信息创新研究院