SDG13 气候行动
冰川与北极海冰应对气候响应认知（2019）
尺度级别：区域
研究区域：“一带一路”沿线国家和地区 冰川是气候变化的天然指示器，对气候变化响应非常敏感。近百年来随着全球与区域温度升高，全球的冰川整体上呈现出以退缩消融为主的变化特征。“一带一路”沿线冰川广为发育，冰川面积达10万平方公里。北极海冰是气候系统的重要组成部分，海冰的变化通过复杂的反馈过程对区域乃至更大尺度的天气气候产生重要影响，其变化是指示全球气候变化的重要标志。自1979年有卫星监测资料以来，北极地区的海冰加速融化，夏季北极地区甚至出现无冰区。因此，对时空三极的冰川与海冰开展现状监测与预测工作，具有重要的科学意义和应用价值。
对应目标：13.3 加强气候变化减缓、适应、减少影响和早期预警等方面的教育和宣传，加强人员和机构在此方面的能力
方法
卫星影像匮乏年代的历史冰川编目数据以地形图为主，通过与航拍相片校正，以手工数字化的方式获取冰川边界。后期利用Landsat 遥感影像采用人工目视解译和波段比值分类法提取冰川分布，然后参考地形图、ASTER影像、Google Earth和第一次冰川编目资料对冰川矢量边界进行人工修订和数据质量检查，以保证冰川轮廓（尤其是表碛覆盖区）被准确识别。再基于DEM数据提取流域边界和山脊线，划分出单条冰川。在海冰预测方面，采用中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室（IAP-LASG）自主研发的 FGOALS-f2.1季节内-季节气候预测系统，包括大气-海洋-陆地-海冰四个分量模式和一个耦合器: 大气分量采用 IAP-LASG自主研发的大气环流模式FAMIL2.1。模式采用有限体积立方球面网格的动力框架，水平分辨率近似1度，垂直方向分为32层，模式层顶为2.16 hPa（约 45 km）。预测系统采用松弛逼近方法实时同化大气和海洋的再分析资料，同化资料为美国全球预测系统（Global Forecast System，GFS）再分析资料和海表温度（Optimum Interpolation Sea Surface Temperature，OISST）实时海洋资料，时间分辨率和同化时间窗口为6小时。其中，大气分析场包括标准等压面风场、温度场和高度场数据，海洋包括海表分析数据。
所用数据
①1:10万和1:5万地形图；
②Landsat MSS/TM/ETM/OLI数据；
③RGI6.0（Randolph Glacier Inventory 6.0）、第一次中国冰川编目数据和第二次中国冰川编目数据；
④GFS 实时再分析资料，OISST 实时海洋资料。
结果与分析
监测了“ 一带一路”沿线地区15个流域冰川（阿姆河与萨尔温江未统计）自1969s年来的变化，总体冰川面积减少了9,300平方公 里，退缩了17.2%。西风环流北支影响下的伊犁河- 河西内陆流域冰川面积减少较快，年变化率超过0.8% a-1；印度季风影响下的恒河、雅鲁藏布江、湄公河次之；青藏高原内陆流域、塔里木河冰川年变化率最小。在西风带南支与印度季风交汇的印度河流域冰川面积几乎无变化甚至出现面积增加的趋势（图1）。更详细的数据显示，中国天山、祁连山1969年前后冰川总面积为8,487 km2 和1,986 km2。中国天山冰川在1969-2013年间萎缩了16.5%。我们也发现冰川的规模与分布对气候变化影响的差异性，即冰川规模大的流域，如面积较大的阿克苏河流域和渭干河流域冰川面积退缩率（小于0.5% a-1）和面积较小的白杨河和开都河流域（面积退缩率大于1.0% a-1）差异较大，反映了小冰川对气候变化更敏感。祁连山在1970-2018年间共减少冰川面积为683.67 km2，冰川退缩了34%，合0.7% a-1。
图1. “ 一带一路”沿线地区15 个流域冰川面积年变化率
基于FGOALS-f2季节预测系统2019年6月1日起报的海冰预测数据，6月30日北极海冰范围为9.28百万平方公里，海冰范围分布如图2右图所示。可以看出，相比于美国国家大气冰雪中心NSIDC的数据，FGOALS-f2预测结果具有很高的相似度，这可以为北极航道开发等相关战略规划提供参考信息。该案例提出的方法和生产的海冰预测数据可以为联合国2030可持续发展提供空间数据和决策支持。
图2. (左图) NSIDC观测的2019年6月30日北极海冰范围，(右图)FGOALS-f2预测系统6月1日预测的2019年6月30日北极海冰范围
| 成果要点 |
| 自1969年以来“ 一带一路”沿线地区15个流域的冰川除印度河以外均表现为不同程度的萎缩，面积减少了17.2%。受西风环流北支影响的伊犁河- 河西内陆流域冰川面积减少率超0.8%a-1。 |
展望
加强冰川变化对水资源影响的认识，是合理利用冰川融水资源的前提，可以为区域基础能力建设提供数据支持，尤其是对已经出现的水资源过度利用和生态环境问题的河流，应引起足够的重视。未来将对冰川、冰川相关灾害及冰川水资源进行监测，并分析冰川变化及其对气候的响应机制和演化趋势。北极海冰对气候变化响应敏感，未来，我们将实时发布和更新（例如每天）北极海冰预测产品；同时，将深入分析北极海冰消融及其对气候反馈的物理机制以及海冰的演变趋势；研究北极海- 冰- 气相互作用及其对天气气候的影响。
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