第七届青年地学论坛

冰川物质平衡是表征冰川积累和消融量值的重要冰川学参数之一，主要受控于能量收支状况，对气候变化有敏感的响应。物质平衡及其动态变化是引起冰川规模和径流变化的物质基础，是连结冰川与气候、冰川与水资源的重要纽带。传统的物质平衡监测主要利用花杆/雪坑法，但受限于高海拔、陡峭地势、耗时费力等。近年来利用不同时期数字高程模型（DEM）差值，使得评估大尺度、长时间序列的冰川物质平衡成为可能，但在认识冰川变化的物理机制及对气候变化响应过程和机理方面存在一定的限制。目前国内外冰川学聚焦于冰川物质平衡模拟。主要涉及度日模型等半经验的方法和基于能量平衡描述冰川物理过程的表面能量-物质平衡模型。但这些模型仅考虑了表面物质平衡，且忽略冰川表层以下的能量-物质交换，而由德国柏林洪堡大学研制开发的COSIMA模型，则充分考虑了大气、冰川表面以及表面以下10 m内雪层的物质和能量交换过程，通过建立物质平衡与气象要素（如气温、降水、辐射等）变化之间的关系，可实现对整条冰川规模、小时尺度的冰川物质平衡模拟计算。鉴于此，基于天山乌鲁木齐河源1号冰川2018年消融期冰面气象站和物质平衡观测数据，利用COSIMA模型，分别开展了单点和分布式冰川能量-物质平衡模拟研究，以期揭示冰川消融机理，为动力模拟预估冰川未来变化，及由冰川变化引起的水资源等变化奠定基础。
首先，基于天山乌鲁木齐河源1号冰川东支海拔4025 m处自动气象站的观测数据，采用COSIMA模型，对该冰川2018年消融期单点能量-物质平衡进行模拟，利用同期表面温度和物质平衡观测数据进行验证。气象站点处模拟结果表明：消融期模拟的表面温度和物质平衡值与实测值有很好的相关性，模拟的表面温度和物质平衡与实测值的相关系数分别为0.71和0.96。消融期模拟的累积物质平衡模拟值为-0.671 m w.e.，冰面消融是主要的物质损失项 (-0.742 m w.e)，其次为冰下消融(-0.114 m w.e)，升华和蒸发造成较小的物质损失 (-0.022 m w.e)。造成冰川消融的能量主要来源于净短波辐射（84%）、感热通量（16%）；冰川能量支出主要为净长波辐射（55%）、冰川消融耗热（32%）、潜热交换（7%）及地热通量（6%）。
其次，为了理解乌鲁木齐河源1号冰川的能量-物质交换过程，应用COSIMA模型进行分布式能量-物质平衡模拟，基于实测物质平衡进行率定结果的验证，结果表明：模拟和实测的物质平衡有很好的相关性，东支和西支相关系数达到0.75以上。1号冰川消融期能量通量中净短波辐射（148.18 W•m^-2）是主要的能量收入项，其次是感热通量（10.06 W•m^-2），净长波辐射是主要的能量支出项（-41.61 W•m^-2）。消融期1号冰川累积物质平衡为-0.768 m w.e.，东支物质损失（-0.861 m w.e.）大于西支（-0.523 m w.e.），受坡度和坡向影响，物质损失随海拔高度的上升而减小。消融期物质平衡主要取决于表面消融和固态降水，表面和表层以下的消融量都随着冰川径流而损失掉，积累和消融过程同时发生在6-8月中旬，7月物质损失最为强烈，表现为表面消融和表层以下消融增加。受西风影响，消融初期（5月）西风强度较弱，携带水汽少，导致冰川表面固态降水少，6-7月西风强度显著增加，携带大量水汽，固态降水增加。敏感性分析表明气温敏感性大于降水敏感性，气温增加1℃导致的物质损失需要增加至少40%的降水才能补偿，同时基于1959-2018年大西沟气象站气温和降水的年际变化分析控制物质平衡的因素，表明气温是控制1号冰川物质平衡的主要因素。冰川反照率，尤其裸冰的反照率则是COSIMA模型的主要误差来源。
 

乌鲁木齐河源1号冰川；消融期；能量平衡；物质平衡；敏感性分析