《自然》报道中国科学家发起的“第三极环境计划”

2010-11-16 09:32 来源: 中国科学院
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  11月11日,《自然》(NATURE)第468期报道了由中国科学家发起的“第三极环境(Third Pole Environment, TPE)计划”,科学家们聚集一堂,准备通过开展这一国际研究计划来理解和减轻“第三极地区”的环境变化。以下是全文译文。

  环境变化与冰川变化 

  寒冷、偏远并受全球变暖的影响——这些描述不仅仅只适用于南北极地区,还适用于一个面积大于五百万平方公里、以青藏高原喜马拉雅山脉为中心的地区,研究人员称之为“第三极地区”(Nature 454, 393-396, 2008)。“第三极地区”拥有世界上除南北极之外最大的冰储量,其冰川数量超过46000条并且冻土面积广袤。然而,尽管有更多的生命依赖于第三极环境,对“第三极地区”的研究和高纬度地区的南北极相比依然少得多。 

  “第三极地区”也被称为亚洲水塔。该地区的冰川孕育着亚洲几大河流,成为维系10几个国家15亿人生活的重要水源。这些冰川正在快速消融,融水补给湖泊,导致湖泊水位上涨。然而,人们对环境变化在这里是如何演化的这一问题知之甚少。由中国科学院发起的“第三极环境(Third Pole Environment, TPE)计划”上个月在尼泊尔首都加德满都召开了“第二次资深专家研讨会”,旨在更好的理解这一问题。在这次会议中,研究这一区域的科学家们展示了最新的研究成果、讨论了最紧迫的科学问题、同时提出了一系列措施来应对这些科学问题。 

  “研究这一区域的科学家每个人都在做着非常重要的研究工作,但目前最重要的是如何将大家的研究工作综合集成在一起”,中国科学院青藏高原研究所所长、TPE科学委员会主席、这次研讨会的组织者姚檀栋说。 “最好的办法就是国际社会的通力合作,来评估环境变化带来的风险。” 

  由于这一地区人口激增,因此,研究人员的首要任务就是要了解被视为这一区域重要饮用水源的冰川的现状和未来。政府间气候变化专门委员会(IPCC)2007年的一份报告曾断言喜马拉雅地区的冰川将在2035年消失殆尽。这在去年已被证实是个错误(Nature 463, 276-277; 2010)。但是,研讨会上的与会者认为IPCC对喜马拉雅地区冰川快速退缩的关注是正确的。“毫无疑问,该地区的许多冰川正在快速退缩”,印度德拉敦的瓦迪亚喜马拉雅地质研究所(Wadia Institute of Himalayan Geology)前任所长Baldev Raj Arora说。 

  由于缺乏整个地区的冰川编目,目前尚不清楚冰川退缩究竟有多快,也不清楚冰川退缩如何影响水资源。此外,卫星研究仅能对冰川面积做出粗略的估算,而这些地区的冰川地处偏远,高海拔以及恶劣的天气条件严重阻碍了实地观测。 

  但现有的证据支持冰川退缩这一事实。由中国科学院寒区旱区环境与工程研究所研究员刘时银所领导的研究团队将卫星资料和地面观测结合起来,在刚刚完成的第二次中国冰川编目中,记录了大约24300条冰川以及各冰川的特征,如位置、长度和表面积等。他们的结果表明,自上一次编目到现在的大约30年间,冰川总面积减少了17%,并且许多冰川已消失。 

  为了更好地估算冰川的变化,研究人员已测量了喜马拉雅地区各区域一些代表性冰川的体积和物质平衡。这种艰苦的研究,往往在海拔5000米以上进行。中国科学院青藏高原研究所研究员田立德所取得的结果表明,“气候变化对第三极地区一些冰川的影响比之前预想的要更加严重”。例如,位于藏南希夏邦马峰北坡的抗物热冰川自20世纪70年代以来已经损耗了将近一半的冰量,平均厚度减少了7.5米。 

  Arora说,印度喜马拉雅山地区有详尽研究资料的大多数冰川也在快速消融。俄亥俄州立大学的冰川学家、TPE科学委员会联合主席Lonnie Thompson也认为,纵观整个“第三极地区”,“虽然有区域差异存在,但是已有证据的天平肯定指向冰川快速退缩这一趋势”。

  黑碳问题 

  化石燃料和生物质燃烧导致日益增多的黑炭是冰川退缩的一个重要原因。中国科学院青藏高原研究所研究员徐柏青通过对喜马拉雅山脉不同地区的5根冰芯近50年来黑炭浓度值的测量,发现黑炭排放量的增加始于20世纪90年代。这与南亚地区工业化快速增长在时间点上相吻合。位于意大利博洛尼亚的大气科学与气候研究所的气候科学家Angela Marinoni和她的同事们也发现,在尼泊尔喜马拉雅山5000米以上的地方存在高浓度的气溶胶(这其中包括黑炭)。这导致了显著的大气变暖。他们通过计算得出,对典型的喜马拉雅冰川而言,沉积的黑炭会降低冰川反射太阳辐射的能力,导致雪冰消融速率增加12-34%。 

  冰湖正在变得越来越大,数量也变得越来越多,从而导致洪水频繁。加州大学洛杉矶分校的生态学家盛永伟主持的一项研究显示,自20世纪70年代以来,高原湖泊的面积增加了26%,湖泊扩张对周边牧场造成了严重影响。总部位于加德满都的国际山地综合发展中心(ICIMOD)的遥感专家Pradeep Mool说,自20世纪50年代以来,喜马拉雅地区由于冰湖溃决导致的洪水超过40次,而在未来的几十年里可能会有更多的冰湖溃决洪水发生。ICIMOD的一项调查显示,该地区的冰湖总数超过20200个,其中包括200个“潜在危险”的冰湖。需要对这些冰湖加强监测并建立早期预警系统,Mool说。 

  到目前为止,科学家们试图预测冰川未来的研究还没有什么进展。Thompson说,一方面, “冰川对气候的响应因冰川的大小、海拔高度分布、面积、表碛物覆盖度、山谷特性的不同而不同”;另一方面,目前对于环境在“第三极地区”是如何变化的还知之甚少。 

  中国科学院青藏高原研究所研究员阳坤发现,许多基于卫星观测的地球辐射收支(即入射太阳辐射和反射热量的平衡)观测结果在第三极高海拔地区存在很大的误差。这是因为测量仪器通常是用较低海拔的地面实测数据进行校准和验证的。虽然高海拔地区也能够用野外观测数据进行校正,但是该地区5000米以上的地方只有16个气象站。 

  研究人员同样也不能依赖于气候模型。日本筑波大学的气候学家 Kenichi Ueno指出,在这些高海拔地区,全球气候模型对水汽和辐射通量的预测并不好,尤其是在暖季或季风季节。Kenichi Ueno的结论是基于目前世界上仅有的海拔8000米的气象站资料得到的。该气象站位于珠穆朗玛峰和洛子峰之间的南垭口处。“如果想知道气候如何影响冰川,这些资料是至关重要的。因此,在该地区进行更多的高海拔观测显得尤为重要。” 

  一份共同努力的计划 

  TPE科学委员会将会很快起草一份研究计划来记录第三极地区的气候变化、冰川变化、冻土变化、水资源变化、生物多样性以及人类影响。这份将会在2011年秋之前定稿的计划要求在青藏高原和喜马拉雅山脉地区进行联合考察,并且在该地区建立多学科观测与研究站点,以覆盖关键的地质、地理区和气候类型以及重要的河流和湖泊流域。一旦具体计划确定下来,TPE科学委员会将寻求国家和国际资助机构的经费支持。 

  德国的森根堡科研机构与博物馆世界生物多样性(Senckenberg World of Biodiversity) 联盟主任、TPE科学委员会的另一联合主席Volker Mosbrugger说,该计划最重要的部分是建立共享数据库,但是国家间的利益关系可能会成为主要的障碍,特别是共享数据关系到水资源时更是如此。“如果没有一个正常运行的共享数据库,那么该计划可能就只停留在纸上”。位于伯尔尼大学的山地研究计划主任Gregory Greenwood说,“这将是一个巨大的挑战。” 

  该委员会将会起草一份数据共享协议,在对该计划感兴趣的国家之间进行磋商,让科学家们共享信息但保留被认为是政治敏感的数据。姚檀栋说,“如果没有通力合作以汇集‘第三极地区’的数据”, “就不可能全面了解环境变化的影响和反馈机制”。