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《自然》大幅報(bào)道青藏高原氣候與環(huán)境研究的最新進(jìn)展

日期: 2008-08-29
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? 2008年7月24日,《自然》(NATURE)第454期以“世界第三極”的標(biāo)題大幅報(bào)道了青藏高原氣候與環(huán)境研究的最新進(jìn)展。中國科學(xué)家的研究工作是這一報(bào)道的主體。這充分說明了我國青藏高原研究受到了世界高度關(guān)注,也說明了中國青藏高原研究在國際科學(xué)研究的地位在進(jìn)一步提高。以下是全文譯文(未刪減)。

世界第三極

《自然》大幅報(bào)道青藏高原氣候與環(huán)境研究的最新進(jìn)展



?? 相對于南北兩極而言,世界對青藏高原的關(guān)注明顯小得多,但青藏高原卻蘊(yùn)藏著世界上除兩極以外最大的冰雪儲(chǔ)量;而青藏高原的冰雪正在快速消融。在過去的半個(gè)世紀(jì)中,青藏高原的冰川退縮面積達(dá)82%(譯者注:此數(shù)據(jù)有誤)。在過去的十年中,高原上的凍土消失了10%。而氣候變化的加劇所帶來的影響將不僅僅限于青藏高原,它還將影響數(shù)十億人的正常生活所需的水資源,甚至改變北半球的大氣環(huán)流格局。

?? 高原的作用主要在于它的高度。它平均海拔在四千米以上,因而成為同緯度最冷的地區(qū),也是極地以外最冷的地區(qū)。拉薩作為西藏自治區(qū)的首府,其海拔相對于整個(gè)西藏而言還是較低的,約為3650m。孰不知,這個(gè)高度比玻利維亞這個(gè)世界上最高的首都拉帕斯的高度還要高。拉薩的年均溫為8℃,而位于同緯度的休斯頓、德克薩斯的年均溫都在21℃。高海拔使西藏變冷,特別是冬季更為顯著;那里的雪和冰川反射太陽光,更加劇了寒冷的程度。高原隆升面積巨大,也影響了高空風(fēng)的流動(dòng),同時(shí),這樣的海拔使其地表更接近平流層。

?? 高原正在發(fā)生變化,其最直接的原因是溫度的升高。在過去五十年中,高原氣溫以每十年0.3℃的速率上升;這一速度相當(dāng)于全球變暖速率的三倍?,F(xiàn)在的問題在于,未來氣候還將發(fā)生什么變化,而這些變化又將如何影響全球總體的氣候格局。斯柯里普斯海洋研究所的大氣學(xué)家Veerabhadran Ramanathan認(rèn)為:“如果不考慮青藏高原正在發(fā)生的變化,我們對全球氣候變化的理解將是不完整的。”

?? 青藏高原異常重要的意義、特別是它可能造成的影響還不為許多氣候?qū)W家所知。其中一個(gè)原因在于,相對于南、北兩極而言,從高原獲取的數(shù)據(jù)少之又少,而到高原上探尋自然奧秘的科學(xué)考察活動(dòng)也十分貧乏。在高原上開展野外考察十分艱苦,高原的地理位置相對孤立,至少對西方科學(xué)家而言,還有政治上的挑戰(zhàn)。中科院青藏高原所所長姚檀棟指出:“青藏高原地處偏遠(yuǎn),海拔高,且氣候環(huán)境惡劣,在高原上作研究是很具挑戰(zhàn)性的。”

?? 姚檀棟和他的同事們應(yīng)該知道:在上世紀(jì)八十年代,他們是在那樣艱苦的野外環(huán)境中堅(jiān)忍不拔開展研究、努力獲取數(shù)據(jù)以重建高原古氣候的為數(shù)不多的科學(xué)家。他們在青藏高原上鉆取冰芯,最深可至300米,最高海拔可達(dá)7200米。“我們鉆取冰芯的工作都是人工完成的,隨后我們還得把它們從山上背下來。當(dāng)時(shí)沒有直升機(jī),也沒有什么大型器械?!币μ礂澱f,“冰川上的溫度可達(dá)零下30攝氏度,風(fēng)特別猛烈,毫不留情地吹到臉上,像刀割一樣?!边@樣的艱苦工作最終有所回報(bào):在與俄亥俄州立大學(xué)的冰川學(xué)家Lonnie Thompson的合作中,研究人員根據(jù)冰芯氧同位素資料恢復(fù)了青藏高原最全面的溫度記錄,從中發(fā)現(xiàn),大范圍變暖趨勢開始于二十世紀(jì),并隨著海拔的上升,變暖程度逐漸增大。他們的發(fā)現(xiàn)得到各氣象站從上世紀(jì)五十年代以來的連續(xù)觀測記錄的證實(shí)。

?? 在一個(gè)正在經(jīng)歷溫室變暖的世界中,一些發(fā)現(xiàn)變化會(huì)在你的意料之中,但在青藏高原,一些區(qū)域因素加劇了這種變化。這一地區(qū)的沙漠在夏季卷起風(fēng)沙,迎著高原沿南北坡向上運(yùn)輸。根據(jù)近期的一項(xiàng)衛(wèi)星觀測,高原上空存在從塔克拉瑪干大沙漠吹來的沙塵。蘭州大學(xué)的黃建平說:“在高原上發(fā)現(xiàn)如此巨量的沙塵,連我們自己都很驚奇?!鄙硥m層輸送到高達(dá)一萬米的地方,并在那里吸收和反射太陽光,從而改變到達(dá)高原表面的輻射。

?? 與沙塵共同作用、進(jìn)而推動(dòng)高原氣候變化的另一因素是“黑炭”,這些煙塵來自人們的生活,例如用木頭、莊稼桿和牦牛糞便等生物能煮飯等。包括喜馬拉雅山脈在內(nèi)的亞洲東南部是世界上黑炭排放的熱點(diǎn)地區(qū)之一。通過無人飛機(jī)的觀測,Ramanathan及其同事量化了黑炭對太陽光的吸收量,發(fā)現(xiàn)黑炭可以吸收50%的太陽能,從而加熱大氣。他說:“這是該地區(qū)氣溫升高的第二大貢獻(xiàn)者,僅次于二氧化碳?!彼烙?jì),黑炭和溫室氣體的共同作用足以使喜馬拉雅山脈每十年增溫0.25℃;這大致也是目前該地區(qū)的觀測結(jié)果。

?? 一旦黑炭降落在喜馬拉雅冰川,它們就會(huì)使冰雪的顏色變暗,從而增強(qiáng)其吸收熱量的能力,使其溫度升高。青藏高原研究所研究員徐柏青說:“現(xiàn)在,高原的消融季節(jié)來得早,持續(xù)時(shí)間也較長。”位于高原邊緣的冰川比位于中部的消融更快;例如,一項(xiàng)研究表明,位于青藏高原東部的冰川在過去30年中退縮了17%,相當(dāng)于中部高原的十倍。姚檀棟認(rèn)為,如果現(xiàn)有趨勢持續(xù)發(fā)展,2/3的高原冰川面積將在2050年(譯者注:應(yīng)為2100年)消失殆盡。

洪澇災(zāi)害和干旱事件

?? 冰川的消融會(huì)形成危險(xiǎn)的冰川湖,這是因?yàn)楸ê笸肆粝碌谋兾锒逊e而成的大壩內(nèi)側(cè)蓄積起了水體??茖W(xué)家已經(jīng)認(rèn)定,喜馬拉雅山北坡存在34座這樣的冰川湖,同時(shí),在過去50年中,記錄了20次壩體崩潰湖水外泄而成的洪澇災(zāi)害。

?? 洪水的危險(xiǎn)是短期的,但從長遠(yuǎn)角度看,冰川退縮形成的高原上水源供應(yīng)問題則是長期的,而且更為嚴(yán)重。青藏高原的徑流補(bǔ)給了東南亞的許多大型河流,包括長江、黃河、湄公河、恒河和印度河。如果冰川持續(xù)退縮,數(shù)十億群眾就會(huì)面臨缺水的危機(jī)。

?? 凍土的處境也很危險(xiǎn),因?yàn)闇囟壬仙龑⒃斐伞盎顒?dòng)層”增厚,所謂“活動(dòng)層”是指每年都會(huì)經(jīng)歷凍結(jié)和消融的土層?;顒?dòng)層變化最終影響地表和大氣間熱量與水汽的流動(dòng),進(jìn)一步干擾這一系統(tǒng)。凍土的退縮不僅使青藏鐵路陷入危境,還會(huì)危及高原的高寒生態(tài)系統(tǒng),因?yàn)檫@些生態(tài)系統(tǒng)依靠固結(jié)于凍土表層的水得以生長,否則植物在這樣的海拔很難生長。中科院地理與資源環(huán)境所副所長歐陽華指出:“凍土的大規(guī)模消融將造成土壤含水量的減少,從而帶來生態(tài)危機(jī)。”由于凍土儲(chǔ)存了全世界1/3的碳儲(chǔ)量,植被的減少將向大氣釋放大量的碳,進(jìn)一步加劇全球變暖。

《自然》大幅報(bào)道青藏高原氣候與環(huán)境研究的最新進(jìn)展

競爭力量

??? 青藏高原正在經(jīng)歷各種變化:氣候變暖、冰川退縮、凍土退化,以及高寒生態(tài)系統(tǒng)退化。這對于地區(qū)和全球的環(huán)境有什么意義嗎?首當(dāng)其沖的受害者可能是印度季風(fēng)。印度季風(fēng)是陸地和海洋之間的熱力性質(zhì)的差別造成的。夏季,廣闊的亞洲地表比印度洋加熱更快,形成地表低壓,海洋向陸地輸送大氣和水汽。青藏高原的隆升始于五千百萬年前,加劇了季風(fēng)的效應(yīng)。由于地表比大氣吸收的太陽光多,青藏高原廣闊的地表比同海拔的大氣更熱,從而增大了海洋―陸地氣壓梯度,加強(qiáng)了印度季風(fēng)。

??? 一些氣候模型表明,全球變暖將使高原表面溫度比海洋更大幅度地上升,從而增大季風(fēng)強(qiáng)度。另一方面,有些模型提出,氣溶膠吸收太陽輻射,加上對地區(qū)內(nèi)的土地利用的改變,將最終減弱季風(fēng)。Ramanathan認(rèn)為,“季風(fēng)的強(qiáng)度很可能取決于這兩種競爭力量的對決”。

??? 一些研究表明,使季風(fēng)減弱的力量可能占上風(fēng),或者至少在過去三百年中占主導(dǎo)地位,盡管原因不清楚。來自蘭州寒區(qū)旱區(qū)研究所的段克勤和他的同事通過分析達(dá)索普冰川的冰芯,重建了過去300年的冰雪積累史, 并指出,那里的冰川完好地保存了季風(fēng)在喜馬拉雅山脈的變化情況?!拔覀儼l(fā)現(xiàn),氣溫越高,季風(fēng)強(qiáng)度越弱?!倍慰饲谡f。一般而言,溫度每上升0.1℃,就會(huì)造成冰雪積累量減少100mm。但他同時(shí)指出,還需要在青藏高原其他地區(qū)開展類似研究,以進(jìn)一步證實(shí)這些結(jié)論。

??? 佐治亞技術(shù)所的Rong Fu指出,“印度季風(fēng)的變化不是亞洲對全球氣候造成的唯一威脅”。她的研究表明,青藏高原上部的對流運(yùn)輸水汽和污染物到平流層,平流層直接位于對流層上部,包含了地球的大部分臭氧?!捌搅鲗涌諝獾膹?qiáng)烈水平運(yùn)動(dòng)將隨后拓展全球的水汽和污染物的分布范圍?!盕u說。

??? 水汽可能比二氧化碳產(chǎn)生更大的溫室效應(yīng),但它通常位于平流層以下,高度不會(huì)超過一兩千米。這在高原上則是另外一種情形,對流層在高原上被進(jìn)一步提升近六公里,結(jié)果它的上部邊界高度約為18公里,位于平流層下部。此外,青藏高原上空的對流層較薄,表層釋放的熱量將到達(dá)更高的高度,使得平流層底的大氣變暖。Fu說:“如此一來,越來越多的水汽得以到達(dá)平流層,而不會(huì)形成冰凍或降水。”高原上溫度較高,造成冰川消融加劇,水汽輸送增強(qiáng),最終造成強(qiáng)烈對流,進(jìn)而向上攜帶更多的水汽?!耙幌氲接泻芏嗨竭_(dá)平流層,就令人非常擔(dān)憂?!彼f。

??? “令人擔(dān)憂”最好地體現(xiàn)了如今正在進(jìn)行青藏高原研究的科學(xué)家的心情。他們希望開展大范圍的綜合研究,從中獲取盡可能多的研究數(shù)據(jù)。“關(guān)于青藏高原,我們知道的很少,理解的就更少了?!币μ礂澱f?,F(xiàn)在正在進(jìn)行的一項(xiàng)研究是對中國所有冰川編目,記錄它們的方位、面積、長度、厚度和雪線的位置。中國科學(xué)家們曾在1978年至2002年開展了類似的研究,他們認(rèn)為這可以提供研究的參考基點(diǎn),進(jìn)而揭示冰川的主要變化。此外,冰川學(xué)家不斷查明、并密切觀測具潛在危險(xiǎn)性的冰川湖,以期應(yīng)對任何潰堤造成的洪澇災(zāi)害。

快速解決方案

??? 同時(shí),還有人關(guān)注更大的情景,即如何解決整個(gè)亞洲地區(qū)的污染問題。徐柏青指出:“減少溫室氣體和黑炭的排放將是當(dāng)務(wù)之急?!盧amanathan認(rèn)為,減少黑炭的排放量將是“一條快速理出頭緒的方案”,因?yàn)楹谔吭诖髿庵械陌胨テ跒?5―20天,而二氧化碳的半衰期則為一個(gè)世紀(jì)。根據(jù)他的模擬,只要不用燃燒木炭、牦牛糞便和莊稼秸稈這樣的傳統(tǒng)方法做飯,就可以減少40―60%的黑炭排放量。相對于減少二氧化碳排放量而言,這將是“既便宜又快捷的一項(xiàng)短期解決方案,且方便易行?!彼a(bǔ)充道:“關(guān)鍵在于讓村民使用更清潔的能源。”

??? 最后,青藏高原可能作為關(guān)鍵的實(shí)驗(yàn)場地,檢驗(yàn)在全球變暖的背景下,人與環(huán)境如何相互作用。如何保護(hù)世界的第三極?“但愿青藏高原現(xiàn)在的變化只是一個(gè)短暫過程,”姚檀棟說,“現(xiàn)在所做的將可能決定青藏高原環(huán)境的未來走向?!?/p>

附:英文原文



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