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冰川在我国河水资源里的角色
张学文,2011.4.26
2011.11.21补充:我们对冰川每年补个量的计算做了一些修订。数字比4月的分析大。如果引用,请用新的分析数据
本文对我国冰川每年融水量以及在河水占的比例给了一种估计,指出它大约是1.8%。
如果当地雪多而天气冷,就形成积雪,这些雪要到暖季才化,从而形成季节性的积雪。如果山很高,7、8月份依然降雪,那么这些雪就会出现常年不化的局面。
高山降雪在暖季化不完,岂不是越堆越厚?是的,那里的一部分降雪会直接蒸发进入大气,有的被吹入山谷,于是高山的谷底就有多年的降雪的堆积。这些雪就逐步压缩变成了冰川。寒冷高山的多年降雪是冰川形成的物质基础。
多年挤压形成的冰川不仅密度比雪大了很多(依然比冰轻),它在坡地上会由于重力和侧向压力的不同而运动。这种运动很慢,但是这种缓慢的运动就使冰川从很冷的高山伸向低处。而低处的温度比较暖和,这就使移动下来的所谓冰舌逐步融化。而补给了河流或者变成地下水再流向更低的地方。自然其中也有一部分直接蒸发了。
河水的运动可以用眼睛看见,它的典型速度是每秒数米的数量级。而冰川的运动是一年移动数十米的水平。你站到冰川面前,用眼睛是看不出它的运动的。与河水比,冰川的运动速度是太慢了。
我国的阿尔泰山、天山、昆仑山、喜马拉雅山都可以有冰川存在。据调查,我国冰川的总面积大约是5.65万平方公里,那里保存的冰雪总量大约是5万亿立方米。它们主要集中在西藏和新疆。
5万亿立方米显然是个很大的数字,它几乎与我国每年的降水量相当。但是5万亿立方米冰川不是每年的周转量,而是多年存着这么多。即它不是指可再生的冰雪资源。
每年自然有一些冰川雪水融化而补给河流或者地下水,这一部分的冰雪数量对应着可再生的水资源。如何估量冰川的每年融雪量?考虑到高山地区的年降水量都因为气温低而不可能很丰富。我国的高山冰川区域的平均年降水量估计为450毫米,而高山地区的年蒸发量估计为150毫米,那么5.65万平方公里面积上可以消融的雪水就是5.65×300=1690,即每年我国冰川形成的冰雪融水大约是169亿立方米。考虑冰川两侧山坡上的降雪也也补入冰川体,我们认为把冰川的径流形成区的面积考虑为冰川面积的2倍是妥当的。照此,则冰川每年收入的雪量就是5.65*3*300,它折合的水量就是510亿立方米/年、它占我国河水资源量2.8万亿立方米的0.01816,也就是说,冰川区域的可再生融雪水资源仅占我国河水资源的百分之1.816%。
冰川工作者可能更愿意把冰川区的径流深度取到1米,而沿用冰川的原面积计算变成的补给量。其实我们这里的做法是扩大径流形成面积。不仅结果与他们一致,在气象上也更合理。毕竟那么高寒的地方硬说那里的径流深度是1000毫米,是难以令人信服的。而我们现在的估计是径流深度是300毫米。但是径流形成区的面积扩大为原冰川面积值乘以3.
有人把喜马拉雅冰川说成是恒河、印度河、雅鲁藏布江、怒江、澜沧江、长江、黄河的水塔,似乎这些河流的河水靠着喜马拉雅冰川维持。这个观点显然是错误的。以长江为例,它一年流入海洋的水量大约是1.1万亿立方米。如果长江依靠我国的冰川消融来补给,不消5年,我国的全部冰川(5万亿立方米的冰)就消失了。所以冰川仅是一部分河流水量的部分水源。冰川消融水量对我国河流的补给量占不到河水总量的1.8%。
河水从源头到入海所经历的时间大约是10天的数量级。冰川的运动比河水慢很多。这也从一个侧面说明冰川融化的雪水,不仅包括当年下的雪,也包括沉积了多年的雪。我国有5万亿立方米的冰川,而每年仅融化大约510亿立方米。我们也可以理解为:如果冰川区域不再下雪,那么现有的冰川需要50000/150,即大约100年才融化完。如果从水分平衡的角度考虑,这也表明,冰川要全部更新一次大约需要百年。
以上仅是就中国的平均情况估算出的冰川寿命的数量级。具体每条冰川由于气候、地形条件的不同而有长短的不同。长的冰川其更新的周期会更长。一般认为冰川的寿命是千年数量级。
根据这些基本认识以及地球气候存在着不同时间长度的冷暖、干湿周期变化,不难推断冰川会存在不同尺度的前进或者后退。而这种冰川的前进、后退联系着以数百以致上千年的气候变化。而且不同长度的冰川所反映的气候尺度也不同。由于气候变化的基本特点是周期变化,我们不能以短期的冰川进退作长时间的线性外推。
对流层大气中的温度大约是高度每升高100米,其温度就降低0.6℃。这个温度显然是控制着冰川存在的高度的第一因素。如果温度升高3℃,应当对应高山的雪线升高500米。所以没有剧烈的升温,冰川是不容易在高山上全部消失的。
冰川融水对河流水量具有调节作用。在干旱年份,河水少而温度高,结果是阳光多,温度高使冰川补给河流的水分偏多。而在阴天多,温度低的年份,冰川消融少,但是这种年份的降水偏多。
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