1 研究背景

20世纪以来，全球气候变暖趋势加剧。IPCC第四次报告指出，1906～2005年全球气温升高0.74 ℃［1］；第五次报告表明，1880～2012年间全球地表温度升高了0.85℃，且在未来一段时期内还将会持续升高［2］。冰川是中国西部干旱区重要的水资源形式，对气候变化响应比较敏感。受气候变暖的影响，全球山岳冰川普遍退缩，且在最近20 a出现加速退缩趋势［3-4］。冰川加速消融，对全球水循环产生了影响。在20世纪，海平面上升10～15 cm，山岳冰川融水径流的贡献达到了20%～50%［5-6］。中国西北干旱区是全球气候变化的敏感区和显著影响区［7］，大多数河流的补给来源主要是冰雪融水。在全球气候变暖的大背景下，开展干旱区气候变化、冰雪水资源及其相互作用关系研究，对于区域可持续发展具有重要意义。

新疆高寒山区发育的冰川，消融期形成冰川融水对绿洲及绿洲城市发展提供了重要支撑。近年来，冰川水资源相关研究表明，新疆不同区域冰川缩小比率为8.8%～34.2%，总面积缩小了34.2%，末端退缩速率为 5.8 m∕a［8］。其中，东疆盆地博格达峰地区冰川面积在1962～2006年间减小了21.6%，长度平均退缩181 m，冰储量减小了28%；哈尔里克山冰川面积在1972～2005年间减小了10.5%，长度平均退缩166 m，冰储量减小了14%［9］。乌鲁木齐河流域150条冰川面积减少了34.2%，平均每条冰川缩小0.111 km2，末端退缩速率5.0 m∕a。冰川发育规模较小的流域，冰川变化受地形因素影响较大，朝向、海拔高度、坡度等因素与气候因素共同决定了冰川变化程度［10］。冰川发育规模较大和覆盖度高的流域，冰川融水对河川径流的调控作用强于冰川规模较小和覆盖度低的流域［11］。对单条冰川的监测研究，有利于解析流域冰川变化趋势和过程。

2 研究区概况与数据来源

乌鲁木齐河源区地处天山中段喀拉乌成山（海拔4 476 m）北坡，位于43°04′～43°08′N，86°48′～87°00′E。第1次冰川编目数据表明，该流域内发育150条现代冰川，其中乌鲁木齐河源1号冰川（43°06′N，86°49′E）（以下简称1号冰川）是中国监测时间最长，观测资料最为详尽、系统的冰川，也是WGMS冰川监测网络在中亚内陆地区长期选定的世界参照冰川之一。区域垂直分带性明显，随海拔降低气温逐渐升高，降水有减少趋势；高海拔区气温升温幅度大于低海拔区，在5～8月，气温和降水达到峰值［12］。本研究选取观测系统、数据完整的1号冰川开展研究，其地理位置见图1。

本研究气象数据来源于中国气象科学数据共享服务网（http：∕∕cdc.cma.gov.cn）中国地面气候资料月值数据集和中国科学院天山冰川观测试验站的观测数据。

3 研究结果

3.1 乌鲁木齐河源区气候变化

气温是反映气候变化的重要参数，也是影响冰川变化的重要因素，而降水是高山区冰川主要物质来源。1959～2016年间，1号冰川和大西沟气温整体上呈波动上升的趋势（见图2），其中1号冰川气温表现为波动变化，而大西沟气温上升趋势显著，尤其自2000年以后，年均气温均高于多年平均值。1959～2016年间1号冰川平均气温为-5.1℃，升温率为0.12℃∕（10 a），大西沟的平均气温为-4.92℃，升温率为0.29℃∕（10 a）。

图3 表明，1959～2016年间，两站点降水均呈波动上升趋势，尤其自20世纪90年代后降水增加趋势显著，该变化与西北干旱区气候由暖干向暖湿转型的变化特征一致［13］。1号冰川多年平均降水量为449.80 mm，年际降水倾向率为8.79 mm∕（10 a）。大西沟多年平均降水为462.78 mm，年际降水倾向率为18.97 mm∕（10 a）。

3.2 1号冰川物质平衡变化

冰川物质平衡是指一段时间内冰川物质收入与支出的代数和，是响应气候变化最直接的参数。1号冰川在1959～2013年的54a间，正物质平衡年份16 a，占总年份的30%，累计正物质平衡量为2 092.1 mm；负物质平衡年份38 a，占总年份的70%，累计负物质平衡量为19 443.6 mm。其中，1993～2013年间负物质平衡年份占到90%，表明1号冰川物质平衡以物质亏损为主要趋势，尤其以1993年以后更为显著。54 a间累计物质平衡达到-17 351.5 mm，且东支物质平衡波动变化幅度大于西支（见图4），表明东支物质亏损大于西支。

1号冰川物质平衡主要受制于夏季平均气温的高低［14］。冰川物质强烈亏损必然意味着冰川融水量的显著增加。李忠勤等研究表明，20世纪80年代以来快速升温，使冰川退缩加剧，冰川融水径流也呈增大趋势［15］。冰川径流增加在1993年发生突变，平均径流较1993年前增加近70%［16］。

3.3 1号冰川零平衡线高度变化

冰川零平衡线是积累区和消融区的界线，是研究冰川变化的重要参数。山地冰川平衡线高度作为气候变化的代用指标［17］。在零平衡线处，冰川物质积累和消融达到平衡，物质平衡为零。1959～1992年间1号冰川的零平衡线高度在3 948～4 170 m之间波动，平均零平衡线高度为4 046 m。东支零平衡线高度平均值是4 091 m，其变化率为+64.28 m∕（10a）；西支零平衡线高度平均值为4 141 m，其变化率为+57.71 m∕（10a）。东支和西支的零平衡线高度都呈上升趋势，零平衡线高度整体呈上升的趋势。

1号冰川物质平衡和零平衡线高度之间呈负相关（见图5），表明平衡线高度与冰川物质平衡在气候因子的控制下呈反向变化。相关研究表明，夏季气温是影响冰川零平衡线高度变化的主要气候因素［18-20］。对祁连山七一冰川平衡线高度研究表明，在1958～2008年时期呈上升总趋势，近50 a来该冰川平衡线高度上升了约230 m［21］。说明在全球升温背景下，祁连山和天山冰川零平衡线高度均出现上升趋势。冰川零平衡线高度的上升，使得积累区面积比率减小，而消融区面积比率增加，即处于消融区冰川越多，物质亏损量越大。零平衡高度变化，将对气候变暖背景下冰川的进一步消融产生重要影响。

零平衡线高度变化直接影响冰川积累区面积和消融区面积变化，并最终影响冰川物质平衡。在冰川物质平衡变化过程中，积累和消融是决定冰川物质平衡正负的关键。近年来，1号冰川物质平衡显著的物质亏损表明冰川积累区面积呈减少趋势，而消融区面积呈增加趋势。1号冰川物质平衡与积累区面积呈正相关，与消融区面积呈负相关，且相关关系显著（见图6），即积累区面积的增加会导致物质平衡的增长，消融区面积的增加会导致物质平衡的减少。

3.4 1号冰川末端变化

1号冰川末端呈持续退缩状态，且自1993年开始分为东西两支。在1993～2014年间，东支冰舌末端后退距离的平均值为4.16 m∕a，西支的冰舌末端后退距离的平均值为-5.76 m∕a。1981～2014年间，1号冰川冰舌末端后退距离的平均值为-4.53 m∕a。尤其是2005年以后，1号冰川的平均退缩速度呈加快趋势，见表2。总体上，冰川末端退缩速率有加速趋势，西支快于东支退缩速度。这是由于东支冰舌部位被大量表碛物覆盖，部分成为死冰，使其退缩减缓。而西支末端陡峭、坡度大，在消融期易发生崩解，使退缩量增大。

由于气温与降水条件变化，天山冰川基本处于退缩状态。由于表碛覆盖、气候环境、地理位置、冰川规模和冰川形态等差异造成冰川退缩速率由西向东逐渐减缓［22］。冰川末端退缩、面积萎缩、厚度减薄、储量减少，是近年来中国西部冰川响应气候变化的总体趋势［23-25］。这种变化，一方面为干旱区水资源做出巨大贡献，有利于人类生产生活；另一方面，加大了未来冰川水资源变化的不确定性和潜在威胁。

4 结论

（1）1959～2016年近60 a间，乌鲁木齐河源区的气温和降水整体上都呈现波动上升趋势，其中1号冰川在21世纪初以后的气温和降水波动趋势明显，且变化趋势步调一致。

（2）物质平衡以物质亏损为主，在1959～2013年间，累计物质平衡量为1 7351.5 mm，正物质平衡年份16 a，正物质平衡量为2 092.1 mm；负物质平衡年份38 a，累计负物质平衡量为19 443.6 mm；东支物质亏损大于西支，且物质平衡波动变化幅度大于西支。

（3）零平衡线高度较1993年以前显著升高，且东支零平衡线高度变化率大于西支，平衡线高度与冰川物质平衡在气候因子的控制下呈反向变化。积累区面积呈下降趋势，消融区面积呈上升趋势，东支积累区和消融区的面积变化始终大于西支，冰川物质平衡与积累区面积呈正相关，与消融区面积呈负相关。

（4）冰川末端持续退缩，西支的退缩率高于东支。1980～2014年间，1号冰川冰舌末端后退距离的平均值为-4.54 m∕a；1994～2014年间，东支末端平均退缩-4.13 m∕a，西支冰舌末端的平均退缩-5.72 m∕a。

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