使用GRACE与气候模式数据对高山亚洲冰川质量变化的未来预测

遥远冰川为何影响日常生活

高山亚洲从喜马拉雅山延伸到天山，常被称为“亚洲的水塔”，因为其辽阔的冰川供应许多河流，这些河流为数亿人提供饮用水、灌溉用水和水力发电。本文提出一个既简单又紧迫的问题：这些山区的冰储量当前正在以多快的速度缩减，且在不同的未来增温路径下会发生什么？研究者利用对地球重力场敏感的卫星测量数据，结合现代气候模式，追踪了二十年的冰川变化并预测到本世纪末可能损失的冰量。

为偏远冰体把脉

在巨大且崎岖的山脉间测量散布的冰川状况并非易事。传统的野外测量能提供个别冰川的详细读数，但仅覆盖区域的一小部分。光学和雷达卫星影像有助于绘制冰川面积图，但常受云层和地形复杂度影响。在本研究中，研究者改为依赖GRACE与GRACE Follow-On这对卫星任务，它们通过探测由水和冰质量变化引起的地球重力变化来获取信息。通过将基于重力的总水量估算与陆面模式对土壤水分、积雪和植被的估算进行比较，他们在高山亚洲范围内分离出冰川质量变化的信号。

填补空白与洞察格局

GRACE时代在原始任务与后继任务之间存在近三年的重要观测空白。为了从2002/03到2022/23创建连续记录，团队使用一种称为MissForest的机器学习方法，根据降水、气温、湿度和辐射等相关气候变量重建缺失数据。测试表明，这些重建结果与观测到的重力数据及一个独立的陆面模式高度一致，表明填补空白是可靠的。借助完整记录，他们计算出在过去二十年间，高山亚洲的冰川平均每年损失约139亿吨冰，各子区域之间差异显著——有些地区甚至略有增益，而其他地区则迅速失去冰量。

“世界屋脊”的不均匀增温

作者接着考察了同期降雨、气温、地表温度、湿度以及入射太阳辐射和红外辐射的变化。他们发现了清晰且广泛的增温信号，同时大气湿度增加和到达冰川表面的长波（红外）辐射水平上升。短波（阳光）在许多地区趋于减少，可能由于云层和气溶胶增多，但额外的长波能量超过了这一减少，即便在夜间也为冰体带来附加热量。降水变化呈片状：部分地区变得更湿润，另一些地区则更干燥。整体上，这些模式解释了为何高山亚洲大多数子区域出现加速的冰川损失，而少数区域（如东昆仑和内地西藏部分地区）由于局地气候特性得以保持稳定甚至有增量。

在不同未来情景下的前瞻

为预测未来走向，研究者建立了一个灵活的统计模型，将观测到的冰川质量变化与五个关键的气候与辐射变量联系起来。随后，他们用已经过偏差校正以更好匹配过去观测的多模式气候投影驱动该模型。研究考察了两种情节：一种是低排放路径（SSP126），在该路径下强有力的减排行动限制了未来增温；另一种是高排放路径（SSP585），温室气体排放保持高位。在低排放情景下，冰川损失速率逐步放缓，到世纪后期区域冰量预算甚至可能略有转正，表明降雪与融化之间可能达到一个新的但更稳定的平衡。然而在高排放路径下，冰量损失加速，平均损失可达每年约195亿吨，且不确定性很大，在2100年前没有稳定迹象。

对水资源与灾害的意义

对于下游居民而言，这些预测变化带来严重后果。在变暖气候下，更多降水以雨而非雪形式到来，且更潮湿的大气带来的额外长波热量加速融化。短期内，这会使河流流量增加并提高洪水及冰川阻塞湖泊突发溃决的风险。长期来看，随着冰川持续缩减，许多河流系统在旱季依赖的稳定融水补给可能会减少。研究表明，选择低排放的未来能显著降低冰川损失的速率和不确定性，保护更多亚洲的自然冰储。该研究强调，远方冰川的命运并非只是高山地区的问题，而是关乎水安全、能源供应与下游广大人口的灾害风险管理的核心议题。

引用: Dharpure, J.K., Howat, I.M. & Patel, A. Future projections of glacier mass change in High Mountain Asia using GRACE and climatemodel data. Sci Rep 16, 8785 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-39404-8

关键词: 高山亚洲, 冰川融化, 气候变化, 水资源, 卫星重力测量