2013-2020年期间,玉龙雪山站科研人员以第一著作者或独立作者出版专著14部,参编10部。共发表论文277篇,其中,SCI/SSCI 216篇,CSCD/CSSCI 53篇。发明专利9项,实用新型专利29项,授权软件著作权1项,参与制定国家行业标准4项。咨询报告10余份。影响因子超过3的SCI论文76篇。其中,Nature子刊Nat. Geosci.1篇、Nat. Commun.发表论文1篇(通讯作者),PNAS 1篇(第二作者),Nat. Sci. Rev. 2篇(IF=13.22)、Earth-Sci. Rev.(IF=7.49)3篇、Environ. Sci. Technol.(IF=6.65)3篇、Atmos. Chem. Phys.(IF=5.54)3篇。SCI论文引用率(仅SCI引用)高达1721余次,他引1250次。CSCD引用率500余次,他引282次。
通过长期连续的定位观测,完善了典型海洋性冰川与环境数据集,通过与其他区域的协同对比,在海洋性冰川与环境的全球变化响应、海洋性冰川环境效应、冰冻圈与可持续发展三个方面取得了系列成果。
(1)基于长期定位观测与研究,深入分析和阐释了玉龙雪山冰雪-气候关系及其演变规律,揭示了中国典型海洋性冰川与环境的全球变化响应机制
对比分析了多种环境记录揭示的中国全新世大暖期气候变化特征,首次研究发现我国青藏高原冰芯记录所揭示的全新世大暖期起讫时间均比中东部地区的孢粉、黄土、湖泊和海平面变化的起讫时间早,持续时间较短,而变化幅度较大,证实了季风区与非季风区冰芯记录所反映的环境信息存在着不一致现象;利用青藏高原东南部海洋性冰川区的树轮样本,结合高原其他区域资料,建立了高原南部第一条年分辨率的千年(公元1000-2005年)温度序列,揭示了中世纪暖期在青藏高原地区表现不明显、最近十年的高温是过去千年背景下的异常现象。首次,研究了近400年来季风海洋性冰川区气候与冰川变化及二者的相互关系。
系统监测典型海洋性冰川-玉龙雪山白水河1号冰川快速变化过程,基于物质平衡观测资料、利用度日模型和气象资料,建立了距亚欧大陆距赤道最近的时间序列最长的冰川物质平衡数据集,协同对比了与中国、全球观测和参照冰川变化规律。结果发现,1952-2017年白水河1号冰川物质亏损严重,年物质平衡平均为-0.42 m w.e.。1952-2017年,面积减少了64.02%,累计物质亏损达-27.45 m w.e.。冰川消融速率达每日9.20~9.90 cm,是典型大陆性冰川-天山乌鲁木齐河源1号冰川消融速率的20倍左右。过去60余年,白水河1号冰川加速消融趋势明显快于中国和全球参照冰川物质亏损的速率。其中,2009-2013年白水河1号冰川积累区近乎消失。年际变化上,2012-2019年白水河1号冰川持续退缩,冰流速度有所下降(下降率为1.73 m/a),其主要原因是冰川储量亏损,冰川变薄致重力加速削减,进而影响到冰川运动速度。季节变化上,白水河1号冰川在季风期(6-9月)的运动速度明显高于非季风期(约占总运动量的68~72%),该变化通常与冰面消融状况和冻结率控制的冰川底部滑动有关。在空间尺度上,白水河1号冰川运动速度从冰川末端向冰川上部逐渐递减,该变化则主要受制于冰川的几何形态。
基于中国第二次冰川编目数据集,结合典型海洋性冰川积累消融特征、气候背景,系统归纳了影响海洋性冰川快速消融的机理:强积累减弱、强消融增加,高冰碛覆盖降低了冰雪反照率,高冰面破碎化程度增加冰川消融面积,冰体温度的快速升高和较快的运动速度,雨季提前、大量液态降水进入冰体、增加了冰体热量。
研究成果相继发表在Earth-Sci. Rev. (2019, 2020)、Nat. Geosci.(2017)、J. Geophys. Res.(2016, 2019)、Hydrol. Process. (2013,2017)、Quatern. Res. (2004)、Scientific Report (2021)等国外知名期刊发表,出版专著1部,为地方政府提供多项决策报告。依托以上成果,玉龙雪山站集成性成果“我国典型季风海洋性冰川区冰川、环境及人类活动对全球变化的响应研究”获甘肃省自然科学二等奖1项。
(2)基于观测与模拟相结合分析方法,系统评估了中国海洋性冰川的水文、生态及其资源环境效应,定量刻画了青藏高原雪冰吸光性杂质对辐射强迫及其冰冻圈的影响程度
选用HBV半分布式水文模型,以典型海洋性冰川区玉龙雪山白水河流域和贡嘎雪山海螺沟流域实测参数为基础,利用两流域实测径流深资料率定模型参数,恢复了白水河和海螺沟流域1960-2018年的出山冰川径流深数据,发现气温上升导致的冰雪消融是径流深急剧增加的主要原因。同时,建立径流分割模型,明确了不同尺度流域冰雪融水对地表径流的贡献。研究表明,白水河流域季风前雪融水对地表径流的贡献为38.30%,季风期冰川融水对地表径流的贡献为61.10%。漾弓江流域,季风前河水中雪融水比例为47.90%,季风期冰川融水比例为6.80%。梅里雪山明永冰川融水对流域地下水贡献亦达46%。由此可见,冰雪融水是我国海洋性冰川流域重要的水资源。
通过长时间的系统定位监测,采用空间代替时间的方法对我国典型海洋性冰川区植物群落演替特征进行了深入探讨。系统阐述了玉龙雪山白水河1号冰川前缘植物群落演替的过程与规律,并分析了植物演替与冰川变化之间的关系。研究发现,白水河1号冰川末端近250a退缩迹地上经历了裸地-草本-灌木-乔木的发展阶段。1901-2015年,冰川前缘植物演替早、中、后期分别持续了约9-13a,13-102a和110-400a。基于玉龙雪山定位监测,协同对比了全球典型冰川退缩迹地细菌生物地理学特征及主控因素,揭示了冰川退缩迹地微生物特征的区域差异机制。同时,揭示了海洋性冰川退缩地微生物群落的演替规律及影响因素,发现其与大陆性冰川有显著差异。
依托典型海洋性冰川及其他站点,建立了大气污染物与冰冻圈变化监测网络,对中国海洋性冰川环境效应进行了连续的实时监测。依托该网络,深入分析典型海洋性冰川雪冰中吸光性杂质(黑碳等)含量的时空格局、化学转化、富集-淋溶过程,以及吸光性杂质来源、不同燃料的贡献比例。结果发现,海洋性冰川中吸光性杂质含量远高于大陆型冰川。通过连续观测和实验分析,揭示了吸光性杂质影响海洋性冰川消融的过程和机理,揭示了海洋性冰川表面反照率降低的主要影响因素、量化了吸光性杂质引起的辐射强迫。初步揭示了海洋性冰川重金属(Pb等)及其生物质燃烧标志物左旋葡聚糖含量空间特征,深入探究了海洋性冰川区黑碳气溶胶及其污染物来源。其中,海洋性冰川甘露聚糖平均浓度最高,反映了大量局地或远距离传输的生物质燃烧排放污染物在海洋性冰川中的沉降。在测定青藏高原冰川区雪冰中不溶性黑碳和有机碳基础上,初步估算高原冰川碳储量,提出了海洋性冰川(消融区)从“碳汇”向“碳源”转变的关键驱动因子。以上污染物在雪冰中或高空大气中对区域大气环境和冰冻圈及生态系统产生严重的影响。
系统总结了海洋性冰川在内的第三极及周边地区大气污染物时空分布和来源、跨境传输的路径机制和规模、吸光性气溶胶的气候环境效应(冰冻圈消融影响),以及冰冻圈退缩的区域环境效应等。经综合分析认为:南亚等周边地区的大气污染物可通过高空和山谷输入青藏高原并加速冰冻圈消融,进而对区域生态环境造成潜在影响。通过碳同位素组成研究,明确了高原黑碳来源及源区贡献比例,为相关国家制定黑碳减排政策提供了科学依据。
研究成果出版专著1部,部分成果发表于Nat. Sci. Rev.(2019, 2020)、Nat. Commun. (2016)、Atmos. Chem. Phys. (2016, 2017, 2018)、J. Geophys. Res. (2017, 2018)、The Cryosphere (2018)等国际知名期刊。1份咨询报告被中办采用。
(3)基于实地调研,结合遥感和概念模型方法,立足玉龙雪山海洋性冰川区,系统评估了中国冰雪旅游服务潜力,深度揭示了青藏高原雪灾、冰湖溃决成灾机制
针对国际上冰冻圈服务价值尚未进行核算,协同冰冻圈科学研究团队在国际上率先提出了冰冻圈服务研究体系。同时,以冰雪旅游服务为切入点,立足玉龙雪山、达古雪山、岗日嘎布冰川旅游试验示范典型案例,系统评估了冰雪旅游对于山区产业结构的影响,提出了气候变化背景下冰雪旅游的适应策略。以玉龙雪山冰雪旅游研究为切入,系统分析了国内外冰雪旅游发展进程及其演变态势,揭示了中国冰雪旅游资源空间分布特征,综合评估了中国冰雪旅游服务潜力。结果显示,当前冰川旅游潜力主要由交通条件和客源市场共同驱动,而滑雪旅游潜力则主要由气候资源(造雪条件)和客源市场共同驱动,提出了中国冰雪旅游空间开发布局方案及其冰雪旅游跨越式发展保障机制。冰川旅游最优潜力当前主要受交通通达性限制,未来则依赖于冰川规模优势。滑雪旅游当前明显受客源市场影响,而未来将回归冰雪-人造雪气候资源的限制。利用地理信息技术、空间分析、主成分分析、最大熵模型等多方法技术手段,深度揭示了当前滑雪场空间格局模态、变化及其驱动机制,并将滑雪场与社会经济、道路交通、人口分布、地形地貌等相结合,进行了不同气候背景下的雪场适宜度区划,进而提出了雪场空间结构优化方案,该方法可为国家雪场空间布局与规划提供理论依据和技术支撑。
针对冰冻圈灾害突发性强、监测难、空间异域大的特点,系统评估了青藏高原雪灾及冰湖溃决风险。建立了青藏高原冰湖编目和危险性冰湖识别方法,提出了以牲畜超载率为核心指标的高原牧区雪灾评估体系,揭示了高山冰/岩体冻融崩塌成因,开展了高原多条跃动冰川物质转移过程的系统监测和灾害评估。在此基础上,揭示了高原冰冻圈不同灾种时空特征、成灾机理和主要风险构成,系统开展了青藏高原多灾种自然灾害综合风险评估与管控研究。结果显示,中国海洋性冰川区地处多灾种极高综合风险区,该区尽管冰冻圈分布范围较小,但地形起伏大、降雨丰沛,经济活动强烈,发生冻融崩塌、冰/雪崩、冰湖溃决、冰川洪水等灾害概率极大。围绕青藏高原多灾种特点,建立了集“预警预报、数据信息共享、部委会商、群测群防、社区防灾教育、保险承担、应急备灾、强化灾评规划”于一体的青藏高原多灾种自然灾害综合风险管控战略。基于已有研究成果,对全球冰冻圈灾害类型、成灾机理、时空格局以及高风险区影响程度进行了梳理,系统地总结了全球冰冻圈灾害类型、时间尺度、空间特征,揭示了全球冰冻圈灾害高风险区综合影响及其未来态势。
研究成果以6部专著形式出版,并在Global Planet Chang.(2017)、Ecol. Indic.(2015)、J. Glaciol.(2015)、Mitig. Adapt. Strateg. Glob. Chang. (2019)、Landslides(2020)、AMBIO(2021)、科学通报(2019)、科学出版社(2021)等国内外重要期刊发表/出版论著30余篇。同时,1项咨询报告被青海省政府采用,1份咨询报告被中办采用。