耦合冰川动力学和物质平衡过程的区域冰川变化模型研究——以珠穆朗玛峰绒布流域为例

Glaciers are important freshwater for local water supply and dominate the sea level rise on a global scale. Glaciers around the world are retreating and losing mass at an accelerating rate. It is projected that the glacier ice loss will be continued. However, the current regional and global scale glacier evolution models lack glacier dynamics, which lowers the accuracy of projections. In this project, we intend to develop a regional glacier evolution model coupled with ice flow and surface mass balance. The model is mainly forced by the open accessed datasets, e.g. glacier inventory, inversed glacier thickness, reanalysis climate data. We use an independently developed two-dimensional high-order flowband model to simulate the glacier flow. We intend to select the Rongbuk Catchment in the Mt. Qomolangma as a case study. Using the model developed by this project, we project the future glacier changes in this region under extreme conditions considering the RCP8.5 scenario and the enhanced basal lubrication. We then investigate the effects of glacier dynamic processes on regional glacier evolutions, and analyze the response processes and characteristics of different scale glaciers. It is hoped that we could obtain a robust and generalized regional glacier evolution model.

冰川是区域社会经济发展所需要的宝贵淡水资源，而且是全球海平面上升的主要贡献者。目前全球冰川呈现加速退缩和物质亏损态势，据预测未来冰川仍会继续亏损。然而目前对区域和全球尺度冰川变化的模拟缺乏冰川动力学机制，影响了预估结果的准确性。本项目拟构建一个耦合冰川动力学和物质平衡过程的区域冰川变化模型，采用申请人作为共同作者自主开发的二维高阶冰流模型模拟冰川流动，模型主要以冰川编目、反演冰川厚度、气候再分析资料等开放获取的数据作为驱动。拟选择珠穆朗玛峰绒布流域作为研究对象，在极端情景下（RCP8.5气候变化情景和底部滑动增强），模拟该区域未来冰川变化，探讨冰川动力学过程对区域冰川变化的影响，分析不同规模冰川的响应过程和特征，以期获得一个稳健的、可推广应用于更大尺度的区域冰川变化模型。

21世纪以来全球冰川普遍退缩亏损，构建耦合冰川动力学和物质平衡过程的冰川变化预估模型，开展基于物理过程的冰川未来变化模拟，可以为流域水资源管理和政府决策提供科学依据。本项目以自主发展的PoLIM冰川动力学模型作为动力内核，通过开源获取的冰川数据，开展了区域尺度冰川变化预估模型的构建，并在珠峰绒布流域典型冰川进行了应用研究。通过本项目的开展，得到和发现了以下重要结果：1）发布了一个开源二维高阶冰川动力学模型，经过了基准实验测试；2）研发了一个空腔-薄膜型冰下水文模型，并实现了与冰动力学的耦合；3）研发了一个基于Robin方法的底部摩擦系数反演模块，可模拟当前冰川形态下的初始动力状态；4）在绒布流域典型冰川开展了预估模拟，发现东绒布、绒布和九大冰川都普遍表现出退缩、减薄和流速减缓，最大退缩距离超过3 km，最大减薄厚度平均值为75 m。由于冰川差异消融，冰面坡度增加，到本世纪末时，在东绒布和绒布冰川的上游以及九大冰川的末端出现了流速异常增加区，如果混合强消融和强降雨事件，可能会引发冰川跃动或者垮塌，在未来冰川灾害风险评估中要重视此类现象。