探索地球之巅60年来珠峰气候环境变化.docx

探索地球之巅60年来珠峰气候环境变化摘要：世界第一顶峰珠穆朗玛峰(珠峰)，是全球气候与环境变化研究的焦点与热点区域自20世纪50年代末期以来，在珠峰地区已经开展了屡次综合考察，并建立了定位观测研究站近 　　摘要：世界第一顶峰珠穆朗玛峰(珠峰)，是全球气候与环境变化研究的焦点与热点区域自20世纪50年代末期以来，在珠峰地区已经开展了屡次综合考察，并建立了定位观测研究站近60年来，珠峰地区持续变暖，升温幅度与青藏高原的平均值相当，降水变化趋势不明显珠峰地区是冰川集中分布区，近期冰川显著退缩，冰湖面积急剧扩张，径流量增大，反映了冰川和水文过程对全球变暖的响应受到升温影响，珠峰地区的植被有变绿趋势工业革命以来，珠峰地区受到跨境大气污染物传输的影响，也凸显了冰川消融导致的污染物二次释放的潜在风险 　　本文源自自然杂志,2022,42(05):355-363.?自然?杂志，于1978年经国家新闻出版总署批准正式创刊，CN:31-1418/N，本刊在国内外有广泛的覆盖面，题材新颖，信息量大、时效性强的特点，其中主要栏目有：科学人文、自然笔谈、科学人物等 　　苍茫无际的喜马拉雅山脉绵延千里，逶迤盘桓于青藏高原南部边缘。

在喜马拉雅山脉中部，一座飒爽轮廓的挺拔山峰赫然屹立，呈巨型金字塔状的山峰白雪皑皑、寒风烈烈，这就是主峰——世界最顶峰珠穆朗玛峰(简称珠峰，纬度27°59´17´N，经度86°55´31´E，海拔8844.43m)珠峰地区(本文指珠穆朗玛峰国家级自然保护区)位于中国与尼泊尔边界，南坡降雨充分、植被繁茂，北坡降水稀少、植被稀疏珠峰地区冰川广布，是重要的淡水资源宝库，也是气候环境变化的敏感地区人类对于珠峰的探索从未停止，从清康熙五十六年(1717年)珠峰被发现以来，作为地球之巅的珠峰吸引着无数人前赴后继进行探险和科学研究1953年，人们第一次从南坡登顶珠峰;1960年5月25日，人类才首次实现了从北坡攀登珠峰的夙愿自此，我国开展珠峰登山探险与科考整整60年在气候变化的背景下，珠峰地区气候环境变化如何?产生了哪些影响? 　　1、珠峰地区科学考察简史 　　自新中国建立以来，我国科学家对珠峰地区持续开展了科学考察研究，中国科学院在历次珠峰科考中发挥了中坚主导作用1949年，我国草测的珠峰地形图标记了珠峰的位置与地形;1958—1960年，中国科学院和原国家体委组织中国珠穆朗玛峰登山科学考察队，完成了以珠峰为中心的海拔2500～6500m范围内的地质、地貌、测量、气象、水文、冰川、地层、岩石、土壤、植物以及动物等的科学考察，编写出版了?珠穆朗玛峰地区科学考察报告?，这次科考为我国首次登顶珠峰提供了气象观测和预报等科学保障[1](图1)。

1966—1968年，中国科学院--科学考察队以“喜马拉雅山脉的隆起及其对自然界与人类活动的影响〞为中心课题，对珠峰地区开展综合科学考察，出版了?地质??古生物??第四纪地质??自然地理??现代冰川与地貌??生物与高山生理??气象与太阳辐射?7个分册的?珠穆朗玛峰地区科学考察报告(1966—1968)?1975年，中国科学院再次组织珠峰科学考察分队，对珠峰地区进行了地质、气象、高山生理等考察研究，特别是成功运用我国自行设计制造的无线电心电遥测仪，对登山运发动在海拔7000m至顶峰进行心电图记录和分析，提高了对人体低氧适应性规律的科学认识为了认识30年后珠峰地区的气候环境变化，中国科学院于2022年组织第四次综合科学考察，对冰川、水文、大气物理和大气环境、生态、地质等开展了全面考察[2]笔者作为本次科考队队长率领科考队员首次到达珠峰海拔7200m的高度，并沿着不同海拔采集冰雪样品同年，中国科学院青藏高原研究所在珠峰绒布河谷海拔4350m处建立了珠穆朗玛大气与环境综合观测研究站，开启了对珠峰地区大气、水文、生态与环境的连续定位观测(图2) 　　图1气象科考队员在珠峰大本营设立气象观测箱(1958年)(图片来自网络) 　　除了上述4次综合性的考察外，自20世纪80年代以来，珠峰地区各类专题性的考察一直在持续。

以冰川考察为例，1993年原中国科学院兰州冰川冻土研究所(现为中国科学院西北生态环境资源研究院)开始了对东绒布冰川的连续考察，于1997年在远东绒布冰川海拔6500m处钻取一支40m长的冰芯，第二年在东绒布冰川垭口(海拔6500m)获得80m长冰芯(图3、图4)随后几乎是不间断地逐年进行冰川定位监测和测量、冰川水文和气象监测、冰芯钻取、雪冰和其他环境样品采集等工作其中，2022年冰川考察队参与了2022年奥运会珠峰火炬传递的气象保障，在珠峰大本营到北坳的不同海拔架设了自动气象站(图5)，获得了较为完整的高海拔气象资料2022年，在东绒布冰川垭口钻取了珠峰地区最长的一支冰芯(142m)截至2022年，在珠峰东绒布冰川获得的冰芯到达10余支，为“解密〞珠峰地区历史时期高分辨率的气候环境变化提供了珍贵资料 　　图2中国科学院珠峰大气与环境综合观测研究站的大气环境观测仪器 　　图3珠峰东绒布冰川垭口冰芯钻取现场 　　图4科考队员在东绒布冰川运输科考物资 　　图5珠峰东绒布冰川垭口海拔6500m的自动气象站 　　2022年，中国科学院联合国家气候中心等研究机构和高校，对珠峰地区开展气候、环境和人文动态等综合科学考察。

本次考察开展了科普活动，通过野外直播讲授公开课，呼吁公众保护珠峰地区生态环境，随后出版了?珠穆朗玛峰地区气候环境变化评估?[3]，并提出了应对气候环境变化、实现区域绿色可持续开展的科学建议2022年起至今，随着第二次青藏高原综合科学考察研究的启动实施，每年都有科考分队在珠峰地区开展科学考察回忆珠峰地区科学考察，从最初的地理探索发现到如今的气候环境变化评估，从短期的科学考察到固定台站连续观测，从效劳登山活动的气象预报到面向科学前沿的大气物理和大气环境观测研究，珠峰科考历程是青藏高原科学研究开展进步的缩影，凝聚了一代代珠峰研究者勇攀科学顶峰的荣耀和梦想 　　2、珠峰地区持续变暖 　　在珠峰东绒布冰川获得的10余支冰芯记录，为我们了解该地区的气候变化历史提供了丰富信息所谓“冰芯〞，是从冰川外表向下连续垂直钻取的圆柱状冰体，为保证冰芯记录的时间连续性，冰芯钻取位置一般在冰川积累区大气化学成分可以通过干、湿沉降(如降雪过程)到达冰川外表，然后被封存基于系统的多指标定年技术与实验室分析，可以重建过去不同时间尺度的气候环境变化过程过去2000年珠峰东绒布冰芯气泡中空气含量可表征珠峰地区夏季气温变化，揭示出20世纪是过去2000年来最为温暖的时期，但是中世纪暖期与小冰期的特征并不明显[4]。

过去500年来的冰芯积累量变化说明，珠峰地区在16世纪与20世纪后期降水偏多，其他时段降水偏少[5] 　　基于台站资料分析发现，珠峰地区近50多年来(1961—2022年)平均气温为–4～3℃，空间上表现为由东南向西北递减的趋势多年平均降水那么呈现由南向北降低的趋势，降水的高值中心位于西南部的喜马拉雅山脉，年平均降水量可达550～600mm，北部的年平均降水量那么在375～425mm[3] 　　20世纪以来，青藏高原整体上气候快速变暖，而且近50年来的变暖超过全球同期平均升温率的2倍，到达每10年0.3～0.4℃[6,7]同期珠峰地区平均升温率约为每10年0.33℃，与青藏高原平均水平接近;冬季升温率可达每10年0.39℃;降水变化趋势不明显[3]利用动力降尺度方法预估的珠峰地区未来气候变化显示，珠峰地区2090—2099年相对于1996—2022年的冬季和夏季平均气温均表现为一致升高在典型浓度路径(RCP)4.5情景下(图6(a))，年均气温升高1.2～2.4℃，升温幅度呈由南向北递增的趋势，北部气温升高为1.8～2.4℃;在RCP8.5情景下(图6(b))，珠峰地区升温幅度更为显著，整个地区年均气温升高3℃以上，升温高值位于北部，范围在4.2～4.8℃。

　　图6珠峰地区年平均地面气温的变化(2090—2099年相对于1996—2022年)： 　　3、珠峰地区冰川退缩、冰湖扩张 　　由于地势险峻、海拔极高，珠峰地区银装素裹，这里是喜马拉雅山脉冰川集中分布的地区之一根据中国第二次冰川编目[8,9]和尼泊尔冰川编目[10]，得出珠峰南、北坡地区有2438条冰川，总面积3271.4km2其中，中国境内珠峰自然保护区分布有1476条冰川，面积为2030.5km2(占总面积的62%)，而邻近的南坡尼泊尔境内分布有962条共1240.9km2冰川珠峰北坡绒布冰川是复式山谷冰川，全长约为22km，面积达85.4km2全球变暖导致珠峰自然保护区境内(包括邻近的南坡尼泊尔境内)的冰川发生大幅度萎缩比拟中国第一次冰川编目[11]重新数字化成果和中国第二次冰川编目成果[8]可以发现，1970—2022年间珠峰地区中国境内的冰川面积减小了约28.4%(0.83%/a);而根据尼泊尔发布的1977年和2022年的两期冰川编目资料[10]，珠峰南坡邻近区域的冰川在1980—2022年间面积总计退缩了26%(0.91%/a)(图7) 　　图7珠峰南北坡冰川面积变化率分布图(修改自文献[3]) 　　珠峰地区也是喜马拉雅山脉冰湖分布最为集中的地区之一[12,13]。

冰湖主要包括冰面湖、冰川阻塞湖、表碛湖等(图8)遥感调查结果显示，2022年珠峰地区共有冰湖1085个，总面积114.43km2小规模冰湖( 　　受到冰川快速融化的影响，该地区冰湖变化剧烈且时空差异显著[14,15,16]近20多年来珠峰地区冰湖数量略有增加，由1990年的1034个增加到2022年的1085个;冰湖面积那么呈快速扩张态势，由1990年的99.63km2扩张至2022年的114.43km2，年扩张率为0.65%大量冰湖消失与生成共存，但新生冰湖面积大于消失冰湖面积近20年多来一直存在的冰湖共有815个，其中44%的冰湖面积增加显著，而且总体上冰湖扩张面积远大于退缩面积，导致潜在危险性冰湖的形成和增多[17,18]根据Wang等[19]和Worni等[20]对潜在危险性冰湖识别指标及其溃决危险性等级评价方法，发现珠峰地区共有潜在危险性冰湖109个(图9)溃决危险性等级为“高〞的潜在危险性冰湖，占该区冰湖总数的3%(总冰湖面积的24%)，急需加强监测并进行溃决风险评价 　　图8珠峰绒布冰川末端的冰湖 　　图9珠峰地区冰湖分布及其潜在危险性等级(修改自文献[3]) 　　4、远距离传输大气污染物影响珠峰地区环境 　　工业革命以来，人类向大气中排放了大量污染物。

这些污染物经由大气等介质的长距离传输，为全球环境带来污染和潜在风险珠峰地区作为全球偏远地区，其大气环境具有区域代表性珠峰东绒布冰川粒雪芯中化学元素浓度表现出明显的季节变化，非季风期元素浓度较高而季风期较低，其中Ca、Cr、Cs及Sr的季节变化最为显著，显示雪冰中元素浓度的季节变化受到春季亚洲沙尘暴频发的影响珠峰雪冰中的痕量元素浓度与南北极地区雪中的浓度大致相当，但远远低于受人类活动影响强烈的城市地区[21,22]珠峰东绒布冰川表层雪冰中汞(Hg)浓度与北极地区表层雪中Hg本底浓度相当，但与法国阿尔卑斯山雪冰中Hg浓度的下限值水平一致[23]因此，珠峰地区仍属世界偏远地区大气环境背景水平 　　从冰芯记录来看，珠峰大气环境亦因全球人类活动的不断加剧扰动而发生了改变，特别是20世纪中叶以来珠峰地区的大气环境受到远距离传输的人类污染物的显著影响[24]珠峰冰芯黑碳(blackcarbon,BC)。