喜馬拉雅山脈，喀拉昆侖山脈，興都庫(kù)什山脈……亞洲高山的名字讓生活在遠(yuǎn)方的人聯(lián)想到冒險(xiǎn)，但對(duì)10億多人來(lái)說(shuō)，這些名字是他們最可靠的水源。這些山脈中的雪和冰川包含了地球極地冰原之外最大的淡水量，這使得水文學(xué)者將這一地區(qū)稱為“第三極”。

世界上七分之一的人口依靠從這些山區(qū)流出的河流來(lái)獲取飲用水和灌溉作物，然而，該地區(qū)氣候的迅速變化正在影響冰川融化和融雪，該地區(qū)的人們已經(jīng)在改變土地使用方式，以應(yīng)對(duì)不斷變化的水資源供應(yīng)。

該地區(qū)的生態(tài)正在發(fā)生變化，未來(lái)的變化可能會(huì)影響印度、巴基斯坦、中國(guó)和其他國(guó)家的食品和水安全。為了更好地了解地球水循環(huán)的未來(lái)，美國(guó)宇航局正密切關(guān)注世界范圍內(nèi)類(lèi)似的變化。在這一地區(qū)，在收集地面觀測(cè)數(shù)據(jù)方面存在著極大挑戰(zhàn)，NASA衛(wèi)星和其他資源可以為氣候科學(xué)和當(dāng)?shù)貨Q策者帶來(lái)實(shí)質(zhì)性的好處，他們的任務(wù)是管理已經(jīng)稀缺的資源。目前正在對(duì)這些山區(qū)的雪、冰和水進(jìn)行有史以來(lái)最全面的研究，了解它們是如何變化。

由西雅圖華盛頓大學(xué)的安東尼·阿倫特領(lǐng)導(dǎo)美國(guó)宇航局高山亞洲研究小組(HiMAT)已經(jīng)進(jìn)入第三個(gè)年頭。該項(xiàng)目由13個(gè)協(xié)調(diào)研究小組組成，研究該區(qū)域三十年來(lái)在三個(gè)廣泛領(lǐng)域的數(shù)據(jù)：天氣和氣候；冰雪以及下游的危害和影響。所有這三個(gè)主題領(lǐng)域都在變化，從氣候開(kāi)始，變暖的空氣和季風(fēng)模式的改變影響著該地區(qū)的水循環(huán)——降雪和降雨的數(shù)量，以及積雪和冰川融化的方式和時(shí)間。水循環(huán)變化增加或降低了諸如山體滑坡和洪水等地方災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)，并對(duì)水資源分配和可種植的作物產(chǎn)生廣泛影響。

讓不可能的科學(xué)成為可能

在人類(lèi)歷史的大部分時(shí)間里，對(duì)這些山脈進(jìn)行詳細(xì)科學(xué)研究是不可能的。山太高太陡，天氣也太危險(xiǎn)。衛(wèi)星時(shí)代為我們提供了第一個(gè)機(jī)會(huì)，在人類(lèi)從未踏足過(guò)的地方安全地觀察和測(cè)量冰雪覆蓋。亞利桑那州圖森行星科學(xué)研究所(Planetary Science Institute)高級(jí)科學(xué)家杰弗里·卡格爾(Jeffrey Kargel)說(shuō)：衛(wèi)星技術(shù)的爆炸式增長(zhǎng)對(duì)這個(gè)地區(qū)來(lái)說(shuō)是不可思議的，現(xiàn)在可以做十年前做不到的事情。

計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)步使更多的研究人員能夠進(jìn)行大規(guī)模的數(shù)據(jù)處理工作，這是改善復(fù)雜地形天氣預(yù)報(bào)所必需的。HiMAT團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)整合多種多樣的衛(wèi)星觀測(cè)數(shù)據(jù)和現(xiàn)有數(shù)值模型，對(duì)該地區(qū)的水資源做出權(quán)威估計(jì)，并為當(dāng)?shù)貨Q策者在規(guī)劃不斷變化的水資源供應(yīng)時(shí)提供一系列產(chǎn)品。HiMAT團(tuán)隊(duì)的許多數(shù)據(jù)集已經(jīng)上傳到美國(guó)宇航局位于國(guó)家冰雪數(shù)據(jù)中心的分布式活動(dòng)存檔中心，這一系列新產(chǎn)品統(tǒng)稱為“冰川融雪工具箱”(the Glacier and Snow Melt, GMELT)。

碎片壩和其他危險(xiǎn)影響

完成這個(gè)“工具箱”有一定的緊迫性，因?yàn)槿诨Ｊ降淖兓坪跽谠黾釉摰貐^(qū)危險(xiǎn)——其中一些只在這類(lèi)地形中發(fā)現(xiàn)，比如冰川湖上的碎石壩“失靈”，以及洶涌冰川阻塞了通往山村和牧場(chǎng)的道路。在過(guò)去的幾十年里，城鎮(zhèn)和基礎(chǔ)設(shè)施，如道路和橋梁，已經(jīng)被這些事件摧毀。研究團(tuán)隊(duì)正在研究冰川湖引發(fā)的災(zāi)難性洪水，這些湖泊一開(kāi)始是冰川表面的熔池，但在適當(dāng)?shù)臈l件下。

它們可能會(huì)一直融化到地面，匯集在原先是冰川前端一堆危險(xiǎn)的冰和碎片后面。地震、巖崩，或者僅僅是水的重量增加，都有可能沖破碎石壩，引發(fā)山洪暴發(fā)。像這樣的湖泊在五六十年前幾乎是不為人知，但隨著亞洲大部分高山冰川的收縮和退縮，冰川湖泊一直在增殖和生長(zhǎng)。研究人員測(cè)量過(guò)的最大一個(gè)，尼泊爾的下巴倫，深度673英尺(205米)，容積近300億加侖(1.12億立方米)，或約45000個(gè)奧運(yùn)會(huì)規(guī)模的游泳池。

HiMAT團(tuán)隊(duì)繪制了每個(gè)直徑超過(guò)1100英尺(330米)的冰湖在三個(gè)不同時(shí)期(大約1985年、2001年和2015年)的地圖，以研究這些湖泊是如何演變的。隨著冰湖規(guī)模和數(shù)量的增加，對(duì)當(dāng)?shù)厝丝诤突A(chǔ)設(shè)施構(gòu)成的威脅也在增加。美國(guó)國(guó)家航空航天局戈達(dá)德太空飛行中心的Dalia Kirschbaum領(lǐng)導(dǎo)了一個(gè)研究小組，利用衛(wèi)星數(shù)據(jù)來(lái)預(yù)測(cè)亞洲高山地區(qū)哪些地區(qū)最容易發(fā)生山體滑坡，從而為該地區(qū)新基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)提供信息。

雪越深，融化越快

未來(lái)冰雪融化速度的一個(gè)關(guān)鍵因素是塵埃、煤煙和污染在結(jié)冰表面的作用。原始白雪將90%以上的太陽(yáng)輻射反射回大氣。但是當(dāng)雪被顏色較深的煤煙顆?；蚧覊m覆蓋時(shí)，這種涂層吸收更多熱量，雪融化得更快。研究表明，歐洲小冰期結(jié)束的原因是工業(yè)革命沉積在阿爾卑斯山上的煙塵。在亞洲，過(guò)去35年里，堆積在高山積雪上的煤煙數(shù)量顯著增加。這些亞洲山脈是否會(huì)像幾個(gè)世紀(jì)前的阿爾卑斯山那樣做出反應(yīng)，是一個(gè)重要的問(wèn)題。

HiMAT的幾個(gè)團(tuán)隊(duì)都在關(guān)注這個(gè)問(wèn)題，美國(guó)宇航局戈達(dá)德中心正在利用衛(wèi)星數(shù)據(jù)來(lái)更好地了解這個(gè)地區(qū)的雪、冰、灰塵和煤煙顆粒的性質(zhì)。團(tuán)隊(duì)還與尼泊爾的地區(qū)研究人員合作，在珠穆朗瑪峰、安納普爾納和道拉吉里等地的冰川上安裝地面?zhèn)鞲衅鳌＿@些傳感器將使研究人員能夠檢查在同一地點(diǎn)獲得衛(wèi)星讀數(shù)的準(zhǔn)確性。加州大學(xué)洛杉磯分校的Tom Painter領(lǐng)導(dǎo)了一個(gè)團(tuán)隊(duì)，利用美國(guó)國(guó)家航空航天局中分辨率成像光譜儀(MODIS)和NOAA/NASA可見(jiàn)光紅外成像輻射計(jì)套件(VIIRS)的衛(wèi)星數(shù)據(jù)。

在社區(qū)天氣研究和預(yù)報(bào)模型中，對(duì)過(guò)去和未來(lái)積雪覆蓋的變化以及煤煙和灰塵變化等其他因素進(jìn)行量化。由NOAA的Sarah Kapnick領(lǐng)導(dǎo)的另一個(gè)團(tuán)隊(duì)正在全球氣候模型中計(jì)算灰塵和煤煙，以提高對(duì)歷史和預(yù)測(cè)未來(lái)區(qū)域變化的理解。世界上最高的山峰給天氣預(yù)報(bào)帶來(lái)了獨(dú)特挑戰(zhàn)，猶他州大學(xué)鹽湖城分校的Summer Rupper領(lǐng)導(dǎo)一個(gè)研究小組已經(jīng)解決了其中一個(gè)挑戰(zhàn)，開(kāi)發(fā)了一個(gè)模型，將季風(fēng)季節(jié)沉積在該地區(qū)的冰和雪與冬季風(fēng)暴形成的冰和雪區(qū)分開(kāi)來(lái)，這樣科學(xué)家就可以研究全年可能降雪的地點(diǎn)和時(shí)間。

初步結(jié)論

在HiMAT調(diào)查的最后一年，這項(xiàng)研究正在進(jìn)行中，研究小組的科學(xué)論文即將發(fā)表。其中一個(gè)更令人擔(dān)憂的結(jié)論是：由于冰川快速融化，到2100年，冰川體積將縮小35 - 75%。通過(guò)分析喜馬拉雅山脈冰川40年來(lái)的衛(wèi)星數(shù)據(jù)，支持了這一結(jié)論。研究人員用于這項(xiàng)研究的早期數(shù)據(jù)來(lái)自解密間諜衛(wèi)星。不僅喜馬拉雅山脈的所有冰川都在融化，從1975年至2000年的25年衛(wèi)星數(shù)據(jù)到近16年(2000年至2016年)，冰川融化的平均速度翻了一番。降雨和降雪是否也會(huì)發(fā)生變化，以及變化是否會(huì)加劇或減輕冰川融化的影響，目前還不清楚。

根據(jù)季風(fēng)和進(jìn)入該地區(qū)冬季風(fēng)暴的流量，該地區(qū)的降水已經(jīng)在很大程度上因地區(qū)而異。例如，喀喇昆侖山脈的降水量目前正在增加，那里的冰川要么是穩(wěn)定要么是前進(jìn)的，但在該地區(qū)的其他所有山脈，幾乎所有冰川都在退縮。隨著氣候的持續(xù)變化，這種異常現(xiàn)象是會(huì)繼續(xù)、變得更強(qiáng)，還是會(huì)逆轉(zhuǎn)，目前還不清楚。全球氣候動(dòng)態(tài)將決定風(fēng)暴的最終去向以及它們?nèi)绾螖r截山脈，即使是風(fēng)暴軌跡上的微小變化，也會(huì)造成顯著的可變性。

博科園｜研究/來(lái)自：美國(guó)宇航局戈達(dá)德太空飛行中心/Carol Rasmussen

參考期刊《科學(xué)進(jìn)展》

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