斯瓦尔巴Austre Lovénbreen冰川物质亏损加速：气候驱动与平衡线阈值研究

《Journal of Hydrology: Regional Studies》：Accelerated mass loss of Austre Lovénbreen glacier, Svalbard: Drivers and thresholds

本研究针对北极快速变暖背景下斯瓦尔巴地区冰川物质平衡的时空动态，通过对Austre Lovénbreen冰川开展14年（2005/06–2018/19）的定位观测，结合19个物质平衡花杆、雪坑密度测量及GNSS边界更新数据，揭示了该冰川年均物质亏损达-0.47±0.22?m?w.e.?yr-1，其中65%的亏损源自海拔200?m以下区域。研究明确了北极放大效应与冰川几何形态对消融加速的联合控制作用，为评估北极水文变化提供了关键指标。

　　

北极，这片覆盖着全球约44%冰川面积的白色荒原，正以惊人的速度融化。根据IPCC第六次评估报告，2006-2016年间全球山地冰川融水对海平面上升的贡献达0.92±0.39毫米/年，其中北极冰川的贡献就占了0.6±0.1毫米/年，甚至超过了南极冰盖的贡献。更令人担忧的是，北极变暖速率是全球平均的3.4倍，这种被称为"北极放大效应"的现象正在引发冰川加速消融的连锁反应。

斯瓦尔巴群岛作为北极科研的重要前沿阵地，其冰川变化尤为引人关注。该地区温度增速（1.7°C/10年）是北极平均的两倍、全球平均的七倍，使得这里的冰川正面临气候临界点。位于新奥勒松地区的Austre Lovénbreen冰川，作为中国北极黄河站长期定位观测的对象，成为了解这一过程的天然实验室。

在这项发表于《Journal of Hydrology: Regional Studies》的研究中，中国科学家团队首次发布了Austre Lovénbreen冰川长达14年的物质平衡记录，旨在量化该冰川的时空变化特征，并诊断其物质亏损的驱动机制。研究不仅关乎冰川本身的命运，更关系到我们对海平面上升、区域水文变化和生态系统响应的准确预测。

研究人员采用了一套系统而严谨的技术方法。他们通过19个物质平衡花杆组成的观测网络，结合雪坑密度测量，获取了点尺度的物质平衡数据；利用高精度全球导航卫星系统（GNSS）定期更新冰川边界，确保计算准确性；基于高程带插值法将点数据扩展到冰川尺度；并通过误差传播定律评估了测量不确定性。这些方法共同构成了从点到面、从观测到计算的完整技术链条。

点物质平衡序列揭示了明显的海拔梯度特征。数据显示，低海拔区域（<200米）是物质亏损的主要来源，而高海拔区域（>400米）的积累不足以抵消前端的持续退缩。这种空间异质性凸显了地形对消融过程的控制作用，特别是在无表碛覆盖的冰川末端，短波吸收增强进一步加大了海拔梯度差异。

冰川尺度物质平衡结果显示，在14年观测期内，Austre Lovénbreen冰川持续处于负平衡状态，年均物质亏损为-0.47±0.22米水当量/年，累积赤字达-6.53±0.84米水当量。值得注意的是，2014-2019年间出现了物质亏损加剧的现象，这与创纪录的夏季高温和冬季降雪减少密切相关。冰川的平衡线海拔（ELA）从2000年代初的约450米上升至2019年的约500米，积累区比率（AAR）降至0.5以下，标志着冰川正从积累主导转向消融主导状态。

平衡线海拔与积累区比率的分析揭示了它们与物质平衡的定量关系。研究发现，ELA与年物质平衡呈显著负相关（r=-0.86），而AAR则呈正相关（r=0.79）。特别重要的是，研究识别出了关键阈值：当AAR超过60%时，冰川可能出现正平衡；而当AAR低于50%时，则意味着消融区占主导，可能导致不可逆的物质损失。这些阈值为诊断冰川健康状况提供了重要指标。

通过多元回归分析，研究确定了影响物质平衡的三个主要驱动因子：夏季温度异常、冬季降水异常和平衡线海拔变化，它们共同解释了89%的物质平衡年际变率。其中，夏季温度每升高1°C，消融量增加0.43米水当量；而冬季降水的减少则通过影响积累量进一步加剧了物质亏损。

研究还发现了一系列非线性反馈机制。热力-几何耦合效应、冰崖的出现以及冰下水文系统的激活，共同放大了物质损失速率，这使得基于平衡气候敏感性的模型预测可能低估了实际的冰川退缩速度。特别是基底永久冻土的退化，证实了整个冰冻圈柱体正在受到气候变暖的热扰动，凸显了深部碳库对全球气候的正反馈风险。

这项研究的意义不仅在于提供了斯瓦尔巴地区首份长期的冰川物质平衡记录，更在于建立了一个集成的ELA-AAR-B诊断框架，为量化冰川-气候反馈提供了新范式。研究揭示的低海拔消融主导机制、平衡线阈值行为以及非线性反馈过程，对改进IPCC海平面预测模型具有直接价值。随着北极变暖的持续，Austre Lovénbreen冰川的变化轨迹将成为理解整个北极冰川系统响应的关键窗口，为区域水资源管理、海岸带防护和生态系统保护提供科学依据。