过去60余年祁连山冰川变化：空间异质性与驱动机制的多因子定量分析

《Journal of Environmental Management》：Glacier changes in the Qilian Mountains over the past 60+ years: Multi-factor quantitative analysis of spatial heterogeneity and driving mechanisms

　　

• 从20世纪60年代到2024年，祁连山冰川面积减少了29.11%，且表现出显著的空间异质性。• 退缩速率差异明显：中东部分退缩率超过60%，西部分低于30%。• 西部地区和冬季增温最为强烈，驱动了冰川的整体退缩。• 降水相态从雪向雨的转变，通过双重途径加剧了冰川物质损失。• 地形调节了冰川对气候的响应，导致退缩程度的空间不均匀。

**引言**

冰川作为冰冻圈的核心组成部分，是反映全球气候变化最为敏感和直观可见的指示物（IPCC 2021；Oerlemans, 2005；Yao等, 2012）。冰川物质平衡和面积的变化直接记录了区域和全球气候系统的演化轨迹（K??b等, 2012；Bolch等, 2012）。此外，冰川作为天然的固体水库，在维持流域水资源分配、生态稳定和社会经济发展方面发挥着不可替代的作用（Immerzeel等, 2010；Yao等, 2022）。位于中国西部的祁连山是该国最重要的冰川分布区之一，拥有3000多条冰川，约占中国冰川总面积的3.4%（Liu等, 2015；Shi等, 2008；RGI 7.0 Consortium, 2023）。作为河西走廊内陆河水系的唯一"水塔"，这些冰川规模相对较小，平均面积仅为0.5 km2（RGI 7.0 Consortium, 2023）。然而，它们直接调节着大约87%的冰川融水补给，供给河西走廊三大内陆河水系——疏勒河、黑河和石羊河（Yang, 1991）。因此，这种融水调节对区域水循环和水安全至关重要。

过去六十年来，全球变暖持续加剧。最近发表在《自然》杂志上的一项研究报告指出，2000年至2023年间，全球冰川总冰量损失了约5%（GlaMBIE Team, 2025）。青藏高原的增温速率超过全球平均水平。因此，位于其东北边缘的祁连山对气候变暖尤为敏感（Miles等, 2021；Yao等, 2022）。因此，祁连山冰川持续退缩并加速物质损失，使该区域成为中国冰川退缩最为显著的区域之一。综合两期中国冰川编目数据，祁连山冰川总面积在1970年至2018年间以每年0.5%–1%的速率减少（Cao等, 2026）。多源数字高程模型（DEM）差分进一步表明，自2000年以来，冰川表面高程以每年-0.32至-0.35米的速率降低（Hugonnet等, 2021；Cao等, 2026）。区域范围内，冰川退缩表现出显著的纵向分带特征：东部退缩快于中部和西部分区（Cao等, 2026）。特别值得一提的是，小型冰川经历了最为剧烈的萎缩，海拔4000米以下的冰川已完全消失（Cao等, 2026）。此外，祁连山增温在1985年后加速，最显著的增温发生在20世纪90年代，2000年后增温速率放缓，2010年后又出现大幅回升。这进一步加剧了冰川退缩的时空异质性（Zhao等, 2024；Cao等, 2026）。

冰川退缩改变了空间分布格局和物质平衡机制，并引发了一系列下游效应。短期内，消融量增加可能导致河流径流短暂上升。然而，一旦冰川萎缩跨越临界拐点，融水径流将逐步减少并面临枯竭风险。这对干旱西北地区的用水安全构成了严峻挑战（Huss和Hock, 2018；Cao等, 2026）。加速融化还促进了表冰川溪流和冰川内部排水系统的快速发展，扩大了冰川湖泊并增强了冰川整体不稳定性。因此，它增加了冰川湖溃决洪水（GLOFs）和冰川相关泥石流的风险，威胁着周边生态系统和人类生计（Shugar等, 2020；Zheng等, 2021；Taylor等, 2023；Sattar等, 2025）。此外，冰川退缩损害了区域高山生态系统，导致湿地退化和生物多样性丧失（Yao等, 2022）。

在国际上，冰川-气候响应关系的研究已发展为一套成熟的理论框架。能量-物质平衡模型被广泛用于模拟冰川变化，气温和辐射平衡被认为是消融的主要驱动因素（Sauter等, 2020；Jakob和Gourmelen, 2023）。在青藏高原，中国学者通过多源数据融合建立了系统的冰川监测网络，利用遥感、野外观测和数值建模来记录冰川面积和物质平衡的时空变化，并阐明气温和降水等气候因素的影响（Bhattacharya等, 2021；Hugonnet等, 2021；Berthier等, 2023；Cao等, 2026）。然而，现有研究主要关注大型冰川分布区或单个冰川。对于以中小型冰川为主的冰川区——如祁连山——研究仍相对不足。此外，大多数研究仅将冰川退缩归因于气候变化，很大程度上忽略了复杂地形和冰川尺度的综合影响。因此，退缩速率的空间异质性及其潜在驱动因素仍知之甚少。

尽管之前的研究揭示了祁连山冰川在不同时间和空间尺度上的变化特征，但仍存在以下局限：

（1）监测数据时效性不足。大多数现有冰川监测数据均采集于2020年之前，2020年后高精度、全覆盖的时间序列数据稀缺。难以系统刻画过去60余年（20世纪60年代至现在）冰川的持续变化。

（2）多驱动因素综合效应的研究不够充分。当前大多数研究集中于气候或地形的单因素或双因素分析，很少有研究全面考虑气候（气温和降水）、地形（坡度、坡向和海拔）以及冰川内在尺度（面积）的协同效应。因此，无法定量确定各因素对冰川退缩的独立贡献和交互效应。

（3）定量关系和空间异质性的认识不足。冰川退缩速率与多维影响因素之间的定量相关性仍不清楚。特别是在不同地形条件和冰川尺度下，空间异质性的精细化定量刻画缺乏，限制了准确阐释局部差异对冰川退缩影响的能力。

因此，本研究聚焦于祁连山冰川。我们利用中国两期国家冰川编目数据集和2024年高精度冰川调查数据，结合长期格网化气温和降水数据，采用趋势分析、Pearson相关分析和地理加权回归（GWR）等方法，系统分析了冰川指标（面积和数量）和气候要素（气温和降水）的时空演变。进一步探讨了冰川变化对气候因素（气温和降水）、地形因素（海拔、坡度和坡向）以及冰川尺度（初始面积）的响应关系，揭示了冰川变化对气候因素和局地地形因素的响应机制。本研究旨在深化对祁连山冰川演化规律的科学认识，并为区域水资源管理和冰冻圈保护提供理论支持。

**研究区**

祁连山位于青藏高原东北边缘，横跨甘肃和青海两省。北接河西走廊，南邻柴达木盆地，西连东阿尔金山。向东延伸至甘肃乌沙岭和青海门源，大致位于东经93°30′–103°30′、北纬35°40′–39°30′之间（Cao等, 2026）。山体高程多在4000–5500米之间。最高峰团结峰（5808米）位于……

**冰川调查数据**

本研究使用的冰川调查数据包括两期中国冰川编目（CGI-1和CGI-2）以及2024年祁连山冰川调查数据。

第一期祁连山冰川编目（CGI-1）由中国科学院兰州冰川与冻土研究所自1979年起编制，基于20世纪60–70年代航片和地形图，并结合广泛的野外调查（Shi等, 2008；Wang等, 1981），以及……

**整体变化趋势**

通过对比CGI-1、CGI-2和2024年祁连山冰川调查数据，我们获得了各时期冰川数量和面积的变化（表1）。如表1所示，从20世纪60年代到2024年，冰川数量增加了654条，而总面积减少了574.14 km2。面积变化百分比（ACP）为-29.11%，对应年均变化率（ACR）为-0.45%·a?1。具体而言，从CGI-1到CGI-2，ACP约为-17%，ACR为-0.35%·a?1。从CGI-2到2024年，ACP为-14.59%，ACR为-0.86%·a?1……

**与现有研究的对比**

本研究揭示，过去60余年间，祁连山冰川经历了持续退缩，且具有显著的空间异质性，这与该区域现有监测结果总体一致，进一步验证了我们研究结果的可靠性和科学稳健性。Sun等（2018）基于冰川编目数据报告，1956年至2010年祁连山冰川面积减少了20.88%，小型冰川萎缩尤为显著，且……

**结论**

在全球变暖和冰川快速消融的背景下，本研究利用两期中国冰川编目数据、2024年祁连山冰川调查数据以及长期格网化气温和降水数据，结合趋势分析、Pearson相关分析和GWR方法，揭示了过去60余年间祁连山冰川和区域气候的时空演化规律，并阐明了冰川变化对气候因素……的响应机制。

**CRediT作者贡献声明**

胡晓娟：原稿撰写、方法论、形式化分析、数据管理、概念构思。
李霞：审阅与编辑、方法论、形式化分析、数据管理、概念构思。
蔡西琴：方法论、形式化分析、数据管理、概念构思。
秦翔：审阅与编辑、方法论、概念构思。
刘玉硕：审阅与编辑、方法论、概念构思。
康健勤：审阅与编辑、方法论、数据管理。

**基金资助**

本研究由2026年甘肃省自然资源重点人才项目资金、2026年自然资源专业技术研究项目资金（编号：202621和202613）、2024–2026年甘肃省水利基本调查项目资金以及甘肃省水利科学研究与技术推广项目（项目编号：26GSLK139）资助。

**利益冲突声明**

作者声明不存在任何可能影响本论文所述工作的已知竞争性经济利益或个人关系。

**致谢**

本研究由2026年甘肃省自然资源重点人才项目资金、自然资源专业技术研究项目资金2026年（编号：202621和202613）、2024–2026年甘肃省水利基本调查项目资金以及甘肃省水利科学研究与技术推广项目（项目编号：26GSLK139）资助。我们感谢中国科学院西北生态环境资源研究院……

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