乌鲁木齐河源1号冰川的冰川成冰带研究结果

从冰川的末端到顶部，气候条件随高度的变化决定了不同高度带冰川的积累量和消融量有明显差异，成冰作用和过程也有所不同，据此，可从冰川末端到顶部依次划分出不同的高度带，通常被称为成冰带（秦大河等，2001）。成冰带的概念首先是苏联的舒姆斯基（1955）提出的，之后欧美一些学者也对成冰带进行了划分（表1.1），并逐渐定型化（КОτЛЯΚОВ，1984；Williams，1991）。20世纪60年代，冰川成冰带被引入我国（施雅风等，1964），到80年代（谢自楚等，1988），参考舒姆斯基和车津（Ⅲумскийet al，1955）、本森（Benson，1961）和牟勒（Muller，1962）的区划，结合我国的实际情况，将我国冰川分为大陆型冰川和海洋型冰川两大类，并对各主要冰川作用区的成冰带谱进行了较为详细的划分（表1.2）。此外，在对我国冰川成冰带谱研究的同时，谢自楚（1984）将其成功地应用于南极洲洛多姆冰帽，也标志了我国对成冰作用研究的发展。

表1.1　苏联及欧美一些学者对成冰带的划分

表1.2　我国冰川成冰带谱的划分

在《西藏冰川》和《中国冰川概论》中均指出，海洋型冰川在消融带之上应为宽广的暖渗浸带（或称暖粒雪带、暖渗浸-重结晶带）（李吉均，1986；谢自楚等，1988），附加冰带在大陆型冰川上广泛分布。Κотляков（1984）指出，附加冰带通常在表面坡度较小、运动速度缓慢、年积累量小的大陆型冰川上更为发育。一般发育大陆型冰川的地区，年降水量少，气候干燥，冰川积累区不同的物质平衡线处年积累的雪层较薄；到了夏季，太阳辐射增强，气温升高，可使较薄的雪层转化成附加冰，特别是在接近平衡线处。发育在季风气候条件下的我国海洋型冰川同发育大陆型冰川的地区相比，气候温和，年降水量大。如海螺沟冰川，其粒雪盆内底部可能存在滑动，同大陆型冰川相比，运动速度快，年积累量较大，因冬季降雪少，气温低，雪层温度随之降低；到了夏季，较厚且温度较低的雪层，因日复一日较强的融化-冻结作用也可使一年内所积累的较厚的雪层在夏末形成附加冰。Цыкин（1962）指出，大陆型冰川和海洋型冰川的成冰带谱分布不可能完全相同，并将大陆型气候及海洋型气候条件下的冰川成冰带进行了划分（表1.3）。同表1.2相比，表1.3更接近我国冰川成冰带分布的实际。可见，发育在季风气候条件的我国温冰川不同于欧洲的温冰川，成冰作用的不同便是其一（师爱平，1992）。

表1.3　Цыкин对成冰带谱的划分

冰川成冰带特征和雪层剖面特征反映了冰川的基本特性，是冰川学研究的基本内容之一。冰川的形成是通过不同的成冰过程将雪转变成冰而实现的，前人对此做了许多研究（姚檀栋，1998；КАЛEСНИΚ et al，1982）。1955年，舒姆斯基根据成冰作用的不同划分出7种成冰带：重结晶带、再冻结-重结晶带、冷渗浸-重结晶带、暖渗浸-重结晶带、渗浸带、渗浸-冻结带和消融带。随后，Paterson（1987）又将其归纳为5个成冰带，即干雪带、渗浸带、湿雪带、附加冰带和消融区（图1.3）。

（1）干雪带：即使在夏季也不发生融化，此带与渗浸带之间的界限称为干雪线。

（2）渗浸带：发生一些表面融化，融水在未冻结之前能渗入温度低于0℃的雪层到一定温度；若遇到一相对不透水层，则融水可侧向延伸一段距离，再冻结时便形成冰层或冰透镜体、垂直的水道，当水源被切断时，再冻结而形成管状构造（冰腺）。随着夏季时间的推移，较深的雪层陆续升温到融点，夏季产生的融水量一般随着雪层高度的下降而增加；前一年夏末以来所堆积的雪在夏末全部升温至融点的界限为湿雪线（渗浸带与湿雪带的界限）。

（3）湿雪带：前一年夏末以来所堆积的雪到夏末已升温到0℃，部分融水也能渗入前几年沉积的雪层，不一定有足够的融水量使其升温到0℃；融水渗入这些雪层的现象也可能出现在渗浸带的下部，找出何处有融水渗入深雪层是很重要的。

（4）附加冰带：渗浸带和湿雪带的物质均由冰层、冰透镜体以及冰腺组成，其间由雪层、粒雪层及雪斑、粒雪斑隔开；但在高度较低处可产生大量的融水，使冰层与连续的冰块并为一体成为附加冰；湿雪带与附加冰带之间的界限称为雪线（粒雪线、粒雪界限以及年雪线等）。雪线是消融期末冰川表面上粒雪与冰之间的界限，附加冰带的下界定在平衡线，平衡线以上，冰川全年均有物质的净收入，平衡线以下为净支出；有些附加冰发生在平衡线以下，但到夏末便消失。(www.xing528.com)

（5）消融区：指零平衡线以下的地区。只有干雪带分布在格陵兰与南极洲的内部地区以及阿拉斯加和育空地区最高山的峰顶附近，Benson（1961）发现，格陵兰的干雪带大致与年平均气温为-25℃或更低一些的地区相吻合；但是Langway（1967）指出，有许多个夏季甚至在格陵兰的最高海拔处雪带出现了少量融化，因此在格陵兰和南极洲的部分地区均可见到全序列的成冰带。关于极地冰盖和高山冰川的成冰带划分曾有许多学者给予评述（Benson，1962；Muller，1962；Shumskiy，1964；Paterson，1994；秦大河，2001；谢自楚等，1988）。

图1.3　积累区各成冰带（Benson，1961；Muller，1962）

在我国，有关成冰带的研究前人已经做了很多工作，主要集中在祁连山（谢自楚，1984）、天山（刘潮海，1996）、阿尔泰山、西昆仑山、喜马拉雅山、藏东南地区和横断山区等的冰川（谢自楚，1975，1982；施雅风，1988）。其中对1号冰川成冰带的研究是开展得最早且最为详细的冰川成冰带研究之一。1965年，谢自楚等根据雪-粒雪层的构造特征将1号冰川自下而上划分为4个成冰带：

（1）消融带：在雪线以下，物质平衡为负，没有多年积雪，能形成季节性附加冰，但不能长期保存。

（2）渗浸-冻结带：未融粒雪的空隙在成冰过程中全部或绝大部分被融水充填、冻结后形成附加冰。因自冰川内输出冷量速度不够大，部分融水未能冻结而流失。粒雪在这一带未能长期保存，夏末露出附加冰冰面，成冰作用完全为融水的渗浸和冻结控制。渗浸-冻结带范围不大，在1962年呈斑状分布而未能连续成带，这是由于雪线上升而引起的；1962年雪线部分伸入多年粒雪线（即粒雪与冰的交界线）上面。粒雪盆最上部的山顶，地势比较平坦，接受太阳辐射能较多，加之风大，积雪较薄，具有渗浸-冻结带的水热特征。

（3）渗浸带：这一带能长期存在粒雪，但其厚度不大，粒雪层内含有许多渗浸冰片和冰透镜体。该带范围内夏季温度为0℃，冬季为负温；夏季融水未能全部冻结在本带内，在密实的冰层上形成径流而部分流失，年物质纯积累量少于物质纯收入量。此带的雪-粒雪层厚1～5 m，成冰历时3～5年，所进行的成冰作用是完全属于暖型的。

（4）冷渗浸-重结晶带：雪-粒雪层较厚，温度较低；夏季的融化较弱，融水数量未能填满所有粒雪孔隙，没有径流产生，即物质的纯积累量等于物质的纯收入量。粒雪层内的渗浸冰片和冰透镜体也较少。此带所占的面积很大，是主要的补给带。雪-粒雪层的构造特征是：夏季积累层很厚，其储水量占全年层的40%，春季形成的渗浸冰片能长期保存；在新年层中，季节积累层的层理比较清楚。此带的成冰作用除暖型成冰作用外还有冷型成冰作用，即重结晶作用，所形成的冰除渗浸冰外还有渗浸-重结晶冰。此带位于粒雪盆厚壁，坡向朝北，坡度平均30°～35°，日照条件十分差。该带坡度平缓、日照强的地方，又出现渗浸-冻结带；可见，特定的地形条件对该处出现冷渗浸-重结晶带有重要作用（谢自楚等，1965）。

1988年，王晓军等通过对冷渗浸带雪层剖面特征的研究发现，由于气候变暖，冰川上部的冷渗浸-重结晶带消失，被渗浸带所取代（王晓军，1988）。因而在1989年，刘潮海等根据冰雪积累量随高度变化的特征将1号冰川自下而上重新划分为3个成冰带：

（1）消融带：在冰川开始消融后，季节降雪在冰川上保留的时间不长，随着气温的回升而消融，物质亏损主要表现在冰川冰的消融上。依据有无附加冰的形成，再分为消融下带和消融上带。消融下带：夏末在冰面上没有附加冰保留，其上界高度东、西支分别为3880 m和3980 m；消融上带：夏末在消融下带的上限和零平衡线之间形成了附加冰带，其垂直高度东、西支分别为50 m和60 m，厚度分别为14 cm和23 cm。

（2）渗浸-冻结带（附加冰带）：东、西支的垂直高度分别为150 m（海拔3925～4075 m）和94 m（海拔4036～4130 m），东支明显大于西支。在接近东、西支源头区（东、西支分别在海拔4200 m和4450 m以上）由于风的吹蚀作用，季节雪层厚度减小，加上强烈的太阳辐射作用，冰川消融非常强烈，在渗浸成冰作用带的上部又形成了渗浸-冻结成冰作用带。

（3）渗浸带：在补给区下部渗浸-冻结带的上界到山顶渗浸-冻结带下界之间，形成了渗浸成冰作用带，东、西支的垂直高度分别为125 m和320 m，是1号冰川主要的成冰作用带，此带雪层结构的主要特征是在各种变质程度的粒雪中夹有渗浸冰片或冰透镜体（刘潮海，1989）。

自20世纪90年代中期以来，乌鲁木齐河源区气温升高给1号冰川带来有观测记录以来最深刻的变化（李忠勤，2003）。1958—2003年的45年间，1号冰川的年物质平衡量平均为-222.0 mm（约-40.8×104 m3），累积物质平衡量达-9991.5 mm，即这期间冰川减薄了11 m多，累积亏损量达1.838×104 m3。1号冰川面积在1962—2004年的42年间减少0.242 km2，并呈加速减小趋势。1962年至今，1号冰川东支末端共退缩175.2 m，西支共退缩197.6 m，冰川表面运动速度减缓。1986年以来，冰川年均径流深较之以前翻了近一番。在这种情形下，1号冰川的成冰带和雪层剖面特征发生了怎样的变化是众所关心的问题。根据近期取得的1号冰川东、西支共32个雪坑的雪层剖面资料，并结合近年来天山冰川观测试验站的观测资料，对近期1号冰川的成冰带和雪层剖面特征进行了专门研究。