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本研究针对气候变化下天山冰川快速退缩威胁中亚水安全的重大问题，通过多源遥感影像与冰川、水文、气候数据集集成分析，揭示了天山冰川普遍加速消融、冰湖快速扩张及流域径流响应空间分异等规律，表明冰川退缩通过消耗冰冻圈储水、改变水文过程等途径危及中亚水资源长期稳定性，为区域水资源管理与气候适应提供了科学依据。
在中亚腹地，横亘着一条被誉为"中亚水塔"的巨大山系——天山山脉。这座绵延2500公里的天然水库，通过冰川融水滋养着阿姆河、锡尔河、伊犁河等重要河流，维系着近亿人口的生存发展。然而近年来，在全球变暖的背景下，天山冰川正经历着前所未有的危机。
科学研究显示，自19世纪中叶以来，天山冰川已有97.52%出现退缩，这一趋势在近期更是显著加速。冰川作为气候变化的敏感指示器，其变化不仅关系着冰冻圈的稳定，更直接影响到下游地区的水资源安全。尤其在天山这样以冰川融水为主要补给源的干旱半干旱区域，冰川的存亡可谓牵一发而动全身。
面对这一严峻挑战，研究人员在《iScience》上发表了最新研究成果。该研究整合了多时相遥感影像、GRACE陆地水储量数据、冰川物质平衡观测资料以及水文气象数据，系统评估了1990-2015年间天山冰川变化及其对区域水资源的影响。研究团队采用了基于Landsat系列影像的冰川边界提取技术，结合波段比值法和目视解译方法，确保了冰川和冰湖边界识别的准确性；利用 Randolph Glacier Inventory (RGI 6.0) 冰川编目数据和世界冰川监测服务处(WGMS)的冰川物质平衡资料进行验证；通过GRACE重力卫星数据反演陆地水储量变化，并采用Mann-Kendall检验和Sen's斜率估计法进行趋势分析；同时收集了天山地区33个气象站的观测数据以及多个水文站的径流资料，全面评估了气候与水文要素的时空变化特征。
研究结果揭示了天山冰川变化的严峻态势：
天山冰川的时空变化
研究显示，1990-2015年间，天山各区域冰川均呈现显著退缩趋势。东部天山冰川面积减少22.04%，退缩速率达-0.94% yr-1；北部天山冰川面积缩减16.08%，退缩速率为-0.66% yr-1；而中部天山的外围山脉冰川退缩尤为强烈。冰川末端平均海拔普遍上升，如东部天山冰川末端海拔在25年间上升约74米，表明冰川正在向更高海拔退缩。
天山冰川物质平衡的时空变化
冰川物质平衡呈现持续负平衡状态，且具有明显的空间异质性。2000年前，东部天山冰川物质平衡为-405 mm w.e. yr-1，而2000年后北部天山冰川物质亏损加剧，从-337.66 mm yr-1增至-642.18 mm w.e. yr-1。中部天山则出现物质亏损减缓现象，特别是托木尔峰地区，这与跃动冰川的存在密切相关。
天山陆地水储量、湖泊和河流径流的时空变化
GRACE数据显示，2002年以来天山地区陆地水储量(TWS)以-0.87 mm/月的速率持续下降，其中中部地区下降最为显著，达-80 mm yr-1。与此同时，冰湖数量增加41.66%，面积扩张25.95%，特别是冰前湖扩张最为迅速。河流径流分析表明，冰川覆盖率高的流域径流变异系数(CV)较低，显示出来自冰川融水补给的径流更加稳定。
研究发现，天山地区1990-2015年间气温以0.30°C/10a的速率上升，明显高于全球平均水平。降水变化呈现空间异质性，中部和南部降水增加，而西南部呈减少趋势。海拔对气候要素具有显著控制作用，温度随海拔升高以0.49°C/100m的速率递减，降水则以6.43 mm/100m的速率递增。
讨论部分深入分析了冰川变化对水资源的影响机制。研究表明，冰川退缩是天山地区陆地水储量下降的主要驱动因素，而土壤水分和雪水当量的变化贡献相对较小。流域冰川覆盖率与径流稳定性呈正相关，冰川融水对径流的调节作用强于雪融水。高冰川覆盖率流域（如库玛拉克河）在气候变暖下仍能维持径流增加，而低冰川覆盖率流域（如凯肯河）则出现径流减少。研究还发现，部分高冰川覆盖率流域如台兰河和库玛拉克河在2000年后出现径流减少，这可能意味着这些流域正在接近或已经度过"峰值水"阶段。
这项研究的重要意义在于，它系统揭示了天山冰川变化的水文响应规律，为理解中亚地区水循环变化提供了科学依据。随着冰川持续退缩，天山"水塔"的调节功能将逐渐减弱，水资源不确定性增加。研究成果为区域水资源适应性管理、跨境河流水资源分配以及气候变化应对策略制定提供了重要科学支撑，对保障中亚地区生态安全和社会经济可持续发展具有深远影响。
