地球第三极的未来水资源

　　地球＂第三极＂的未来水资源
　　喜马拉雅山脉。喀拉昆仑山脉。兴都库什山脉。亚洲高山的名字让生活在远方的人联想到冒险，但对10亿多人来说，这些名字是他们最可靠的水源。这些山脉中的雪和冰川包含了地球极地冰原之外最大的淡水量，这使得水文学者将这一地区称为＂第三极＂。世界上七分之一的人口依靠从这些山区流出的河流来获取饮用水和灌溉作物。
　　然而，该地区气候的迅速变化正在影响冰川融化和融雪。该地区的人们已经在改变他们的土地使用方式，以应对不断变化的水资源供应，该地区的生态正在发生变化。未来的变化可能会影响印度、巴基斯坦、中国和其他国家的食品和水安全。
　　为了更好地了解地球水循环的未来，美国宇航局正密切关注世界范围内类似的变化。在这一地区，在收集地面观测数据方面存在着极大的挑战，NASA的卫星和其他资源可以为气候科学和当地决策者带来实质性的好处，他们的任务是管理已经稀缺的资源。目前正在对这些山区的雪、冰和水进行有史以来最全面的调查，了解它们是如何变化的。由西雅图华盛顿大学的安东尼·阿伦特领导的美国宇航局高山亚洲研究小组(HiMAT)已经进入第三个年头。该项目由13个协调研究小组组成，研究该区域三十年来在三个广泛领域的数据:天气和气候;冰雪;以及下游的危害和影响。
　　所有这三个主题领域都在变化，从气候开始。变暖的空气和季风模式的改变影响着区域水循环——降雪和降雨的数量，以及积雪和冰川融化的方式和时间。水循环的变化增加或降低了诸如山体滑坡和洪水等地方灾害的风险，并对水资源分配和可种植的作物产生广泛影响。
　　在人类历史的大部分时间里，对这些山脉进行详细的科学研究是不可能的。山太高太陡，天气也太危险。卫星时代为我们提供了第一个机会，在人类从未踏足过的地方安全地观察和测量冰雪覆盖。＂卫星技术的爆炸式增长对这个地区来说是不可思议的，＂亚利桑那州图森行星科学研究所(Planetary Science Institute)高级科学家杰弗里·卡格尔(Jeffrey Kargel)说。＂我们现在可以做十年前做不到的事情——十年前我们做了在那之前做不到的事情。＂卡格尔还认为，计算机技术的进步使更多的研究人员能够进行大规模的数据处理工作，这是改善复杂地形天气预报所必需的。
　　阿伦特的HiMAT团队负责整合多种多样的卫星观测数据和现有的数值模型，对该地区的水资源预算做出权威估计，并为当地决策者在规划不断变化的水资源供应时提供一系列产品。HiMAT团队的许多数据集已经上传到美国宇航局位于国家冰雪数据中心的分布式活动存档中心。这一系列新产品统称为＂冰川融雪工具箱＂(the Glacier and Snow Melt, GMELT)。
　　完成这个＂工具箱＂有一定的紧迫性，因为融化模式的变化似乎正在增加该地区的危险——其中一些只在这类地形中发现，比如冰川湖上的碎石坝＂失灵＂，以及汹涌的冰川阻塞了通往山村和牧场的道路。在过去的几十年里，城镇和基础设施，如道路和桥梁，已经被这些事件摧毁。卡格尔的团队正在研究冰川湖引发的灾难性洪水。这些湖泊一开始是冰川表面的熔池，但在适当的条件下，它们可能会一直融化到地面，汇集在原先是冰川前端的一堆危险的冰和碎片后面。地震、岩崩，或者仅仅是水的重量增加，都有可能冲破碎石坝，引发山洪暴发。
　　像这样的湖泊在五六十年前几乎是不为人知的，但随着亚洲大部分高山冰川的收缩和退缩，冰川湖泊一直在增殖和生长。卡格尔测量过的最大的一个，尼泊尔的下巴伦，深度673英尺(205米)，容积近300亿加仑(1.12亿立方米)，或约45,000个奥运会规模的游泳池。HiMAT团队绘制了每个直径超过1100英尺(330米)的冰湖在三个不同时期的地图——大约在1985年、2001年和2015年——来研究这些湖泊是如何演变的。
　　随着冰湖的规模和数量的增加，它们对当地人口和基础设施构成的威胁也在增加。美国国家航空航天局戈达德太空飞行中心的Dalia Kirschbaum领导了一个研究小组，他们利用卫星数据来预测亚洲高山地区哪些地区最容易发生山体滑坡，从而为该地区新基础设施的建设提供信息。
　　未来冰雪融化速度的一个关键因素是尘埃、煤烟和污染在结冰表面的作用。原始的白雪将90%以上的太阳辐射反射回大气。但是当雪被颜色较深的煤烟颗粒或灰尘覆盖时，这种涂层吸收更多的热量，雪融化得更快。研究表明，欧洲小冰期结束的原因是工业革命沉积在阿尔卑斯山上的烟尘。在亚洲，过去35年里，堆积在高山积雪上的煤烟数量显著增加。这些亚洲山脉是否会像几个世纪前的阿尔卑斯山那样做出反应，是一个重要的问题。HiMAT的几个团队都在关注这个问题。美国宇航局戈达德中心的赛义德正在利用卫星数据来更好地了解这个地区的雪、冰、灰尘和煤烟颗粒的性质。他的团队还与尼泊尔的地区研究人员合作，在珠穆朗玛峰、安纳普尔纳和道拉吉里等地的冰川上安装地面传感器。这些传感器将使研究人员能够检查在同一地点获得的卫星读数的准确性。
　　汤姆的画家的加州大学洛杉矶,领导一个团队使用卫星数据来自美国宇航局的中分辨率成像光谱仪(MODIS)和NOAA / NASA可见红外成像辐射计(VIIRS)在社区气象研究和预测模型量化的过去和未来可能的积雪的变化和其他因素如煤烟和灰尘的变化。由NOAA的Sarah Kapnick领导的另一个团队正在全球气候模型中计算灰尘和煤烟，以提高对历史和预测未来区域变化的理解。
　　世界上最高的山峰给天气预报带来了独特的挑战。夏天rup领导的研究小组在盐湖城犹他大学的解决这些挑战之一,通过开发一个模型,区分冰雪,沉积在该地区在雨季和那些来自冬季风暴,所以,科学家可以研究当雪可能会下降。
　　阿伦特说，在HiMAT调查的最后一年，这项研究正在进行中，研究小组的科学论文即将发表。其中一个更令人担忧的结论是，由于冰川快速融化，到2100年，冰川体积将缩小35 - 75%。HiMAT团队成员6月19日在《科学进展》(Science Advances)杂志上发表的一篇论文，通过分析喜马拉雅山脉冰川40年来的卫星数据，支持了这一结论。(研究人员用于这项研究的早期数据来自解密的间谍卫星。)不仅喜马拉雅山脉的所有冰川都在融化，从1975年至2000年的头25年卫星数据到最近的16年(2000年至2016年)，冰川融化的平均速度翻了一番。
　　降雨和降雪是否也会发生变化，以及变化是否会加剧或减轻冰川融化的影响，目前还不清楚。根据季风和进入该地区的冬季风暴的流量，该地区的降水已经在很大程度上因地区而异。例如，喀喇昆仑山脉的降水量目前正在增加，那里的冰川要么是稳定的要么是前进的，但在该地区的其他所有山脉，几乎所有冰川都在退缩。随着气候的持续变化，这种异常现象是会继续、变得更强，还是会逆转，目前还不清楚。阿伦特说:＂全球气候动态将决定风暴的最终去向以及它们如何拦截山脉。＂＂即使是风暴轨迹上的微小变化，也会造成显著的可变性。＂
　　阿伦特指出，这些发现正是HiMAT团队迫切希望完成GMELT工具箱的原因。新产品将提供决策者目前最好的知识,可以编译的高山亚洲是如何改变在最近几十年,随着一系列新的资源来帮助他们计划如何最好地准备的难以预测的未来。