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亚洲水塔失衡，我们怎么办？
发布时间： 2023-08-23

以青藏高原为核心的地球第三极发育着世界上仅次于南北极的冰川，星罗棋布地分布着数以千计的大小湖泊，孕育了亚洲地区十多条大江大河，因此被称之为“亚洲水塔”。她是中国乃至亚洲水资源的安全阀。

亚洲水塔可分为内流区和外流区，内流区主要位于高原北部和西部地区，在内流区发源的河流注入内陆盆地；外流区主要位于高原南部和东部地区，在外流区发源的河流最终流入海洋。
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图1 亚洲水塔内外流区河流分布图。图源：第二次青藏科考队

亚洲水塔通过长江、黄河、澜沧江、怒江、雅鲁藏布江、印度河、恒河、阿姆河、锡尔河和塔里木河等庞大河流系统向下游不同国家和地区输送源源不断的淡水资源。

长江、黄河、澜沧江、怒江、雅鲁藏布江、印度河、恒河……，这些奔流入海、哺育着亚洲多彩自然和人类福祉的浩瀚江河，正因气候变化而告急。

塔里木河、黑河、疏勒河、锡尔河、阿姆河……，这些流入内陆盆地、哺育着中国和中亚干旱区万千生态的蜿蜒长流，也正因气候变化而告急。

 01 亚洲水塔 | 万水纷呈

提到青藏高原，人们第一时间在脑中映出的讯息是：连绵不绝的山峰，一望无际的冰川。

在现实世界里，冰川、积雪、湖泊、河流这些塑造青藏高原大地格局的核心动力源，储存了各种相态的水。融冰成水、汇水成河、聚河成湖，它们组成了地球上最大的水塔——亚洲水塔。全球共有78个水塔单元，亚洲水塔拥有16个水塔单元，是全球不同区域水塔中水量最大、供给人口最多的水塔，是惠及亚洲人民的幸福水塔。
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图2 亚洲水塔之冰川、湖泊和河流。图源：第二次青藏科考队

1.1 冰川之乡 | 固体水库

亚洲水塔是除极地冰盖以外全球最大的冰川聚集地，南起喜马拉雅山脉、北至天山、昆仑山脉、阿尔金山脉和祁连山。高耸山脉带来的低温为冰川孕育提供了条件，诞生了近10万条冰川，总面积约10万平方千米，冰储量约8000立方千米。

他们，神秘而又震撼。或如闯进童话镇，恍若隔世；或如走入星辰梦，光茫璀璨。
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图3 2019年夏，西藏山南浪卡子县卡鲁雄峰以北的枪勇冰川，强烈融化形成汹涌流水。图源：第二次青藏科考队

1.2 湖泊之家 | 水天一色

要说我国哪里的湖泊最多，其实不在那“春来江水绿如蓝”的江南地区，而是在这万水纷呈的亚洲水塔。

在青藏高原亿万年的历史长河里，冰川的侵蚀、地壳的活动为湖泊的存在提供了地理条件，加之常年的积雪和冰川的融化，形成了庞大、密集的湖泊群。

这里有1400多个大于1平方千米的湖泊，面积达5万平方千米，占了我国湖泊总面积的一半，而湖泊储水量更是高达1000立方千米。

她们或占据“最”之名，最大最高，或占据“秘”之名，深不可测。她们的独特，为亚洲水塔增添了一道靓丽的风景线。
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图4 西藏最深的湖当惹雍错。据第二次青藏科考队实测，该湖最深处230米。图源：VCG

1.3 江河之源 | 万水汇流

提起江河，我们会首先想到母亲河长江和黄河。长江和黄河就发源于亚洲水塔的唐古拉山脉和巴颜喀拉山脉。除此以外，雅鲁藏布江、澜沧江、怒江、印度河、恒河、锡尔河、阿姆河、塔里木河等10 多条亚洲大江大河都发源于亚洲水塔的众多山系。

他们像蜿蜒的巨龙，横卧在大地上，浇灌生机。
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图5 黄河源区万水合流。图源：VCG

 02 气候变暖 | 水塔失衡

过去50年来，人类经历了前所未有的全球变暖。20世纪是过去2000年来最为温暖的时段，1950~2020年，亚洲水塔地区每10年升温幅度高达0.3~0.4℃，其升温幅度是同期全球平均值的2倍。强烈的气候变暖导致亚洲水塔失衡。
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图6 1950-2020年间亚洲水塔的升温率及与全球平均升温率的对比。图源：第二次青藏科考队

2.1 冰川消融｜状态失稳

在快速升温影响下，亚洲水塔的冰雪逐渐失去稳定发育的状态。过去50年来，冰川面积已缩小1/5，储量减少超过1/5。在全球变暖的影响下，冰川融化还将进一步加剧。

位于亚洲水塔东部唐古拉山的大小冬克玛底是长江源头的一条冰川，1988年开始观测时，大小冬克玛底冰川还连在一起，到2000年就快要分开了，到了2007年已经完全分开，近几年，相隔越来越远。
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图7 一代人的时间里，大小冬克玛底冰川经历了“跨世纪分手”。图源：第二次青藏科考队

位于喜马拉雅山卓奥友峰北坡的加布拉冰川，经历了强烈的消融过程。英国探险家维勒1921年考察加布拉冰川时拍摄了末端全景。英国皇家地理协会的戴维2009年在相同的地方进行了拍摄。可以很明显地看到，在不到90年的时间里，冰川末端快速后退，冰量急剧减少，冰川末端后退导致了末端冰湖的形成。
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图8 喜马拉雅山卓奥友峰北坡的加布拉冰川1921年与2009年的对比。图源：The Atlantic

阿扎冰川是青藏高原海拔最低的冰川，冰川末端海拔2500多米，冰舌基本上穿行在森林之中，形成世界上极为罕见的森林-冰川景观。1933年，英国植物学家瓦尔德拍摄了阿扎冰川的照片。在同一位置，中国冰川学家李吉均、姚檀栋、杨威于1976年、2006年、2018年分别进行了拍照对比。通过四次拍照对比，发现阿扎冰川明显后退。
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图9 阿扎冰川1933年、1976年、2006年和2018年在相同位置照片对比 图源：第二次青藏科考队和Ward (1933)

1988年，天山乌鲁木齐河源1号冰川还未走向彼此别离，远看像一个倾斜的“V”字。但后来，雪消冰释，他们加速融化。冰川脚下，远远就能听见滴答滴答的融水声。他们正在掷地有声地、向人类控诉着离别之苦。终究，他们没能抵过长期的消融和退缩，于1993年分裂成了东、西两个支。
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图10 天山乌鲁木齐，河源一号冰川30年的融化后退和彼此分手。图源：第二次青藏科考队

2.2 湖泊扩张 | 数量增多

冰的力量正在减弱，而水的力量不断增强。

第二次青藏高原综合科学考察研究发现，亚洲水塔湖泊数量明显增多，面积扩张，水位上升，水量增多。
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图11 1976-2018年亚洲水塔湖泊面积、水位和水量变化。图源：第二次青藏科考队

面积大于1平方千米的湖泊数量和总面积从20世纪70年代的1081个和4万平方千米扩张到2020年的1415个和5万平方千米。近50年间，湖泊总面积增加了20%，水量增加了约170立方千米。
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图12 西藏最大的湖泊色林错。图源：VCG

色林错曾经还只是西藏第二大湖泊，1999年开始色林错面积急剧增加，到了2007年超过了纳木错成为了西藏第一大湖。
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图13 西藏最大湖泊色林错的扩张与目前状态。黑色部分为1972年的湖泊范围，面积为1643平方千米；浅蓝色部分为2020年的湖泊范围，面积为2426平方千米。近50年扩张了47%。图源：第二次青藏科考队

2.3 径流增多 | 水量上升

冰融聚水，江河汇流，大有万水奔腾的磅礴之势。

随着降水和冰川融水的增加，长江、雅鲁藏布江、澜沧江和怒江源区径流量呈现不同程度的上升趋势。出山口径流量由原来的5500亿立方米增加至6500亿立方米。甚至未来还会持续增加。
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图14  亚洲水塔主要河流1980-2018年的径流变化  图源：第二次青藏科考队

雅鲁藏布江自西向东横穿亚洲水塔，年代际的变化十分显著，但近50年来的径流变化整体呈现增加趋势。随着气候变暖，极端高温气候事件将不断增多，进而引发的极端冰雪融化会不断加剧雅鲁藏布江极端径流的发生频率与强度，对下游造成更大洪水等灾害风险。
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图15 雨后的雅江急流。图源：第二次青藏科考队

2.4 西风季风 | 胁迫变化

西风季风是控制亚洲水塔的两大环流。在夏季，同等温度下，青藏高原增温比印度洋快，青藏高原气压比印度洋低，致使气流由印度洋往青藏高原方向吹。到了冬季则相反，由青藏高原向印度洋方向吹，印度季风由此得名 。
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图16 亚洲水塔西风环流和季风系统。图源：第二次青藏科考队

印度季风由南向北而行，高耸入云的喜马拉雅山阻隔了他的前进。与西风绕流截然不同的是，印度季风爬坡而上，翻越天险。在气流爬升过程中，大部分的水汽凝结成降雨，为喜马拉雅山的南侧带来了湿润。而翻越喜马拉雅山的气流，则耗尽了他的大部分热量和湿气，导致季风降水在青藏高原内陆逐渐削弱，无法形成像南坡一样的强势降水。

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图17 卫星遥感影像显示亚洲水塔上空流动的水汽。图源：第二次青藏科考队

印度季风和西风环流协同作用，影响着冰川变化，使得它们存在显著的空间差异。

印度季风主导的东南部地区，由于降水减少，冰川融化更为强烈；西风主导的西北部地区，由于降水增加，冰川融化较弱。这是导致亚洲水塔季风区和西风区冰川进退差异的重要原因。
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图18 亚洲水塔冰川长度、面积和物质平衡变化空间特征。图源：第二次青藏科考队

此两股力量交织着，在亚洲水塔这个大舞台上演出了一幕又一幕大剧。

冰川的前进和后退受大气-陆地-海洋的相互作用。如果说气温是决定冰川形成的基本条件，降水则是冰川发育的必要因素。

全球变暖，致使温度上升，为西风气流的增强创造了条件。西风带水汽的增加，致使亚洲水塔北部，尤其是西北部地区降水量增多，导致冰川出现前进。在全球变暖背景下，印度季风环流的降水减少，导致冰川后退加剧。
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图19 1980年到2020年亚洲水塔降水空间变化。红色表示减少，蓝色表示增加。图源：第二次青藏科考队

 03 失衡效应 | 风险叠现

亚洲水塔冰-湖-河的变化给我们讲述了亚洲水塔失衡的故事：固态的水越来越少了，液态的水越来越多了……。

人们总说：水是生命之源。那么在湖泊扩大、江河增多的趋势下，为何科学家们对此发愁呢？

事实上，风险，正如像湖中投入颗石子，看似风平浪静，引不起波澜，但在看不见的水下，早已如涟漪一般，渐渐扩散。

3.1 冰崩巨灾|威胁日盛

水塔失衡正在严重威胁亚洲水塔的命运，导致冰崩和冰湖溃决等灾害发生频率增加。

2016年，西藏阿里地区日土县东汝乡阿汝错湖区的53号冰川和50号冰川先后发生崩塌事件，两次冰崩是大陆型冰川的断裂式前进。冰崩造成生命财产损失和大量草场毁坏。
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图20 2016年两次阿汝冰崩的高分2号卫星影像（2016年10月7日）。图源：第二次青藏科考队

2018年，雅鲁藏布江米林县加拉白垒峰色东普沟发生两次冰崩堵江事件，是海洋型冰川的断裂式前进，雅江断流超60小时，水位上涨近75米，堰塞湖回水摧毁了横跨雅鲁藏布江的达林村大桥，淹没了通往加拉村的公路，对沿岸居民及交通线路构成巨大灾害与潜在的威胁。
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图21 雅江色东普沟冰崩堵江位置及冰崩碎屑流堵江。图源：第二次青藏科考队

2021年2月8日，印度杰莫利地区发生了灾难性的冬季冰崩事件。由于冰川忽然崩塌，导致附近的两个水电站决堤,引发了山洪。整个灾难造成了死亡人数204人，直接经济损失按当时价值计算远超2.23亿美元。
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图22 印度2021年杰莫利冰崩及摧毁的在建水电站。图源：第二次青藏科考队

3.2 冰湖溃决|持续多发

冰湖溃决灾害发生的频率也在增加。第二次青藏科考队统计，1980年以来，亚洲水塔共发生冰湖溃决洪水灾害超过80起，其中一半以上的灾害都是由于冰崩引起的。

2016年7月5日，聂拉木县樟藏布沟贡巴通沙错冰湖发生溃决，导致中尼边境樟木口岸受淹，冲毁了下游尼泊尔境内两个城镇的水电设施、公路和房屋等。
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图23 2016年，西藏聂拉木县贡巴通沙错冰湖发生溃决（左），溃决洪水对下游尼泊尔境内水电站造成重大影响（右）。图源：第二次青藏科考队

2020年6月26日，西藏嘉黎县金翁错冰湖发生溃决，冲毁下游约43.9千米交通基础设施，导致下游房屋和桥梁等基础设施严重受损。
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图24 2020年，西藏嘉黎县金翁错冰湖（左）发生溃决，溃决洪水（右）对下游基础设施造成重大影响。图源：第二次青藏科考队

第二次青藏科考队评估发现，目前亚洲水塔有47个极高风险的冰湖，它们集中分布在喜马拉雅山中部的吉隆县、聂拉木县和定日县，以及藏东南地区的嘉黎县、波密县等，这些极高风险冰湖像是悬在下游人民头上的达摩克里斯之剑，亟需要科学应对。

 04 科考成果| 领航预警

亚洲水塔，是庇护着万千冰川的水塔，是汇聚着万千湖泊的水塔，是孕育着万千江河的水塔，是滋养着亿万人民的水塔。

这是一座伟大水塔，不仅孕育诞生了古老文明，也持续地为人类发展注入勃勃生机。这是一个幸福水塔，孕育了冰川雪山和江河湖泊，为下游提供源源不断的水资源，造福人民。

第二次青藏科考队聚焦亚洲水塔变化和影响取得系列科考成果，为科学应对亚洲水塔失衡把脉指向，领航预警。

4.1 气候变化|洞察趋势

第二次青藏科考队预估，亚洲水塔21世纪将进入超暖湿阶段，温度持续上升，到2100年，局部地区升温可达5℃以上；降水平均增加100毫米以上，但是降水增加具有显著的空间差异，受亚洲水塔大气环流系统变化的影响，内流区降水增加量将达到外流区的2倍。
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图25 模型预估亚洲水塔21世纪将继续变暖变湿。RCP2.6、RCP4.5、RCP6.0和RCP8.5分别代表温室气体低、中、中高、高四种不同排放情景。图源：第二次青藏科考队

极高海拔地区的气候将如何变化，是科学家和社会大众共同关注的热点。第二次青藏科考队承担起历史重任，持续组织巅峰使命珠峰科考标志性活动，在极高海拔冰川区架设自动气象站时刻监测地球系统变化，为全人类关注亚洲水塔变化，揭开极高海拔变化的秘密。
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图26 在极高海拔冰川区架设自动气象站监测气候变化图源：第二次青藏科考队

4.2 水塔风险|不懈应对

第二次青藏科考队预估，未来气候变暖下亚洲水塔冰川融化将会进一步加速。在温室气体中排放情景下，预计到本世纪末亚洲水塔超过三分之一的冰川将消失，在温室气体高排放情景下，冰量融化将达50%以上。湖泊整体将持续扩张，到本世纪末湖泊增加的水量将会达到1000立方千米。径流量到本世纪末总体呈增加趋势，在温室气体中排放情景下，内流区典型流域径流增量较小，其中锡尔河上游增加9%，阿姆河上游增加5%；外流区典型流域径流量将显著增加，其中印度河上游增加20%，黄河上游增加15%。亚洲水塔变化带来的巨灾风险进一步加大，冰崩和冰湖溃决等灾害风险是当前的3倍以上。
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图27 模型预估亚洲水塔冰川将持续消融，径流总体增加。RCP4.5和RCP8.5分别代表温室气体中、高两种不同排放情景。图源：第二次青藏科考队

针对亚洲水塔失衡风险，第二次青藏科考队实施建设了亚洲水塔多圈层综合观测网络，在长江源、黄河源、澜沧江、雅鲁藏布江、怒江和色林错、纳木错等重点流域建立冰川、湖泊、径流等地球系统多圈层综合观测平台，系统开展综合科学考察研究，揭示流域-区域尺度的亚洲水塔变化的链式响应过程和机制，系统应对亚洲水塔变化带来的风险。
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图28 亚洲水塔多圈层综合观测网络。图源：第二次青藏科考队

针对亚洲水塔失衡带来的冰冻圈灾害，第二次青藏科考队全面评估亚洲水塔冰崩和冰湖溃决的风险，建立基于智能识别的自动监测预警平台，实现平台的实时化和智能化运行，服务国家重大工程建设，保障人民生命财产安全。
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图29 第二次青藏科考队建立了雅江冰崩堵江灾害监测预警体系。图源：第二次青藏科考队
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图30 第二次青藏科考队建立了次仁玛错冰湖溃决灾害监测预警体系。图源：第二次青藏科考队

4.3 用水战略|因地施策

第二次青藏科考队预估，在未来变暖情景下，西风降水将进一步增强，而季风降水也一改过去的减弱状态，转变为增强；冰川的融水量进一步增加；湖泊水量将会增多；径流量还将上升；亚洲水塔的供水能力进一步增强。

但亚洲水塔下游工农业和居民用水需求急剧增加，流域人口密度和农业灌溉面积最大的印度河流域和恒河流域水资源需求最高。这就造成了巨大的水压力。

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图31  未来工农业和居民用水需求变化。图源：第二次青藏科考队

对于亚洲水塔中下游大部分国家、特别是南亚国家粗放的水资源管理方式，上游供水量增加并不能满足这一地区社会发展导致的快速用水需求增长。这是亚洲水塔水压力增大的另一个原因。尽管随着长江保护法和黄河保护法的保驾护航，长江和黄河流域的水资源供需压力将会缓解，但印度河和阿姆河等流域的水资源供需压力将进一步加剧。
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图32 亚洲水塔及其下游地区的水资源供需变化。图源：第二次青藏科考队

因此，第二次青藏科考队系统评估亚洲水塔水资源失衡对这一地区水资源和社会发展的影响后，提出以地球系统为基础的亚洲水塔失衡与水资源变化应对方案：系统观测网络融合于可持续水资源管理的综合战略；通过国家和地区间的合作，制定因地施策的区域水资源管理政策；通过开发先进的大气-冰冻圈-水文耦合的模拟器，实现地球系统科学协同管理的战略愿景。

主要参考文献

[1]An, B., Wang, W., Yang, W., et al. Process, mechanisms, and early warning of glacier collapse-induced river blocking disasters in the Yarlung Tsangpo Grand Canyon, southeastern Tibetan Plateau. Science of the Total Environment, 2022, 816, 151652.

[2] Gao, J., Yao, T., Masson-Delmotte, V., et al. Collapsing glaciers threaten Asia's water supplies. Nature, 2019, 565: 19-21.

[3] Immerzeel, W.W., Lutz, A.F., Andrade, M., et al. Importance and vulnerability of the world’s water towers. Nature, 2020, 557: 365-369.

[4] Immerzeel, W. W., van Beek, L. P., Bierkens, M. F. Climate change will affect the Asian water towers. Science, 2010, 328: 1382-1385.

[5] Kääb, A., Leinss, S., Gilbert, A., et al. Massive collapse of two glaciers in western Tibet in 2016 after surge-like instability. Nature Geoscience, 2018, 11: 114-120.

[6] Kraaijenbrink, P. D. A., Bierkens, M. F. P., Lutz, A. F., et al. Impact of a global temperature rise of 1.5 degrees Celsius on Asia’s glaciers. Nature, 2017, 549: 257-260.

[7] Shugar, D.H., Jacquemart, M., Shean, D., et al. A massive rock and ice avalanche caused the 2021 disaster at Chamoli, Indian Himalaya. Science, 2021, 373: 300-306.

[8] Wang, L., Yao, T., Chai, C., et al. TP-River: Monitoring and quantifying total river runoff from the Third Pole. Bulletin of the American Meteorological Society, 2021, 102: E948-E965.

[9] Wang, T., Zhao, Y., Xu, C., et al. Atmospheric dynamic constraints on Tibetan Plateau freshwater under Paris climate targets. Nature Climate Change, 2021, 11: 219-225.

[10] Wang, W., Zhang, T., Yao, T., et al. Monitoring and early warning system of Cirenmaco glacial lake in the central Himalayas. International Journal of Disaster Risk Reduction, 2022, 73, 102914.

[11] Yang, W., Wang, Z., An, B., et al. Early warning system for ice collapses and river blockages in the Sedongpu Valley, southeastern Tibetan Plateau. Natural Hazards and Earth System Sciences, 2023.

[12] Yao, T., Bolch, T., Chen, D., et al. The imbalance of the Asian water tower. Nature Reviews Earth & Environment, 2022, 3: 618-632.

[13] Yao, T., Thompson, L., Yang, W., et al. Different glacier status with atmospheric circulations in Tibetan Plateau and surroundings. Nature Climate Change, 2012, 2: 663-667.

[14] Yao, T., Xue, Y., Chen, D., et al. Recent third pole’s rapid warming accompanies cryospheric melt and water cycle intensification and interactions between monsoon and environment: Multidisciplinary approach with observations, modeling, and analysis. Bulletin of the American Meteorological Society, 2019, 100: 423-444.

[15] Yao, T., Masson-Delmotte, V., Gao, J., et al. A review of climatic controls on δ18O in precipitation over the Tibetan Plateau: Observations and simulations. Reviews of Geophysics, 2013, 51: 525-548.

[16] Zhang, G., Yao, T., Xie, H., et al. Response of Tibetan Plateau lakes to climate change: Trends, patterns, and mechanisms. Earth-Science Reviews, 2020, 103269.

[17] Zheng, G., Allen, S.K., Bao, A., et al. Increasing risk of glacial lake outburst floods from future Third Pole deglaciation. Nature Climate Change, 2021, 11: 411–417.

[18]王宁练, 姚檀栋, 徐柏青, 等. 全球变暖背景下青藏高原及周边地区冰川变化的时空格局与趋势及影响. 中国科学院院刊, 2019, 34(11): 1220-1232.

[19]邬光剑, 姚檀栋, 王伟财, 等. 青藏高原及周边地区的冰川灾害.中国科学院院刊, 2019, 34(11): 1285-1292.

[20]姚檀栋, 陈发虎, 崔鹏, 等. 从青藏高原到第三极和泛第三极.中国科学院院刊, 2017, 32(09): 924-931.

[21]姚檀栋, 邬光剑, 徐柏青, 等. “亚洲水塔”变化与影响. 中国科学院院刊, 2019, 34(11): 1203-1209.

[22]姚檀栋, 余武生, 邬光剑, 等. 青藏高原及周边地区近期冰川状态失常与灾变风险. 科学通报, 2019, 64(27): 2770-2782.

[23]张建云, 刘九夫, 金君良, 等. 青藏高原水资源演变与趋势分析.中国科学院院刊, 2019, 34(11): 1264-1273.

[24]周天军, 高晶, 赵寅, 等，影响“亚洲水塔”的水汽输送过程. 中国科学院院刊, 2019, 34(11): 1210-1219.

[25]朱立平, 张国庆, 杨瑞敏, 等. 青藏高原最近40年湖泊变化的主要表现与发展趋势. 中国科学院院刊, 2019, 34(11): 1254-1263.

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亚洲水塔失衡，我们怎么办？
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以青藏高原为核心的地球第三极发育着世界上仅次于南北极的冰川，星罗棋布地分布着数以千计的大小湖泊，孕育了亚洲地区十多条大江大河，因此被称之为“亚洲水塔”。她是中国乃至亚洲水资源的安全阀。

亚洲水塔可分为内流区和外流区，内流区主要位于高原北部和西部地区，在内流区发源的河流注入内陆盆地；外流区主要位于高原南部和东部地区，在外流区发源的河流最终流入海洋。
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图1 亚洲水塔内外流区河流分布图。图源：第二次青藏科考队

亚洲水塔通过长江、黄河、澜沧江、怒江、雅鲁藏布江、印度河、恒河、阿姆河、锡尔河和塔里木河等庞大河流系统向下游不同国家和地区输送源源不断的淡水资源。

长江、黄河、澜沧江、怒江、雅鲁藏布江、印度河、恒河……，这些奔流入海、哺育着亚洲多彩自然和人类福祉的浩瀚江河，正因气候变化而告急。

塔里木河、黑河、疏勒河、锡尔河、阿姆河……，这些流入内陆盆地、哺育着中国和中亚干旱区万千生态的蜿蜒长流，也正因气候变化而告急。

 01 亚洲水塔 | 万水纷呈

提到青藏高原，人们第一时间在脑中映出的讯息是：连绵不绝的山峰，一望无际的冰川。

在现实世界里，冰川、积雪、湖泊、河流这些塑造青藏高原大地格局的核心动力源，储存了各种相态的水。融冰成水、汇水成河、聚河成湖，它们组成了地球上最大的水塔——亚洲水塔。全球共有78个水塔单元，亚洲水塔拥有16个水塔单元，是全球不同区域水塔中水量最大、供给人口最多的水塔，是惠及亚洲人民的幸福水塔。
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图2 亚洲水塔之冰川、湖泊和河流。图源：第二次青藏科考队

1.1 冰川之乡 | 固体水库

亚洲水塔是除极地冰盖以外全球最大的冰川聚集地，南起喜马拉雅山脉、北至天山、昆仑山脉、阿尔金山脉和祁连山。高耸山脉带来的低温为冰川孕育提供了条件，诞生了近10万条冰川，总面积约10万平方千米，冰储量约8000立方千米。

他们，神秘而又震撼。或如闯进童话镇，恍若隔世；或如走入星辰梦，光茫璀璨。
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图3 2019年夏，西藏山南浪卡子县卡鲁雄峰以北的枪勇冰川，强烈融化形成汹涌流水。图源：第二次青藏科考队

1.2 湖泊之家 | 水天一色

要说我国哪里的湖泊最多，其实不在那“春来江水绿如蓝”的江南地区，而是在这万水纷呈的亚洲水塔。

在青藏高原亿万年的历史长河里，冰川的侵蚀、地壳的活动为湖泊的存在提供了地理条件，加之常年的积雪和冰川的融化，形成了庞大、密集的湖泊群。

这里有1400多个大于1平方千米的湖泊，面积达5万平方千米，占了我国湖泊总面积的一半，而湖泊储水量更是高达1000立方千米。

她们或占据“最”之名，最大最高，或占据“秘”之名，深不可测。她们的独特，为亚洲水塔增添了一道靓丽的风景线。
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图4 西藏最深的湖当惹雍错。据第二次青藏科考队实测，该湖最深处230米。图源：VCG

1.3 江河之源 | 万水汇流

提起江河，我们会首先想到母亲河长江和黄河。长江和黄河就发源于亚洲水塔的唐古拉山脉和巴颜喀拉山脉。除此以外，雅鲁藏布江、澜沧江、怒江、印度河、恒河、锡尔河、阿姆河、塔里木河等10 多条亚洲大江大河都发源于亚洲水塔的众多山系。

他们像蜿蜒的巨龙，横卧在大地上，浇灌生机。
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图5 黄河源区万水合流。图源：VCG

 02 气候变暖 | 水塔失衡

过去50年来，人类经历了前所未有的全球变暖。20世纪是过去2000年来最为温暖的时段，1950~2020年，亚洲水塔地区每10年升温幅度高达0.3~0.4℃，其升温幅度是同期全球平均值的2倍。强烈的气候变暖导致亚洲水塔失衡。
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图6 1950-2020年间亚洲水塔的升温率及与全球平均升温率的对比。图源：第二次青藏科考队

2.1 冰川消融｜状态失稳

在快速升温影响下，亚洲水塔的冰雪逐渐失去稳定发育的状态。过去50年来，冰川面积已缩小1/5，储量减少超过1/5。在全球变暖的影响下，冰川融化还将进一步加剧。

位于亚洲水塔东部唐古拉山的大小冬克玛底是长江源头的一条冰川，1988年开始观测时，大小冬克玛底冰川还连在一起，到2000年就快要分开了，到了2007年已经完全分开，近几年，相隔越来越远。
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图7 一代人的时间里，大小冬克玛底冰川经历了“跨世纪分手”。图源：第二次青藏科考队

位于喜马拉雅山卓奥友峰北坡的加布拉冰川，经历了强烈的消融过程。英国探险家维勒1921年考察加布拉冰川时拍摄了末端全景。英国皇家地理协会的戴维2009年在相同的地方进行了拍摄。可以很明显地看到，在不到90年的时间里，冰川末端快速后退，冰量急剧减少，冰川末端后退导致了末端冰湖的形成。
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图8 喜马拉雅山卓奥友峰北坡的加布拉冰川1921年与2009年的对比。图源：The Atlantic

阿扎冰川是青藏高原海拔最低的冰川，冰川末端海拔2500多米，冰舌基本上穿行在森林之中，形成世界上极为罕见的森林-冰川景观。1933年，英国植物学家瓦尔德拍摄了阿扎冰川的照片。在同一位置，中国冰川学家李吉均、姚檀栋、杨威于1976年、2006年、2018年分别进行了拍照对比。通过四次拍照对比，发现阿扎冰川明显后退。
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图9 阿扎冰川1933年、1976年、2006年和2018年在相同位置照片对比 图源：第二次青藏科考队和Ward (1933)

1988年，天山乌鲁木齐河源1号冰川还未走向彼此别离，远看像一个倾斜的“V”字。但后来，雪消冰释，他们加速融化。冰川脚下，远远就能听见滴答滴答的融水声。他们正在掷地有声地、向人类控诉着离别之苦。终究，他们没能抵过长期的消融和退缩，于1993年分裂成了东、西两个支。
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图10 天山乌鲁木齐，河源一号冰川30年的融化后退和彼此分手。图源：第二次青藏科考队

2.2 湖泊扩张 | 数量增多

冰的力量正在减弱，而水的力量不断增强。

第二次青藏高原综合科学考察研究发现，亚洲水塔湖泊数量明显增多，面积扩张，水位上升，水量增多。
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图11 1976-2018年亚洲水塔湖泊面积、水位和水量变化。图源：第二次青藏科考队

面积大于1平方千米的湖泊数量和总面积从20世纪70年代的1081个和4万平方千米扩张到2020年的1415个和5万平方千米。近50年间，湖泊总面积增加了20%，水量增加了约170立方千米。
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图12 西藏最大的湖泊色林错。图源：VCG

色林错曾经还只是西藏第二大湖泊，1999年开始色林错面积急剧增加，到了2007年超过了纳木错成为了西藏第一大湖。
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图13 西藏最大湖泊色林错的扩张与目前状态。黑色部分为1972年的湖泊范围，面积为1643平方千米；浅蓝色部分为2020年的湖泊范围，面积为2426平方千米。近50年扩张了47%。图源：第二次青藏科考队

2.3 径流增多 | 水量上升

冰融聚水，江河汇流，大有万水奔腾的磅礴之势。

随着降水和冰川融水的增加，长江、雅鲁藏布江、澜沧江和怒江源区径流量呈现不同程度的上升趋势。出山口径流量由原来的5500亿立方米增加至6500亿立方米。甚至未来还会持续增加。
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图14  亚洲水塔主要河流1980-2018年的径流变化  图源：第二次青藏科考队

雅鲁藏布江自西向东横穿亚洲水塔，年代际的变化十分显著，但近50年来的径流变化整体呈现增加趋势。随着气候变暖，极端高温气候事件将不断增多，进而引发的极端冰雪融化会不断加剧雅鲁藏布江极端径流的发生频率与强度，对下游造成更大洪水等灾害风险。
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图15 雨后的雅江急流。图源：第二次青藏科考队

2.4 西风季风 | 胁迫变化

西风季风是控制亚洲水塔的两大环流。在夏季，同等温度下，青藏高原增温比印度洋快，青藏高原气压比印度洋低，致使气流由印度洋往青藏高原方向吹。到了冬季则相反，由青藏高原向印度洋方向吹，印度季风由此得名 。
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图16 亚洲水塔西风环流和季风系统。图源：第二次青藏科考队

印度季风由南向北而行，高耸入云的喜马拉雅山阻隔了他的前进。与西风绕流截然不同的是，印度季风爬坡而上，翻越天险。在气流爬升过程中，大部分的水汽凝结成降雨，为喜马拉雅山的南侧带来了湿润。而翻越喜马拉雅山的气流，则耗尽了他的大部分热量和湿气，导致季风降水在青藏高原内陆逐渐削弱，无法形成像南坡一样的强势降水。

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图17 卫星遥感影像显示亚洲水塔上空流动的水汽。图源：第二次青藏科考队

印度季风和西风环流协同作用，影响着冰川变化，使得它们存在显著的空间差异。

印度季风主导的东南部地区，由于降水减少，冰川融化更为强烈；西风主导的西北部地区，由于降水增加，冰川融化较弱。这是导致亚洲水塔季风区和西风区冰川进退差异的重要原因。
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图18 亚洲水塔冰川长度、面积和物质平衡变化空间特征。图源：第二次青藏科考队

此两股力量交织着，在亚洲水塔这个大舞台上演出了一幕又一幕大剧。

冰川的前进和后退受大气-陆地-海洋的相互作用。如果说气温是决定冰川形成的基本条件，降水则是冰川发育的必要因素。

全球变暖，致使温度上升，为西风气流的增强创造了条件。西风带水汽的增加，致使亚洲水塔北部，尤其是西北部地区降水量增多，导致冰川出现前进。在全球变暖背景下，印度季风环流的降水减少，导致冰川后退加剧。
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图19 1980年到2020年亚洲水塔降水空间变化。红色表示减少，蓝色表示增加。图源：第二次青藏科考队

 03 失衡效应 | 风险叠现

亚洲水塔冰-湖-河的变化给我们讲述了亚洲水塔失衡的故事：固态的水越来越少了，液态的水越来越多了……。

人们总说：水是生命之源。那么在湖泊扩大、江河增多的趋势下，为何科学家们对此发愁呢？

事实上，风险，正如像湖中投入颗石子，看似风平浪静，引不起波澜，但在看不见的水下，早已如涟漪一般，渐渐扩散。

3.1 冰崩巨灾|威胁日盛

水塔失衡正在严重威胁亚洲水塔的命运，导致冰崩和冰湖溃决等灾害发生频率增加。

2016年，西藏阿里地区日土县东汝乡阿汝错湖区的53号冰川和50号冰川先后发生崩塌事件，两次冰崩是大陆型冰川的断裂式前进。冰崩造成生命财产损失和大量草场毁坏。
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图20 2016年两次阿汝冰崩的高分2号卫星影像（2016年10月7日）。图源：第二次青藏科考队

2018年，雅鲁藏布江米林县加拉白垒峰色东普沟发生两次冰崩堵江事件，是海洋型冰川的断裂式前进，雅江断流超60小时，水位上涨近75米，堰塞湖回水摧毁了横跨雅鲁藏布江的达林村大桥，淹没了通往加拉村的公路，对沿岸居民及交通线路构成巨大灾害与潜在的威胁。
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图21 雅江色东普沟冰崩堵江位置及冰崩碎屑流堵江。图源：第二次青藏科考队

2021年2月8日，印度杰莫利地区发生了灾难性的冬季冰崩事件。由于冰川忽然崩塌，导致附近的两个水电站决堤,引发了山洪。整个灾难造成了死亡人数204人，直接经济损失按当时价值计算远超2.23亿美元。
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图22 印度2021年杰莫利冰崩及摧毁的在建水电站。图源：第二次青藏科考队

3.2 冰湖溃决|持续多发

冰湖溃决灾害发生的频率也在增加。第二次青藏科考队统计，1980年以来，亚洲水塔共发生冰湖溃决洪水灾害超过80起，其中一半以上的灾害都是由于冰崩引起的。

2016年7月5日，聂拉木县樟藏布沟贡巴通沙错冰湖发生溃决，导致中尼边境樟木口岸受淹，冲毁了下游尼泊尔境内两个城镇的水电设施、公路和房屋等。
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图23 2016年，西藏聂拉木县贡巴通沙错冰湖发生溃决（左），溃决洪水对下游尼泊尔境内水电站造成重大影响（右）。图源：第二次青藏科考队

2020年6月26日，西藏嘉黎县金翁错冰湖发生溃决，冲毁下游约43.9千米交通基础设施，导致下游房屋和桥梁等基础设施严重受损。
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图24 2020年，西藏嘉黎县金翁错冰湖（左）发生溃决，溃决洪水（右）对下游基础设施造成重大影响。图源：第二次青藏科考队

第二次青藏科考队评估发现，目前亚洲水塔有47个极高风险的冰湖，它们集中分布在喜马拉雅山中部的吉隆县、聂拉木县和定日县，以及藏东南地区的嘉黎县、波密县等，这些极高风险冰湖像是悬在下游人民头上的达摩克里斯之剑，亟需要科学应对。

 04 科考成果| 领航预警

亚洲水塔，是庇护着万千冰川的水塔，是汇聚着万千湖泊的水塔，是孕育着万千江河的水塔，是滋养着亿万人民的水塔。

这是一座伟大水塔，不仅孕育诞生了古老文明，也持续地为人类发展注入勃勃生机。这是一个幸福水塔，孕育了冰川雪山和江河湖泊，为下游提供源源不断的水资源，造福人民。

第二次青藏科考队聚焦亚洲水塔变化和影响取得系列科考成果，为科学应对亚洲水塔失衡把脉指向，领航预警。

4.1 气候变化|洞察趋势

第二次青藏科考队预估，亚洲水塔21世纪将进入超暖湿阶段，温度持续上升，到2100年，局部地区升温可达5℃以上；降水平均增加100毫米以上，但是降水增加具有显著的空间差异，受亚洲水塔大气环流系统变化的影响，内流区降水增加量将达到外流区的2倍。
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图25 模型预估亚洲水塔21世纪将继续变暖变湿。RCP2.6、RCP4.5、RCP6.0和RCP8.5分别代表温室气体低、中、中高、高四种不同排放情景。图源：第二次青藏科考队

极高海拔地区的气候将如何变化，是科学家和社会大众共同关注的热点。第二次青藏科考队承担起历史重任，持续组织巅峰使命珠峰科考标志性活动，在极高海拔冰川区架设自动气象站时刻监测地球系统变化，为全人类关注亚洲水塔变化，揭开极高海拔变化的秘密。
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图26 在极高海拔冰川区架设自动气象站监测气候变化图源：第二次青藏科考队

4.2 水塔风险|不懈应对

第二次青藏科考队预估，未来气候变暖下亚洲水塔冰川融化将会进一步加速。在温室气体中排放情景下，预计到本世纪末亚洲水塔超过三分之一的冰川将消失，在温室气体高排放情景下，冰量融化将达50%以上。湖泊整体将持续扩张，到本世纪末湖泊增加的水量将会达到1000立方千米。径流量到本世纪末总体呈增加趋势，在温室气体中排放情景下，内流区典型流域径流增量较小，其中锡尔河上游增加9%，阿姆河上游增加5%；外流区典型流域径流量将显著增加，其中印度河上游增加20%，黄河上游增加15%。亚洲水塔变化带来的巨灾风险进一步加大，冰崩和冰湖溃决等灾害风险是当前的3倍以上。
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图27 模型预估亚洲水塔冰川将持续消融，径流总体增加。RCP4.5和RCP8.5分别代表温室气体中、高两种不同排放情景。图源：第二次青藏科考队

针对亚洲水塔失衡风险，第二次青藏科考队实施建设了亚洲水塔多圈层综合观测网络，在长江源、黄河源、澜沧江、雅鲁藏布江、怒江和色林错、纳木错等重点流域建立冰川、湖泊、径流等地球系统多圈层综合观测平台，系统开展综合科学考察研究，揭示流域-区域尺度的亚洲水塔变化的链式响应过程和机制，系统应对亚洲水塔变化带来的风险。
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图28 亚洲水塔多圈层综合观测网络。图源：第二次青藏科考队

针对亚洲水塔失衡带来的冰冻圈灾害，第二次青藏科考队全面评估亚洲水塔冰崩和冰湖溃决的风险，建立基于智能识别的自动监测预警平台，实现平台的实时化和智能化运行，服务国家重大工程建设，保障人民生命财产安全。
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图29 第二次青藏科考队建立了雅江冰崩堵江灾害监测预警体系。图源：第二次青藏科考队
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图30 第二次青藏科考队建立了次仁玛错冰湖溃决灾害监测预警体系。图源：第二次青藏科考队

4.3 用水战略|因地施策

第二次青藏科考队预估，在未来变暖情景下，西风降水将进一步增强，而季风降水也一改过去的减弱状态，转变为增强；冰川的融水量进一步增加；湖泊水量将会增多；径流量还将上升；亚洲水塔的供水能力进一步增强。

但亚洲水塔下游工农业和居民用水需求急剧增加，流域人口密度和农业灌溉面积最大的印度河流域和恒河流域水资源需求最高。这就造成了巨大的水压力。

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图31  未来工农业和居民用水需求变化。图源：第二次青藏科考队

对于亚洲水塔中下游大部分国家、特别是南亚国家粗放的水资源管理方式，上游供水量增加并不能满足这一地区社会发展导致的快速用水需求增长。这是亚洲水塔水压力增大的另一个原因。尽管随着长江保护法和黄河保护法的保驾护航，长江和黄河流域的水资源供需压力将会缓解，但印度河和阿姆河等流域的水资源供需压力将进一步加剧。
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图32 亚洲水塔及其下游地区的水资源供需变化。图源：第二次青藏科考队

因此，第二次青藏科考队系统评估亚洲水塔水资源失衡对这一地区水资源和社会发展的影响后，提出以地球系统为基础的亚洲水塔失衡与水资源变化应对方案：系统观测网络融合于可持续水资源管理的综合战略；通过国家和地区间的合作，制定因地施策的区域水资源管理政策；通过开发先进的大气-冰冻圈-水文耦合的模拟器，实现地球系统科学协同管理的战略愿景。

主要参考文献

[1]An, B., Wang, W., Yang, W., et al. Process, mechanisms, and early warning of glacier collapse-induced river blocking disasters in the Yarlung Tsangpo Grand Canyon, southeastern Tibetan Plateau. Science of the Total Environment, 2022, 816, 151652.

[2] Gao, J., Yao, T., Masson-Delmotte, V., et al. Collapsing glaciers threaten Asia's water supplies. Nature, 2019, 565: 19-21.

[3] Immerzeel, W.W., Lutz, A.F., Andrade, M., et al. Importance and vulnerability of the world’s water towers. Nature, 2020, 557: 365-369.

[4] Immerzeel, W. W., van Beek, L. P., Bierkens, M. F. Climate change will affect the Asian water towers. Science, 2010, 328: 1382-1385.

[5] Kääb, A., Leinss, S., Gilbert, A., et al. Massive collapse of two glaciers in western Tibet in 2016 after surge-like instability. Nature Geoscience, 2018, 11: 114-120.

[6] Kraaijenbrink, P. D. A., Bierkens, M. F. P., Lutz, A. F., et al. Impact of a global temperature rise of 1.5 degrees Celsius on Asia’s glaciers. Nature, 2017, 549: 257-260.

[7] Shugar, D.H., Jacquemart, M., Shean, D., et al. A massive rock and ice avalanche caused the 2021 disaster at Chamoli, Indian Himalaya. Science, 2021, 373: 300-306.

[8] Wang, L., Yao, T., Chai, C., et al. TP-River: Monitoring and quantifying total river runoff from the Third Pole. Bulletin of the American Meteorological Society, 2021, 102: E948-E965.

[9] Wang, T., Zhao, Y., Xu, C., et al. Atmospheric dynamic constraints on Tibetan Plateau freshwater under Paris climate targets. Nature Climate Change, 2021, 11: 219-225.

[10] Wang, W., Zhang, T., Yao, T., et al. Monitoring and early warning system of Cirenmaco glacial lake in the central Himalayas. International Journal of Disaster Risk Reduction, 2022, 73, 102914.

[11] Yang, W., Wang, Z., An, B., et al. Early warning system for ice collapses and river blockages in the Sedongpu Valley, southeastern Tibetan Plateau. Natural Hazards and Earth System Sciences, 2023.

[12] Yao, T., Bolch, T., Chen, D., et al. The imbalance of the Asian water tower. Nature Reviews Earth & Environment, 2022, 3: 618-632.

[13] Yao, T., Thompson, L., Yang, W., et al. Different glacier status with atmospheric circulations in Tibetan Plateau and surroundings. Nature Climate Change, 2012, 2: 663-667.

[14] Yao, T., Xue, Y., Chen, D., et al. Recent third pole’s rapid warming accompanies cryospheric melt and water cycle intensification and interactions between monsoon and environment: Multidisciplinary approach with observations, modeling, and analysis. Bulletin of the American Meteorological Society, 2019, 100: 423-444.

[15] Yao, T., Masson-Delmotte, V., Gao, J., et al. A review of climatic controls on δ18O in precipitation over the Tibetan Plateau: Observations and simulations. Reviews of Geophysics, 2013, 51: 525-548.

[16] Zhang, G., Yao, T., Xie, H., et al. Response of Tibetan Plateau lakes to climate change: Trends, patterns, and mechanisms. Earth-Science Reviews, 2020, 103269.

[17] Zheng, G., Allen, S.K., Bao, A., et al. Increasing risk of glacial lake outburst floods from future Third Pole deglaciation. Nature Climate Change, 2021, 11: 411–417.

[18]王宁练, 姚檀栋, 徐柏青, 等. 全球变暖背景下青藏高原及周边地区冰川变化的时空格局与趋势及影响. 中国科学院院刊, 2019, 34(11): 1220-1232.

[19]邬光剑, 姚檀栋, 王伟财, 等. 青藏高原及周边地区的冰川灾害.中国科学院院刊, 2019, 34(11): 1285-1292.

[20]姚檀栋, 陈发虎, 崔鹏, 等. 从青藏高原到第三极和泛第三极.中国科学院院刊, 2017, 32(09): 924-931.

[21]姚檀栋, 邬光剑, 徐柏青, 等. “亚洲水塔”变化与影响. 中国科学院院刊, 2019, 34(11): 1203-1209.

[22]姚檀栋, 余武生, 邬光剑, 等. 青藏高原及周边地区近期冰川状态失常与灾变风险. 科学通报, 2019, 64(27): 2770-2782.

[23]张建云, 刘九夫, 金君良, 等. 青藏高原水资源演变与趋势分析.中国科学院院刊, 2019, 34(11): 1264-1273.

[24]周天军, 高晶, 赵寅, 等，影响“亚洲水塔”的水汽输送过程. 中国科学院院刊, 2019, 34(11): 1210-1219.

[25]朱立平, 张国庆, 杨瑞敏, 等. 青藏高原最近40年湖泊变化的主要表现与发展趋势. 中国科学院院刊, 2019, 34(11): 1254-1263.