冰川融化怎麼辦？科學家建議「蓋被子」保保寒
2020-10-26 中國科普博覽出品：科普中國
製作：王飛騰 陳治理 （中國科學院西北生態環境資源研究院）
監製：中國科學院計算機網絡信息中心
冰棍是很多人童年中涼爽而又甜蜜的回憶。小時候，經常能看到大街上推著自行車賣冰棍的身影。但是不知道大家發現沒有，推車賣冰棍的人，都會在冰棍外面裹上厚厚的一層棉被。為什麼要這樣做呢？難道不怕冰棍化嗎？
△圖片來源：veer圖庫
想要知道為什麼，就必須要知道棉被的作用。被子的作用是保溫，或者說是阻止熱傳遞。在冬天蓋著棉被暖和，不是因為棉被本身暖和，而是因為棉被蓋在身上，可以保持身體的熱度不流失。因此，棉被不僅能夠保暖，還可以用來保寒。
如果冰棍可以通過蓋被子來保寒，那麼冰川也可以蓋被子嗎？答案是肯定的。
等等！我們到底為什麼要給冰川蓋被子？這就要從冰川消融說起了。
冰川為什麼需要蓋被子？
根據《中國氣候變化藍皮書（2020）》書中介紹，2019年，全球平均溫度較工業化前水平高出約1.1℃，是有完整氣象觀測記錄以來的第二暖年份。過去五年（2015~2019年）是有完整氣象觀測記錄以來最暖的五個年份。20世紀80年代以來，每個連續十年都比前一個十年更暖。
自1960~2019年來，全球山地冰川整體處於消融退縮狀態，2019年，全球冰川總體處於物質高虧損狀態，參照冰川平均物質平衡量達到–1131毫米，為1960年以來冰川消融最為強烈的年份。
△圖片來源：veer圖庫
在氣候變暖背景下，著名冰川學家施雅風院士等學者綜合考慮21世紀中國冰川對全球變暖響應，預計到2100年中國冰川面積和體積的減小率在30% 到67% 之間。尤其是中國的山地冰川在數量上以小冰川（面積小於1km2）為主，佔到冰川總數的80%。數量眾多的小冰川應對氣候變暖，尤為脆弱。如不加人工幹預，一旦小冰川呈現全面消融，則難以逆轉最終消亡的現實。
首先，冰川大量消融，勢必造成全球海平面升高。冰川融化後暴露的陸地和水面就會吸收太陽熱量，從而導致冰體融化更多，加速地面增溫過程，加劇氣候變暖。
其次，冰川消融，冰水流入大洋，可能會使大洋環流模式遭到破壞，造成冬季嚴寒，暴風雪成災，夏季高溫不退，暴雨、颶風、洪水泛濫等極端天氣。
最後，冰川消融更會給局部地區帶來災害。如果喜馬拉雅山冰川如此融化，在5到10年內，會使尼泊爾、不丹境內近50個冰川湖決堤而引發洪水泛濫，夏季冰川快速消融也會引發印度境內印度河、恆河水位上漲而造成洪災。相反，隨著冰川的退縮，大部分以冰川融水為水源的地區將會嚴重缺水，如秘魯、印度北部就因冰川的加速消融而面臨著缺水危機。
△圖片來源：veer圖庫
因此應用科學的方法，緩解冰川消融和保持水資源的可持續利用，在當前區域迅速增溫、冰川快速退縮的情境下，顯得尤為重要。
我們該如何應對冰川消融？
目前對冰川的研究主要集中在變化過程、機理和未來變化預估等方面，但是，在應對冰川消融的工程措施方面，相關研究極少。
冰川的消融與冰川表面的能量平衡密切相關，當冰川表面獲得的能量大於釋放的能量，冰川開始融化或升華，而冰川表面的這種能量收支主要受控於輻射平衡。冰川消融主要發生在夏季，方式有冰面消融、冰內消融和冰下消融，以冰面消融為主，太陽直接輻射和近地層大氣湍流交換是引起冰川消融的主要熱源。
所以有關學者研究發現在冰面直接實施人工降雪不僅能直接增加雪物質，也能增大表面的反照率，或者在冰面阻擋太陽輻射和冰面的熱交換也能夠有效的減緩冰川消融。
△圖片來源：veer圖庫
奧地利的冰川滑雪場就是利用人造雪維持雪道。研究估算，相比於沒有人工管理的雪面，人造雪貢獻了20 m厚的雪。值得一提的是瑞士針對減緩冰川消融的研究已有所嘗試，科學家利用計算機模型，模擬在當前的CO2排放情境下，人工降雪減緩瑞士的Morteratsch冰川的退縮可達400-500m之多。同時，瑞士的科學家還將白色的羊毛毯覆蓋在瑞士的Rhone和Gurschengletscher冰川上，利用羊毛毯遮擋和反射太陽輻射來達到緩解冰川消融的目的。
△圖片來源：veer圖庫
這些工作雖然處於同類研究的最前沿，但前者僅停留於模型計算，而沒有實際觀測加以驗證，後者用遮蓋的方法來緩解冰川消融的效果亦尚未見報。
中科院是如何給冰川蓋上被子的？
今年8月，中科院研究團隊應用人工措施減緩達古冰川冰川消融的試驗中，就是採用在冰面覆蓋光熱阻隔物，從而阻擋太陽輻射和冰面的熱交換。
△達古冰川「蓋被子」試驗區
照片來源：畢研群拍攝
研究團隊給冰川蓋的「被子」，是一種隔熱和反光材料，主要是滌綸、晴綸、錦綸等高分子聚合物的合成纖維， 具有良好的防水和保溫作用。這種材料具有防紫外線，耐寒凍，抗化學腐蝕和抗生物破壞能力，同時對太陽光具有較強的反照、輻射衰減能力和低導熱能力。
△科研成員現場觀測
照片來源：謝宜達拍攝
在冰川表面鋪設隔熱和反光材料，可以減小太陽直接輻射和近地層大氣湍流交換對於冰川的影響，增大冰川表面的反照率。也就是像給冰棍保寒一樣，利用「被子」的保溫能力，阻止冰川與外部的熱交換，使隔熱和反光材料覆蓋下的冰川表面能維持一個相對較低的溫度，以此減緩冰川的消融。
此次給達古冰川覆蓋隔熱反光材料，從實驗結果來說，效果顯著，在兩個月內減緩了接近一米的消融量，大大減緩了冰川在全球變暖背景條件下的變化。從試驗成本和人力來說，需求不高，完全可以大規模推廣使用。從環境保護方面，試驗材料可以回收利用，既可以節約成本，又不會對周圍環境產生影響。
△「蓋被子」後平均減緩冰川消融1米
照片來源：謝宜達拍攝
在全球變暖的背景條件下，冰川消融趨勢已經不可避免。如何減緩冰川對氣候變化的影響將會成為一個重要的議題，而覆蓋隔熱與反光材料肯定會是一個經濟、綠色的方式。面對中國西北冰川持續消融，給冰川「蓋被子」可以向西北部冰川推廣，以此來應對氣候變暖條件下的冰川消融趨勢。
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減緩消融，科學家給冰川蓋「被子」
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為減緩消融，科學家給冰川蓋「被子」
◎ 科技日報記者 陳 瑜過去的50年，全球大多數冰川在快速消融。為了阻止冰川融化，除了控制溫室氣體排放減緩溫室效應外，科學家們也開始從冰川本身入手。研究團隊前往達古冰川評估試驗成效。現場考察發現，「蓋被子」區域的冰體消融速度明顯減少。與未覆蓋區域的冰體相比，「蓋被子」能夠減緩冰川消融厚度達1米，初步估計能夠減緩70%左右的冰川消融。 -
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為緩解冰川消融，我國科學家給它蓋上「被子」，被稱讚為不錯點子
「蓋被子」據報導，從今年8月份開始，中國科學院的科學家團隊，就來到青藏高原的達古冰川，為其蓋上了「被子」。整塊「被子」的大小約為500平方米，科學家們之所以這麼做，也是希望可以找到一種減緩冰川融化的辦法，畢竟目前人類徹底消除溫室效應，是不可能的事情，只能通過人工手段，來讓冰川留存的時間更久一點。在通過為期2個多月的試驗後，最終，科學家們發現，給冰川「蓋被子」真的可以起到減緩冰川消融的效果，雖然只減少了1米左右的消融量，但是仍然證實給冰川「蓋被子」，是一個非常不錯的好方法。 -
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怎麼理解給冰川「蓋被子」的迷惑行為，真能改善環境嗎？
為什麼想給冰川蓋被子？人類活動導致這些冰川融化，冰川於地球環境有著重要作用。如果冰川融化，而且一直加速融化，未來也許中國的長江、黃河也可能斷流。當然，也有研究人員認為喜馬拉雅冰川只是長江、黃河、印度河等的源頭之一，但是這些河流並非完全靠其提供水源，其流量主要由流域內廣大面積上的降水形成和維持。為了抑制冰川融化，科學家們便想到了給冰川蓋被子。 -
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