阿尔卑斯山区罗纳河的变化显示，全球变暖不仅通过改变降水模式影响河流流量，而且通过影响积雪和冰川这两大高山水文循环要素影响河流流量。根据区域性气候模型的预测，未来降水量将会冬增夏减，积雪量将显著减少，多数高山冰川将急剧缩减。预计到21世纪末，河流流量将在这些因素的剧烈影响下，在冬季由于积雪早融和降水增多而增大，而在其它季节减小。未来的水资源管理需要考虑气候变暖带来的季节差异，做出相应的改变，以保障水资源在经济产业的合理分配。
1. 瑞士阿尔卑斯山脉——欧洲水塔2. 积雪的作用3. 气候带来的影响4. 冰川受到的影响5. 罗纳河流量受到的影响6. 环境和经济效应
1. 瑞士阿尔卑斯山脉——欧洲水塔
西欧和中欧的许多河流均发源于阿尔卑斯山脉。阿尔卑斯山脉，特别是瑞士境内的部分，通常都被称为欧洲水塔。瑞士的年均降水量可达1500毫米，其中1/3随蒸发散失，而2/3形成地表溪流和河流，一小部分则暂存于湖泊或地下水中。
瑞士气候地图集[1]显示，在瑞士中部，戈达德山口30公里范围内阿尔卑斯山区就凭一己之力灌溉了4个大型流域：约2/3的水量经莱茵河流域汇入北海；18%的水量经罗纳河盆地进入地中海；10%的水量经提契诺穿过波河流域流入亚得里亚海；5%经德国多瑙河支流进入多瑙河流域而补给黑海。发源于中部阿尔卑斯山区的水资源，养育了这些流域中的1.5亿多万人。
2. 积雪的作用
积雪是高山水系的重要组成部分。积雪数量、持续时长、季节特性等方面的任何改变都可能导致持久的环境和经济效应[2]。积雪融化的时间能显著影响高山河流的季节性峰值流量。山顶的积雪融化较晚，可维系河流在旱热季节的最小流量。
图1. 夏季，格里姆瑟尔山口湖泊的碎冰，汇入罗纳河。[© M. Beniston]
冰雪的动向受温湿度等气候要素的影响。山区平均气温每升高1度，平均雪线[3]就会上升约150米。Beniston[4]等人的研究表明，自从20世纪70年代以来，尽管年际波动较大，许多山区的降雪天数总体呈现减少的趋势；海拔1500米以下、降雨多于降雪的地区尤为如此。另一方面，在低海拔地区降雪稀少的20世纪90年代，在海拔2500米以上的某些地区的积雪厚度和持续时长和积雪反而有所增加。
3. 气候带来的影响
气候预测表明，在阿尔卑斯山区，当冬季较温暖且降水较多时，高海拔地区的雪量将会增加。在这种情况下，在降雨多于降雪的中低海拔地区，积雪必将显著减少，雨夹雪天气可能也会更加频繁（包括仲冬时节），并可能爆发山洪[5]。
图2. 瑞士阿尔卑斯山区季节性积雪量峰值的垂直分布情况。灰色表示当前气候条件，黑色表示温度提高4°C时的气候情景，两种色带的宽度代表冬天干湿状态之间的差异性。[资料来自：Beniston等[4]]（Volume total总体积，Altitude海拔高度，Pertes de 40-60%损失40-60%，Climate actuel当前气候条件，Légère augmentation略有增加）
积雪量是高山流域水流量的关键影响因素。积雪量等于积雪厚度与地表覆盖面积的乘积。积雪量季节性峰值的垂直分布如图2所示。在海拔2000米以下，随海拔下降，即使地表面积更大，积雪却变薄，因此积雪量变小。另一方面，在海拔2000米以上，随海拔上升，积雪加厚，但由于覆盖面积减小，积雪量依然变小。
根据许多气候模型的预计，若冬季最低气温提升了4°C，海拔1500米-2500米区域的积雪覆盖天数将会减少100多天。冬季降水的增加只能轻微抵消温度对积雪的影响。升温将会导致低海拔地区冬季几乎没有积雪，但对高海拔地区却影响甚小。
4. 冰川受到的影响
冰川体积体现为其面积和厚度，取决于积雪结冰和冰川消融之间的平衡。气候变化必将影响这种平衡，从而导致冰川平衡线的推移、冰层厚度的改变以及冰川的前进或后退。除海拔极高的地区（3500米-4000米）之外，大多数冰川表面温度和内部温度均接近于冰点。因此，任何越过0°C阈值的增温都会对冰川造成极大的影响。
从1850年到2000年，欧洲阿尔卑斯山区的冰川表面积减少了30%-40%、体积损失了近一半[1]。全球很多中纬度和热带地区的高山冰川也存在类似情况。
图3. Tschierva冰川（瑞士东南部的伯尔尼纳马西夫）2000年的实际景象与2050年假设气温上升3°C后的预测景象。[来源：计算机图形和 GIS 应用程序：瑞士苏黎世大学 Max Maisch]
学者们开展了大量关于高山冰川未来变化趋势的研究[6] [7] [8] [9]。无论是实证模型还是更详细的能量平衡模型，均得到以下结论：到2100年，现存高山冰川中的50%-90%会由于全球变暖而消融[1]。冰川越少，对气候变化的反应越剧烈。在全球温带地区，大多数冰川的平衡线（积累和消融之间的临界线）海拔高度与温度有明显的线性正相关关系，而与降水量之间则呈现线性负相关关系（此负相关关系在高海拔地区更明显）。
假设气温在21世纪下半叶升高3°C，Maisch[10]采用计算机影响和GIS技术，计算了瑞士阿尔卑斯山区几座冰川的平衡线海拔高度。并预测了未来冰川的形态、体积和冰舌前端的位置。其中，瑞士东南部Tshierva冰川（Bernina massif）的预测情况如图3所示。
5. 罗纳河流量受到的影响
以罗纳河为例，其流量及年内差异受蒸发、降水、水库蓄水、融雪和融冰的影响。全年的降水、5-10月的融雪和融冰是罗纳河流域山区水量的主要来源[11] [12] [13]。水利设施的使用能够在特定季节调节水量，特别是在夏秋两季冰雪融化时蓄水，在冬季能源需求高峰时释放以产生电能。然而，大坝的蓄水量仅为罗纳河流域总水量的一小部分。
高山融雪是为河流水量的重要补给来源。山区积雪在每年11月至次年5月间累积，而在夏季以峰值蒸发。在目前的气候条件下，全年各季节降水分布较为均匀。因此，积雪的融化时导致河水流量季节性差异的主要因素。春末夏初的地表径流量与头年冬季的积雪量密切相关。
源自瑞士阿尔卑斯山区的各大河流尽管具有形形色色的水文特征，其来源均会受制于山区气候变化，并对低海拔地区居民的生活、农业、能源和工业用水造成影响。例如，根据前文提到的种种研究，罗纳河在日内瓦湖口处的冬季流量从1961-1990年间的100立方米/秒增长至2100年的200立方米/秒，但会在仲夏时从350立方米/秒跌至200立方米/秒（如图4所示）。
图4. 在1961-1990年间的气候条件下以及在2071-2100年间的IPCC气候变化模拟情景（B2为中度变化，A2为强变化）下，罗纳河在日内瓦湖口处的月均流量变化图（Scénario情景，Débris mensuels moyens月平均流量）
图4展示了1961-1990年间罗纳河的月平均流量以及在政府间气候变化专门委员会（IPCC）模拟的两种气候情景下每月平均流量的可能变化，这两种模拟情景包括“A2”情景（由于温室气体大量排放，2100年与前工业化时代相比，全球气温上升4-5°C）和“B2”情景（根据2015年巴黎COP-21协议，温度上升不超过2°C的限值）。
由图4可见，在1961-1990年间，罗纳河的流量主要受春季至仲夏期间积雪融化的影响，而在此后及夏季最炎热干燥的时期（七月中旬至九月初），则是高山冰川的融化继续为罗纳河提供丰富水量。
是否可以根据气候变化对流量变化进行预测呢？到21世纪末，预计罗纳河上游的流量将会发生重大变化。事实上，气候模型[14]预测阿尔卑斯山脉中部地区的气候在各个季节均会变暖，但降水模式会因季节而异：冬季降水会增加10%-20%，夏季降雨则会减少10%-40%[9]。
由于冰川可能在本世纪末完全消失[1]，将不会再如当前气候这般、有丰沛的冰川融水补给河流以避免严重的低水位现象发生。当出现热浪高温、水资源严重短缺时（正如2003年的中欧和西欧地区），失去了冰川融水的补充，连罗纳河这样的河流都有可能在夏秋季节的部分时段断流。罗纳河之所以在2003年仍然保持着丰沛的流量，归功于当时冰川加速融化的补给作用。对于延伸至地中海区域的阿尔卑斯山区（如普罗旺斯和意大利北部地区），未来的水文特征也将与图4所示的情况类似。
在模拟的两种温室气体排放情景中，由于积雪提前融化，最大流量会提前2-3个月出现；然而，到2100年，积雪总量的减少可能导致流量峰值也会相应降低。尽管夏季水流量急剧下降（与1961-1990年间相比降低约50%-75%），图4仍然显示出仲夏时节的一个微小波峰，这是由于夏季时常出现的对流雨所致。值得注意的是[15] [16]，夏季即便出现强降雨，由于冰川的消失和积雪的早融，罗纳河的水文状况仍将比目前糟糕得多。
6. 环境和经济效应
图5. 传统灌溉技术在瑞士瓦莱州中部的使用。南部的瓦莱桑阿尔卑斯山脉和北部的伯尔尼山脉形成的屏障，使这里成为欧洲最干旱的区域之一。
我们需要认识到，未来新的水资源管理将不仅限于应对自然环境变化，还必须考虑到社会经济和政治方面的种种效应。譬如，随社会经济的发展，用水量将如何增加，经济和政治变化又将如何改变地区不同经济主体之间的水量分配。这些因素很容易引起在一年中的某些关键时刻对稀缺资源的争夺[17] [18]。这些水文变化可能会影响阿尔卑斯地区的某些关键经纪行业（参见欧洲项目“ACQWA”项目的最终报告：www.acqwa.ch），尤其是旅游业、农业和水力发电[19] [20] [21]：
少雪的冬季将会给中低海拔地区（海拔高度1200-1800米）的度假胜地带来经济难题。对于大多数高山景区而言，除了滑雪，还需要开发多元化的旅游项目。
干燥炎热的夏季会使水资源难以满足农业灌溉区（如瑞士瓦莱州的罗纳平原和法国南部）的需求。而且由于低海拔地区农产品在价格上竞争力更强，山区种植面临的压力与日俱增。除了这些经济压力，旱灾、洪灾等灾害事件的增加则会带成重大损失。因此必须制定新的措施，来推进水资源的合理分配、水库的新建和技术的革新。
从21世纪下半叶开始，由于冰川退化，冰川融水将不会再像现在那样使得水库水量充沛，阿尔卑斯山区的大型水坝预计将会受到强烈影响，导致蓄水量减小、水力发电量下降等问题。发电量的降低将难以满足夏季空调的用电高峰需求。这就需要在大坝联网系统中进行优化配置，并且通过经济机制来调节供需。这需要瑞士和欧洲采取各种战略手段以减少对化石燃料的依赖，从而加速实施2015年12月签署并得到许多国家支持的《巴黎气候协定》（COP21）。这些措施会影响阿尔卑斯山区乃至整个欧洲的电网。
图6. 瑞士第二大水坝——Emosson大坝，容量2.27亿立方米。[©M. Beniston]
除了以上这些关键因素外，由于城市化进程和农业用地的开发，几十年来土地利用的转变同样引起了水资源供应和需求的变化[22]。在气候变化的作用下，高山植被的重新分布可能会给具有防止侵蚀并改善地表水质作用的高山森林带来不利影响[23] [24]。如果植被和森林在地表变得更加分散，地表径流速度将加快，水土流失和河道壅塞的可能性增大，这些会给下游水电设施等基础设施带来额外的风险。
总而言之，就阿尔卑斯山区的自然灾害而言，中低海拔地区频复的暴雨将导致较高的坡面侵蚀率。极端降水的增加将加剧洪水的频率和严重程度[25]。当夏末的干燥土壤难以吸收大量突如其来的地表降水时，许多流域会出现超渗产流。在其它季节，例如冬春季节，降水和积雪融水相叠加，也有洪水风险。这种情况在近些年很普遍，例如1995年2月，阿尔卑斯山的积雪早融与德国的暴雨合力导致莱茵河流域洪水泛滥。
参考资料及说明
封面图片：罗纳河的冰川 [来源: Beniston]
注意：本文是基于对Martin Beniston的著作《Climate Change and Impacts: From Global to Local》（瑞士洛桑理工学院和罗马大学出版社授权再版）第八章内容的大量摘录。
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引用这篇文章: BENISTON Martin (2024年3月9日), 气候变化对积雪、高山冰川以及水资源的影响, 环境百科全书，咨询于 2026年1月3日 [在线ISSN 2555-0950]网址： https://www.encyclopedie-environnement.org/zh/eau-zh/impact-of-climate-change-on-snow-cover-and-alpine-glaciers-consequences-on-water-resources/.
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