近日，中国科学院青藏高原研究所环境变化与多圈层过程团队魏强副研究员等联合兰州大学、北京大学、中国科学院地球环境研究所等单位，在《Geophysical Research Letters》发表题为 “Glacier-Climate Feedbacks Modulate Last Glacial Maximum Dust Cycle Over the Third Pole” 的研究论文。研究构建了气候-冰川双向耦合模拟系统，揭示末次盛冰期青藏高原冰川扩张如何调节沙尘的起沙、输送与沉降过程，为青藏高原冰期沙尘增幅明显弱于极地的现象提供了新的物理解释。
沙尘既能通过辐射效应影响区域气候，也可沉降于冰雪表面、降低反照率并加速消融；其排放和沉降又受地表性质、土壤湿度、风场和降水清除等因素控制，是连接大气、陆面和冰冻圈的重要纽带。距今约2.1万年的末次盛冰期全球气候显著寒冷、干燥，极地沙尘大幅增加：格陵兰冰芯记录的沙尘浓度增加可达一个至两个数量级，南极沙尘通量增加约20—25倍。相比之下，青藏高原及周边记录的变化明显较弱，古里雅冰芯指示末次盛冰期沙尘浓度仅为现代的约1—2倍。此前包括PMIP4在内的多模式模拟通常未显式考虑该时期青藏高原山地冰川扩张及其气候反馈，往往高估了沙尘增幅。
针对这一问题，研究团队将具有动态沙尘过程的地球系统模式CESM与高分辨率冰川/冰盖模式ISSM进行双向耦合。地球系统模式向冰川模式传递气候和沙尘沉降信息，冰川模式据此模拟冰川积累、消融与运动，并将变化后的冰体厚度、覆盖范围、地形和地表类型反馈给地球系统模式。不同敏感性试验进一步区分了冰川地表覆盖、地形抬升和冰川磨蚀潜在沙尘源的作用。
图1 冰川-气候反馈对沙尘循环的调节机制示意图
结果表明，冰川扩张能够直接覆盖部分潜在沙尘源，减少裸露可侵蚀地表；同时，冰川增厚抬升地形，在迎风坡加强空气抬升和降水，进一步抑制起沙。另一方面，增高的地形会拦截水汽，使部分背风坡和高原内部降水、积雪和土壤湿度降低，局地反而更有利于沙尘释放，形成明显的“迎风坡增湿-背风坡干化”效应。冰川扩张还通过地形和热力作用改变区域环流。冰川增厚形成更强的地形屏障，削弱西风携带上游沙尘进入高原；更高的反照率则加强高原冷却，并调整气压场和高空风场。不同机制相互竞争，使青藏高原西部、中部和东部的沙尘输送与沉降呈现显著空间差异。高原内部降水减少还会降低沙尘的清除效率，因此局地排放与最终沉降并非简单对应。这提示，解释冰芯、湖泊沉积物和黄土等古沙尘记录时，需要同时考虑源区变化、环流输送和沉降过程。
考虑冰川-气候反馈后，模式得到的古里雅地区末次盛冰期相对于现代的降水归一化沙尘浓度比值约为1.6倍；进一步考虑冰川磨蚀潜在沙尘源后约为1.7倍，均落入冰芯记录指示的约1—2倍范围。相比之下，未考虑冰川扩张的控制试验明显高估沙尘增幅；PMIP4/CMIP6多模式给出的古里雅增幅约为2.1—3.8倍，总体也高于冰芯记录。结果表明，忽略高山冰川与区域气候之间的双向反馈，可能是部分既有模拟高估青藏高原冰期沙尘的重要原因之一。
图2 冰川-气候耦合模式改进古里雅冰芯沙尘浓度的模式-记录对比
研究指出，冰川并非气候系统中静态、被动的下边界，而是沙尘循环的主动调节者。这一认识也对未来青藏高原变化具有启示意义。当前冰川的持续减薄、退缩可能暴露新鲜、松散的冰川沉积物，形成新的潜在沙尘源；与此同时，冰川缩小也会削弱其对地形、反照率、水汽输送和区域环流的影响。沙尘沉降到残存冰雪表面还可能降低反照率、促进消融。因此，未来青藏高原沙尘变化很可能并非简单的单调变化，而具有明显的非线性和状态依赖特征。将冰川-气候-沙尘双向反馈纳入地球系统模拟，有助于提升对高山冰川消融、沙尘变化、区域气候以及相关水资源和环境影响的预估能力。这一结果还表明，古里雅冰芯中相对温和的冰期沙尘信号可由冰川-气候反馈得到解释，与现有年代学框架相协调，降低了仅为协调沙尘幅度而大幅调整相关层位年代的必要性。
中国科学院青藏高原研究所魏强副研究员为论文第一作者和共同通讯作者，兰州大学泛青藏高原环境中心朱美林教授为共同通讯作者，北京大学胡永云教授、中国科学院地球环境研究所石正国研究员、青藏高原研究所邬光剑研究员、徐柏青研究员、姚檀栋院士为论文共同作者。研究得到国家自然科学基金项目（42595530、42405055、42305059和42488201）资助。
论文链接：https://doi.org/10.1029/2026GL123328,Wei, Q., Wang, M., Shi, Z., Zhu, M., Wu, G., Xu, B., Hu, Y., & Yao, T. (2026). Glacier-Climate Feedbacks Modulate Last Glacial Maximum Dust Cycle Over the Third Pole. Geophysical Research Letters, 53, e2026GL123328.
