念青唐古拉山东段八盖乡地区近40年冰川与气候变化研究

冀 琴，杨太保，李 霞

（兰州大学 资源环境学院 冰川与生态地理研究所，兰州730000）

冰川作为西北干旱、半干旱地区重要的淡水资源，素有“高山固体水库“之称［1］，其进退是人类面临的主要环境问题之一［2－4］，冰川在不同时空尺度上的变化势必导致以冰川融水补给为主的河流量的丰枯变化，从而对流域社会经济发展、生态与环境产生重要影响［5］。在全球变暖背景下，全球冰川普遍后退［6］，冰川的变化情况及其对河流补给作用的影响，已成为一个重大问题［7－10］，青藏高原冰川面积占中国冰川总面积的80%以上［10］。念青唐古拉山又是青藏高原主要山脉之一，为青藏高原东南部最大的冰川区，通过对念青唐古拉山冰川变化分析不仅可以较好地反映青藏高原地区冰川的变化情况，同时也可为冰川区水资源管理、山区灾害防治、资源开发等提供参考［11－12］。对念青唐古拉山脉研究，目前多集中于西段地区［13－17］，研究的时间序列也较长，对东段部分研究较少，本文选取东段八盖乡地区冰川规模较大的关星冰川、麻果龙冰川、若果冰川、江普冰川和那龙冰川，利用1970年冰川编目数据和1999年、2011年遥感数据，在GIS技术支持下，采用决策树分类和目视解译方法提取近40a冰川的变化情况，结合丁青气象站气象资料分析该区冰川对气候变化的响应，并对该区未来十几年内冰川变化趋势作初步预测。

1 研究区概况

念青唐古拉山东段位于青藏高原东南部，是雅鲁藏布江与怒江的分水岭，地处雅鲁藏布江“大拐湾”西南季风暖湿气流北上进入高原的要道上，地形的强迫抬升，使这里成为青藏高原降水最多和最湿润的地区［18］，冰川区年降水达1 000～3 000mm，平衡线较低，夏季温度为1～5℃，整层冰温高于－1℃［19］，海洋性冰川特别发育，占念青唐古拉山冰川总面积的5／6。关星冰川、麻果龙冰川、若果冰川、江普冰川和那龙冰川位于东段八盖乡东北部，冰川规模较大，长度均超过10km。

2 数据来源与方法

2.1 数据来源

遥感影像和DEM数据分别来自美国地质调查局（http：∥glovis.usgs.gov／）和中国科学数据服务平台（http：∥datamirror.csdb.cn／index.jsp），其中遥感影像采用的是Level 1T级数据产品，该产品经过系统辐射校正和地面控制点几何校正，并利用DEM数据进行了地形校正。研究区主要发育海洋型冰川，为了剔除云和季节性积雪的影响，选取夏季时段消融期末影像（表1），对有云影响区域选多景数据对比分析，编目采用中国冰川目录Ⅺ—恒河水系［20］，其分布图来自1970年航空像片，反映了研究区1970年冰川分布情况。气象资料源于丁青站，研究区周围气象站较少，只分布有洛隆站和丁青站，洛隆站距研究区较近，但该站气象观测资料时间序列较短（1992年开始），最终选用丁青站数据。

2.2 研究方法

2.2.1 冰川边界提取 冰川边界提取的方法包括监督分类、非监督分类和比值阈值法［21－23］，本文选取简单有效的比值阈值法提取冰川边界，即采用Band3／Band5，选定阈值为2.5（多次试验），将影像分为冰川与非冰川两类，对影像进行二值化处理（大于阈值的设为1，其余为0），最后将其转为.shp格式，得到冰川初步提取结果，由于研究区主要分布海洋型冰川，冰川末端有冰碛物存在，需进一步借助Google Earth进行目视解译，得到最终冰川边界。

表1 遥感资料列表

2.2.2 冰川末端变化和海拔高度提取 冰川末端变化通常用平行于冰川主流线方向的冰川末端前进（或退缩）长度来表示，主要的计算方法有主流线法、中心线法、周长法和特征点法［24－26］，特征点法利用移动拟合法寻找最短距离，计算结果相对丰富，包括冰川末端变化长度最大值、最小值和平均值，能更真实地反映冰川末端的变化［27］，我们选择该方法研究冰川末端变化，在1970年冰川末端上选取60个等间距的特征点，分别求解每一个特征点到1999年和2011年冰川末端边界的最小距离，对求解的距离计算平均值，得到冰川末端变化值。

以研究区DEM和各条冰川1970年、1999年和2011年矢量边界数据为基础，在ArcGIS空间分析技术支持下，分别提取5条冰川各时段末冰川末端海拔高度，由于研究过程中只采用一套DEM数据，因此得到各时段末的海拔高度是一个相对值。

3 结果与分析

3.1 冰川面积变化

对研究区冰川面积解译的结果如表2所示，研究区冰川面积在1970—2011年共减少了216.52km2，5条冰川在1970—1999年和1999—2011年前后两个时段均表现为减小的态势，且前一个时段面积减小的速率均大于后一个时段，冰川退缩具有减缓的趋势。

分析研究区近40a各冰川面积退缩速率和冰川末端海拔关系可知，二者呈反相关关系，即冰川面积退缩速率随冰川末端海拔升高而降低，江普冰川的海拔最低，其退缩速率最大，为1.75km2／a，关星冰川则相反，为0.38km2／a。可见，研究区冰川面积退缩速率与冰川末端海拔高度具有很好的耦合性。

表2 1970－2011年各条冰川面积变化

3.2 冰川长度变化

利用特征点法分别对研究区5条冰川末端长度进行统计（表3），从时间变化来看，5条冰川在1970—2011年均表现出末端后退的现象（图1），前一时段（1970—1999年）冰川末端后退的速率均大于后一时段（1999—2011年），这与相同时段内冰川面积变化的规律相一致，说明冰川面积变化主要表现为冰川末端的退缩。5条冰川中，江普冰川末端退缩速率最大，为38.16m／a，关星冰川末端退缩速率最小，为9.48m／a。

表3 1970－2011年各条冰川末端长度变化

图1 研究区5条冰川末端变化

3.3 冰川与气候变化关系

气象要素中，气温和降水与冰川进退变化的关系最为密切，决定冰川积累的主要因素是冰川区的降水量，影响冰川消融的主要因素是冰川区的温度［28］，冰川变化滞后于气候变化［29］，根据丁永建［30］的观点，≤5km的冰川对气候变化的反应时间约为2a左右，＞5km的冰川对气候变化的反应时间大约为8～9a，研究区5条冰川的规模均较大，长度大于10km，分析过程中以10a的滞后期研究冰川对气候的响应。

依据冰川研究时段，以10a滞后期为标准，对丁青站1960—2009年的年均温和年降水量进行统计（图2）。1960—2009年丁青站气温在波动中上升，升温幅度呈先慢后快的趋势，1990—2001年和2002—2009年年均温较1960—1989年分别升高了0.33℃和0.94℃，近十年研究区升温显著。降水量则呈先增加后减少的趋势，1990—2001年年降水量比1960—1989年增加27.75mm，2002—2009年年降水量较1990—2001年减少38.73mm。

图2 丁青站1960－2009年温度、降水变化注：A，B，C分别代表1960—1989年，1990—2001年，2002—2009年温度和降水均值。

研究区前一时段（1970—1999年）冰川退缩速率（面积和末端）大于后一时段（1999—2011年），分析研究区1960—1989年和1990—2001年两个时期温度和降水数据可知，后一时期年均温和降水量均大于前一时期，可见降水的增加抵消了温度升高引起的冰川消融，说明研究区后一时段降水变化对冰川变化起主导作用。近十年来（2002—2009年），研究区温度显著升高，降水则略微下降，可见未来十几年中研究区冰川将呈加速退缩状态。

根据高晓清等［31］的观点，在温度变化ΔT≤0.5℃的情况下，降水变化对冰川变化可以起较大的作用，当ΔT＞0.5℃后，冰川变化主要决定于温度，降水不起主要作用。研究区1990—2001年年均温较1960—1989年升高了0.33℃，研究发现，1999—2011年降水变化是研究区冰川变化的主导因素，这与前人的结论相一致。而2002—2009年年均温比1990—2001年升高了0.61℃，按高晓清等的观点预测，研究区未来十几年温度变化是冰川变化的主导因子，也同样说明了未来十几年研究区冰川将呈加速退缩状态。

（2）1970—2011年冰川面积退缩速率和冰川末端海拔呈反相关关系，二者具有很好的耦合性。

（3）依据丁青站近十年温度和降水数据推测，未来十几年研究区冰川将呈加速退缩状态。

致谢：遥感影像和DEM数据由美国地质调查局和中国科学数据服务平台提供，感谢审稿专家对文章提出建设性的修改意见和建议。

4 结论

（1）1970—2011年研究区5条冰川整体呈退缩状态。1970—1999年冰川退缩速率（面积和末端）大于1999—2011年，冰川退缩具有减缓的态势，分析气象资料可知，降水量增加是后一时段冰川退缩速率较小的原因，即该时段降水变化对冰川变化起主导作用。

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