基于多源遥感数据的易贡藏布流域冰川变化与物质平衡研究

发布时间：2020-10-10 11:31

　　 冰川是极地或高山地区地表上多年存在并具有沿地面运动状态的天然冰体,冰川变化与全球气候、生态环境及人类社会发展息息相关。在全球变暖的背景下,冰川作为气候变化的敏感因子,在研究气候变化、理解气候与冰川变化的相互作用机制方面扮演着重要角色。多源遥感数据的应用为大范围、长时间的冰川变化监测提供了有效手段,尤其使研究自然条件恶劣的冰川区成为可能。地处青藏高原、夏季平均温度升高最为明显的易贡藏布流域是我国境内典型的山地冰川分布区之一,冰川退缩引发的气候波动、生态失衡问题在该流域尤为突出。然而,由于多方面因素、条件制约,该流域一直是冰川编目的数据缺失区,也是冰川退缩研究的空白区,研究这一区域冰川形态演变与物质平衡对于认识我国藏东南地区海洋型冰川的变化现状、驱动机制以及未来趋势具有重要的科学意义。冰川运动、表面消融将高海拔的物质积累向低海拔生态圈输送,构成了冰川与流域气候、生态、水文间物质循环,冰川表面形态变化(面积与高程变化)和底部物质交换(冰川流动等)又是影响冰川物质平衡的重要因素,而冰川、径流、大气则是局部气候系统内部相互作用最主要的三个因素。本文聚焦易贡藏布流域冰川变化及物质平衡,利用多源遥感数据系统完成了2003-2015年的冰川面积、表面流速及高程监测。在此基础上,结合气温、降水量等数据,分析了冰川变化对气候的响应,探讨了冰川物质输送与冰川几何形态的关系,并预测了冰川未来的变化趋势。主要研究结果如下:(1)提取了易贡藏布流域冰川的面积,对中国第二次冰川编目进行了补充。采用 ENVISATASAR、ALOSPALSAR、Sentinel-1A 三种 SAR(Synthetic Aperture Radar)数据源,利用冰川在SAR干涉对上的失相干现象确定了 2003、2007、2010和2015年的冰川区与非冰川区,结合Landsat影像设置了冰川分布高程阈值,提取了冰川边界,精度82%以上,取得了冰川面积的监测结果。易贡藏布流域冰川呈现集中分布,平均海拔5200m以上。2003-2015年冰川覆盖率“小增大减”,即:由23.5%上升至27.9%后迅速缩减到13.8%,退缩速率为0.8%/a。在易贡藏布流域三个主要冰川聚集区(Part1、Part2、Part3)内,Part1以山地冰帽、悬冰川、冰斗冰川为主,面积较小且独立分布,退缩消失最为明显;Part 2内的冰川大多存在高程连续变化的冰舌,退缩主要发生在由粒雪盆到冰舌末端的物质输送部位;Part3内分布着大型复式山谷冰川,虽然退缩明显,但几何形态比较完整,冰川消融多发生在坡度较大的山体表面。(2)获取了易贡藏布流域冰川的表面流速。基于特征追踪原理,估算了 SAR影像对对应年份的冰川表面流速,用积累区面积比例法(AAR,AccumulationArea Ratio)加权估算了冰川物质平衡线(ELA,Equilibrium Line Altitude)。结果显示:Sentinel-1A影像对的配准精度最高,ALOS PALSAR次之,而ENVISATASAR最差,但都满足计算精度要求。2003、2007、2010、2015年夏季,冰川表面位移速率分别为0-464.6m/a、0-515.4m/a、0-492m/a、0-447.5m/a。地表形态变化驱动冰川运动,而不同类型的冰川流速差异十分明显:由粒雪盆聚集成的冰斗冰川、悬冰川流速较低,山谷冰川以及大型的复式山谷冰川运动迅速,有明显的流速峰值。利用DEM提取了流域山脊线,根据冰川类型分析了 19条冰川的面积变化、表面流速以及ELA。其中,2003年与2010年由于采用了相同的数据源,因而流速结果分布较为相似;2007年冰川较为稳定,有明显的流速高值区和大量覆盖的低流速区;2015年冰川覆盖面积急剧下降,表面流速提升最为明显。Part1内ELA约为58600m,卡加冰川、G093563E30502N冰川、亚力经冰川和塔弄冰川的流速为8.9～405m/a,平均流速集中分布在206～208m/a之间;Part2内ELA约为5730m,G093579E30315N冰川、G093642E30319N冰川、嘎洛共冰川、荣哇冰川和G093951E30329N 冰川流速分别在 0.9～428.5m/a 之间;Part3 内 ELA 约为 5690m,党污色蒙冰川、绒浦冰川、吓列浦冰川、踏哑弄冰川、勒普冰川、炯拉冰川、夏曲冰川、G094591E30498N冰川、怡青冰川、若果冰川流速分别在0～515.7m/a之间,Part3是易贡藏布流域内最大的冰川聚集区,冰川表面流速分布存在显著的坡向差异。表面平均流速随着冰川面积的减小而增大,消融将冰川分割成为了更小的独立单元,内部受力平衡改变是造成流速重新分布的内因。(3)估算了易贡藏布流域冰川的表面高程变化。通过ICESat和CryoSat-2两种测高数据比测实验并经过参考椭球系统的转换,有效联合了 GLAS14和L2I两种产品进行冰川表面高程变化监测。考虑到数据的空间分布和时间连续性,将高程变化监测分成3个不同监测单元(冰斗/悬冰川、山谷冰川、复式山谷冰川),严格剔除异常值之后,将SRTM DEM作为参考平面计算了各个高程测量年份的高差值,分段(2003-2008 年为 ICEsat/GLAS 14,2009-2015 年为 Cryosat2/L2I)拟合了2003-2015年间易贡藏布流域冰川表面高程的变化趋势。冰斗/悬冰川在2003-2015年速率分别为-0.57m/a和-0.72 m/a;山谷冰川在2004-2015年呈生长状态,速率分别为0.61m/a和0.1 1m/a;复式山谷冰川组成的冰川共同体在2003-2015年退缩显著,速率分别为-0.21m/a和-2.22m/a;CryoSat-2/L2I测量三类冰川在2010-2015年的高程波动比较剧烈,高程变化值也明显高于ICESat。除了大气折射、系统噪声、固体潮等冰川高程计算中的共同固有误差,地表坡度、粗糙度以及算法设计则是测高数据在局部流域冰川高程测量数据中主要的误差来源。(4)气温上升对冰川退缩影响显著。通过对NCEP/NCAR夏季月平均气温数据分析发现整个青藏高原年际平均气温呈上升趋势,并且每年6-9月的冰川消融期平均气温也呈上升趋势,喜马拉雅山脉至横断山脉一线更为明显。GPCP逐月平均降水量数据分析表明虽然青藏高原东南部年降水量呈现增加趋势,但在冰川积累期的11月至次年2月降水量却显著减少。易贡藏布流域内面积最小的冰斗/悬冰川、以及分布面积最大的大型复式山谷冰川表面高程与温度成负相关关系,与降水反而关系不大。山谷冰川的表面高程与积累期降水成正相关关系。易贡藏布流域内上述三类冰川表现出不同的退缩模式:小型冰川(冰斗/悬冰川)退缩表现为物质平衡线抬升和冰川表面高程降低;中型冰川(山谷冰川)主要表现为冰舌变化,冰舌断裂会改变冰川形态,导致山谷冰川向小型冰川演变,而冰舌退缩同时改变物质输送速率。山谷冰川表面高程受上游积累区冬季降水量影响较大;大型冰川(大型复式山谷冰川)则表现出中心积累区面积减小的特征,被分割成更小的独立冰川是其主要的退缩模式。易贡藏布流域山地冰川区是中国冰川退缩最明显的区域之一。综上所述,温度升高是导致易贡藏布流域冰川变化最主要的原因,温度抬升使冰川表面形态改变、表面高程持续降低以及表面流速加快。通过观察各年份不同的遥感影像对比发现:流域内面积较小、独立分布的冰斗冰川/悬冰川的退缩速度越来越快,未来会成为易贡藏布流域内最先消失的冰川类型。而山谷冰川受气温和降水共同作用,冰舌生长和退缩两种变化形式共存是该类型冰川活动的特征。大型复式山谷冰川虽然在形态上依然较为稳定,但未来向更小的冰川单元即山谷冰川、冰斗冰川、冰斗山谷冰川和悬冰川演变的趋势十分明显,且由于内部山脊线的出现,积累区被分割,积累面积将进一步缩小。虽然2003年以来,山地冰川随着局部气温波动发生过不同时间尺度的进退变化,但青藏高原东南部整体的气候变化在向不利于冰川生长的趋势发展。
【学位单位】：南京大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2017
【中图分类】：P343.6
【部分图文】：

研宄内陆冰川及其对局部气候变化、局部水文变化的影响研究提供帮助。??１．４．２技术路线??图１－１为该论文的技术路线图，它概括和总结了本文各部分主要内容及使用到??数据和采用的处理方法、步骤以及结果、目的。本论文中所涉及的每种方法、所??得到的每种变化结果均在对应章节中有详细论证与说明。??１９??

２．１研究区??易贡藏布流域位于３０°０５’－３１°０３’Ｎ、９２°５２’－９５°１９’Ｓ之间，坐落于青藏高原东??部，念青唐古拉山脉东南段。易贡藏布以西藏嘉黎县念青唐古拉山脉南麓为源头，??自西北向东南注入帕隆藏布，流域覆盖嘉黎、边坝和波密三个自治县的部分地区，??主体位于波密县境内，处于雅鲁藏布江大拐弯处的顶端。易贡藏布流域面积??１３５３３ＭＴ７，高山耸立、河谷深切是该流域最主要的地貌特征。流域平均海拔超过??４０００％最高点位于南迦巴瓦峰，海拔高度为６３３８ｍ。易贡藏布流域内地质基础薄??弱，以南迦巴瓦峰和拉加白垒峰为中心的新构造运动使之成为现代地壳运动最活??跃的地区之一，山崩、滑坡、雪崩、冰崩、泥石流等山地自然灾害频发，不仅改??变了流域内的地形条件，也加剧了流域内冰川的分布变化。如１９００年章龙弄巴特??大泥石流；２０００年的滑坡再次堵塞河道形成堰塞湖，决堤后造成了下游洪水灾害??［４０，１８２］??Ｏ??９３°０＇Ｆ．?９４°０＇Ｅ?９５°０，Ｅ??

气候垂直分带明显，由低到高依次为亚热带、暖温带、山地温带、山地??亚寒带及高山寒带。由于印度洋的暖湿气流可以抵达易贡藏布全境，年平均气温??约为－８．８°Ｃ，最高月平均气温为１７．２°Ｃ最低为－１７°Ｃ。此外，雅鲁藏布江下游成??为切开喜马拉雅山和青藏高原的地形屏障，易贡藏布流域成为西南季风暖湿气流??进入青藏高原的最大通道，每年五至九月，印度洋季风受念青唐古拉山阻挡，使??易贡藏布流域１？合好形成一个向北突出的舌状多雨带［１８７］，年平均降水量为９５８ｍＷ，整个流域成为青藏高原降水最多、最为湿润的地区，而且降雨相对集中于夏季，??据波密气象站的观测数据记录，夏季降水量占全年降水量的７０％以上［４１，１８８］。??季风带来的丰富降水与藏东南陡峭的山谷地形相互作用，使易贡藏布流域生??长着罕见的海洋型山谷冰川。流域内共有冰川１７２４条，总面积达到３９１０Ａｍ２，总??体积４４４＾３，是青藏高原内一个典型的现代冰川发育中心。流域内雪线高度超过??３５００ｗ，而在海拔５０００米以上的地段，冰碛丘陵起伏，冰川湖零星分布，冰川与??气候、地理条件等因素之间的相互作用表现十分突出［２２］。??
【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 马前卒;;冰川是怎样形成的?[J];阅读;2017年94期

2 李珩;;冰川 且看且珍惜[J];中国国家旅游;2018年04期

3 沉洲;;另类大川(外一题)[J];山西文学;2016年12期

4 环球;;地球的雕刻师—冰川[J];科学大观园;2016年22期

5 程凯;路清;筱米粒;;冰的世界[J];儿童故事画报;2016年44期

6 木木美美;木幽;;爱“旅行”的冰川[J];儿童故事画报;2016年36期

7 马瑞;;走进“冰与火之国”[J];旅游世界;2017年Z1期

8 陈富斌;边兆祥;;海螺沟冰川公园[J];科学;1988年03期

9 郑本兴,上田丰,陈建明;1987年中日联合西昆仑冰川考察初步报告[J];冰川冻土;1988年01期

10 黄茂桓,施雅风;三十年来我国冰川基本性质研究的进展[J];冰川冻土;1988年03期

相关博士学位论文 前4条

1 李澜宇;基于多源遥感数据的易贡藏布流域冰川变化与物质平衡研究[D];南京大学;2017年

2 徐兴永;崂山古冰川的形成及其环境效应的研究[D];中国科学院研究生院（海洋研究所）;2004年

3 王孝理;波堆藏布谷地白玉冰期冰川与气候变化[D];兰州大学;2006年

4 崔航;祁连山地区古冰川演化序列及其古气候重建研究[D];兰州大学;2017年

相关硕士学位论文 前3条

1 郑利敏;贡嘎山东坡冰川及相关沉积的粒度和石英颗粒表面特征分析[D];兰州大学;2017年

2 舒梅海;近25年阿尔泰山区冰川冰湖变化及特征[D];湖南科技大学;2017年

3 姚红兵;近30年乌鲁木齐河源1号冰川冰面高程和储量变化分析[D];西北师范大学;2015年

本文编号：2835125