冰川冰内及冰下水系研究综述

冰内及冰下水系的形成与演化具有时空变化性,对冰川汇水储水及径流过程产生影响,与之紧密联系的冰下水文过程(水力状况)与冰川运动、冰川侵蚀及冰川洪水形成等过程息息相关。冰内及冰下水系空间结构和形态复杂,且不同于一般喀斯特水文系统,具有明显的季节变化性,其空间分布和水力状况会因外界水体输入(降水和冰雪融水)的变化而改变。冰内及冰下水系的变化通过影响汇流对冰川融水的径流过程产生影响,冰川区一些溃决洪水事件的发生与冰内及冰下蓄水的突然释放有很大关系。冰川蓄排水还通过改变冰下水力条件来影响冰川运动,反之冰川运动不仅影响蓄排水过程的转换效率,且通过改变冰川消融强度(冰体向下游消融区输送速率的变化)影响冰川排水系统的空间分布范围。在气候变暖及冰川变化的背景下,研究冰内冰下水系演化的时空特征及其影响具有重要科学意义。综述了目前国内外针对冰川冰内及冰下水系相关研究的进展及主要成果,并对该领域的研究前景进行了展望。     

温冰川冰内及冰下水系季节演化及其水文学分析

针对温冰川冰内及冰下水系(又称冰川排水系统)演化及其水力过程,回顾了我国20世纪90年代在典型温冰川海螺沟冰川开展钻孔试验及关于冰下河堵溃问题的水文学分析,主要从水文学角度,探讨了消融期温冰川冰内及冰下水系的演化过程及其在径流过程曲线上的反映.利用径流-气温交叉相关分析方法,计算了海螺沟冰川2003—2005年逐日Q-T时滞,其季节变化在一定程度上指示了冰内及冰下水系季节演化过程及其水力状况,并针对典型时段,重点探讨了二者之间的相关性.     

祁连山老虎沟12号冰川冰下形态特征分析

利用探地雷达对老虎沟12号冰川进行了多个剖面观测,分析了雷达图像反映的冰川内部特征.结果表明通过分析雷达图像中的纹理和位置,雷达波形的振幅和极性变化等信息能够有效的辅助识别冰川内部介质的变化界面位置和估算其规模.在老虎沟12号冰川的部分剖面内部存在冰内空洞、冰内融水空洞、冰下裂隙、冰下河等地貌形态,在冰岩界面和冰川边缘存在规模不等的碎屑层.这说明即使在典型的大陆型冰川,冰川内部结构也可能较为复杂,在冰岩界面处可能存在较强的冰川作用.     

东喀喇昆仑山昆常冰川近期跃动特征

研究冰川跃动过程及特征是理解冰川跃动机理的重要途径,目前仍然缺乏详细的冰川跃动过程观测。利用Envisat-1/ASAR、Sentinel-1A、TerraSAR-X/TanDEM-X等合成孔径雷达数据,获得了东喀喇昆仑山昆常冰川详细的表面流速与表面高程变化。结果表明：2000—2012年冰川中部隆起,平均增厚（10.19±1.79） m,冰川接收区以消融为主,平均减薄（39.71±1.79） m;2012—2014年冰川主干中部隆起向下迁移,平均增厚（8.21±1.37） m;2018年后积蓄区厚度平均减薄（9.77±3.38） m,接收区平均增厚（19.67±3.38） m。冰川主干表面流速从2007年起增加,并且在2017—2018年内经历过两次快速运动期,两个阶段的最高流速分别达到2.36 m·d^-1和2.12 m·d^-1。根据表面高程变化以及流速变化特征,认为昆常冰川在2007—2019年间发生跃动。时序流速表明,昆常冰川很可能是积蓄区发生微跃动/雪崩形成隆起（跃动前锋）,并且两次快速运动后突然减速发生在夏末,很可能是冰下水文通道打开排水使得冰下静水压力减弱从而导致跃动停止,属于阿拉斯加型跃动。结合ITS_LIVE流速数据分析,初步确定其近两次跃动的间隔约为30年。同时对比时间序列的Landsat图像发现,2004—2005年间昆常冰川南分支发生跃动,致使分支末端的小冰湖消失。     

青藏高原东南部海洋型冰川物质平衡研究进展北大核心CSCD

青藏东南部海洋型冰川具有独特的气候敏感性,普遍呈现加速退缩趋势,这不仅影响区域水资源安全,而且伴生了相应的冰川灾害,是当前青藏高原冰冻圈变化研究的热点区域之一。本文对海洋型冰川物质平衡时空变化特征进行了综述,2000年以来冰川总体处于物质亏损状态,其平均物质平衡介于-0.66~-0.61m w.e.·a^(-1)之间;同时总结了海洋型冰川物质加速变化的驱动因素以及新特征。当前海洋型冰川物质平衡变化研究受观测数据缺乏和模型模拟不确定性等问题限制,尤其现有模型对冰面裂隙增多与扩张、冰崖-冰面湖-表碛相互作用、冰内冰下过程、冰崩、末端冰湖水-冰相互作用等过程的描述过于简化或基本缺失,其机理及影响仍存在较大的不确定性。未来需加强海洋型冰川物质平衡的综合监测,基于多数据和多方法的集成研究提高模型对冰川物质平衡多物理过程的耦合与模拟能力,为开展海洋型冰川物质变化的区域水资源效应和致灾效应研究奠定基础。     

冰内及冰下水系演化的示踪试验及其应用研究

简要回顾和介绍了示踪试验方法在冰内及冰下水系演化研究中的应用, 并以ADM模型为例, 对示踪剂扩散模型进行了敏感性试验分析, 分析了不同参数组合条件对示踪剂浓度变化过程的影响. 在海螺沟冰川消融区下游冰舌段开展了示踪试验, 通过对一个固定入水口消融期整个过程的重复投放试验, 获取了每次独立示踪试验示踪剂的浓度变化过程, 并用ADM扩散模型反演了示踪剂传播速度、 水力扩散系数以及平均排水通道面积等相关指标, 揭示了海螺沟冰川此冰舌段冰下排水系统的季节变化过程.     

青藏高原冰川底部滑动估算方法研究:进展、问题与展望

冰川底部滑动是冰川运动重要的组成部分,是冰川动力过程的底部边界条件.底部滑动速度的估算,对于研究青藏高原及周边地区冰川运动规律、冰川内部应力分布和冰川异常变化机制等具有重要意义.系统总结了冰川底部滑动速度的影响因素及其估算模型的发展现状,其模型从单纯考虑底部剪切应力与冰床特性的关系逐渐扩展到考虑底部有效压力和冰下水文过程等综合影响,剖析了现有模型的结构和功能.进而分析了现有模型存在的主要问题和挑战,为进一步完善模型提供参考.未来冰川底部滑动研究需基于遥感大数据、新技术等进一步强化观测,着重耦合冰下水文过程的影响,进而促进气候变化—冰川物质平衡—冰川动力学响应过程的集成研究.     

探地雷达在冰川厚度及冰下地形探测中的应用

探地雷达因其快速、准确、无损、高分辨率等优势而被广泛应用于冰川学领域。以天山托木尔峰青冰滩72号冰川为例,着重介绍了探地雷达在冰川厚度及冰下地形探测中的应用。通过对雷达图像的处理和解译,获取了高精度的冰川厚度数据,恢复了冰下地形,计算了冰储量,并分析了冰川厚度变化对气候变化的响应。结果表明:冰舌厚度为0～148 m;冰储量为0.055 860 km3,折合成水为0.050 274 km3。近50年来,该冰川呈现强烈消融,与冰川区气温快速上升有直接关系,雷达探测为研究此响应机制提供了定量化的科学依据。     

阿尼玛卿山冰川跃动基本特征研究

已有研究表明阿尼玛卿山地区有4条跃动冰川，其中西坡晓玛沟冰川的跃动已经造成4次冰川垮塌灾害。基于1977年以来Landsat和2015年以来Sentinel-2等卫星影像，以冰川末端和表面典型地物变化为主要参考，研究了阿尼玛卿山地区跃动冰川的分布和跃动事件发生、持续时间以及跃动周期等基本特征。结果显示，阿尼玛卿山地区有多达11条跃动冰川（包括分支冰川），条数和面积分别占2022年该地区冰川总条数和总面积的约10%和约66%。1986年以来，阿尼玛卿山地区已经发生了17次冰川跃动事件，其中曲什安22号和切木曲23号冰川的跃动目前仍在进行中。西坡晓玛沟冰川2000年以来的频繁跃动已造成5次不同规模的冰川垮塌灾害事件，其中2021年的跃动和垮塌事件此前未被报道。此外，尚有7条冰川在1986年以来某些时段有微弱前进现象，疑似也发生了一定程度的跃动，条数和面积分别占2022年阿尼玛卿山地区冰川总条数和总面积的约6%和约13%。研究结果还显示，阿尼玛卿山冰川的跃动表现为以慢速跃动为主的特征，并且多具有50年以上的跃动周期。在1990年以来的气候变暖背景下，维格勒当雄冰川和哈龙冰川的跃动特征发生了较...     

离子色谱法测定冰川雪冰样品中阴离子含量不确定度评定

雪冰内化学成分的记录为全球变化的各个方面,如气候变化、生物地球化学循环、人类活动、地质和宇宙事件等诸多科学命题的研究提供了直接或间接依据,这些化学成分记录主要包括雪冰内的稳定氢氧同位素、重金属、微粒、气溶胶、黑炭、离子等.雪冰内的离子化学成分的研究在冰川雪冰化学研究中具有重要的地位.为了更为准确地反映冰川雪冰内的记录信...     

The formation of a geometrical ridge network by the surge-type glacier Kongsvegen,Svalbard

Traditionally, geometrical ridge networks are interpreted as the product of the flow of subglacial sediment into open basal crevasses at the cessation of a glacier surge (‘crevasse-fill’ ridges). They are widely regarded as a characteristic landform of glacier surges. Understanding the range of processes by which these ridge networks form is therefore of importance in the recognition of palaeosurges within the landform record. The geometrical ridge network at the surge-type glacier Kongsvegen in Svalbard, does not form by crevasse filling. The networks consist of transverse and longitudinal ridges that can be seen forming at the current ice margin. The transverse ridges form as a result of the incorporation of basal debris along thrust planes within the ice. The thrusts were apparently formed during a glacier surge in 1948. Longitudinal ridges form through the meltout of elongated pods of debris, which on the glacier surface are subparallel to the ice foliation and pre-date the surge. This work adds to the range of landforms associated with glacier surges.     

青藏高原冰川演变与生态地质环境响应

利用青藏高原现代冰川雪线的遥感调查与监测结果,对青藏高原40多年来由于现代冰川雪线的变化而引发的水资源、冻土、荒漠化、湿地、湖泊、地质灾害、海平面上升以及地震等生态地质环境问题进行了分析,并对可能产生的生态环境和气候问题进行了初步探讨。     

1993—2016年喀喇昆仑山中部Shigar流域冰川物质平衡变化空间特征研究

基于Landsat系列卫星遥感影像、SRTM DEM和TanDEM-X DEM对喀喇昆仑山中部Shigar流域不同类型冰川的面积变化、物质平衡进行了分析.结果表明:1993—2016年间Shigar流域内有25条跃动冰川(面积增加1.30 km2),68条前进冰川(面积增加0.86 km2),50条退缩冰川(面积减少3...     

Surge-type glaciers in Karakoram Mountain and possible catastrophes alongside a portion of the Karakoram Highway

Natural Hazards - Along the Karakoram Highway (KKH) region, glacier surge, avalanche and debris flow play a dominant role in these disasters. The data of surge-type glaciers along the KKH are...     

现代冰川体积变化研究方法综述

冰川作为气候变化的指示器,在气候变暖的趋势下呈加速退缩的趋势。冰川消融加速对海平面上升、区域水循环和水资源可获取性均有重要影响。冰川体积作为冰川研究的一项重要内容,越来越被研究者关注。围绕极地冰盖、山地冰川体积研究概况,较系统地总结分析研究冰川体积变化的方法,主要包括传统测量方法、统计公式法、冰川地形测量法和遥感监测法,现代冰川体积变化的研究也由传统的实地测量、统计公式法等向遥感监测研究发展,并分析各方法在主要冰川类型中的应用情况。借助遥感手段监测冰川动态变化可有效解决高寒山区资料受限的问题,成为冰川学发展的重要趋势。     

Surface velocity monitoring of Skamri Glacier from 2018 to 2021 based on Landsat-8 images北大核心CSCD

Skamri Glacier is the largest glacier in China, and it is a surge-type glacier. The study on the charac⁃ teristics of glacial movement is of great significance for early warning of glacial disasters caused by glacier surge. In this paper, 20 pairs of Landsat-8 images from 2018 to 2021 were selected to extract the surface veloci⁃ ty of Skamri Glacier using optical image feature tracking method, analyze the uncertainty of velocity, and ana⁃ lyze the temporal and spatial changes characteristics of velocity of the glacier. The results show that there are ob⁃ vious spatial differences in the surface velocity of Skamri Glacier. During the period from January 2018 to June 2019, the velocity of the south tributary of Skamri Glacier is much greater than that of its north tributary（west）, while during the period from June 2019 to November 2021, it presents completely opposite spatial characteris⁃ tics, which is mainly due to the sudden increase of the velocity of the north tributary（west）in June 2019. Ac⁃ cording to the results of velocity changes from 2018 to 2021, it is found that the north tributary（west）surges in June 2019 and is still in the surge period until November 2021. The north tributary（west）glacier terminus will advance about 320 m towards the main glacier from August 2020 to September 2021;The velocity of the south tributary has been very large during the study period, and the maximum velocity reaches 441 m·a-1;The veloci⁃ ty of the north tributary（east）of Skamri Glacier increased sharply in July 2021, and the tributary may surge;The velocity of the main glacier of Skamri Glacier increased significantly after the confluence of the south tribu⁃ tary and the surge of the two north tributaries. In addition, there are temporal and spatial differences in the eleva⁃ tion distribution of the maximum velocity of the main glacier and its tributaries in this area. © 2022 Science Press (China). All rights reserved.     

基于合成孔径雷达技术及DEM的公格尔山冰川动力特征分析

冰川流速是冰川动力状况的重要标志,利用合成孔径雷达技术能快速获得大范围冰川的表面流速.利用日本高级陆地观测卫星(ALOS)相控阵型合成孔径雷达L波段(PALSAR)及欧洲太空局的ENVISAT/ASAR数据的特征匹配方法获得帕米尔高原公格尔山区冰川表面流速,并结合合成孔径雷达干涉相干与不同时期数字高程模型对公格尔山区典型冰川动力进行分析,获得研究区不同时间基线冰川表面相干性、表面流速以及基于不同时相DEM的典型冰川表面高程变化信息.结果表明:30 a来克拉牙依拉克冰川表面高程下降了(15±12.1)m,表碛区域近期运动速度变化不大;其木干冰川平均表面高程几乎无变化,但2007-2011年夏季表面流速明显减缓,靠近末端附近部分区域可能已经演化为非活动区;姜满加尔冰川位于西风带的迎风坡,积累区面积大,冰川流速较快,无表碛覆盖,但表面高程仍下降了(8.8±12.7)m.编号为5Y663D0009的冰川冰舌表碛覆盖区可能已经演化为非活动区,30 a来表面高程下降(8.6±12.0)m.综合分析表明,冰川规模特别是积累区面积的大小及所处位置、地形对冰川演化具有重要影响.     

冰川运动速度研究： 方法、 变化、 问题与展望

冰川运动将积累区获得的物质输送到消融区, 维持着冰川的动态平衡。近年来, 随着气候变化, 全球大部分冰川面临着剧烈的退缩, 而冰川运动变化则较为复杂, 引起了学者们的广泛关注。文章系统总结了近年来冰川运动速度的提取方法、 冰川运动速度时空分布与变化及其影响因素的相关研究进展。另外, 还探讨了目前冰川运动速度研究中存在的问题和未来的发展趋势。结果表明： 基于测杆的方法能够获得精度较高的测量数据, 但存在时间和空间上的局限性; 基于遥感数据自动化提取的方法应用广泛, 但影像之间的配准以及海量数据的计算是当前阶段制约冰川运动速度研究的主要问题; 近年来, 无人机和地基合成孔径雷达的应用为冰川运动速度研究提供了高精度的数据支撑, 但二者在冰川运动研究中的应用还不够广泛。冰川运动速度的分布及其变化在空间上存在明显差异, 冰川厚度的变化可能是全球大部分冰川运动速度变化的主要原因, 但在单个冰川系统上, 冰川运动速度变化较为复杂, 其原因还需要进一步探讨。遥感数据的不断丰富, 云计算平台的使用, 物联网、 无人机和地基合成孔径雷达等技术的不断普及, 以及星、 空、 地协同观测的出现将会极大促进未来冰川运动速度研究的发展。此外, 冰川动力学过程也将备受关注, 成为未来冰川运动研究的热点问题。     

高分一号遥感数据在冰川变化监测中的应用

针对冰川遥感监测研究工作中存在的数据源选择问题,首次将国产高分一号卫星数据应用于祁连山系青海境内冰川动态变化监测工作.通过国产高分遥感数据与同尺度的Landsat历史数据对比,从变化面积、变化率、空间变化、类型变化、结构变化等方面阐述祁连山系冰川变化规律.研究对比表明：国产高分卫星遥感数据在采集、处理、监测冰川变化中的应用效果完全可以满足1：10万尺度的遥感调查和监测,不管是光谱信息还是纹理信息都优于ETM等中低分辨率数据;国产高分卫星的多光谱数据与Landsat、Aster等历史数据可以形成对比数据集;祁连山系冰川总体变化不大,但在内部结构与时空分布存在较大差异,冰川面积和数量呈双降态势;针对冰川的特殊性,能保证在每年的最佳季节获取最优质的遥感数据,对于时间跨度大的遥感监测目标监测具有重要意义.     

Subglacial deformation at sub-freezing temperatures? Evidence from Hagafellsjökull-Eystri,Iceland

We report evidence of deformation at sub-freezing temperatures beneath Hagafellsjökull-Eystri, an Icelandic surge-type glacier. The bed of a piedmont lobe that advanced during the 1999 surge comprises deformed blocks of glacier ice set within frozen sediment. This material has also been injected through overlying ice to form a network of crevasse-squeeze ridges. This layer contains evidence for two phases of deformation under contrasting rheological conditions: (1) deformation under relatively warm conditions, when the blocks of glacier ice acted as competent clasts within an unfrozen deforming matrix and (2) subsequent deformation at sub-freezing temperatures when the ice blocks were attenuated into the surrounding frozen matrix along fractures and planar shears enriched with excess ice. This suggests that the basal thermal regime of the advancing ice margin changed from warm-based to cold-based during the surge event. The persistence and potential prevalence of subglacial sediment deformation at sub-freezing temperatures has fundamental implications for our understanding of the dynamic behaviour, sediment flux and geomorphic ability of cold-based glaciers.