冰湖的界定与分类体系——面向冰湖编目和冰湖灾害研究

冰川湖泊（简称冰湖）不仅是高山区重要的水资源,而且是许多冰川灾害的孕育者和发源地,在冰冻圈科学、气候变化和山地灾害研究中具有重要地位。本文系统讨论了现有冰湖定义及存在的问题,从冰湖编目和冰湖灾害研究视角提出冰湖的定义,指出现有冰湖研究主要是基于“以现代冰川融水为主要补给源或在冰碛垄洼地内积水形成的天然水体”这一冰湖定义的。同时,从冰湖形成机理、地貌形态和空间分布位置将冰湖划分为冰川侵蚀湖（冰斗湖、冰川槽谷湖和其他冰川侵蚀湖）、冰碛阻塞湖（终碛阻塞湖、侧碛阻塞湖、冰碛垄热融湖）、冰川阻塞湖（冰川前进阻塞湖和其他冰川阻塞湖）、冰面湖、冰下（内）湖和其他冰川湖6大类及8个亚类,并给出各冰湖类型相应的遥感判识指标和定量指标,以期建立具有普适性和可操作性的冰湖分类体系。     

青藏高原冰湖研究进展及趋势

冰湖是由于冰川活动或者退缩产生的融水在冰川前部或者侧部汇集而成的,可分为冰川终碛湖(冰碛阻塞湖)、冰川阻塞湖、冰斗湖和冰蚀槽谷湖。其中分布数量较多、规模较大,且灾害风险较高的是冰川终碛湖。因此,冰川终碛湖是研究冰湖的主要对象。受全球气候变暖的影响,冰湖溃决产生的洪水、泥石流等重大冰川灾害的发生频率有所升高,灾害的影响程度以及范围也有所加大,引起了冰川山地国家的广泛关注。青藏高原内部发育着36793条现代冰川,冰川面积49873.44km2,分别占中国冰川总条数、总面积和冰储量的79.5%、84%和81.6%。在全球气候变暖的大背景下,多数冰川呈加速消融及退缩的态势,导致了冰湖溃决洪水和冰川泥石流等重大冰川灾害发生频率的加剧和影响程度的加大。本文围绕冰湖溃决条件、冰湖稳定性评价、冰湖溃决洪水模拟等几个研究方面,对青藏高原冰湖研究的现状及进展进行了较为系统的总结,并对未来研究趋势进行了展望。     

西藏自治区洛扎县冰湖溃决危险度评价

西藏自治区湖泊星罗棋布,在高山极高山地区分布大量冰湖,受各种因素的影响,有时会产生冰湖溃决并形成灾害。本文根据最新TM遥感影像对西藏自治区洛扎县283个冰湖进行了初步评价。依据冰湖类型、规模、后方现代冰川与冰湖的距离及冰湖离居民地、公路等设施的距离等,将冰湖溃决分为高危险度、中危险度及低危险度。并针对高危险度的冰湖提出防护对策。     

青藏高原典型冰湖溃决泥石流预警技术

从冰湖溃决型泥石流坝的形成、溃决机制,主要特点和成灾过程着手,在广泛收集和分析国内外有关冰川-冰湖-冰湖溃决-冰湖溃决泥石流-冰湖溃决泥石流坝-坝溃决研究基础上,通过川藏公路然乌至培龙段冰湖、冰湖溃决泥石流的区域考察,选择典型沟道米堆沟和光谢错冰湖典型点进行详勘,按照溃决泥石流重点防治溃决的主要原则,提出研究路段典型冰湖溃决泥石流预警的基本体系和配套技术.     

西藏波密米堆冰湖溃决浅议

1988年7月15日西藏波密米堆终碛湖发生溃决,最大洪峰流量1270立方米/秒,溃决水量540万立方米,形成了大规模的泥石流-洪水灾害。冰湖溃决的原因是;终碛堤存在渗漏薄弱环节,堤内有埋藏冰;持续高温和冰川融水的潜热使埋藏冰融化,由潜蚀而迅速发展成管涌导致溃决。     

西藏喜马拉雅山区危险冰湖及其溃决特征

喜马拉雅山区的冰湖溃决主要属终碛湖溃决。野外考察和编目研究的结果表明，终碛湖占各类高山冰湖总数的1/2和总水体的3/4。鉴别出34个危险终碛湖，其水体容量在10×10~6—30×10~6m~3之间，平均水深31m，实测最大水深在70m左右。危险终碛湖绝大多数形成于小冰期最后一次冰退阶段，由于其形态特征和现代冰川的直接影响而具有潜在的溃决危险；讨论了终碛湖溃决的特征，主要因素及其周期性。     

近20年天山地区冰湖变化特征

主要基于Landsat TM/ETM+影像等数据,分析1990-2010 年来天山地区冰湖变化特征及其对冰川融水径流的影响。近20 年来,天山冰湖面积平均以0.689 km²a^-1 或0.8% a^-1的速度扩张,其中一半以上是由东天山(0.352 km² a^-1) 贡献的,其次为北天山,面积年均增率为0.165km² a^-1,西天山和中央天山的面积年均增率最小,分别为0.089 km² a^-1和0.083 km² a^-1。除在相对较低海拔(< 2900 m) 和高海拔(> 4100 m) 范围内冰湖面积出现减少的现象,其他各高度带的冰湖面积均在扩张,其中增率最快的在3500~3900 m之间,平均增速达1.6% a^-1。冰湖扩张是本区气候变暖和冰川普遍退缩共同作用的结果,以中小规模的冰湖(< 0.6 km²) 对冰川退缩响应最为敏感。冰湖扩张能在一定程度上延缓因气候变暖而导致的区域冰川水资源的亏损,每年大约有0.006 Gt 的冰川融水滞留在冰湖中,约占天山冰川年消融量的2‰,但也将加剧本区冰湖溃决洪水/泥石流灾害的频次和强度。     

典型冰湖溃决型泥石流形成机制分析

冰湖溃决型泥石流是形成于高寒山区的一种特殊泥石流类型。本文以位于西藏喜马拉雅山南坡的樟藏布沟1981年暴发的大于百年一遇冰湖溃决型泥石流为例，探讨了冰湖溃决型泥石流的形成过程，形成条件、机制、发展趋势和危害。     

我国喜马拉雅山区冰湖遥感调查与编目

随着我国新一期冰川编目工作的进行和深入,开展全国范围内的冰湖编目已提上日程。基于278幅大比例尺地形图(20世纪70-80年代)、38景ASTER影像和7景TM(2004-2008年),通过建立冰湖编目规范,对我国喜马拉雅山区冰湖进行遥感调查与编目,分析近30年来冰湖的分布及其变化特征。结果显示:(1)本区2004-2008年间共有冰湖1680个,总面积215.28km²;(2)近30年来我国喜马拉雅山地区冰湖变化总体呈现数量减少、面积增大的趋势,数量减少了4%;总面积增大了29%;(3)近30年来有294个冰湖消失,新增加224个冰湖,变化最快的为冰碛湖,在消失的冰湖中66%为冰碛湖,新增加的冰湖中88%为冰碛湖。进一步分析表明冰湖面积增加是气候变暖、冰川退缩和冰川加速消融的产物。     

基于3S技术方法的中国冰湖编目

通过研制一整套基于3S技术的冰湖编目规范与方法,以159景Landsat8 OLI遥感影像为基础,结合中国第二次冰川编目数据与Google Earth中的影像数据等,通过人工目视解译获取冰湖边界,首次完成了基于统一规范的中国冰湖编目数据库建设,查清了2015±1~2年中国冰湖的整体分布状态。结果显示,当前中国共有冰湖17300个,总面积1132.83±147.449 km²,其中冰川补给湖约占中国冰湖总面积的74.6%和总数量的66.5%。并且冰湖数量与面积分布的空间差异十分显著。流域上,外流区冰湖广泛发育,其中恒河—雅鲁藏布江流域是中国冰湖分布最多的流域,现有冰湖7898个,面积约622.42±75.55 km²,分别占中国冰湖总量的45.7%和54.9%;海拔上,中国冰湖分布于2167~6247 m的海拔范围内,各山脉的冰湖面积呈近似正态分布,总体在5000~5500 m处达到峰值,占总面积的36.7%（975.06±128.83 km²）;但各个山脉的分布差异显著,其中念青唐古拉山、喜马拉雅山的冰湖分布最为集中,分别占中国冰湖总面积的28.3%和26.4%。     

我国喜马拉雅山区冰湖扩张特征及其气候意义

分析冰湖扩张特征和扩张方式及其气候意义,有利于认识冰川-冰湖-气候三者的变化关系和冰湖溃决灾害危险性程度。基于大比例尺地形图、DEM、ASTER影像等数据,分析近30年来我国喜马拉雅山区不同海拔高度冰湖变化的特征及冰湖-母冰川的相对位置的变化关系,探讨其气候效应。结果显示：(1) 存在冰湖的面积增大是冰湖面积扩张的主要贡献者,占总面积净增量的67%,新增湖的面积占总面积净增量的33%;(2) 不同高度带冰湖面积多呈扩张态势,净增面积在5000~5300 m出现峰值,指示气候变化的垂直差异性;(3) 在2000s 母冰川-冰湖距离为0 的冰湖,数量占扩张冰湖总数的19%,而其冰湖面积增量却占了总面积增量的60%,为冰湖扩张的主体,反映出冰湖与母冰川关系越紧密,气候效应越强烈,冰湖面积增加越显著。     

喜马拉雅山中段冰湖体积估算与规模分级标准初探

全球气温升高造成喜马拉雅中段波曲河流域冰湖数量增多、面积增大,冰湖溃决频繁发生.冰湖体积作为冰湖研究的基础参数,是冰湖危险性评价、冰湖溃决洪峰流量估算以及防治工程设计的本底数据.国内国外基于观测数据拟合,对冰湖体积计算提出了经验公式,但这些公式用于喜马拉雅地区冰湖体积的估算尚存在一定的误差和局限性.在此基础上,本研究对...     

河冰湖突发洪水的分形和混沌特征研究

本文利用天山北坡四棵树河冰湖突发洪水洪峰流量时间序列,从吸引子分维数Ｄ２和Ｋｏｌｏｍｏｇｏｒｏｖ熵等方面分析了洪峰流量变化的混沌性质,初步结果表明,河冰湖突发洪水时序分布具有分形特征,且洪峰流量的变化是一个稳定性的低维混沌吸引子。     

喜马拉雅地区叶如藏布流域冰川和冰湖变化遥感监测研究

叶如藏布流域冰川和冰湖众多,冰川融水是当地重要的淡水资源,是冰湖扩张的重要补给,冰湖溃决是当地潜在的自然灾害,因此分析该区域冰川和冰湖的现状与变化特征具有重要的现实意义。基于Landsat系列遥感影像,分析1990—2020年叶如藏布流域冰川和冰湖的分布与变化特征。结果表明：（1） 近30 a来叶如藏布流域冰川面积整体呈退缩趋势,由1990年167.80 km²退缩到2020年128.92 km²,共退缩38.88 km²,年均退缩率为0.77%·a^-1,且研究区冰川主要分布在海拔5800~6400 m之间,集中分布在5°~20°的坡度上。（2） 与冰川变化趋势相反,研究时段冰湖整体表现为扩张趋势,由1990年5.72 km²增加到2020年8.81 km²,30 a共增加3.09 km²,年均增长率为1.80%·a^-1。（3） 冰湖主要分布在海拔5000~5600 m范围内,坡度在0~10°分布面积较多,表碛覆盖型冰川与非表碛覆盖型冰川对冰湖有着不同程度的影响。（4） 1990—2017年叶如藏布流域温度与降水波动较大,温度整体呈上升趋势,降水量则波动下降,导致叶如藏布流域的冰川消融,冰湖扩张。通过上述研究以期为叶如藏布流域地区提供详细的冰川和冰湖面积分布与变化特征基础数据,为防灾减灾提供一定的支撑。     

帕隆藏布流域然乌-培龙段冰湖溃决危险性评估

西藏帕隆藏布流域内发育了我国境内最大的海洋性冰川群,冰湖星罗棋布,是遭受冰湖溃决危害的典型区域。以帕隆藏布流域然乌-培龙段的冰湖为研究对象,在分析其环境背景的原则上,通过遥感解译,分析研究区冰湖的分布现状;在基于指标容易获取的基础上,从冰川特征、冰湖特征和下游沟道特征3个类别选取了8个冰湖溃决危险性评估指标,并利用模糊物元可拓性理论对研究区的冰湖溃决危险性进行综合评估。通过评估,研究区130个冰湖中,高度危险的有18个,占总数的13.85%;中度危险的有36个,占总数的27.69%;低度危险的有76个,占总数的58.46%;高度危险的冰湖主要集中分布在然乌-松宗区段内。     

近40年来西昆仑山冰川及冰湖变化与气候因素

利用Landsat TM/ETM+影像,结合冰川编目数据,应用比值阈值法和人工目视解译法得到近40年来西昆仑山冰川和冰湖面积变化数据,结合气象数据分析冰川和冰湖变化特征及其气候背景。结果表明:1.1976—2010年,西昆仑山冰川呈现微弱的退缩,面积减少率为4.1%,冰湖面积增加率17.8%。冰川面积与冰湖面积变化呈现反相关,冰川融水补给的增加是冰湖面积扩大的主要原因。2.气温的缓慢上升是西昆仑冰川退缩的原因之一,个别气象站点显示近20 a夏季均温缓慢下降,这与近10年来研究区冰川退缩幅度较小相吻合。考虑到青藏高原多数冰川对气候变化响应的滞后时间在10~20 a,由于夏季均温的下降,我们推测在接下来几年内西昆仑山冰川可能不会出现大幅度的退缩。3.昆仑峰区可能存在的跃动冰川以及喀拉塔格山冰川的稳定,表明冰川对气候变化复杂的响应机制。气象站点数据不能完全解释冰川的变化特征,还需要进一步结合冰川区实测气象数据加以讨论。另外,西昆仑山冰川变化还受到冰川规模、地形等因素综合影响。     

西藏东南部米堆冰湖面积和水量变化及其对溃决灾害发生的影响

冰湖溃决灾害是青藏高原地区主要的灾害之一。详细了解冰湖的面积和水量变化及其原因, 有助于更准确地确定其溃决的可能性和产生破坏的程度和范围。米堆冰湖为一个典型的冰碛物阻塞冰湖, 1988 年7 月15 日曾发生溃决。本研究利用1980 年1:5 万地形图和DEM、1988 年TM影像、2001 年IKONOS影像以及2001、2007、2009、2010 年ALOS影像, 提取冰湖溃决前后的面积变化, 结合野外实地测得的冰湖水深, 获得冰湖不同时期的水量及其变化。同时, 利用自动水位计, 监测湖泊相对水深的变化及其原因。结果显示, 米堆溃决前面积达到64×10⁴ m², 水量为699×10⁴ m³, 溃决使得601.83×10⁴ m³的水量溃出, 水位下降了17.18 m, 但溃决口并未达到冰湖最低处, 溃决后仍有97.17×10⁴ m³的水量。近年来, 气温升高融水增加使得冰湖面积和水量不断增加, 按照目前的水量增加速率, 冰湖再次发生溃决的可能性较小, 而在由于其他原因使得冰湖发生堵塞或大量外来物质(冰川断裂、滑坡等)填充进冰湖时, 可能导致冰湖水位急剧上升, 再次发生溃决。     

中喜马拉雅山中—尼通道沿线冰川/冰湖变化及其相关灾害初步调查

开展中—尼通道沿线冰川/冰湖变化及其相关灾害调查,对减少此类灾害发生、保障该地区安全、维护其在两国之间的经济、文化交流地位具有重要意义。中—尼通道地形陡峭复杂,现代冰川发育,在全球变暖的背景下冰川物质亏损显著,冰湖扩张明显,冰川相关灾害风险突出,已经引起国内外众多学者的广泛关注。本文主要运用遥感手段结合野外考察对中—尼通道沿线冰川及其相关灾害进行了初步调查,对直接影响干线通道的典型支沟流域上游冰川分布及其变化进行了统计,并初步分析了与冰川冰湖变化相关的灾害危险性。结论如下:中尼通道沿线13个子流域共发育冰川568条,总面积804.71 km~2,平均冰川覆盖率为12.89%,主要集中在海拔5000～6000 m,27年间(1991—2018年)三通道内的冰川平均退缩率达9.93%。共有冰湖74个,呈逐年扩张态势,20年间(1990—2010年)冰湖平均扩张率达86.5%,其中危险冰湖共计2个。三通道内近半个世纪以来共计发生冰川/冰湖相关灾害共计9起,未来有出现(次生)泥石流/滑坡、洪水、冰湖溃决等形式灾害的可能。发生于柯西河、吉隆藏布和甘达基河一些河段的各类灾害会对山区水库和相关水电设施造成重大影响。本研究可为探讨中—尼喜马拉雅山地区冰川/冰湖变化的时空特征、冰川相关灾害的引发机制以及可能灾害预估等提供资料参考。