基于SAR影像的喜马拉雅山珠穆朗玛峰地区冰川运动速度特征及其影响因素分析

合成孔径雷达(synthetic aperture radar, SAR)具有其全天候、全天时、穿云透雾的工作能力, 广泛应用于山地冰川动态监测中. 利用2006年6-9月三期ALOS/PALSAR雷达影像, 采用偏移量跟踪技术, 提取了喜马拉雅山珠穆朗玛峰(珠峰)区域的冰川运动速度, 分析了区域内冰川运动速度空间差异及其影响因素. 结果表明: 研究区31条山谷冰川平均运动速度为9.3 cm·d^-1, 总体上以珠峰-洛子峰南北向山脊线为界限, 东侧和东南侧冰川日均运动速度(11.1 cm·d^-1)普遍高于北部和西北部冰川日均运动速度(5.4 cm·d^-1). 冰川消融区非表碛区冰川平均运动速度为表碛覆盖区平均运动速度的2.2倍, 冰面湖的发育在一定程度上加剧冰川运动速度波动. 在气候与非气候因子共同作用和相互间的此消彼长中, 研究区65%的冰川的运动速度自中值高度往下显著减小, 16%的冰川自中值高度往下呈显著增大趋势, 19%冰川消融区运动速度无显著变化趋势.     

天山南坡科其喀尔冰川消融区运动特征分析

基于2009年5月至2011年10月科其喀尔冰川的花杆观测资料,对其消融区的表面运动特征进行分析. 结果表明：冰川消融区的年水平运动速度最大值为86.69 m·a^-1,年垂直运动速度最大值为15.34 m·a^-1,均出现在冰川海拔4 000~4 200 m的消融区上部;在靠近冰川末端的冰舌下部,受冰量补给减弱、厚层表碛覆盖等影响,冰川运动缓慢,年水平运动速度小于5 m·a^-1,而垂直运动速度值小于2 m·a^-1. 大多数横剖面的水平运动速度具有从中部向边缘逐渐减小的特征,而有的剖面却出现局部速度增大的区域. 整体而言,冰川水平及垂直运动速度随海拔降低而减小,符合冰川运动的一般规律,但主要受地形作用的影响,垂直运动速度随海拔的变化会出现波动. 消融期月水平运动速度与同期气温和降水的变化具有一定的相关性,可能反映出气候快速变化对冰川运动的影响.     

祁连山冷龙岭宁缠河3号冰川表面流速特征分析

2009年9月对祁连山冷龙岭宁缠河3号冰川外围建立控制网, 于冰川表面布设了13根标志杆, 随后分别于2010年7月、2010年9月再次对设立在冰川表面的花杆点进行测量, 获取2009/2010年度、2009年9月-2010年7月与2010年7-9月3个时段宁缠河3号冰川表面流速.结果显示: 2009/2010年度宁缠河3号冰川最大流速出现在海拔4 430 m附近, 为3.76 m·a^-1;2009年9月-2010年7月表面流速最大值出现在海拔4 430 m附近, 为0.32 m·月^-1;2010年7-9月最大流速出现在海拔4 380 m附近, 为0.47 m·月^-1.总体来看, 2009/2010年度宁缠河3号冰川纵剖面上流速变化较为缓和, 显示出流速随海拔变化而变化的规律. 但不同季节表面流速在纵剖面上的分布情况不同, 横剖面上主流线附近流速最大, 向冰川两边逐渐递减, 各观测点均平行于主流线方向向冰川末端运动, 表现出冰川运动一般规律. 在冰川表面运动速度观测区域内东南边缘流速略大于西北边缘, 同时与规模相近的冰川运动速度相比, 宁缠河3号冰川运动速度较大.     

天山南坡科其卡尔巴契冰川度日因子变化特征研究

度日模型是估算冰川消融的一种简单而有效的方法.根据科其卡尔巴契冰川2003年的观测资料,分析了该冰川度日因子的空间变化规律及其影响因素.研究表明:各高度上的度日因子,介于2.0～9.7mm·℃^-1·d^-1之间变化,平均值为5.7mm·℃^-1·d^-1,与青藏高原各冰川及其它地区冰川相比较小;随着海拔的增高,度日因子随之递增;随平均气温的升高而随之递减.由于冰面状况复杂,度日因子变化幅度较大,裸冰区的度日因子明显大于表碛覆盖区.人为测量误差、反照率、地形等对度日因子的影响也不容忽视.     

新疆帕米尔跃动冰川遥感监测研究

2015年5月,新疆克孜勒苏柯尔克孜自治州阿克陶县公格尔九别峰北坡克拉牙依拉克冰川发生跃动,造成草场和部分房屋被冰体淹没,本文针对这一冰川跃动事件的发生过程进行研究.利用2013-2015年间ASTER立体像对数据监测了克拉牙依拉克冰川的冰川表面高程的变化,并利用2015年4月13日至2015年7月11日期间的LandsatOLI数据监测了冰川的表面运动速度变化.监测发现,克拉牙依拉克冰川从2015年4月13号开始活动强烈,表面运动速度呈加快趋势,2015年5月8-15日期间冰川表面运动速度达到最高水平,其最大运动速度在西支中部达到了(20.40±0.42)m·d^-1,冰川跃动达到顶峰.冰川跃动"积蓄区"位于西支冰川平衡线以下区域,跃动向下游接收区输送冰体体积约为2.4×10⁸m³,大量冰体堆积在东西支汇合口地段(海拔3100~3500m),造成了该处冰面隆起,其中最大隆起高度为(130.58±0.70)m.本文获得了西支冰川由静止期、跃动状态、恢复到稳定状态期间的冰面高程和表面运动速度变化,为本地区冰川跃动机理的研究奠定了基础.     

应用人工干预措施减缓冰川消融试验研究——以达古冰川为例

自20世纪90年代以来,受全球气候变暖的影响,中国冰川呈现全面、加速退缩的趋势。冰川变化引发的水资源时空分布和水循环过程的变化无疑将给中国西部,尤其是西北干旱区的社会经济发展带来深刻影响。为了减缓冰川消融速率,提高中国适应气候变暖的能力,开展了一系列人工减缓冰川消融试验研究。具体是在2020年8月5日—10月17日,以达古17号冰川为研究标靶,进行人工干预减缓冰川消融试验,即在冰川表面覆盖光热阻隔物——土工织物,并在试验期间,观测了试验区域与非试验区域的冰川消融情况。结果表明：试验期内,试验区的冰川消融速率为0.011 m w.e.?d^-1,非试验区冰川消融速率为0.017 m w.e.?d^-1,试验区冰川消融速率明显低于非试验区;500 m²的土工织物使达古冰川试验区域减少了204 m³ w.e.的冰川消融,使得总消融量减少了34%;覆盖光热阻隔物虽能有效减缓冰川消融过程,但受成本、环境及人力等因素制约,仅可以向西北部小冰川或冰川旅游景点推广。本次人工干预减缓冰川消融试验在一定程度上填补了中国应对冰川消融工程措施方面的空白,为以后进行工程类减缓冰川消融的试验奠定了基础,但是目前还处于初步研究阶段,需要更多的控制性试验来验证其在未来更大的时空尺度上的有效性。     

喀喇昆仑山西北部冰川运动速度地形控制特征

为了探讨地形和海拔对冰川季节和年平均运动速度的影响程度,利用2013-2018年GoLive数据与ASTER GDEM V2数据对喀喇昆仑山西北部3 389条冰川的地形（坡度、坡向、海拔）和冰川运动速度进行了综合分析。结果表明：冰川表面运动速度在物质平衡线处（3 970~4 770 m）达到最快,是冰川积极维持物质平衡的一种体现。坡度平缓地区在不同海拔下的冰川运动速度有明显的差别,但是不同坡度地区的冰川运动速度随海拔变化的趋势基本一致,均呈现先增大后减小。北坡冰川运动速度较平稳,南坡和西南坡的冰川运动速度（均为0.25 m·d^-1）最快并且变化幅度较大,最小值与最大值相差近4倍。冰川运动速度不是呈现单一的季节性变化,同时还会受到地形的控制。低海拔区域冰川运动速度在消融期（3-6月）较快,中海拔区域在消融前（11月至次年2月）较快。     

祁连山东段宁缠河1号冰川和水管河4号冰川表面运动速度研究

祁连山东段冷龙岭北坡冰川融水是河西走廊重要的水源补给,然而却少有现代冰川运动观测资料. 通过在该区域宁缠河1号和水管河4号冰川布设花杆,观测了冰川表面的运动速度. 结果表明：2010-2012年,面积较大的水管河4号冰川表面年平均运动速度(5.2 m·a^-1)要高于面积相对较小的宁缠河1号冰川(2.8 m·a^-1). 水管河4号冰川最大运动速度出现在花杆观测区域的最上部(接近物质平衡线),宁缠河1号冰川最大运动速度出现在坡度较大的区域,说明冰川最大运动速度通常出现在平衡线附近,但还要考虑坡度等地形因素的影响. 较之早期的观测资料,水管河4号和其他中国西部地区冰川的运动速度呈现出减缓趋势,可能是物质平衡持续亏损导致冰川厚度变薄的直接结果.     

基于Landsat-8影像的北极地区入海冰川流速监测

Landsat-8 OLI因其空间分辨率较高、重复周期适中、高辐射分辨率、高图像获取率（图像质量）的特点,在北极地区大范围冰川流速监测研究中有较大优势。利用2017/2018年格陵兰岛、斯瓦尔巴群岛、北地群岛、法兰士约瑟夫地群岛、德文岛5处北极区域的Landsat-8全色波段数据,采用特征追踪方法提取入海冰川消融期流速。结合MEaSUREs冰川流速数据,分析了198条北极地区入海冰川流速的空间分布特征及其影响因素,同时探究了格陵兰岛Kangerlussuaq冰川流速随时间变化特征。结果表明：与北极其他区域相比,格陵兰岛前缘流速在5~10 m·d^-1及10~20 m·d^-1的入海冰川在数量上最多,最大流速达到了31.62 m·d^-1。而格陵兰岛内部的冰川流速存在差异,北海岸入海冰川平均流速最慢（1.99 m·d^-1）,东海岸平均流速（6.13 m·d^-1）大于西海岸（4.14 m·d^-1）。这种流速空间分布差异可能由冰川规模、冰床地势、海流作用、冰盖消融情况等多种因素共同导致。2018年3—10月期间,Kangerlussuaq冰川前缘流速为21.02~22.87 m·d^-1,整体流速为10.02~11.39 m·d^-1。冰川流速在6—7月和9—10月出现峰值,在8—9月出现低谷,主要缘于冰川融水导致的运动加速和冰川物质平衡变化。     

祁连山七一冰川表面运动特征最新观测研究

为了保持对祁连山七一冰川运动变化情况观测的连续性,进一步揭示全球气候变暖背景下山岳冰川的运动变化规律,对布设在七一冰川表面的花杆进行了定期观测,获取了2012年7-8月以及2013年8-9月冰川考察期间的最新观测数据（花杆位置、冰川末端边界以及物质平衡等数据资料）,通过对数据进行分析,获得了七一冰川表面的运动状况以及末端进退变化情况. 结果表明：空间分布特征方面,七一冰川在横剖面以及纵剖面的运动保持了一般山岳冰川的运动规律;横剖面上,主流线附近冰川运动速度较两侧运动速度要大;纵剖面上,由冰川末端到零物质平衡线,冰川运动速度逐渐增大;运动方向上,七一冰川运动速度矢量大多沿主流线向下运动,或者稍微偏离主流线一定方向. 在冰川运动速度时间分布特征方面,七一冰川在消融季与非消融季的运动速度差异显著,消融季运动速度要明显大于非消融季运动速度. 最近几十年,七一冰川整体运动速度呈现出了逐年减小的趋势. 在2012年8月至2013年8月期间,冰川末端退缩了大约5～7 m,退缩较为显著.     

木孜塔格西北坡鱼鳞川冰川跃动遥感监测

基于Landsat卫星数据的遥感监测发现, 木孜塔格峰西北坡鱼鳞川冰川的中支在2007-2011年间发生了跃动, 冰川北侧末端在几年内前进距离达到了(548±34) m.进一步的监测发现, 该冰川的大幅跃动主要发生于2008年10月至2009年3月.跃动期间冰川表面约4.8 km长的范围经历了急剧的破碎化过程, 并呈现出最早由冰川中部积蓄区下段开始, 然后向上下游逐渐扩展的特征.对冰面裂隙及其他特征点的追踪发现, 冰川除积累区以外的部位都产生明显的位移, 其中冰川中部以下至冰舌部各点的位移都在1 km以上.同时, 冰面运动速度的计算结果也显示, 冰川各个部分都经历了急剧的运动速度变化过程, 其中冰川中部最大运动可视速率达到约(13.3±1.5)m·d^-1, 并且还揭示出该冰川的跃动具有北侧主末端最先开始快速运动, 然后向上游逐渐扩展的特征.     

西天山托木尔峰南麓大型山谷冰川冰舌区消融特征分析

基于对托木尔峰南麓托木尔型山谷冰川的野外考察和典型冰川的定位观测,对冰面被表碛广泛覆盖的所谓“托木尔型”冰川冰舌区表碛与冰面消融的关系进行了研究. 结果表明：表碛对冰面消融、冰川水文过程、冰川变化等均具有重要影响,当表碛厚度超过3 cm时,表碛对冰面消融就产生明显抑制作用,且随着厚度增加,冰面消融显明减弱. 科其喀尔冰川表面的观测表明,由末端向上,表碛厚度逐渐减薄. 受表碛影响,科其喀尔冰川区最大的消融量出现在海拔3 800~3 900 m之间、表碛物厚度小于10 cm的区域内;冰川消融强度由此向上随着海拔的升高而下降,向下随表碛厚度的增大而减弱. 冰面湖的发育是表碛覆盖冰川的又一主要特征,湖水对冰面的融蚀和快速排泄成为冰面产汇流的主要过程. 科其喀尔冰川研究表明,两三个冰面湖排泄形成的融蚀冰量就相当于冰川末端退缩造成的冰量损失. 因此,冰面湖等热喀斯特地形的形成、扩张融蚀、融穿排泄、形成湖区低地,这一周而复始的过程不仅是其主要消融方式之一,而且也强烈的影响着冰川水文及冰川变化. 托木尔峰南麓地区大型冰川变化主要以厚度减薄为主,而不是像大多数冰川显著的变化主要表现在末端和面积减少方面.     

1970—2016年阿尔金山冰川长度变化

长度是冰川的重要几何参数,对于认识冰川动态特征和模拟冰川厚度具有重要价值.基于阿尔金山第一次和第二次冰川编目数据及Landsat OLI遥感影像,利用冰川中流线方法提取了阿尔金山1970年、2010年和2016年的冰川长度数据,并结合气象资料分析了冰川长度对气候变化的响应.结果表明:2016年阿尔金山共有冰川507条,...     

2000-2014年祁连山西段老虎沟12号冰川高程变化

祁连山冰川自1990s以来持续萎缩,冰川融水径流变化对邻近的干旱区水资源产生重要影响。以往遥感与实测研究显示祁连山西段老虎沟12号冰川面积减少、末端退缩、运动速度降低及平衡线高度升高。为了进一步验证老虎沟12号冰川变化规律,利用高分辨率TerraSAR-X/TanDEM-X微波影像数据,与SRTM-C DEM进行差分干涉,得出老虎沟12号冰川2000-2014年高程年平均变化值为（-0.29±0.09）m·a^-1。为了验证遥感观测结果,利用RTK-GPS对老虎沟12号冰川表面进行测高,并与SRTM-C DEM上相应点的高程值进行比较,计算测量点的高程年变化值,结果显示两种方法获得的年平均变化值之间具有很好的正相关性,表明利用TerraSAR-X/TanDEM-X微波影像数据及差分干涉技术监测祁连山冰川高程变化具有较好的可行性。     

An insight into the surface velocity of Inylchek Glacier and its effect on Lake Merzbacher during 2006–2016 with Landsat time-series imagery

Mountain glacier is one of the extremely sensitive indicators for climate change, and its surface motion distribution and corresponding variation are valuable information for understanding ice mass exchange and glacier dynamics. This paper presents the long-term ice velocity distributions of Inylchek Glacier in the Tianshan region by pixel-tracking algorithm with time-series Landsat imagery acquired during 2006–2016. Then the monitored ice motion fields of Inylchek Glacier were carefully analyzed and revealed a generally similar spatial distribution characteristic. Most of the ice of the North Inylchek Glacier remains in a stagnant state except for the upstream part, but a relatively high velocity of 20–40 cm/day with an RMSE of 3 cm/day was observed on most part of the South Inylchek Glacier, except for the slow-moving glacier terminus. We also state the glacier dynamics around Lake Merzbacher and their possible effect on its glacier lake outburst flood (GLOF) risk. Besides, the surface velocity distribution on South Inylchek Glacier surface during the ablation period from 2014 to 2016 was also established and also compared with annual velocity. The corresponding difference yields that there is a positive relation between ice motion and temperature variation. Therefore, the time-series ice surface motion yielded by the Landsat imagery thus could provide us an efficient and low-cost way to analyze the current state and changes in glaciers, thanks to the continuous and regular spaceborne observations provided by the Landsat satellites.     

玉龙雪山白水河1号冰川消融期表面流速特征分析

2016年7月15号在玉龙雪山白水河1号冰川表面布设了16根花杆（stakes）,建立了冰川运动速率观测网;用TrimbleGeoXT型手持差分GPS对花杆位置坐标进行测量,获取了2016年7月-10月玉龙雪山白水河1号冰川花杆的观测数据,并分析其表面运动特征。结果表明：冰川运动速度方面,横剖面上由主流线附近向两侧变小;纵剖面上由末端到冰川粒雪盆逐渐减小,与一般山岳冰川的运动规律不同;冰川运动方向上,速度矢量大多沿主流线向下运动或者稍微偏离主流线一定方向;冰川的运动速度与冰川的消融速度变化不同步,相比之下运动速度的变化有一定的滞后性;强烈发育的冰裂隙分隔了两侧的冰体,影响了冰川的整体运动方式,使该冰川的运动方式较为特殊。冰川末端退缩速度不断加快且退缩趋势将持续。     

喜马拉雅山珠穆朗玛峰北坡绒布冰川消融速率特征分析

根据1959年和2009年在喜马拉雅山珠穆朗玛峰北坡绒布冰川获得的冰川消融数据, 分析了该冰川消融速率变化特征.结果表明: 1) 在珠峰绒布冰川表碛覆盖区, 表碛厚度随海拔升高而降低. 2) 不同厚度表碛下的冰川消融速率差别较大; 当表碛厚度>8.5 cm时, 消融速率随表碛厚度的增加而减小; 促进冰川消融的表碛厚度阈值大于5 cm. 3) 从冰川消融速率的空间分布看, 绒布冰川大部分区域的消融速率<20 mm·d^-1, 最大消融速率出现在海拔5 400~5 450 m处. 4) 绒布冰川消融速率受表碛厚度和气温综合影响, 低海拔处表碛太厚, 高海拔处气温较低, 冰川消融在上述两海拔处均受抑制, 冰川消融速率较小; 在中海拔处, 表碛相对较薄, 气温相对较高, 冰川消融速率最大; 冰川日均消融速率与日均正积温正相关. 5) 喜马拉雅山南坡冰川消融速率大于北坡冰川消融速率.     

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。     

帕米尔中部North Kyzkurgan冰川跃动变化遥感监测

跃动冰川作为一种特殊类型的冰川,蕴含着巨大的灾害风险,对其开展监测研究具有重要意义。本研究基于1973年以来的Landsat影像、ASTER立体像对和ITS_LIVE数据产品,监测分析了帕米尔中部North Kyzkurgan冰川在跃动前、跃动中、跃动后的面积、高程、流速变化,揭示了该冰川完整的跃动发生过程。结果表明：North Kyzkurgan冰川是一条典型的跃动冰川,在1973—2011年处于恢复阶;2011—2016年处于跃动阶;2016年之后重新进入恢复阶。North Kyzkurgan冰川所在地区气候寒冷,降雪量丰富,同时该冰川积累区面积比率超过0.8,冰川作用正差近1 000 m,因此冰川补给物质充足。在积蓄区物质积累、不断增厚的情况下,冰川底部达到压力熔点,融水不断增多,在融水的润滑和顶托作用下,最终导致冰川发生跃动。因此,North Kyzkurgan冰川跃动的发生主要与热力学因素有关。