天山冰川储量变化和面积变化关系分析研究

冰川储量的变化对海平面和区域水资源、生态环境以及社会经济等有重要影响,但是对大量冰川的储量变化很难通过实地观测获得。基于天山9条监测冰川储量变化的估算结果,通过统计分析,探讨冰川储量变化和面积变化的相互关系,以期通过测定冰川面积变化来估算冰川储量变化。结果表明：冰川储量变化与面积变化具有线性关系,其决定系数为0.67~0.70。加入其他山区冰川样本以后,决定系数并没有提高。其原因在于,一方面对冰川变化监测和冰川储量估算存在误差;另一方面,不同的冰川区由于冰川的类型、规模及区域气候特征的差异,冰川变化对气候变化响应的敏感程度不同。因此,未来不仅需要更多更准确的冰川储量估算,还需要按冰川形态类型和区域分别研究。     

冰川模型及其在古冰川模拟研究中的应用

冰川模型已广泛应用于预测未来的冰川变化。随着冰川地貌制图、测年和古气候研究的不断发展,冰川模型也逐渐用于模拟古冰川变化、估算古冰川发育时期的气候信息和探讨古冰川演化的气候驱动因素。本文综述用于古冰川模拟的两类模型：地貌-冰面剖面形态模型和物质平衡-冰川动力耦合模型,介绍不同冰川模型的原理、用于古冰川模拟的流程和利用地貌体进行模型参数校验的方法。在此基础上,以青藏高原及其周边山地为例,总结利用冰川模型恢复古冰川的范围、体积、平衡线等参数,估算不同冰川发育时期的温度和降水,以及评估测年数据及其恢复的古冰川期次和规模的案例研究。最后指出了利用冰川模型进行古冰川模拟研究存在的问题和未来发展趋势,为进一步加强和改进冰川模型在古冰川模拟研究中的应用,恢复古冰川的规模、演化过程及其气候驱动机制奠定基础。     

青藏高原及周边冰川区表碛影响研究进展北大核心CSCD

青藏高原及周边冰川区表碛分布十分广泛,其通过地-气-能-水交换、反照率变化等影响冰川消融及空间特征,导致表碛覆盖型冰川物质平衡响应机制、水文效应及其致灾过程不同于无表碛覆盖型冰川。本文在系统梳理青藏高原及周边冰川区表碛空间分布特征的基础上,综合分析了表碛对冰川区消融、物质平衡和水文过程的影响及其对气候的响应过程,并系统分析了表碛影响观测与模拟的研究进展。目前不同尺度冰川物质平衡和径流模型对表碛影响的考虑依然不足,导致应用现有模型开展表碛分布及动态变化和评估气候变化条件下表碛影响面临诸多挑战。展望未来,深入认识气候-冰川-表碛系统相互作用与反馈机制,发展考虑多物理过程的冰川-表碛系统协同演化的动态模型,预估气候变化驱动下的冰川区表碛动态影响及趋势,进而服务于区域社会经济发展和“绿色丝绸之路”建设。     

山地冰川储量估算方法研究进展

冰储量数据是预测冰川及海平面未来变化的初始参量,对其研究具有重要的理论与现实意义。目前冰储量估算的主要方法有实地测量法、经验公式法和物理分析法。系统分析和讨论了此三类估算方法的原理、发展现状及存在的问题,为山地冰川储量估算及冰川变化模拟研究等提供了方法参考。实地测量法估算精度高,适合中小型冰川的长期监测;经验公式法简单快速,适合大区域或全球性的冰储量估算;物理分析法相对复杂,优点是无需实测冰厚资料输入。机载测厚雷达、无人机等器测技术以及人工神经网络等理论模型为山地冰川储量估算的发展提供了新契机。     

祁连山七一冰川雷达测厚及冰储量估算北大核心CSCD

冰厚分布和冰储量是冰川水资源、冰川变化和冰川动力学模拟研究的基础数据。本文基于七一冰川冰厚度雷达测量结果,结合GPS位置数据、遥感数据和冰川地形数据,运用协同克里金空间插值算法,绘制了冰厚分布图和冰床地形图,并运用厚度积分法估算了冰川冰储量。2015年七一冰川的面积为2.517km^(2),平均冰厚和冰储量分别为44.9m和0.1129km^(3),实测最大冰厚为115m。海拔4 480~4 600m和海拔4 640~4 800m是七一冰川两个冰厚值较大的区域,平均冰厚分别为88m和97m。     

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.     

高亚洲冰川系统物质平衡特征及其对全球变化响应研究进展与展望

分布在高亚洲的大量现代冰川,是亚洲中部干旱半干旱地区最重要的淡水资源.高亚洲各区因环境差异,各区冰川系统物质平衡及其对全球气候变化的响应就表现出不同特点,需进一步应用冰川系统理论和方法对高亚洲冰川系统进行合理分区,研究各分区冰川系统的结构特征、物质平衡特征及其对气候变化的响应过程.通过总结国内外高亚洲冰川系统研究的现状,找出了国内外研究的优势及不足;在此基础上,从高亚洲冰川系统的等级划分、气候地形背景、结构特征、物质平衡特征、对全球变化的响应以及冰川系统径流变化对冰川灾害及环境影响的评估等方面进行了研究展望.并认为需要根据各区气候、地理条件划分不同的次级冰川系统,然后分别对不同冰川系统的冰川变化进行预测,根据冰川变化趋势,制定最优利用冰川水资源方案和冰川灾害防范措施.     

新疆山地冰川变化及影响研究进展

揭示新疆山地冰川变化及其影响,对新疆山地-绿洲-荒漠系统的健康和稳定发展意义重大。系统梳理新疆冰川物理变化、化学过程、生物资源、气候响应与生态效应等研究成果。结果表明：①新疆山地冰川总体上呈加速消融之势,且受地形、气候影响,冰川变化的区域性差异明显;②气溶胶解释了乌鲁木齐河源1号冰川表层物质的组成与来源,同位素定量了各流域径流中冰川融水的比例;③冰川变化对极端微生物生存条件、空间分布的影响研究较为成熟,但其与生物资源间的综合反馈机理尚不明晰;④冰川消融对水资源的影响随冰川融水拐点的到来而加剧,造成的生态服务缩减和冰雪产业损失日益凸显。制定统一的冰川提取标准、扩宽研究视角、全面系统观测冰川、提高模拟预测精度、加强灾害预警与制定对策是未来新疆山地冰川研究的关注点。     

新疆山地冰川变化及影响研究进展

揭示新疆山地冰川变化及其影响,对新疆山地-绿洲-荒漠系统的健康和稳定发展意义重大。系统梳理新疆冰川物理变化、化学过程、生物资源、气候响应与生态效应等研究成果。结果表明:①新疆山地冰川总体上呈加速消融之势,且受地形、气候影响,冰川变化的区域性差异明显;②气溶胶解释了乌鲁木齐河源1号冰川表层物质的组成与来源,同位素定量了各流域径流中冰川融水的比例;③冰川变化对极端微生物生存条件、空间分布的影响研究较为成熟,但其与生物资源间的综合反馈机理尚不明晰;④冰川消融对水资源的影响随冰川融水拐点的到来而加剧,造成的生态服务缩减和冰雪产业损失日益凸显。制定统一的冰川提取标准、扩宽研究视角、全面系统观测冰川、提高模拟预测精度、加强灾害预警与制定对策是未来新疆山地冰川研究的关注点。     

山地冰川变化的数值模拟及其在亚洲高山区的应用北大核心CSCD

在全球变暖背景下,亚洲高山区冰川正在加速消融退缩。从冰川的物理变化机制,数值模拟冰川变化的过程,是揭示冰川变化机理的关键,也是研究冰川对气候的响应以及预测冰川变化的重要途径,更是应对冰川变化引发水文、生态、和环境效应的重要前提。作为冰川变化研究的前沿方向和热点领域,数值模拟一直是山地冰川研究的核心任务,近年在对亚洲高山区冰川研究中进展迅速。本文首先简要介绍了对山地冰川进行数值模拟的基本原理和方法,然后简要回顾了近年来亚洲高山区冰川数值模拟的研究现状,最后基于目前的研究与认识,提出我国在冰川数值模拟研究的薄弱环节并进行了展望和设想。本文可为建立、发展冰川数值模型,尤其是亚洲高山区山地冰川数值模拟研究提供基础知识和参考。     

青藏高原及邻区晚更新世-全新世冰川活动的年代学及影响因素

山岳冰川发育是否同步于北半球冰期,西风与季风对山岳冰川发育的控制作用是青藏高原及周边山地的冰川年代学研究的关键.近年来就地宇宙成因核素和光释光测年技术的快速发展为山岳冰川发育规律研究提供了大量的数据支持.本文综合分析了近年来在青藏高原和周边山地获得的冰川年代学数据,发现该地区山岳冰川发育与北半球冰期不同步,冰川发育贯穿于整个MIS 3阶段.在MIS 2阶段冰川活动峰期明显滞后于北半球末次冰期冰盛期.但是,山岳冰川对Heinrich Event 1和Younger Dryas两次快速气候波动事件有显著响应.这可能说明了西风作为纽带可以将北大西洋气候变化与青藏高原联系起来,同时,来自南方的季风对高原冰川的发育也有着重要的控制作用.造山带地区的冰川进退与高原抬升、地貌及气候之间是一个复杂的耦合系统.     

表碛覆盖型冰川参数提取方法研究进展

表碛的存在影响了大气与冰川间的能量传输过程,一方面,促进了冰面湖(塘)、冰崖的发育;另一方面,改变了冰川的消融过程和水文模式。利用表碛各项属性和物理参数模型化气候-表碛-冰川间的相互作用和反馈过程能够正确认识表碛覆盖型冰川变化的过程和机理,有助于准确估算和预测冰川物质平衡,进而判断冰川未来演变趋势。本文系统总结和对比了识别表碛范围、提取冰川流速以及获取表碛物理参数的各种技术手段,介绍了表碛覆盖影响下冰川消融模型的原理和应用情况,同时还对这些方法或模型的局限性和发展趋势进行了讨论。表碛覆盖型冰川所处山区地形起伏大、地表变化复杂,为遥感方法识别表碛范围和提取冰川流速带来了诸多困难,如现有表碛识别方法仍无法克服固有干扰因素的影响,而流速提取方法需具备较强抗干扰能力,且配对影像时间基线需尽可能短。当前表碛覆盖型冰川相关研究中关键参数、数据存在大量空缺的状况有望在将来得到改善,冰川动力学过程和表碛动态变化的模型描述将更为精细,冰川物质平衡、径流量等指标的评估和预测也将更为真实准确。     

近百年来青藏高原冰川的进退变化

近百年来, 青藏高原的冰川虽然出现过两次退缩速率减缓或相对稳定甚至小的前进阶段, 但总的过程仍然呈明显的波动退缩趋势. 随着全球气候的波动变暖, 特别是进入20世纪80年代以来的快速增温, 使高原冰川末端在近几十年间出现了快速退缩. 以高原东部和南部边缘山地的冰川变化幅度最大, 而高原中北部山区和羌塘地区的冰川变化幅度较小, 相对比较稳定. 显示出青藏高原冰川对气候变化响应的敏感性在边缘山区较中腹地区更为敏感.     

青藏高原及其周边地区冰川融水径流无机水化学特征研究进展

冰川融水径流是冰川流域物质运移的重要通道, 对其水化学特征和变化的研究有助于揭示冰川作用区物质的生物地球化学循环过程, 并为认识和评价冰川消融对自然环境和人类生活的影响提供基础。青藏高原及其周边地区分布着除两极以外最大储量的冰川, 近年来在气候变暖背景下冰川加速退缩消融。该地区冰川融水径流中各类化学组分的变化及其气候环境效应研究逐渐成为热点。因此, 通过概述青藏高原冰川融水径流中无机化学组分的含量和时空变化特征, 并总结离子和元素的主要来源及常用的物源追踪手段, 进一步综合分析得到： 冰川融水径流中离子和微量元素的含量及变化特征受冰川消融、 基岩性质、 径流水文特征和其他水体物理化学过程等因子和过程的共同影响。在总结该研究领域现存问题的基础上进行了展望, 认为应加强观测和基础数据积累, 厘清无机水化学组分的输移规律, 深入揭示影响水化学组分变化的多因素的协同拮抗作用机制, 评价冰川融水径流水化学的气候环境效应, 为应对青藏高原冰川消融带来的环境变化提供科学指导。     

萨吾尔山木斯岛冰川厚度特征及冰储量估算

冰下地形与冰川体积的估算对冰川水资源研究具有重要意义.以萨吾尔山木斯岛冰川为研究对象,利用Landsat影像数据、探地雷达(ground penetrating radar,简称GPR)冰川厚度数据以及差分GPS数据,分析模拟了萨吾尔山木斯岛冰川横纵剖面的厚度分布特征,采用多种插值方法比较分析,得到木斯岛冰川冰舌区的厚度分布图,初步估算了该冰川的冰储量.结合数字高程模型数据及冰川厚度分布图,绘制了木斯岛冰川冰舌区冰床地形图.研究表明,两个横剖面的冰川槽谷形态存在较大的差异.横剖面B1-B2有典型的“U”型地形发育,冰川厚度可达116.4 m;C1-C2横剖面底部地形比较平缓,冰川厚度分布较均匀,平均在70~90 m.纵测线A1-A2冰下地形成阶梯状分布,纵剖面冰体平均厚度约为80.89 m,最大冰体厚度为122.67 m.木斯岛冰川的冰床地形图与该冰川的冰厚度等值线图形成明显对比.在海拔3 240 m和3 280 m处存在明显的冰斗地形地貌.初步估算木斯岛冰川冰舌区的平均厚度和冰储量分别为60.5 m和0.195 km3.与传统计算冰储量的方法相比,利用GPR测量得到的冰川厚度数据来插值计算冰储量的方法,具有更高的准确性.      

青藏高原湖泊变化遥感监测及水量平衡定量估算研究进展

青藏高原湖泊是气候变化的重要指示器,20世纪90年代中期以来,在暖湿化环境下降水增多和冰川冻土加速融化导致的湖泊扩张是青藏高原最为突出的环境变化特征。值得注意的是,湖泊水位变化的空间分布特征和西风带及印度季风带影响区的降水量变化具有高度的空间一致性。严酷的自然环境导致对青藏高原内陆湖泊的实地观测变得难以企及,而遥感技术的发展正好可以克服以上局限,该技术已经成为青藏高原湖泊变化监测的主要研究手段。本文围绕遥感监测技术与方法,综述了青藏高原湖泊面积、水量、冰物候、水体参数以及水量平衡定量估算等方面的研究进展。部分研究以流域为尺度应用多源遥感与水文模型进行水量平衡定量评估,结果表明青藏高原内陆地区的湖泊水量增加的主要贡献因素是降水增多,而冰川融化、冻土消融及其他因素的贡献程度却相对较小。当前,学术界一般认为：大尺度的降水年代际变化是青藏高原湖泊近期变化的主要原因,而冰川冻土加速消融又进一步加速湖泊扩张或抑制了部分湖泊收缩。过去,关于青藏高原湖泊变化的气候响应机制研究大多停留在对降水、蒸发、温度、风速、冰冻圈融化等气候因素的定性描述上;现在,在湖泊水量平衡方面,越来越多的研究开始在定量化方面取得进展;将来,随着更多遥感数据的开放共享,以及更多水文与气象站点的投入使用,将为青藏高原湖泊的水量平衡定量研究提供更好的数据条件。     

20世纪初以来青藏高原东南部岗日嘎布山的冰川变化

采用地形图、航空摄影相片、中巴资源卫星和Landsat TM数字影像, 对青藏高原东南部岗日嘎布山区20世纪初以来的冰川变化进行了研究, 分析了该地区冰川对20世纪后期全球变暖的响应. 结果表明: 20世纪初期至1980年, 研究区的冰川基本处于退缩状态, 期间冰川面积减少了13.8%, 储量减少了9.8%, 储量减少量相当于249.2×108 m3水当量, 因冰川萎缩导致其对河川径流的调节作用减弱了一半左右. 1980年以来, 本区气候表现出升温和降水增加, 在此气候变化背景下, 冰川总体呈面积减小的退缩状态, 但有一定数量的冰川处于前进之中, 这可能与不同规模冰川对气候变化的响应特点和响应时间有关.     

青藏高原东南巴松措流域和派山谷末次冰盛期冰川与气候重建

末次冰盛期(LGM)时全球大范围降温,青藏高原冰川大规模扩张,重建LGM时期古冰川规模对认识高原冰川水资源演化及古气候条件有重要的科学意义。根据青藏高原东南巴松措流域及派山谷两地的冰川地貌及其10Be暴露年代数据,本文应用冰川纵剖面模型定量重建了两地冰川在LGM时期的范围、冰储量和平衡线高度(ELA)等参数,并通过冰川气候模型恢复了LGM时的气候条件。结果表明：巴松措流域LGM时期的冰川面积约为982.3km²,是现代冰川面积的4.5倍,冰储量约为274.4km³;派山谷无现代冰川分布,LGM时期的冰川面积达5.76km²,冰储量约为0.51km³;LGM时期两冰川的平衡线高度分别为4 460～4 547m和3 569～3 694m,与现代冰川相比分别降低了535m和1 034～1 184m。在降水减少60%的情况下,考虑LGM以来的构造剥蚀对平衡线高度变化的影响,LGM时期巴松措流域和派山谷冰川的夏季平均气温分别比现在低约2.96～4.89℃和5.09～6.99℃。     

念青唐古拉山扎当冰川冰储量估算及冰下地形特征分析

冰川体积估算对水资源以及冰川变化研究具有重要的意义. 但是实测的冰川厚度数据十分稀少,限制了冰川体积的估算. 2011年5月对念青唐古拉山北坡扎当冰川进行了雷达测厚工作,获取了该冰川的厚度分布状况. 基于该冰川的厚度数据,测量点的GPS数据,1970年的地形图和2010年Landsat TM影像,在ArcGIS技术的支持下,采用简单Kriging插值方法对冰川非测厚区域的厚度进行了插值计算,绘制出了冰川厚度等值线图并估算了冰川的冰储量. 结果表明：冰川最大厚度出现于海拔约5 748 m靠近主流线的位置,最大冰厚度为108 m,冰川平均厚度为38.1 m,2010年冰川面积为1.73 km²,扎当冰川的冰储量为0.066 km³. 将扎当冰川表面DEM与冰川厚度分布图相结合,绘制出了该冰川的冰床地形图. 结果显示,在冰川厚度大的区域,冰床地形呈现近V字形分布,这与其相对平缓的冰面地形形成明显对比;同时,在冰表地形较陡区域,冰川厚度不大,冰床地形呈现U形分布.     

天山中部典型流域冰川变化及对气候的响应

利用2000年的Landsat5遥感数据、1970年和2009年的冰川编目数据, 对天山中段南坡开都河流域和北坡玛纳斯河流域的冰川变化进行了对比分析, 并结合地面气象站点数据分析了冰川对气候变化的响应及南北坡冰川变化的差异性. 研究表明: 1970-2009年间, 两流域冰川面积减少了494.33 km², 占总面积的26.8% (0.8%·a^-1); 冰川储量减少了32.73 km³, 占总储量的27.9% (0.8%·a^-1). 其中, 2000-2009年冰川面积和冰储量年退缩率(1.3%·a^-1)比1970-2000年(0.6%·a^-1)大; 冰储量减少的速率略大于面积缩小的速率, 说明冰川面积缩小的同时, 其厚度在迅速减薄. 1970-2000年和2000-2009年间, 玛纳斯河流域的冰川年均面积退缩率分别为0.5%·a^-1和1.4%·a^-1, 开都河流域的冰川年均面积退缩率为0.9%·a^-1和1.1%·a^-1, 显示出玛纳斯河流域冰川在2000年后呈加速萎缩趋势. 影响研究区冰川变化的主因是气温, 而夏季升温幅度及降水的不同是造成南北坡冰川差异性变化的重要原因.