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。     

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。     

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。     

基于第二次冰川编目的中国冰川现状

以2004年之后的Landsat TM/ETM+和ASTER遥感影像为基础,参考第一次中国冰川目录及其他文献资料,经过影像校正、自动解译、野外考察、人工修订、交互检查和成果审定等技术环节,完成占全国冰川总面积85.5%的现状冰川编目,确定中国目前共有冰川48571条,总面积约5.18×10⁴βkm²,约占全国国土面积的0.54%,冰川储量约4.3~4.7×10³βkm³。中国冰川数量和面积分别以面积<0.5βkm²的冰川和面积介于1.0~50.0βkm²的冰川为主,面积最大的冰川是音苏盖提冰川（359.05βkm²）。中国西部14座山系（高原）均有冰川分布,其中昆仑山冰川数量最多,其次是天山、念青唐古拉山、喜马拉雅山和喀喇昆仑山,这5座山系冰川数量占全国冰川总数量的72.3%;冰川面积和冰储量位列前3位的山系分别为昆仑山、念青唐古拉山和天山,尽管喀喇昆仑山冰川数量和面积均小于喜马拉雅山,但前者冰储量高于后者。从冰川海拔分布来看,海拔4500~6500βm之间是冰川集中发育区域,约占全国冰川总面积的4/5以上。冰川资源在各流域分布差异显著,东亚内流区（5Y）是中国冰川分布数量最多、面积最大的一级流域,约占全国冰川总量的2/5以上;黄河流域（5J）是冰川数量最少、规模最小的一级流域,仅有冰川164条,面积126.72βkm²。新疆和西藏的冰川面积和冰储量约占全国冰川总面积的9/10。     

1959年来中国天山冰川资源时空变化

基于两期冰川编目数据与气象数据,对天山1959年来冰川资源的时空变化特征进行研究。研究发现：① 天山地区现有冰川7934条,面积7179.77 km²,冰储量756.48 km³。冰川数量以面积< 1 km²的冰川居多,面积以1~10 km²和≥ 20 km²的冰川为主,冰川集中分布在海拔3800~4800 m之间。② 在四级流域中,阿克苏河流域冰川面积最大为1721.75 km²,面积最小的是伊吾河流域,为56.03 km²。在各市（州）中,阿克苏地区冰川资源量最多,其面积和储量分别占天山总量的43.28%和68.85%;冰川资源量最少的市（州）是吐鲁番地区,面积和储量仅占天山总量的0.23%和0.07%。③ 1959年来,天山地区冰川面积减少了1619.82 km²（-18.41%）,储量亏损了104.78 km³（-12.16%）,其中数量以< 1 km²的冰川减少最多,面积减少以< 5 km²的冰川最为严重。④ 冰川变化呈现明显的区域差异,变化速度最快的是天山东段博格达北坡流域,变化最慢的是中部的渭干河流域。初步分析认为夏季气温显著上升带来的消融大于年内降水带来的积累是天山冰川退缩的主要原因。     

近30年珠穆朗玛峰国家自然保护区冰川变化的遥感监测

利用1976、1988和2006年的3期陆地卫星遥感数据,采用面向对象的解译方法并结合专家知识分类规则自动提取珠穆朗玛峰国家自然保护区(以下简称珠峰保护区)3个时期的冰川信息,并利用遥感、地理信息系统和图谱的方法对冰川时空分布特征和变化及其原因与不确定性进行了分析。结果如下:(1)2006年珠峰保护区内冰川面积为2710.17±0.011km²,为研究区总面积的7.41%,主要分布在研究区南部海拔4700～6800m的高山区;(2)1976-2006年,珠峰保护区冰川持续退缩明显,总面积减少501.91±0.035km²,冰湖扩张迅速(净增加36.88±0.035km²);研究区南坡子流域冰川退缩率(16.79%)高于北坡子流域(14.40%);珠峰保护区冰川以退缩为主,退缩冰川主要分布于海拔4700～6400m,退缩区上限海拔为6600～6700m;(3)1976年以来,气温显著上升和降水减少是冰川退缩的关键因素。     

基于北京1号小卫星的全国沙漠与沙漠化土地监测研究

利用2006和2007年北京1号小卫星多光谱数据,对中国四大沙地和八大沙漠地区沙漠和沙漠化土地分布状况及其动态变化进行研究。结果表明:2007年研究区内沙漠和沙漠化土地总面积为69.18×10⁴km²,占研究区总面积的25.03%,其中重度区面积占14.88%,中度区占5.10%,轻度区占5.05%。2006~2007年研究区内共有440块图斑发生变化,总变化面积为876.41km²,沙漠化土地增加面积47.57km²,减少面积为373.39km²。沙漠化土地类型间的转换面积为455.45km²,主要以轻度和中度沙漠化土地之间相互转化最为明显。     

近50年黑河流域的冰川变化遥感分析

黑河流域作为中国西北地区第二大内陆流域,其景观类型完整、流域规模适中、社会生态环境问题典型,已成为寒区、旱区水文与水资源研究的热点地区。本研究结合1：5 万地形图、Landsat TM/ETM+遥感影像及数字高程模型数据,运用面向对象的图像信息自动提取方法,建立冰川信息提取知识规则,对近50 年黑河流域的冰川变化进行遥感分析。结果表明：（1）20 世纪60 年代黑河流域内的967 条冰川到2010 年左右,减少为800 条冰川,减少数量明显;冰川面积由361.69 km²退缩为231.17 km²,共减少130.51 km²,退缩率为36.08%,平均每条冰川面积退缩0.14 km²。（2）黑河流域冰川分布及变化存在显著的区域差异性,黑河冰川退缩率比北大河大16%左右;冰川末端主要分布在4300~4400 m、4400~4500 m和4500~4600 m海拔区间内。（3）与西部其他山地冰川相比,黑河流域冰川退缩率较高。（4）根据流域内6 个气象站资料分析表明,降水增加对冰川的补给无法弥补气温上升导致的冰川消融所带来的物质损失,是黑河流域冰川普遍萎缩的关键因素。     

黄河流域沙漠化空间格局与成因

黄河流域地势西高东低,自西向东有青藏高原、内蒙古高原、黄土高原和黄淮海平原4个地貌单元,总面积为79.6万km²。黄河流域是中国重要的生态屏障和重要经济带,黄河流域生态保护和高质量发展已上升为国家战略。沙漠化是中国北方干旱、半干旱以及部分半湿润地区主要的土地退化形式,沙漠化对黄河流域,尤其是流域中、上游地区的影响较大。为了全面掌握黄河流域的沙漠化土地空间分布特征,本研究以Landsat遥感影像为数据源,通过地理信息系统（GIS）技术,获得了黄河流域2010年的沙漠化土地分布数据。结果表明：黄河流域内沙漠化土地面积为128 667 km²,占流域总面积的16.2%;黄河上游的沙漠化土地面积最大,然后依次是黄河中游、黄河源区、黄河下游,沙漠化土地面积分别为89 341、21 426、17 894、7 km²,分别占全流域沙漠化土地总面积的69.4%、16.7%、13.9%、0.01%。黄河流域的沙漠化土地绝大部分分布于内蒙古,其沙漠化土地面积为91 398 km²,占全流域沙漠化土地面积的71.0%;其次是青海,沙漠化土地面积为17 432 km²,占全流域沙漠化土地面积的13.5%;陕西和宁夏的沙漠化土地面积分别占全流域沙漠化土地面积的8.3%和6.5%。黄河流域的沙漠化空间格局主要是降水量与沙源空间耦合的结果,流域92.6%（119 114 km²）的沙漠化土地分布于干旱、半干旱地区。从20世纪70年代以来,黄河流域的沙漠化总体上经历了快速发展—发展放缓—明显逆转的过程,沙漠化大幅度的变化主要受人类活动影响所致,在过去几十年间风速持续减小对沙漠化逆转的积极作用也应引起重视。     

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。     

Zhangmu and Gyirong ports under the threat of glacial lake outburst flood

The Himalayas are prone to glacial lake outburst floods, which can pose a severe threat to downstream villages and infrastructure. The Zhangmu and Gyirong land treaty ports are located on the China-Nepal border in the central Himalayas. In recent years, the expansion of glacial lakes has increased the threat of these two port regions. This article describes the results of mapping the glacial lakes larger than 0.01 km² in the Zhangmu and Gyirong port regions and analyzes their change. It provides a comprehensive assessment of potentially dangerous glacial lakes and predicts the development of future glacial lakes. From 1988 to 2019, the glacial lakes in these port regions underwent "expansion", and moraine-dammed lakes show the most significant expansion trend. A total of eleven potentially dangerous glacial lakes are identified based on the assessment criteria and historical outburst events; most expanded by more than 150% from 1988 to 2019, with some by over 500%. The Cirenmaco, a moraine-dammed lake, is extremely prone to overtopping due to ice avalanches or the melting of dead ice in the dam. For other large lakes, such as the Jialongco, Gangxico and Galongco, ice avalanches may likely cause the lakes to burst besides self-destructive failure. The potential dangers of the Youmojianco glacial lakes, including lakes Nos. 9, 10 and 11, will increase in the future. In addition, the glacier-bed topography model predicts that 113 glacial lakes with a size larger than 0.01 km², a total area of 11.88 km² and a total volume of 6.37×10⁹ m³ will form in the study area by the end of the 21 century. Due to global warming, the glacial lakes in the Zhangmu and Gyirong port regions will continue to grow in the short term, and hence the risk of glacial lake outburst floods will increase.     

Thickness estimation of the Longbasaba Glacier: methods and application

A total of 71,177 glaciers exist on the Qinghai-Tibet Plateau, according to the Randolph Glacier Inventory (RGI 6.0). Despite their large number, glacier ice thickness data are relatively scarce. This study utilizes digital elevation model data and ground-penetrating radar thickness measurements to estimate the distribution and variation of ice thickness of the Longbasaba Glacier using Glacier bed Topography (GlabTop), a full-width expansion model, and the Huss and Farinotti (HF) model. Results show that the average absolute deviations of GlabTop, the full-width expansion model, and the HF model are 9.8, 15.5, and 10.9 m, respectively, indicating that GlabTop performs the best in simulating glacier thickness distribution. During 1980-2015, the Longbasaba Glacier thinned by an average of 7.9±1.3 m or 0.23±0.04 m/a, and its ice volume shrunk by 0.28±0.04 km³ with an average reduction rate of 0.0081±0.0001 km³/a. In the investigation period, the area and volume of Longbasaba Lake expanded at rates of 0.12±0.01 km²/a and 0.0132±0.0018 km³/a, respectively. This proglacial lake could potentially extend up to 5,000 m from the lake dam.     

近46年松木希错流域冰川和湖泊变化及原因分析

采用1:5万地形图、Landsat MSS/TM/ETM+/OLI遥感影像及数字高程模型数据,利用遥感和地理信息系统技术,并结合狮泉河、和田和于田3个气象站点1968-2013年的气温、降水量数据对松木希错流域的冰川、湖泊面积变化及其原因进行分析。结果表明：① 1968-2013年流域冰川面积不断退缩,由139.25 km²减少至137.27±0.02 km²,共减少1.98±0.02 km²,减少百分比为1.42%,2001年以后冰川退缩速度加快;② 1968-2013年松木希错面积不断扩张,由25.05 km²增加至32.62±0.02 km²,共扩张7.57±0.02 km²,扩张百分比为30.22%,且2001年之后扩张速率加快,在年代际上与冰川的退缩具有较好的耦合性;③ 1968-2013年湖面潜在蒸散量减少和降水增加分别是导致湖泊扩张的第一和第二影响因素,而升温引起的冰川、冻土融水增加有一定贡献,但影响较小且在年际尺度上不显著。     

基于GEE的中国湖泊浮游植物生物量时空动态分析

随着全球变暖和社会经济发展,中国湖泊富营养化情况时有发生,迫切需要对中国湖泊的浮游植物生物量进行有效监测。本文选择了中国756个面积超过10 km²的湖泊进行研究,基于Google Earth Engine（GEE）云端运算平台,反演2003—2018年间叶绿素a（chl-a）浓度数据,以此来分析研究各个湖泊的营养状态及其时空变化,探索了中国五大湖区内湖泊各季节与年均chl-a浓度时空分布特征与气象、社会经济及湖泊特征等影响因素之间的关系。结果表明： ① 中国湖泊的营养状态变化具有明显的季节性与地域性,研究时段内处于中营养状态的湖泊约占90%,春季时大多数位于东部平原湖区与东北平原与山区湖区的湖泊表现为贫营养状态,而青藏高原湖区与云贵高原湖区的湖泊在春季多呈现富营养状态。由各个湖泊年均chl-a浓度变化可以看出中国约82%的湖泊年均chl-a浓度的变化率小于0.5,呈现出轻微变化,18%的湖泊chl-a浓度呈现剧烈变化趋势。② 温度和降水对湖表chl-a浓度影响较大,超过70%湖泊的chl-a浓度与其表面温度和降水存在正相关性,其中大部分分布在中国北部与东部。缓冲区人口和草地占比、湖泊海拔和湖泊地理位置也对湖泊浮游植物生物量具有一定影响。     

青藏高原湖泊变化遥感监测及其对气候变化的响应研究进展

青藏高原位于中国西南部、亚洲中部,平均海拔高程大于4000 m,面积约300万km²,是“世界屋脊”,与周边地区一起常被称为地球的“第三极”。青藏高原分布着约1200个面积大于1 km²的湖泊,占中国湖泊数量与面积的一半;同时也是黄河、长江、恒河、印度河等大河的源头,被称为“亚洲水塔”。近几十年来,在全球变暖的背景下,青藏高原升温更加突出,其能量与水循环发生了显著变化,气候趋于暖湿化,冰川加速消融,湖面水位上升。湖泊是气候变化的重要指标,青藏高原湖泊分布密集、人为活动影响较小,多源遥感数据的广泛应用,为监测高原湖泊变化提供了难得的契机。本文依托国家自然科学基金青年项目“基于多源遥感的青藏高原内流区湖泊水量变化及水体相态转换研究(2000-2009年)”,主要研究进展为：初步查明了西藏高原的湖泊数量、面积及水位变化与时空格局,以及湖泊水量变化与水量平衡;探讨了湖泊变化对气候变化的响应。目前对青藏高原湖泊的变化及驱动因素虽有一些认识,但其定量的水量平衡及驱动机制还有待于进一步研究。这对了解世界第三极、一带一路国家和地区水资源状况与变化、生态文明和生态安全屏障建设具有重要的意义,同时也可为第三极国家公园的建立提供重要的科学基础。     

基于流量监测的西藏东南部然乌湖水量平衡季节变化及其补给过程分析

青藏高原分布着亚洲大陆最大的湖泊群,其湖泊变化对气候变化响应敏感。基于遥感数据的湖泊面积变化不足以反映外流湖对气候变化的响应,需借助湖泊水量平衡过程分析来进一步研究各补给要素的变化。本文利用2015年4月-11月然乌湖水文气象监测数据,通过建立流量—水位关系,依据连续的水位数据重建了观测期内然乌湖主要径流的水文过程线,并结合SRM模型分析了然乌湖的水量平衡过程及季节变化。结果表明,观测期内然乌湖入湖水量约为18.49×10⁸ m³,其中冰川融水约为10.06×10⁸ m³,冰川融水占然乌湖补给的54%以上,湖面降水、湖面蒸发对湖泊水量平衡过程影响微弱。流域降水对湖泊的补给具有明显的季节特征。春季受西风南支扰动影响,然乌湖地区降水量大,降水是春季然乌湖的主要补给源。夏季和早秋由于气温升高,冰川消融量大,冰川融水是湖泊补给的主控因素。在未来气候变暖的条件下,冰川融水将会在湖泊补给中占据更大比例,并可能使得流域内的冰湖水量增加,产生潜在灾害风险。     

Snow disaster characteristics in Palongzangbu River Basin and mitigation countermeasures for road engineering

The Palongzangbu River Basin contains the highest number of maritime province glaciers in China.There are 130 glacial lakes,64 snow avalanche sites and 28 glacial debris flow gullies distributed within the basin.Snow disasters play a controlling role in the Sichuan-Tibet Highway construction,due to the terrain's special characteristics of high altitude and large height differential.Segmentation mitigation countermeasures for the Sichuan-Tibet Highway are presented based on snow disaster severity level and damage mode of the road.In the Ranwu to Midui section,snow avalanches are regional disasters, so the line should be placed in sunny slopes.In the Midui Gully to Yupu section,the line should be placed in shady slopes and at higher elevations to reduce the risk of glacial lake outburst.In the Yupu to Guxiang section,all three snow disasters are minimal.In the Guxiang to Tongmai section,glacier debris flows are the major threat,thus the road should be placed in shady slopes.     

清末以来洞庭湖区通江湖泊的时空演变

本文利用清光绪22年以来17个时段的多种历史地图和航天航空遥感数据,采用遥感解译、数据统计分析与历史对比方法,分析清末以来洞庭湖区通江湖泊面积的时序变化,探究空间演变特征。结合水利部门发布的典型年份监测数据,检验了遥感获取的湖泊面积精度,误差仅为0.62%。结果显示：洞庭湖通江湖泊面积从1896年的5216.37 km²减少到2019年的2702.74 km²,萎缩率为48.19%。1949年前的53年为明显萎缩期,年均萎缩15.66 km²;20世纪50年代为陡崖式萎缩期,年均萎缩139.05 km²;20世纪60—70年代为快速萎缩期,年均萎缩21.66 km²;1980年以来为基本稳定期,年均萎缩0.13 km²,面积仅减少了5.10 km²。就具体湖泊而言,东洞庭湖是各通江湖泊中面积萎缩最大的湖泊,减幅为922.60 km²;其次是目平湖,减幅为588.05 km²;再次是南洞庭湖,减幅为448.37 km²;七里湖的面积变化很小,但经历了先扩张后萎缩的过程。1998—2002年实施“退田还湖”工程,洞庭湖面积增加了10.50 km²。总体而言,清末以来洞庭湖区通江湖泊的演变主要表现为大通湖的封闭析出、整修南洞庭湖的湖垸置换与南迁、围垦西洞庭湖的局部残存、东洞庭湖的三面合围以及1998年特大洪灾后有限的“退田还湖”。本文为长江流域生态修复和环境保护战略提供了客观资料和技术支撑。