近50年气候变化背景下青藏高原冰川和湖泊变化(英文)

本文综述了近年来青藏高原冰川和湖泊变化研究取得的成果,并特别着重于冰川和湖泊变化的相互关系论述。在全球变暖背景下,近几十年青藏高原冰川以退缩为主,湖泊水量以增加为主。本文一方面对青藏高原冰川末端退缩、冰川面积和冰川储量变化方面的研究成果进行了综合分析,探讨了冰川变化的时空特征;另一方面从湖泊面积和水位与水量变化探讨了湖泊变化的时空规律。结果表明青藏高原冰川退缩的幅度总体上呈从青藏高原外缘向内陆呈减小的变化态势,受冰川融水补给比较大的湖泊近期面积扩张、水位上升明显。最后指出了青藏高原冰川、湖泊变化研究中存在的问题及今后的发展趋势。     

中国西部冰川小冰期以来的变化——以天山乌鲁木齐河流域为例

利用航拍地形图、TM影像、spot5及landsat 8影像,在遥感和地理信息技术的支撑下研究小冰期以来乌鲁木齐河流域冰川变化。对能够观察到小冰期最盛时期冰碛垄的73条冰川研究发现:小冰期到2014年冰川整体呈退缩趋势。相对于小冰期最盛期,面积共退缩了37.22 km~2,退缩率为64.84%;总长度共退缩了52 878.67 m,退缩率为49.83%,1959年以来,流域内的乌鲁木齐河源1号冰川一直处于退缩状态,物质平衡持续亏损。小冰期以来,海拔3 400~4 000 m之间的冰川退缩最明显,海拔3 400~3 600 m之间的冰川消失。冰川朝向分析表明,流域朝北向冰川多于其它方向,冰川在各个朝向上面积均呈退缩趋势,正东向冰川退缩最为严重。分析发现,流域冰川大幅度退缩的主要缘于该流域小冰川数量较多(小冰期冰盛期面积1 km~2的冰川数量达75.3%),小冰川对气候变化的响应敏感,大西沟气象站气象资料分析表明,降水的增加无法弥补夏季气温的持续升高引起的冰川消融是该流域普遍冰川退缩的主要原因。     

西藏玛旁雍错流域冰川与湖泊变化及其对气候变化的响应

利用遥感和地理信息系统技术,基于1974,1990,1999和2003年4个不同时期的遥感影像,包括Landsat系列影像,ASTER影像和地形图,研究了玛旁雍错流域(面积7786 km²)内冰川与湖泊的变化及其对气候变化的响应。研究结果表明,由于气候变暖,在过去30年里该流域冰川和湖泊都以退为主,有进有退。自1974年到2003年,冰川面积从107.92 km²减少到100.39 km²,冰川退缩明显加速。由于年降水量减少、蒸发量增大,30年中湖泊总面积从782.24 km²减少到748.08 km²。湖面的缩小与扩涨都在加速,尤其是小湖泊变化更明显,湖泊的加速变化可能是青藏高原高海拔内陆流域水循环过程加速的表征之一。     

纳木错流域冰川和湖泊变化对气候变化的响应

利用纳木错流域及其周边地区气象资料、地形图、遥感资料以及野外实地观测资料,对该流域过去37年来气候变化特征以及冰川、湖泊变化过程进行了分析.结果表明,自1970年以来,纳木错区域气温上升趋势明显,其中冬季升温幅度高于夏季;降水量变化冬、夏两季均呈增加趋势,但冬季增加量不显著.在整体升温的背景下,纳木错流域冰川整体呈退缩趋势.1970～2007年间,流域内冰川面积减少37.1 km~2,占流域冰川面积的18.2%,年变化率为-1.0 km~2/a.流域内扎当冰川和拉弄冰川末端GPS观测表明,1970～2008年间冰川末端分别退缩381.8 m和489.5 m,年均退缩量为10.3 m和13.4 m.1970-2007年间,纳木错湖面积增加了72.6 km~2,增加速率为2.0 km~2/a.1970-1991年、1991-2000年和2000-2007年三个阶段的年增加速率不断增大,分别为1.1、2.8、3.4 km~2/a;湖泊水在在夏季升高非常显著,与湖泊面积的扩张是一致的.     

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。     

5个时期武汉城市圈湿地格局及其变化

以武汉城市圈为研究区,采用叠加分析和景观指数方法,利用2000年、2005年、2010年、2015年和2018年的土地利用矢量数据,在ArcGIS10.2软件和Fragstats4.2软件平台上,分析5个时期武汉城市圈湿地格局的特征及其变化。研究结果表明,2000年、2005年、2010年、2015年和2018年,武汉城市圈中的湿地主要分布在中西部,湖泊多分布在中部,水库/坑塘多分布在中西部,沼泽主要分布在河流和湖泊的周边;湿地总面积在2010年达到最大,为6 337.52 km~2;5个时期武汉城市圈中的湿地都以湖泊湿地、水库/坑塘、河流湿地为主,前两个时期湖泊湿地的面积相对最大,后三个时期水库/坑塘的面积相对最大;在5个时期中,2010年研究区湿地景观相对最破碎,随着时间的推移,湿地景观边缘形状复杂化,景观形状趋于不规则;水库/坑塘的质心向西偏移了7.716 km,湖泊湿地的质心向东略偏南偏移了7.565 km,河流湿地的质心总体上向西偏移,沼泽湿地总体向南偏移了4.180 km。     

近35 a来新疆干旱区湖泊变化及原因分析

应用“3S”技术,以流域为单元,对新疆干旱区1975-2010年近35 a来湖泊的变化进行了研究。研究结果表明：湖泊总体呈数量多、规模小的特点,以天然湖泊为主,湖泊分布面积最大的流域为准噶尔内流区、分布数量最多的流域为塔里木内流区;35 a来湖泊的变化呈1975-2000年数量与面积增大、2000-2010年数量与面积减少的特征;天然湖泊与人工湖泊变化差异显著,天然湖泊数量与面积均呈先增加后减少的变化特征,而人工湖泊数量及面积均呈持续增加的变化特征;1975-2000年各流域湖泊面积均增大,2000-2010年除伊犁河内流区外,各流域湖泊面积均大幅度减小;影响新疆干旱区湖泊变化的主要气候因素是降水与气温,人类活动是流域间湖泊变化幅度与变化趋势差异的主要影响因素,也是影响天然湖泊与人工湖泊变化趋势差异的主要原因。     

2003-2009 年中亚地区湖泊水位变化的时空特征

利用ICESat/GLAS 卫星测高数据产品获取2003-2009 年间中亚地区24 个典型湖泊的水位信息,分析该地区湖泊水位变化的时间过程和空间特征,并结合流域内气象观测数据和冰川、水坝分布图,分析不同类型湖泊的水位变化对气候变化与人类活动的响应。结果表明,湖泊水位变化与湖泊所在流域的年均降水量的变化呈显著的正相关;冰川融水对高山封闭湖泊的变化具有重要作用,其中在青藏高原北部、帕米尔高原和天山中部有大量冰川分布的流域,湖泊水位变化与湖泊补给系数呈正相关,水位主要表现为升高或稳定的状态;而在天山和阿尔泰山高地区无冰川补给的流域,水位随湖泊补给系数的增大而呈现负变化。水利枢纽或拦水坝为人类活动对湖泊的直接影响因子,其空间分布与近年来外流湖和平原尾闾湖的水位变化有关。拦水建坝的外流湖和尾闾湖的水位下降明显,而未建拦水坝或水利枢纽的外流湖水位相对稳定,进一步印证了近年来中亚水资源过度开发造成湖泊水位下降的事实。     

1990—2015年喜马拉雅山冰川变化的遥感监测

基于Landsat系列遥感数据,运用比值阈值法（B3/B5）和目视解译,研究1990—2015年喜马拉雅山冰川面积的分布与变化特征。结果表明：25年间研究区冰川面积共减少2553.10 km²,年均退缩率为0.44%/a,研究时段冰川加速退缩。研究区冰川主要分布在西段地区,中段次之,东段最少,近25年来西段、东段和中段地区冰川均表现为退缩趋势,其中东段地区退缩最快,中段最慢。从地形分布和变化特征看,5°~25°范围内冰川的分布面积较多,近25年来各坡度等级冰川均在退缩,其中25°~30°之间冰川面积退缩较快,在极平缓/极陡峭地区退缩较慢。尽管8个坡向上冰川均表现为退缩趋势,但退缩幅度有所差异,北坡与西北坡冰川退缩较慢,其他坡向退缩较快。研究时段表碛物覆盖型与非表碛物覆盖型冰川均在退缩,但后者的退缩幅度较大,表明研究区表碛物在一定程度上抑制了冰川消融。     

1978-2015年喀喇昆仑山克勒青河流域冰川变化的遥感监测

本文采用1978、1991、2001和2015年的Landsat MSS、TM、ETM+和OLI遥感影像,通过遥感图像计算机辅助分类和目视解译等方法提取冰川边界,分析喀喇昆仑山克勒青河流域冰川在1978-2015年间的进退变化。结果表明：1978-2015年间研究区冰川面积由1821.70 km2减少至1675.92 km2,减少145.78 km2,占1978年冰川总面积的8.00%;冰川消融率较低,在气候变暖的背景下反而呈现出退缩速率由快变慢的趋势。研究区东南向冰川退缩率明显高于西北向,冰川退缩率随冰川规模的增大而减小。研究区内有27处冰川在1978-2015年间发生过特殊的前进现象,面积与长度显著增加。其中,木斯塔冰川西侧冰川末端在1996-1998年间前进速度为904 m/a,乔戈里冰川东侧冰川末端在2007-2009年间前进速度为446 m/a,5Y654D0097冰川末端在1978-1990年间前进速度为238 m/a,初步判定这三条冰川为跃动冰川。以10 a为滞后期分析研究区周边气象站点资料发现：研究区气温持续升高,降水量以1981年为分界点呈现“先减后增”趋势是冰川退缩速率减慢的原因之一;此外,亚大陆型冰川性质、巨大山势条件和高山冷储作用,也可能是冰川退缩幅度较小的原因。     

青藏高原湖泊面积动态变化及其对气候变化的响应

为了探究整个青藏高原湖泊总面积变化的原因,本文利用RS和GIS技术,提取了1960 s—2015年青藏高原大于1 km2的湖泊数据,分析了近50年来青藏高原湖泊面积的动态变化,并结合相应的气象数据,通过相关性分析及回归分析等方法分析了影响湖泊面积变化的主要气象因子。结果表明:(1)青藏高原整体变暖湿的过程中大于1 km2湖泊的总面积呈现增长-减少-加速增长的趋势,从1960 s—2015年共增长了9138.60 km2,增长率为23.90%;(2)100~500 km2级别的湖泊总面积占青藏高原湖泊总面积的比重最大,各不同等级的湖泊总面积总体呈上升趋势;(3)青藏高原4500~5000 m海拔范围内的湖泊总面积最大,海拔4500~5000 m及海拔3000 m以下的湖泊面积变化较剧烈,呈现波动中增长的趋势,其余海拔范围内的湖泊面积基本维持稳定;(4)青藏高原西部地区和北部地区的湖泊总面积总体上呈现增长趋势,东部及南部地区湖泊总面积基本维持稳定,整个青藏高原湖泊面积变化的区域在空间上呈现扩张趋势;(5)年平均气温、年降水量及年蒸发量与湖泊面积呈现显著的相关性,研究区边缘地区湖泊面积和年平均气温有显著相关性,研究区中部地区湖泊面积同年平均气温、年降水量及年蒸发量有显著相关性,而研究区东北部及中西部部分地区湖泊面积和年平均气温及年蒸发量有显著相关性。通过气象因子与湖泊总面积的回归分析结果表明,年平均气温和年蒸发量变化是导致青藏高原湖泊总面积改变的主要原因。本研究填补了青藏高原长时间序列和多尺度的湖泊面积动态变化方面的空白,同时本研究得出的湖泊数据可以为其他研究人员提供一定的帮助。     

近40 年可可西里地区湖泊时空变化特征

以可可西里地区1970s 地形图和1990s、2000-2011 年Landsat TM/ETM+遥感影像为基础,通过数字化和影像解译获取研究区83 个面积大于10 km²湖泊变化数据,并对湖泊变化成因进行了分析。研究结果表明:1) 1970s 初期至2011 年,可可西里地区湖泊经历了“先萎缩后扩张”的变化过程,其中1970s-1990s 期间湖泊面积普遍减小,1990s-2000 年湖泊出现扩张,并在2000 年恢复到1970s 湖泊规模,2000 年之后湖泊面积急剧增大。2) 2000-2011 年间,可可西里地区不同规模等级湖泊整体呈扩张趋势,但表现出一定的区域差异性。面积呈增加趋势的湖泊数量最多,亦分布最广,一些湖泊由于扩张迅速出现湖泊合并或湖水外泄情况;面积呈减少趋势或波动起伏的湖泊数量较少,零散分布在研究区中部和南部,湖泊动态变化与其自身补给条件或与下游湖泊(河道) 存在水力联系有关。3) 在研究时段内,降水增多、蒸发减少是可可西里地区湖泊扩大的主要原因,而气候变暖引起的冰川融水增加、冻土水分释放是次要原因。     

1987年以来4个时期武汉市湿地面积、分布和变化

以1987年、1996年、2005年和2017年Landsat TM/OLI影像为数据源,采用动态度模型和平面空间质心分析方法,研究了4个时期武汉市各类型湿地面积及其变化和质心分布动态。研究结果表明,4个时期武汉市湿地总面积总体上在减少,其中湖泊面积减少幅度最大,与1987年相比,2017年其面积减少了299.75 km~2;4个时期天然湿地中的内陆滩涂和沼泽面积的单一和双向动态变化度都较高;人工湿地中的库塘/沟渠面积的双向动态变化度较高;湖泊质心向东南方向迁移5.39 km,沼泽质心向西南方向迁移12.15 km,河流质心向东北方向迁移0.20 km,建设用地质心向西北方向迁移了3.00 km;武汉市天然湿地的萎缩与建设用地的扩张密切相关。     

1984年以来8个时期杭州主城区西部湿地格局研究

以浙江省杭州市主城区西部低山丘陵区向杭嘉湖平原过渡地带为研究区,采用面向对象分类和人工目视解释相结合的方法,利用1984年、1995年、2000年、2005年、2007年、2009年、2013年和2018年的遥感影像数据,提取出8个时期研究区的土地利用信息;采用斑块密度、最大斑块指数、景观形状指数、蔓延度指数、聚集度指数和Shannon多样性指数,分析8个时期研究区湿地格局的变化。研究结果表明,1984年以来的8个时期,随着时间的推移,研究区的河流、沼泽和耕地面积在逐时期减小,建筑用地和道路面积在逐时期增大;2000年以来,湖泊/水库/坑塘面积也在逐时期减小;2005年以来,林地面积也在逐时期减小;1984年、1995年、2000年、2005年和2007年,湖泊/水库/坑塘在研究区分布最广泛,其次为林地;2013年和2018年,建筑用地的面积最大,其次为林地,再次为湖泊/水库/坑塘;1984年和1995年,研究区的湿地格局相对稳定;2000年和2005年,研究区的城市化进程加快,湿地明显萎缩、破碎化;2007年以后,在研究区中,除了西溪国家湿地公园中的湿地被保护的较好外,其它湿地大幅萎缩,局部甚至消失。     

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。     

1973-2010年阿尔金山冰川变化

利用1973 年MSS、1999 年ETM+和2010 年TM遥感影像资料,通过遥感图像处理和GIS技术,提取了阿尔金山地区三个时期的冰川信息,同时结合周边气象资料进行分析。结果表明:① 1973-2010 年,研究区冰川面积从347.99 km² 减少到293.77 km²,退缩了54.22km²,占1973 年冰川总面积的15.58%,年均退缩速率为0.42%·a^-1。近10 年来冰川退缩尤为剧烈,年均退缩速率达到0.58%·a^-1;② 研究区东段冰川退缩速率快于中段和西段;③ 冰川规模越小,退缩越明显;④ 研究区东坡冰川的面积退缩率最大,北坡次之,东南坡最小;⑤ 气温升高和降水在波动中变化不大是造成研究区冰川退缩的主要原因;⑥ 通过分形理论对研究区冰川空间结构特征进行分析,预计研究区冰川今后的消融速率仍将处于较高状态。     

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。     

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。     

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。     

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。