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。     

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。     

喜马拉雅山北坡冰碛湖库容计算及变化——以龙巴萨巴湖为例

喜马拉雅地区冰湖溃决洪水灾害日益受到人们重视。作为估算冰湖溃决洪峰流量和模拟洪水演进的必要参数之一,冰湖库容量准确计算十分重要。2009 年9 月对西藏定结县龙巴萨巴湖科考时,应用Hydrobox^TM高分辨率回声测深仪对该湖进行了测深试验,共采集6916 个离散数据点,测得冰湖最深处为101.94 m,平均水深47.50 m。结合同一时段Landsat TM遥感影像解译结果,通过构建不规则三角网模拟龙巴萨巴湖湖盆形态,并计算出该湖2009 年库容量为0.64×10⁸ m³。利用GIS技术对1977-2008 年不同年份的Landsat MSS、地形图、Landsat TM和ASTER遥感影像进行数字化,结果表明近30 年来龙巴萨巴湖长度和面积均呈增加趋势,且自2000 年以来更为显著。利用不同时期龙巴萨巴湖面积和计算的库容量,得到冰碛湖库容-面积计算公式,可为喜马拉雅地区其他冰碛湖库容量估算提供理论参考。龙巴萨巴湖的扩张方向与其母冰川后退方向保持一致。通过对龙巴萨巴湖所在区域中国境内5 个气象站点气温、降水数据的年代际变化分析,表明冰湖规模扩大是气候变暖和冰川退缩的产物。     

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。     

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...     

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。     

涌浪规模对冰碛湖溃决的影响实验

随着全球气候变暖,冰碛湖溃决灾害频发,冰碛湖溃决的触发机理研究成为关注点,其中由于冰(雪)崩坠湖触发的涌浪冲蚀破坏是冰碛湖溃决的主要因素。为探索研究涌浪诱发冰湖溃决的动力过程,设计了一套水槽系统进行模拟实验,探讨冰(雪)崩塌入湖诱发涌浪溃坝的发展过程及溃决流量特征,分析不同涌浪规模对溃坝形成机制的影响。结果表明:1.涌浪是冰碛湖坝体溃决的直接触发因素,在首浪及后续周期性折返涌浪的作用下坝体溃口逐渐形成,其后随着水势能增大,在下蚀、溯源侵蚀和侧蚀的共同作用下,坝体侵蚀率迅速加大,洪峰流量出现在这个阶段;2.涌浪规模越大,首浪对坝顶的侵蚀越充分,涌浪对坝体的侵蚀越迅速,坝体剖面形态线越稀疏。由于静水位不变条件下侧蚀作用更强烈,溃口的最终宽度较静水位改变的情形大;3.静水位改变的情形下,首浪漫溢形成极大规模的初始流量Q0,并且首浪规模越大,初始流量Q0也就越大。洪峰流量Qm出现在坝体溃决初期,涌浪规模越大,洪峰流量Qm出现时间越早。     

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.     

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。     

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。     

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。     

2009年喀喇昆仑山叶尔羌河冰川阻塞湖及冰川跃动监测

在气候变化的影响下,喀喇昆仑山叶尔羌河冰川突发洪水近几年频繁发生.2009-05-09,利用中国环境减灾卫星(HJ-1A/1B)影像,对叶尔羌河上游冰川突发洪水的源头进行了动态监测.在克亚吉尔冰川末端发现了冰川阻塞湖,并监测到其不断扩大.2009-08初该处冰川湖突然消失,同期影像显示其消失后,河谷中残留大量冰体,与往年情况差异巨大.结合相关水文记录及历史资料分析认为,极有可能是冰川末端突然前进(跃动)使冰川坝遭到破坏,导致冰川阻塞湖泄水.由此推测克亚吉尔冰川发生了罕见跃动现象,但需要进一步研究验证.     

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。     

1990-2011年西昆仑峰区冰川变化的遥感监测

本文应用Landsat 5、7 TM、ETM+影像分析1990-2011年昆仑山西段昆仑峰区冰川变化特征,结果表明:1990-2011年冰川面积减少16.83 km²,退缩率仅为0.65%,冰川退缩趋势不明显。单条冰川变化有进有退,中峰冰川末端在2002-2004年以661 m/a的速率前进,初步判定为跃动冰川。1991-1998年,崇测冰川面积增加9.47 km²,冰川末端以200 m/a的速率前进,不排除有跃动冰川的可能性。尽管近年来全球气温普遍上升,大量冰川处于退缩状态,但统计已有研究结果发现近50年来青藏高原存在冰川长度、面积增加,冰川物质平衡为正的现象,表现出冰川对气候变化复杂的反馈机制。通过分析气象站点和冰芯资料,研究区周边地区气温上升、降水量缓慢增加可能是冰川微弱退缩的原因之一;增强的西风环流带来更多的降水、研究区以极大陆型大规模冰川为主,也可能是冰川退缩幅度较小的原因。     

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。     

近40a阿尔金山冰川与气候变化关系研究

以Landsat MSS/TM/ETM⁺/OLI 遥感影像和数字高程模型为数据源,在遥感和地理信息技术支持下,分析了阿尔金山地区1973、1999、2010、2015 四期冰川变化特征。研究表明：（1）1973-2015 年,冰川总面积共退缩了58.78 km²,年均退缩率为0.40%·a^-1,东段退缩速率最快,其次是西段,中段最慢,且冰川退缩速率呈现出先变快后变慢的变化趋势。（2）各个坡向都出现不同程度的退缩,偏南坡比偏北坡冰川退缩严重。（3）冰川面积退缩速率与规模等级呈现反相关关系,小规模冰川退缩速率快。（4）冰川分布随海拔变化呈正态分布,海拔越低退缩速率越快。统计分析气象数据表明,气候变暖是冰川退缩的主要原因,同时地形与冰川规模也影响冰川变化。     

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。     

博格达峰地区冰川和积雪变化遥感监测及影响因素分析

20世纪以来，随着全球气候变暖加剧，冰川和积雪普遍退缩，严重影响到人类的生存和社会经济的可持续发展，这一问题在我国西北干旱区的博格达峰地区及其周边地区尤为突出。以博格达峰地区为例，利用1990—2016年Landsat 5与Landsat 8遥感影像，对比分析归一化积雪指数（NDSI）、归一化冰雪指数（NDSII）、归一化主成分雪指数（NDPCSI）和缨帽转换湿度指数（WET）在博格达峰地区监测冰川和积雪的能力，同时结合研究区周边气温、降水数据和研究区地形数据，探讨博格达峰地区冰川和积雪面积变化与区域地形、气候间的响应关系。结果表明：（1） WET相对于NDSII、NDSI和NDPCSI精度值更高，可以替代NDSI、NDSII监测博格达峰地区冰川和积雪面积。（2） 博格达峰地区冰川和积雪面积呈持续退缩的趋势。1990—2016年，冰川和积雪面积减少率约20.07%，且年退缩率不断增加。（3） 高程、坡度和坡向对冰川和积雪面积变化的影响较显著，山地阴影对其影响较弱，气温的升高是冰雪面积减少的主要因素。     

Glacier extraction based on ASAR, DEM and texture feature of ASAR using SVM in the Western Qilian Mountains, Northwest China

This paper is focused on the method for extracting glacier area based on ENVISAT ASAR Wide Swath Modes (WSM) data and digital elevation model (DEM) data, using support vector machines (SVM) classification method. The digitized result of the glacier coverage area in the western Qilian Mountains was extracted based on Enhanced LandSat Thematic Mapper (ETM+) imagery, which was used to validate the precision of glacier extraction result. Because of similar backscattering of glacier, shadow and water, precision of the glacier coverage area extracted from single-polarization WSM data using SVM was only 35.4%. Then, texture features were extracted by the grey level co-occurrence matrix (GLCM), with extracted glacier coverage area based on WSM data and texture feature information. Compared with the result extracted from WSM data, the precision improved 13.2%. However, the glacier was still seriously confused with shadow and water. Finally, DEM data was introduced to extract the glacier coverage area. Water and glacier can be differentiated because their distribution area has different elevations; shadow can be removed from the classification result based on simulated shadow imagery created by DEM data and SAR imaging parameters; finally, the glacier coverage area was extracted and the precision reached to 90.2%. Thus, it can be demonstrated that the glacier can be accurately semi-automatically extracted from SAR with this method. The method is suitable not only for ENVISAT ASAR WSM imagery, but also for other satellite SAR imagery, especially for SAR imagery covering mountainous areas.     

Glacier area shrinkage in China and its climatic background during the past half century

Based on the glacier area variation records in the typical regions of China monitored by remote sensing, as well as the meteorological data of air temperature and precipitation from 139 stations and the 0℃ isotherm height from 28 stations, the glacier area shrinkage in China and its climatic background in the past half century was discussed. The initial glacier area calculated in this study was 23,982 km2 in the 1960s/1970s, but the present area was only 21,893 km2 in the 2000s. The area-weighted shrinking rate of glacier was 10.1%, and the interpolated annual percentage of area changes (APAC) of glacier was 0.3% a-1 since 1960. The high APAC was found at the Ili River Basin and the Junggar Interior Basin around the Tianshan Mountains, the Ob River Basin around the Altay Mountains, the Hexi Interior Basin around the Qilian Mountains, etc. The retreat of glacier was affected by the climatic background, and the influence on glacier of the slight-increased precipitation was counteracted by the significant warming in summer.