博格达峰地区气候变化特征及其对冰川变化的影响

20世纪中叶以来,随着全球变暖加剧,中国冰川普遍发生了退缩,对局地人民生活、生存环境及社会经济产生了深刻的影响,对位于西北干旱区的博格达峰地区尤为突出.本文首先采用趋势分析、突变检验和小波变换等方法对研究区周边气温、降水进行研究,同时应用Landsat l-4、5、7MSS、TM/ETM+影像分析1972-2013年博格达峰区冰川变化特征,在此基础上系统探讨冰川变化与该区气候变化之间的响应关系.结果表明:①1960-2013年研究区气温、降水变化倾向分别为0.19℃/10 a和12.4 mm/l0 a;年平均气温在1990年前后存在显著突变,年降水量在1985年前后存在突变.气温主要表现为8～10 a的周期,降水周期性较差.目前处于气温偏高、降水偏少期;②1972-2013年冰川面积减少46.71±1.32 km2,年均退缩率为0.66％±0.02％,冰川退缩趋势明显.其中1972-1990年,冰川年均退缩率为0.44％±0.03％;近20年来冰川退缩加剧,年均退缩率达到0.78％±0.09％;③通过分形理论对研究区冰川空间结构特征分析表明,预计未来冰川消融率将趋于稳定,但仍处于较高状态;④对比中国西部各地区冰川的变化,发现该地区冰川退缩和其他区域退缩速率相吻合;⑤1990年之前博格达峰地区冰川变化受温度和降水共同控制,1990年之后冰川退缩主要由气温上升引起.     

1972～2013年东天山博格达峰地区冰川变化遥感监测

利用1972年MSS,1990、1999年TM和2013年ETM+遥感影像资料作为数据源,通过目视解译结合GIS技术,提取博格达峰地区4期冰川边界,同时对研究区周边气温降水进行趋势分析和周期分析,研究其与冰川的响应关系。结果表明:1 1972~2013年冰川面积退缩了23.79%(占1972年),退缩速率为0.58%/a。1972~1990年冰川退缩较慢,为0.38%/a,近20 a来冰川退缩加剧,达到0.74%/a;2冰川规模越小,退缩越快;3东南坡退缩最快,东坡次之,北坡最慢;4冰川退缩比率随坡度的变化呈正态分布;5研究区处于气温偏高期,降水偏少期,气候变暖是冰川退缩的主要原因;6对比发现该地区与天山其他区域冰川退缩速率相吻合。     

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。     

近期哈尔里克山脉冰川变化遥感监测

哈尔里克山脉冰川的快速退缩已经影响到吐鲁番坎儿井的水量,先前关于该区冰川研究不够细致,且最新资料报道较为短缺。以哈尔里克山脉冰川为研究对象,基于Landsat TM/ETM+和OLI影像（1992、2002、2010、2016年）,通过比值阈值法、目视解译结合GIS技术,提取了该地区四期冰川边界,同时对研究区周边气温、降水以及日照时数进行线性趋势分析,研究其与冰川的响应关系。结果表明：（1）1992-2016年,哈尔里克山脉冰川总体呈现出持续退缩趋势,面积退缩了13.18%,年均退缩率为0.56%,近年来退缩速率有所减缓。（2）近似估算的冰储量在过去25 a间减少了18.33%,冰川物质亏损将对该区短缺的水资源提供了危险的信号。（3）冰川退缩率与冰川规模呈指数函数变化趋势;低海拔区冰川存在明显的末端升高趋势;N和NW向的冰川占明显优势,但N向退缩率最慢。（4）分形理论分析表明该地区冰川未来退缩将趋于一种稳定状态。该区气温和日照时数的显著上升导致其冰川退缩,同时冰川规模、海拔和坡向分布也是冰川变化的重要因素;对比发现该区冰川退缩速率较天山其他区域慢。     

1990-2015年喜马拉雅山冰川变化的遥感监测及动因分析

采用Landsat TM/ETM+/OLI影像数据,结合比值阈值法与目视解译提取冰川边界,分析了喜马拉雅山冰川在1990-2015年的进退变化。结果表明：近25 a来喜马拉雅山冰川整体呈退缩趋势,冰川面积由23 229.27 km2减少至20 676.17 km2,共减少2 553.10 km2,退缩率为10.99%,研究时段喜马拉雅山冰川加速退缩,尤其是近5 a来,加速退缩的趋势尤为显著。研究区冰川主要分布在海拔4 800~6 200 m范围内,且随着海拔升高冰川分布面积呈先增加后减小趋势,综合分析喜马拉雅山山体海拔特征可知,5 200~5 600 m很可能是研究区的“第二大降水带”。依据山岳冰川分布特征,我们将研究区冰川分为山谷冰川、冰斗冰川、冰斗-山谷冰川、悬冰川和平顶冰川,其中悬冰川的数量最多,山谷冰川的分布面积和平均规模最大。结合研究区周边气象格点数据,同时以12a为滞后期发现,近25a来喜马拉雅山冰川持续退缩很可能是气温升高和降水减少共同作用的结果,且未来十几年内冰川仍可能处于持续退缩的状态。     

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。     

基于MODIS积雪产品的高亚洲融雪末期雪线高度遥感监测

以2001—2016年逐日MODIS积雪产品为主要数据源,在高亚洲区域发展了大尺度融雪末期雪线高度的遥感提取方法,并对其2001—2016年的时空变化特征进行了分析。提取方法首先对逐日的MODIS积雪覆盖率产品进行去云处理,获得积雪覆盖日数（SCD）数据集;并用冰川年物质平衡观测数据、融雪末期Landsat数据对提取终年积雪的MODIS SCD阈值进行率定;最后以MODIS SCD提取的终年积雪面积结合地形“面积—高程”曲线实现大尺度融雪末期雪线高度信息的提取。结果表明：① 高亚洲融雪末期雪线高度的空间异质性较强,总体上呈南高北低的纬度地带性分布规律;并因受山体效应的影响,雪线高度由高海拔地区向四周呈环形逐渐降低的特点。② 高亚洲2001—2016年融雪末期雪线高度总体上表现为明显的增加趋势。在744个30 km的监测格网中,24.2%的格网雪线高度呈显著增加,而仅0.9%的格网呈显著下降。除兴都库什、西喜马拉雅外,其他地区雪线高度均表现为升高趋势,显著上升的地区主要分布在天山、喜马拉雅中东部和念青唐古拉山等,其中以东喜马拉雅升高最为显著（8.52 m yr ^-1）。③ 夏季气温是影响高亚洲融雪末期雪线高度变化的主要因素,两者具有显著的正相关关系（R = 0.64,P < 0.01）。     

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。     

基于遥感资料的中亚阿拉套地区冰川变化及动因分析

以1990年、1999年、2006年和2013年的Landsat TM/ETM+及OLI/TIRS遥感资料为数据源,通过计算机半自动解译及人工目视解译方法得到中亚阿拉套地区1990—2013年4景冰川数据,同时对研究区周边气温、降水进行趋势分析和周期性分析,并应用GIS技术研究了过去近24年来冰川变化特征及其与气候变化的响应过程。结果表明:11990—2013年,中亚阿拉套地区冰川退缩明显,冰川总面积从680.73 km2退缩到539.28 km2,总面积减少了141.45 km2,退缩率为20.78%,平均单条冰川面积减小0.12 km2;21990—1999年、1999—2006年及2006—2013年3个时段年均退缩速率经历了"慢—快—慢"的过程,但后两个时段都较前一时段退缩快,表明自1999年以来阿拉套地区的冰川进入加速退缩的新阶段;3大规模冰川分解使得小规模冰川的总面积和条数均有所增加;4研究区处于气温偏高期,降水偏少期,区域变暖是该区冰川退缩的主要因素;5通过分形理论对研究区冰川空间结构特征分析表明,预计未来该区冰川消融率将趋于稳定但仍处于较高状态;6与中国天山各地区冰川变化进行对比,发现该地区冰川退缩速率较天山其他区域快。     

近40年来西昆仑山冰川及冰湖变化与气候因素

利用Landsat TM/ETM+影像,结合冰川编目数据,应用比值阈值法和人工目视解译法得到近40年来西昆仑山冰川和冰湖面积变化数据,结合气象数据分析冰川和冰湖变化特征及其气候背景。结果表明:1.1976—2010年,西昆仑山冰川呈现微弱的退缩,面积减少率为4.1%,冰湖面积增加率17.8%。冰川面积与冰湖面积变化呈现反相关,冰川融水补给的增加是冰湖面积扩大的主要原因。2.气温的缓慢上升是西昆仑冰川退缩的原因之一,个别气象站点显示近20 a夏季均温缓慢下降,这与近10年来研究区冰川退缩幅度较小相吻合。考虑到青藏高原多数冰川对气候变化响应的滞后时间在10~20 a,由于夏季均温的下降,我们推测在接下来几年内西昆仑山冰川可能不会出现大幅度的退缩。3.昆仑峰区可能存在的跃动冰川以及喀拉塔格山冰川的稳定,表明冰川对气候变化复杂的响应机制。气象站点数据不能完全解释冰川的变化特征,还需要进一步结合冰川区实测气象数据加以讨论。另外,西昆仑山冰川变化还受到冰川规模、地形等因素综合影响。     

Analysis of Spatio-temporal Land Surface Temperature and Normalized Difference Vegetation Index Changes in the Andassa Watershed,Blue Nile Basin,Ethiopia

Analysis of the nexus between vegetation dynamics and climatic parameters like surface temperature is essential in environmental and ecological studies and for monitoring of the natural resources. This study explored the spatio-temporal distribution of land surface temperature (LST) and Normalized Difference Vegetation Index (NDVI) and the relationship between them in the Andassa watershed from 1986 to 2016 periods using Landsat data. Monthly average air temperature data of three meteorological sites were used for validating the results. The findings of the study showed that the LST of the Andassa watershed has increased during the study periods. Overall, average LST has been rising with an increasing rate of 0.081°C per year. Other results of this study also showed that there has been a dynamic change in vegetation cover of the watershed in all seasons. There was also a negative correlation between LST and NDVI in all the studied years. From this study we can understand that there has been degradation of vegetation and intensification of LST from 1986 to 2016.     

Analysis of snow-vegetation interactions in the low Arctic-Subarctic transition zone (northeastern Canada)

Abstract

Recent studies have shown that northern vegetation has been growing in relation to a warming climate over the last four decades, especially across the transition zone between tundra and taiga. Shrub growth affects snow properties and the surface energy budget, which must be better studied to quantify shrub-snow-climate feedbacks. The objective of this research is to improve the characterization of the impact of shrubs on snow evolution, from its accumulation to its melt, using in-situ and satellite measurements. The research is presented for the Umiujaq site, Nunavik, representative of the low Arctic–Subarctic transition zone. Snow depth, measured along numerous transects spanning different land cover types is found to increase by a factor 2.5–3 between tundra and forest, while snow density decreases. This illustrates the trapping effect of vegetation well. Complementary, continuous snow depth measurements using weather stations from two sites (tundra with low shrubs and a small clearing with shrubs within the forest) show different site-dependent behaviors. Spatial analysis from high-resolution Pleiades images combined with Landsat (Normalized Difference Snow Index) and MODIS (Fractional Snow Cover) images suggest a slight delay in melt over open and dense forest areas compared to tundra and dense high shrubs.     

基于HJ-1数据的木孜塔格峰地区雪深时空变化

以木孜塔格峰地区为研究区,从不同坡度、坡向的样方内测量雪深和采集光谱,通过分析归一化差分雪盖指数（Normalized Difference Snow Index,NDSI）、反照率、HJ-1卫星的红外波段反射率与雪深的相关关系,建立了适用于HJ-1星的积雪深度反演模型,估算出2012年4月14日-25日木孜塔格峰地区的雪深时空变化,并结合实测数据进行验证。结果表明:反照率反演模型的复相关系数为0.992;通过NDSI阈值区分混合雪盖像元和积雪像元,雪深估测精度可达92.78%。冰川区的反照率、NDSI与海拔的相关系数分别为0.626和0.733,且高海拔带反照率值明显高于低海拔带的反照率值。受西风带降雪的影响,非冰川区的北坡雪深值较大;西坡、南坡次之;东坡最小,且雪深最大值出现在坡度约等于10°处。雪深估测的相对误差随着样地的坡度增大而增加,坡度为15°时相对误差较大。     

归一化水汽指数与地表温度的关系

城市热岛的遥感研究,传统上主要利用归一化植被指数作为指标来评估地表温度-植被之间的关系。本研究探讨了以归一化水汽指数作为评估其与地表温度关系的适应性,比较了归一化水汽指数和归一化植被指数在表达城市热岛效应方面的效力。利用"单窗算法"和3个不同时段的TM/ETM+数据获取了珠江三角洲核心区域的地表温度分布图,分析了两种指数与地表温度之间的关系。对局部区域逐像元和对区域总体分析的结果表明:不同时段的地表温度与归一化水汽指数之间均存在较强的线性关系,而地表温度与归一化植被指数之间的线性关系相对较弱。说明在城市化的环境下,与传统上常用归一化植被指数作为指标来定量分析地表温度相比,归一化水汽指数提供了一种互补的、甚至更加有效的衡量指标。     

Assessing the progress of desertification of the southern edge of Chihuahuan Desert: A case study of San Luis Potosi Plateau

The aim of this study is to establish if the San Luis Potosi Plateau (SLPP), which is part of the southern edge of the Chihuahuan Desert, is generating desertification processes, indicating a progression of the desert toward the central part of Mexico. Therefore, we analyzed the temporal evolution of four environmental indicators of desertification: Normalized Difference Vegetation Index (NDVI), Normalized Difference Water Index (NDWI), Iron Oxides Index (IO) and Surface Temperature (ST). Landsat TM images are used to cover a period from 1990 to 2011. A new equation of total balance is proposed to generate an image of the overall evolution of each factor which is applied to get a probability map of desertification. The evolution of NDVI, NDWI and IO shows a behavior almost stable over the time. In contrast, the ST shows a slight increase. The outcomes of this study confirm periods of vegetation re-greening and 8.80% of the SLPP has the highest probability to develop desertification. The most affected area is the portion west of the region, and the east and south are the least affected areas. The results suggest a slight advance of the desert, although most of the area doesn’t have the necessary conditions to develop desertification.     

Chihuahuan沙漠南缘沙漠化进展评价——以San Luis Potosi高原为例（英文）

The aim of this study is to establish if the San Luis Potosi Plateau(SLPP), which is part of the southern edge of the Chihuahuan Desert, is generating desertification processes, indicating a progression of the desert toward the central part of Mexico. Therefore, we analyzed the temporal evolution of four environmental indicators of desertification: Normalized Difference Vegetation Index(NDVI), Normalized Difference Water Index(NDWI), Iron Oxides Index(IO) and Surface Temperature(ST). Landsat TM images are used to cover a period from 1990 to 2011. A new equation of total balance is proposed to generate an image of the overall evolution of each factor which is applied to get a probability map of desertification. The evolution of NDVI, NDWI and IO shows a behavior almost stable over the time. In contrast, the ST shows a slight increase. The outcomes of this study confirm periods of vegetation re-greening and 8.80% of the SLPP has the highest probability to develop desertification. The most affected area is the portion west of the region, and the east and south are the least affected areas. The results suggest a slight advance of the desert, although most of the area doesn't have the necessary conditions to develop desertification.     

中亚天山山区冰雪变化及其对区域水资源的影响

冰川和积雪是构成山区固体水库的主体,对区域水资源稳定性具有调节功能,但深受气候变化的影响。以中亚天山为研究区域,基于长时间序列的观测数据,分别从冰川、积雪、水储量、径流等方面进行分析,并选取阿克苏河、开都河及乌鲁木齐河3个典型流域,研究天山山区冰雪变化对流域水资源的影响。结果表明：① 冰川退缩速率与面积的函数关系为f（x） = -0.53×x^-0.15 （R² = 0.42,RMSE = 0.086）,说明小型冰川对气候变化的响应更为敏感。同时,中低海拔区域的冰川退缩速率大于高海拔区域;② 2003-2015年天山山区水储量的递减速率为-0.7±1.53 cm/a,天山中部区域的递减速率最大,这一结果与该区域冰川急剧退缩相吻合;③ 近半个多世纪以来,冰雪融水径流增加是这3个典型流域径流量增加的主要原因,其中阿克苏河增幅最大（达0.4×10⁸ m³/a）。但自20世纪90年代中期以来,3个流域的径流量都呈减少趋势,与流域内冰川面积减少、厚度变薄及平衡线海拔升高的关系密切。研究结果揭示了气候变化驱动下的山区固态水体储量变化对流域水资源的影响机制,以期为流域水资源管理提供有价值的决策参考。     

Land use/land cover (LULC) classification with MODIS time series data and validation in the Amur River Basin

There is a need for improved and up-to-date land use/land cover (LULC) data sets over an intensively changing area in the Amur River Basin (ARB) in support of science and policy applications focused on understanding of the role and response of the LULC to environmental change issues. The main goal of this study was to map LULC in the ARB using MODIS 250-m Normalized Difference Vegetation Index (NDVI), Land Surface Vegetation Index (LSWI), and reflectance time series data for 2001 and 2007. Another goal was to test the consistency of the classification results using relatively coarse resolution MODIS imagery data in order to develop a methodology for rapid production of an up-to-date LULC data set. The results on MODIS land cover were evaluated using existing land use/cover data as derived from Landsat TM data. It was found that the MODIS 250-m NDVI data sets featured sufficient spatial, spectral and temporal resolution to detect unique multi-temporal signatures for the region’s major land cover types. It turned out that MODIS 250 NDVI time series data have high potential for large-basin land use/land cover monitoring and information updating for purposes of environmental basin research and management.     

Glacier mapping in the Cordillera Blanca,Peru, tropical Andes,using Sentinel‐2 and Landsat data

Sentinel‐2 images were used for mapping debris‐free glaciers for the first time in Cordillera Blanca. Landsat‐8 and Sentinel‐2 data were compared for glacier area estimation in 2016, obtaining comparable results. It was observed that normalized difference snow index method for glacier mapping using MSI data is less sensitive to cast shadows and steep terrain compared with Landsat data. Estimated total glacier areas in 1975, 1994, and 2016 were 726 ± 20.3 km², 576.9 ± 15.1 km² and 482.8 ± 7.4 km², respectively. Glacier area in 2016 using Landsat was slightly lower (475.7 ± 16.8 km²) compared to the area estimated using MSI data. Observed glacier shrinkage between 1975 and 2016 was 33.5 per cent, which is lower compared to observed glacier area loss in the eastern cordilleras of Peru. Glacier shrinkage was higher at northern and northeastern slopes (47.9 per cent and 48.1 per cent, respectively) compared to the south‐western slopes (11.1 per cent).