东帕米尔高原昆盖山跃动冰川遥感监测研究

冰川跃动是冰川周期性地快速运动,给下游生命财产安全带来巨大威胁。对已经发现的跃动冰川进行监测不仅有助于提高对冰川跃动机理的认识,而且对冰川跃动灾害预警预报和风险评估都具有重要的意义。在中国第二次冰川编目中发现,1963-2009年东帕米尔高原昆盖山的5Y663L0023冰川末端发生大幅前进。本文利用Landsat影像、ASTER立体像对等数据对该冰川前进过程进行监测研究。结果表明：该冰川于1990-1992年和2007-2013年分别前进81±30 m和811±30 m,其中2007-2013年的前进属于跃动引发的前进。其中跃动最高峰在2007年8月21日-2008年10月26日,期间32.7×10⁶ m³的冰体发生卸载,导致末端前进了704±30 m,面积扩张了0.34 km²。针对东帕米尔地区跃动冰川周期研究的空白,本文认为该冰川跃动周期中跃动期为4 a,平静期最短为15 a左右。该冰川属于多温型冰川,跃动受热力学机制影响的可能性较大,但液态降水、冰雪融水的增加也是影响因素。     

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。     

东喀喇昆仑山昆常冰川近期跃动特征

研究冰川跃动过程及特征是理解冰川跃动机理的重要途径,目前仍然缺乏详细的冰川跃动过程观测。利用Envisat-1/ASAR、Sentinel-1A、TerraSAR-X/TanDEM-X等合成孔径雷达数据,获得了东喀喇昆仑山昆常冰川详细的表面流速与表面高程变化。结果表明：2000—2012年冰川中部隆起,平均增厚（10.19±1.79） m,冰川接收区以消融为主,平均减薄（39.71±1.79） m;2012—2014年冰川主干中部隆起向下迁移,平均增厚（8.21±1.37） m;2018年后积蓄区厚度平均减薄（9.77±3.38） m,接收区平均增厚（19.67±3.38） m。冰川主干表面流速从2007年起增加,并且在2017—2018年内经历过两次快速运动期,两个阶段的最高流速分别达到2.36 m·d^-1和2.12 m·d^-1。根据表面高程变化以及流速变化特征,认为昆常冰川在2007—2019年间发生跃动。时序流速表明,昆常冰川很可能是积蓄区发生微跃动/雪崩形成隆起（跃动前锋）,并且两次快速运动后突然减速发生在夏末,很可能是冰下水文通道打开排水使得冰下静水压力减弱从而导致跃动停止,属于阿拉斯加型跃动。结合ITS_LIVE流速数据分析,初步确定其近两次跃动的间隔约为30年。同时对比时间序列的Landsat图像发现,2004—2005年间昆常冰川南分支发生跃动,致使分支末端的小冰湖消失。     

黄河源区阿尼玛卿山典型冰川表面高程近期变化

阿尼玛卿山位于青藏高原的东缘,是黄河源区冰川分布比较集中的区域。该区域的冰川物质平衡变化研究对于冰川水资源评估及冰川对气候变化响应研究具有重要借鉴意义。通过TerraSAR-X/TanDEM-X数据的干涉测量方法获得阿尼玛卿山区冰川的高分辨、高精度的数字高程模型（DEM）,与SRTM DEM进行差分获得该区域冰川2000年至2013年间的表面高程变化。对比发现：近13 a来该区域典型大冰川表面高程整体均有所下降,唯格勒当雄冰川末端区域冰川表面高程平均下降（4.16±3.70）m,冰舌中部表面高程有所增加,冰川末端区域表碛覆盖范围有所增加;哈龙冰川表面高程从末端往上呈递减下降的趋势,平均下降（8.73±3.70）m;耶和龙冰川表面平均下降了（13.0±3.70）m,但从冰川末端往上1.6 km区段表面高程平均增加约25 m,冰舌中部表面高程下降明显,对比冰川编目数据、Landsat TM图像可知,该冰川在2000年至2009年间发生过跃动,冰川末端位置前进了约500 m。总体来说,即使存在个别冰川前进现象,该区域冰川在近13 a间仍处于退缩状态。     

音苏盖提冰川表面流速特征分析

跃动冰川的监测相对比较困难。本文采用Sentinel-1所携带的C波段合成孔径雷达特征匹配方法(Feature-Tracking)获得了喀喇昆仑北坡克勒青河谷音苏盖提冰川物质平衡年内比较详细的冰川表面流速。分析发现:选取的音苏盖提三条分支冰川中,南斯嘎姆里冰川(Skamri Glacier)流速整体大于其余两条,三条分支均存在快速运动区,斯嘎姆里冰川和北分支积累区流速突增,可能存在雪崩现象;两条南分支冰川整体流速夏季大于其他季节,而北分支冬季流速大于其他季节。虽然三条分支均存在快速运动区域,但是即使是流速最快的南斯嘎姆里冰川在物质平衡年内的运动速度也只有119 m·a-1,说明该物质平衡年内音苏盖提冰川并不处于跃动期。     

基于SAR的表碛覆盖型冰川边界定位研究

使用光学图像进行表碛覆盖型冰川边界判断相对比较困难。采用日本高级陆地观测卫星（ALOS）携带的L波段相控阵型合成孔径雷达（PALSAR）数据的干涉相干对表碛覆盖型冰川边界进行判断,并使用ALOS PALSAR数据的特征匹配方法获得表面流速进行验证分析,发现公格尔山区5Y663D0009冰川表碛覆盖区呈现高相干性且运动速度十分缓慢,表明该表碛区域可能已经演化成非活动区;而该冰川中碛覆盖区则表现出低相干性,运动速度比较高（5 m/a）,表明相干性是有效的判断依据,利用PALSAR数据相干性及获得的表面流速可以区分表碛覆盖型冰川活动与非活动区域,使气候波动情景下该类型冰川的动态变化监测成为可能并对该方法的可靠性与不确定性进行了探讨。     

青藏高原及周边石冰川识别、冰储量及动力学过程研究进展

青藏高原及周边分布着数量众多的石冰川,因其独特的蓄水功能和气候响应特征,不仅影响区域潜在的固态水资源,还增加了相应灾害发生的风险,受到越来越多的关注。当前,对石冰川识别、冰储量估算及其动力学过程模拟的探讨还较为缺乏,导致无法准确评估广大无资料或缺资料地区的石冰川变化及其气候响应特征。在系统梳理青藏高原及周边石冰川分布特征的基础上,综合回顾和总结了石冰川识别方法、冰储量估算方法、动力学过程及其模拟的研究进展。受观测数据缺乏和方法不确定性等问题的限制,当前青藏高原及周边石冰川编目、识别和冰储量估算精度仍面临诸多挑战。展望未来,应深入认识气候—石冰川动力学过程的相互作用机制,强化天—空—地多层次、多角度和多手段的石冰川监测,集成人工智能和新观测技术的石冰川识别和冰储量估算方法,准确评估气候变化条件下青藏高原及周边石冰川变化、未来趋势及其影响,进而服务于青藏高原及周边区域社会经济可持续发展。