基于遙感和GIS的東帕米爾高原冰川冰量變化研究

張 震

安徽理工大學(xué)空間信息與測(cè)繪工程學(xué)院，安徽 淮南 232001

冰川二維尺度(面積、長(zhǎng)度)的變化信息難以滿足冰川變化區(qū)域差異與特征分析以及冰川變化對(duì)水資源與災(zāi)害等影響研究的需要，冰川物質(zhì)平衡是衡量冰川三維尺度(冰量)變化最直接的方式。野外觀測(cè)能力有限，遙感技術(shù)成為長(zhǎng)時(shí)間大尺度冰川物質(zhì)平衡監(jiān)測(cè)最為有效的手段。東帕米爾高原是我國西部巨大山系，由于其極高海拔而發(fā)育眾多規(guī)模較大的冰川，是下游喀什地區(qū)水資源源區(qū)。目前對(duì)于帕米爾冰川變化還存在很大爭(zhēng)議，而且“帕米爾-喀喇昆侖山(冰川)異常”值得進(jìn)一步討論。論文首先利用中國兩次冰川編目數(shù)據(jù)，結(jié)合Landsat遙感影像對(duì)研究區(qū)20世紀(jì)60年代以來的冰川二維(面積和長(zhǎng)度)參數(shù)變化進(jìn)行了監(jiān)測(cè)，然后利用地形圖(1971—1976)、SRTM(1999)、ASTER(2013—2014)和Cartosat-1(2014)立體像對(duì)生成不同時(shí)期的數(shù)字高程模型(DEM)，結(jié)合ICEsat GLAS衛(wèi)星激光測(cè)高數(shù)據(jù)，對(duì)該區(qū)域的冰川冰量變化及近期變化特征進(jìn)行了研究。主要結(jié)論如下：

(1)東帕米爾高原共發(fā)育現(xiàn)代冰川1265條，覆蓋面積(2 054.0±75.9)km2，20世紀(jì)60年代以來冰川總體呈退縮狀態(tài)，面積縮小了10.8±1.1%(0.2±0.0%)/a。冰川變化空間差異明顯，由于山體寬大、海拔較高，20世紀(jì)60年代以來，慕士塔格峰和公格爾峰地區(qū)冰川面積僅縮小了4.0±0.4%，且面積縮小速率有所減緩，2009—2014年大部分冰川基本穩(wěn)定，部分冰川出現(xiàn)了擴(kuò)張現(xiàn)象(面積變化幅度0.1±0.0%)。

(2)1971—2014年期間慕士塔格和公格爾山區(qū)冰川面積雖微弱縮小(1.9±0.2%)，但基于多源DEM的冰川物質(zhì)平衡監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示，該區(qū)域1971—2014年冰川體積減小了(6.99±0.80)km3，相當(dāng)于年均損失(0.15±0.12)m水當(dāng)量(w.e.)，且1999年之前物質(zhì)損失速率(0.19±0.19)m w.e.a-1高于之后的損失速率(0.14±0.24)m w.e.a-1，說明東帕米爾高原面積縮小和冰量損失都有減少的趨勢(shì)。

(3)基于ICESat GLAS的冰川物質(zhì)平衡監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示，東帕米爾高原冰川2003—2009年平均高程變化趨勢(shì)為(-0.23±0.21)m a-1，轉(zhuǎn)換為年均物質(zhì)平衡為(-0.19±0.29)m w.e.a-1，與多源DEM研究結(jié)果一致。

(4)研究區(qū)冰川變化具有分異性，在冰川整體縮減的背景下，部分冰川面積擴(kuò)張或者呈現(xiàn)正物質(zhì)平衡狀態(tài)。通過對(duì)比兩期冰川編目可知，東帕米爾高原有14條冰川前進(jìn)，其中前進(jìn)幅度最大的一條冰川位于昆蓋山，冰川編號(hào)為5Y663L0023，本文認(rèn)為該冰川大幅前進(jìn)是其躍動(dòng)的結(jié)果。

(5)針對(duì)躍動(dòng)冰川特殊現(xiàn)象，基于ASTER立體像對(duì)提取的DEM和Landsat影像對(duì)5Y663L0023冰川和2015年發(fā)生躍動(dòng)的克拉牙依拉克冰川進(jìn)行了詳細(xì)研究。5Y663L0023冰川躍動(dòng)發(fā)生在2007—2013年，躍動(dòng)最高峰在2007-08-21—2008-10-26，期間32.7×106m3的冰體發(fā)生卸載，導(dǎo)致末端前進(jìn)了(704±30)m，面積擴(kuò)張了0.34 km2。克拉牙依拉克冰川躍動(dòng)主要發(fā)生在2015-04-13—2015-07-11，最大運(yùn)動(dòng)速度達(dá)到了(20.42±0.42)m/d，向下游轉(zhuǎn)移冰川體積約2.4×108m3，與5Y663L0023冰川躍動(dòng)不同的是，該冰川躍動(dòng)發(fā)生在西支，沒有引發(fā)冰川末端前進(jìn)。

(6)帕米爾冰川變化受氣候變化的影響，與冰川規(guī)模、形態(tài)、地形等綜合因素相關(guān)。雖然氣溫升高會(huì)加速冰川消融，但總體上看帕米爾冰川變化受降水影響更大。近年來，西風(fēng)環(huán)流加強(qiáng)，冬季降水增加，可能是冰川退縮和冰量損失減緩的主要原因。此外，地形因素影響也很重要，一些冰川區(qū)的風(fēng)吹雪、雪崩、冰崩等物質(zhì)再分配過程表現(xiàn)活躍，導(dǎo)致冰川躍動(dòng)或擴(kuò)張等現(xiàn)象。