冀 琴，楊太保，李 霞

（蘭州大學(xué) 資源環(huán)境學(xué)院 冰川與生態(tài)地理研究所，蘭州730000）

冰川作為西北干旱、半干旱地區(qū)重要的淡水資源，素有“高山固體水庫(kù)“之稱(chēng)［1］，其進(jìn)退是人類(lèi)面臨的主要環(huán)境問(wèn)題之一［2－4］，冰川在不同時(shí)空尺度上的變化勢(shì)必導(dǎo)致以冰川融水補(bǔ)給為主的河流量的豐枯變化，從而對(duì)流域社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、生態(tài)與環(huán)境產(chǎn)生重要影響［5］。在全球變暖背景下，全球冰川普遍后退［6］，冰川的變化情況及其對(duì)河流補(bǔ)給作用的影響，已成為一個(gè)重大問(wèn)題［7－10］，青藏高原冰川面積占中國(guó)冰川總面積的80%以上［10］。念青唐古拉山又是青藏高原主要山脈之一，為青藏高原東南部最大的冰川區(qū)，通過(guò)對(duì)念青唐古拉山冰川變化分析不僅可以較好地反映青藏高原地區(qū)冰川的變化情況，同時(shí)也可為冰川區(qū)水資源管理、山區(qū)災(zāi)害防治、資源開(kāi)發(fā)等提供參考［11－12］。對(duì)念青唐古拉山脈研究，目前多集中于西段地區(qū)［13－17］，研究的時(shí)間序列也較長(zhǎng)，對(duì)東段部分研究較少，本文選取東段八蓋鄉(xiāng)地區(qū)冰川規(guī)模較大的關(guān)星冰川、麻果龍冰川、若果冰川、江普冰川和那龍冰川，利用1970年冰川編目數(shù)據(jù)和1999年、2011年遙感數(shù)據(jù)，在GIS技術(shù)支持下，采用決策樹(shù)分類(lèi)和目視解譯方法提取近40a冰川的變化情況，結(jié)合丁青氣象站氣象資料分析該區(qū)冰川對(duì)氣候變化的響應(yīng)，并對(duì)該區(qū)未來(lái)十幾年內(nèi)冰川變化趨勢(shì)作初步預(yù)測(cè)。

1 研究區(qū)概況

念青唐古拉山東段位于青藏高原東南部，是雅魯藏布江與怒江的分水嶺，地處雅魯藏布江“大拐灣”西南季風(fēng)暖濕氣流北上進(jìn)入高原的要道上，地形的強(qiáng)迫抬升，使這里成為青藏高原降水最多和最濕潤(rùn)的地區(qū)［18］，冰川區(qū)年降水達(dá)1 000～3 000mm，平衡線(xiàn)較低，夏季溫度為1～5℃，整層冰溫高于－1℃［19］，海洋性冰川特別發(fā)育，占念青唐古拉山冰川總面積的5／6。關(guān)星冰川、麻果龍冰川、若果冰川、江普冰川和那龍冰川位于東段八蓋鄉(xiāng)東北部，冰川規(guī)模較大，長(zhǎng)度均超過(guò)10km。

2 數(shù)據(jù)來(lái)源與方法

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

遙感影像和DEM數(shù)據(jù)分別來(lái)自美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局（http：∥glovis.usgs.gov／）和中國(guó)科學(xué)數(shù)據(jù)服務(wù)平臺(tái)（http：∥datamirror.csdb.cn／index.jsp），其中遙感影像采用的是Level 1T級(jí)數(shù)據(jù)產(chǎn)品，該產(chǎn)品經(jīng)過(guò)系統(tǒng)輻射校正和地面控制點(diǎn)幾何校正，并利用DEM數(shù)據(jù)進(jìn)行了地形校正。研究區(qū)主要發(fā)育海洋型冰川，為了剔除云和季節(jié)性積雪的影響，選取夏季時(shí)段消融期末影像（表1），對(duì)有云影響區(qū)域選多景數(shù)據(jù)對(duì)比分析，編目采用中國(guó)冰川目錄Ⅺ—恒河水系［20］，其分布圖來(lái)自1970年航空像片，反映了研究區(qū)1970年冰川分布情況。氣象資料源于丁青站，研究區(qū)周?chē)鷼庀笳据^少，只分布有洛隆站和丁青站，洛隆站距研究區(qū)較近，但該站氣象觀測(cè)資料時(shí)間序列較短（1992年開(kāi)始），最終選用丁青站數(shù)據(jù)。

2.2 研究方法

2.2.1 冰川邊界提取 冰川邊界提取的方法包括監(jiān)督分類(lèi)、非監(jiān)督分類(lèi)和比值閾值法［21－23］，本文選取簡(jiǎn)單有效的比值閾值法提取冰川邊界，即采用Band3／Band5，選定閾值為2.5（多次試驗(yàn)），將影像分為冰川與非冰川兩類(lèi)，對(duì)影像進(jìn)行二值化處理（大于閾值的設(shè)為1，其余為0），最后將其轉(zhuǎn)為.shp格式，得到冰川初步提取結(jié)果，由于研究區(qū)主要分布海洋型冰川，冰川末端有冰磧物存在，需進(jìn)一步借助Google Earth進(jìn)行目視解譯，得到最終冰川邊界。

表1 遙感資料列表

2.2.2 冰川末端變化和海拔高度提取 冰川末端變化通常用平行于冰川主流線(xiàn)方向的冰川末端前進(jìn)（或退縮）長(zhǎng)度來(lái)表示，主要的計(jì)算方法有主流線(xiàn)法、中心線(xiàn)法、周長(zhǎng)法和特征點(diǎn)法［24－26］，特征點(diǎn)法利用移動(dòng)擬合法尋找最短距離，計(jì)算結(jié)果相對(duì)豐富，包括冰川末端變化長(zhǎng)度最大值、最小值和平均值，能更真實(shí)地反映冰川末端的變化［27］，我們選擇該方法研究冰川末端變化，在1970年冰川末端上選取60個(gè)等間距的特征點(diǎn)，分別求解每一個(gè)特征點(diǎn)到1999年和2011年冰川末端邊界的最小距離，對(duì)求解的距離計(jì)算平均值，得到冰川末端變化值。

以研究區(qū)DEM和各條冰川1970年、1999年和2011年矢量邊界數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，在ArcGIS空間分析技術(shù)支持下，分別提取5條冰川各時(shí)段末冰川末端海拔高度，由于研究過(guò)程中只采用一套DEM數(shù)據(jù)，因此得到各時(shí)段末的海拔高度是一個(gè)相對(duì)值。

3 結(jié)果與分析

3.1 冰川面積變化

對(duì)研究區(qū)冰川面積解譯的結(jié)果如表2所示，研究區(qū)冰川面積在1970—2011年共減少了216.52km2，5條冰川在1970—1999年和1999—2011年前后兩個(gè)時(shí)段均表現(xiàn)為減小的態(tài)勢(shì)，且前一個(gè)時(shí)段面積減小的速率均大于后一個(gè)時(shí)段，冰川退縮具有減緩的趨勢(shì)。

分析研究區(qū)近40a各冰川面積退縮速率和冰川末端海拔關(guān)系可知，二者呈反相關(guān)關(guān)系，即冰川面積退縮速率隨冰川末端海拔升高而降低，江普冰川的海拔最低，其退縮速率最大，為1.75km2／a，關(guān)星冰川則相反，為0.38km2／a?？梢?jiàn)，研究區(qū)冰川面積退縮速率與冰川末端海拔高度具有很好的耦合性。

表2 1970－2011年各條冰川面積變化

3.2 冰川長(zhǎng)度變化

利用特征點(diǎn)法分別對(duì)研究區(qū)5條冰川末端長(zhǎng)度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)（表3），從時(shí)間變化來(lái)看，5條冰川在1970—2011年均表現(xiàn)出末端后退的現(xiàn)象（圖1），前一時(shí)段（1970—1999年）冰川末端后退的速率均大于后一時(shí)段（1999—2011年），這與相同時(shí)段內(nèi)冰川面積變化的規(guī)律相一致，說(shuō)明冰川面積變化主要表現(xiàn)為冰川末端的退縮。5條冰川中，江普冰川末端退縮速率最大，為38.16m／a，關(guān)星冰川末端退縮速率最小，為9.48m／a。

表3 1970－2011年各條冰川末端長(zhǎng)度變化

圖1 研究區(qū)5條冰川末端變化

3.3 冰川與氣候變化關(guān)系

氣象要素中，氣溫和降水與冰川進(jìn)退變化的關(guān)系最為密切，決定冰川積累的主要因素是冰川區(qū)的降水量，影響冰川消融的主要因素是冰川區(qū)的溫度［28］，冰川變化滯后于氣候變化［29］，根據(jù)丁永建［30］的觀點(diǎn)，≤5km的冰川對(duì)氣候變化的反應(yīng)時(shí)間約為2a左右，＞5km的冰川對(duì)氣候變化的反應(yīng)時(shí)間大約為8～9a，研究區(qū)5條冰川的規(guī)模均較大，長(zhǎng)度大于10km，分析過(guò)程中以10a的滯后期研究冰川對(duì)氣候的響應(yīng)。

依據(jù)冰川研究時(shí)段，以10a滯后期為標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)丁青站1960—2009年的年均溫和年降水量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)（圖2）。1960—2009年丁青站氣溫在波動(dòng)中上升，升溫幅度呈先慢后快的趨勢(shì)，1990—2001年和2002—2009年年均溫較1960—1989年分別升高了0.33℃和0.94℃，近十年研究區(qū)升溫顯著。降水量則呈先增加后減少的趨勢(shì)，1990—2001年年降水量比1960—1989年增加27.75mm，2002—2009年年降水量較1990—2001年減少38.73mm。

圖2 丁青站1960－2009年溫度、降水變化注：A，B，C分別代表1960—1989年，1990—2001年，2002—2009年溫度和降水均值。

研究區(qū)前一時(shí)段（1970—1999年）冰川退縮速率（面積和末端）大于后一時(shí)段（1999—2011年），分析研究區(qū)1960—1989年和1990—2001年兩個(gè)時(shí)期溫度和降水?dāng)?shù)據(jù)可知，后一時(shí)期年均溫和降水量均大于前一時(shí)期，可見(jiàn)降水的增加抵消了溫度升高引起的冰川消融，說(shuō)明研究區(qū)后一時(shí)段降水變化對(duì)冰川變化起主導(dǎo)作用。近十年來(lái)（2002—2009年），研究區(qū)溫度顯著升高，降水則略微下降，可見(jiàn)未來(lái)十幾年中研究區(qū)冰川將呈加速退縮狀態(tài)。

根據(jù)高曉清等［31］的觀點(diǎn)，在溫度變化ΔT≤0.5℃的情況下，降水變化對(duì)冰川變化可以起較大的作用，當(dāng)ΔT＞0.5℃后，冰川變化主要決定于溫度，降水不起主要作用。研究區(qū)1990—2001年年均溫較1960—1989年升高了0.33℃，研究發(fā)現(xiàn)，1999—2011年降水變化是研究區(qū)冰川變化的主導(dǎo)因素，這與前人的結(jié)論相一致。而2002—2009年年均溫比1990—2001年升高了0.61℃，按高曉清等的觀點(diǎn)預(yù)測(cè)，研究區(qū)未來(lái)十幾年溫度變化是冰川變化的主導(dǎo)因子，也同樣說(shuō)明了未來(lái)十幾年研究區(qū)冰川將呈加速退縮狀態(tài)。

（2）1970—2011年冰川面積退縮速率和冰川末端海拔呈反相關(guān)關(guān)系，二者具有很好的耦合性。

（3）依據(jù)丁青站近十年溫度和降水?dāng)?shù)據(jù)推測(cè)，未來(lái)十幾年研究區(qū)冰川將呈加速退縮狀態(tài)。

致謝：遙感影像和DEM數(shù)據(jù)由美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局和中國(guó)科學(xué)數(shù)據(jù)服務(wù)平臺(tái)提供，感謝審稿專(zhuān)家對(duì)文章提出建設(shè)性的修改意見(jiàn)和建議。

4 結(jié)論

（1）1970—2011年研究區(qū)5條冰川整體呈退縮狀態(tài)。1970—1999年冰川退縮速率（面積和末端）大于1999—2011年，冰川退縮具有減緩的態(tài)勢(shì)，分析氣象資料可知，降水量增加是后一時(shí)段冰川退縮速率較小的原因，即該時(shí)段降水變化對(duì)冰川變化起主導(dǎo)作用。

［1］ 謝自楚，馮清華，王欣，等.中國(guó)冰川系統(tǒng)變化趨勢(shì)預(yù)測(cè)研究［J］.水土保持研究，2005，12（5）：77－82.

［2］ 魯安新，姚檀棟，劉時(shí)銀，等.青藏高原各拉丹冬地區(qū)冰川變化的遙感監(jiān)測(cè)［J］.冰川凍土，2002，24（5）：559－562.

［3］ 柯長(zhǎng)青.湖泊遙感研究進(jìn)展［J］.海洋湖沼通報(bào)，2004，23（4）：81－86.

［4］ 郭鈮，張杰，梁蕓.西北地區(qū)近年來(lái)內(nèi)陸湖泊冰川變化反映的氣候問(wèn)題［J］.冰川凍土，2003，25（2）：211－214.

［5］ 楊珍娘，曾群柱.冰川水文學(xué)［M］.重慶：重慶出版社，2001.

［6］ 張小詠，劉耕年，鞠遠(yuǎn)江，等.冰川徑流模型研究進(jìn)展［J］.水土保持研究，2005，12（5）：58－62.

［7］ 葉伯生，丁永建，劉朝海.不同規(guī)模山谷冰川及其對(duì)氣候變化的響應(yīng)模型［J］.冰川凍土，2001，23（2）：103－110.

［8］ 蒲健辰，姚檀棟，王寧練，等.普若崗日冰原及其小冰期以來(lái)的冰川變化［J］.冰川凍土，2002，24（1）：87－92.

［9］ 上官冬輝，劉時(shí)銀，丁永健，等.中國(guó)喀喇昆侖山、慕士塔格公格爾山冰川變化監(jiān)測(cè)結(jié)果［J］.冰川凍土，2004，26（3）：374－475.

［10］ 蒲健辰，姚檀棟，王寧練，等.近百年來(lái)青藏高原冰川的進(jìn)退變化［J］.冰川凍土，2004，26（5）：517－522.

［11］ 郭國(guó)和，程尊蘭，吳國(guó)雄，等.川藏公路南線(xiàn)典型冰湖及其潰決危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)［J］.水土保持研究，2009，16（2）：50－55.

［12］ 胡桂勝，陳寧生，鄧虎.基于GIS的西藏林芝地區(qū)泥石流易發(fā)與危險(xiǎn)區(qū)分析［J］.水土保持研究，2012，19（3）：195－199.

［13］ 吳艷紅，朱立平，葉慶華，等.納木錯(cuò)流域近30年來(lái)湖泊—冰川變化對(duì)氣候的響應(yīng)［J］.地理學(xué)報(bào)，2007，62（3）：301－311.

［14］ 康世昌，陳鋒，葉慶華，等.1970—2000年西藏念青唐古拉山峰南、北坡冰川顯著退縮［J］.冰川凍土，2007，29（6）：869－873.

［15］ 上官冬輝，劉時(shí)銀，康福，等.1970—2000年念青唐古拉山脈西段冰川變化［J］.冰川凍土，2008，30（2）：204－210.

［16］ Bolch T，Yao T，Kang S，et al.A glacier inventory for the western Nyainqentanglha Range and the Nam Co Basin，Tibet，and glacier changes 1976—2009［J］.The Cryosphere，2010，4（3）：419－433.

［17］ 王旭，周愛(ài)國(guó)，Siegert F，等.念青唐古拉山西段冰川1977—2010年時(shí)空變化［J］.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)學(xué)報(bào)，2012，37（5）：1082－1092.

［18］ 焦克勤，Shuji Iwata，姚檀棟，等.3.2ka BP以來(lái)念青唐古拉山東部則普冰川波動(dòng)與環(huán)境變化［J］.冰川凍土，2005，27（1）：74－79.

［19］ 施雅風(fēng)，劉時(shí)銀.中國(guó)冰川對(duì)21世紀(jì)全球變暖響應(yīng)的評(píng)估［J］.科學(xué)通報(bào)，2000，45（4）：434－438.

［20］ 米德生，謝自楚.中國(guó)冰川編目Ⅺ：恒河水系［M］.西安：西安地圖出版社，2002.

［21］ Andreassen L M，Paul F，K??b A，et al.The new Landsat－derived glacier inventory for Jotunheimen，Norway，and deduced glacier changes since the 1930s［J］.The Cryosphere Discussions，2008，2（3）：299－339.

［22］ 曹泊，潘保田，高紅山，等.1972—2007年祁連山東段冷龍嶺現(xiàn)代冰川變化研究［J］.冰川凍土，2010，32（2）：242－248.

［23］ Paul F，Kaab A，Maisch M，et al.The new remotesensing－derived Swiss glacier inventory：Ⅰ.Methods［J］.Annals of Glaciology，2002，34（1）：355－361.

［24］ Oerlemans J.An attempt to simulate historic front variations of Nigardsbreen，Norway［J］.Theoretical and Applied Climatology，1986，37（3）：126－135.

［25］ 李慧林，李忠勤，秦大河.冰川動(dòng)力學(xué)模式基本原理和參數(shù)觀測(cè)指南［M］.北京：氣象出版社，2009.

［26］ 王璞玉，李忠勤，曹敏，等.近45年來(lái)托木爾峰青冰灘72號(hào)冰川變化特征［J］.地理科學(xué)，2010，30（6）：962－967.

［27］ 李鵬，閆明，徐躍通，等.基于GIS冰川末端變化計(jì)算方法研究：以北極 Austre Lovénbreen冰川為例［J］.冰川凍土，2012，34（2）：367－374.

［28］ 王利平，謝自楚，劉時(shí)銀，等.1970—2000年羌塘高原冰川變化及其預(yù)測(cè)研究［J］.冰川凍土，2011，33（5）：979－990.

［29］ 田洪陣，楊太保，劉沁萍.近40年來(lái)冷龍嶺地區(qū)冰川退縮和氣候變化的關(guān)系［J］.水土保持研究，2012，19（5）：34－38.

［30］ 丁永建.近40年來(lái)全球冰川波動(dòng)對(duì)氣候變化的反應(yīng)［J］.中國(guó)科學(xué)：B輯，1995，25（10）：1093－1098.

［31］ 高曉清，湯懋蒼，馮松.冰川變化與氣候變化關(guān)系的若干探討［J］.高原氣象，2000，19（1）：9－16.