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“之稱［1］，其進(jìn)退是人類面臨的主要環(huán)境問題之一［2－4］，冰川在不同時(shí)空尺度上的變化勢必導(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)重大問題［7－10］，青藏高原冰川面積占中國冰川總面積的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，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，采用決策樹分類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)未來十幾年內(nèi)冰川變化趨勢作初步預(yù)測。

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的地區(qū)［18］，冰川區(qū)年降水達(dá)1 000～3 000mm，平衡線較低，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，長度均超過10km。

2 數(shù)據(jù)來源與方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

遙感影像和DEM數(shù)據(jù)分別來自美國地質(zhì)調(diào)查局（http：∥glovis.usgs.gov／）和中國科學(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，編目采用中國冰川目錄Ⅺ—恒河水系［20］，其分布圖來自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)周圍氣象站較少，只分布有洛隆站和丁青站，洛隆站距研究區(qū)較近，但該站氣象觀測資料時(shí)間序列較短（1992年開始），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、非監(jiān)督分類和比值閾值法［21－23］，本文選取簡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，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方向的冰川末端前進(jìn)（或退縮）長度來表示，主要的計(jì)算方法有主流線法、中心線法、周長法和特征點(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，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。

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?，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條冰川末端長度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)（表3），從時(shí)間變化來看，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，長度大于10km，分析過程中以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，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，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，可見降水的增加抵消了溫度升高引起的冰川消融，說明研究區(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（2002—2009年），研究區(qū)溫度顯著升高，降水則略微下降，可見未來十幾年中研究區(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，研究區(qū)未來十幾年溫度變化是冰川變化的主導(dǎo)因子，也同樣說明了未來十幾年研究區(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，未來十幾年研究區(qū)冰川將呈加速退縮狀態(tài)。

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

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，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。

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