崔志勇，李志偉，李佳，汪長城，周文明

中南大學(xué)地球科學(xué)與信息物理學(xué)院，長沙 410083

1 引言

青藏高原內(nèi)流區(qū)發(fā)育了大量冰川，這些冰川是區(qū)域內(nèi)最重要的水源補(bǔ)給之一.同時因為冰川對氣候的變化很敏感，所以研究青藏高原內(nèi)流區(qū)冰川對氣候的變化產(chǎn)生了怎樣的響應(yīng)，了解和掌握冰川時空變化的規(guī)律和特點，對當(dāng)?shù)氐纳鐣?jīng)濟(jì)發(fā)展和生態(tài)環(huán)境有著重要的現(xiàn)實意義.在研究冰川的變化時，冰川體積變化信息比冰川面積、長度變化信息更具實際意義：一方面，它直接反映了冰川的儲量變化，這種儲量變化通過水循環(huán)的方式可以轉(zhuǎn)換為對海平面變化的貢獻(xiàn)；另一方面，冰川體積變化對區(qū)域水資源有著直接的影響（Adhikari and Marshall，2012）.但由于體積提取的難度更大，成本也更高，所以目前關(guān)于體積變化的研究遠(yuǎn)沒有冰川面積和長度變化的研究豐富（Hansen etal.，2006），青藏高原內(nèi)流區(qū)特別是區(qū)域內(nèi)各更小流域內(nèi)的冰川體積時空變化規(guī)律特點是本區(qū)域迫切要獲知的重要環(huán)境變化信息.

利用探冰雷達(dá)直接測量冰川厚度是較早用來研究川體積及其變化的手段（Dowdeswel etal.，2002），雖然精度較高，但其耗費大量的人力物力資源，且適用區(qū)域有限.通過差分不同時段DEM來獲取冰川厚度及體積變化是近年來發(fā)展的一種新方法（Muskett etal.，2003；Sauber etal.，2005；K ɑɑb，2008），其最大優(yōu)勢是數(shù)據(jù)來源豐富 （IceSat-DEM、STRM-DEM、GDEM、InSAR技術(shù)提取的DEM、以及由具有立體成像的光學(xué)遙感影像提供的其他DEM），數(shù)據(jù)覆蓋范圍廣，可直接獲取冰川的儲量變化信息，但目前DEM數(shù)據(jù)在冰川區(qū)的驗證研究尚不足，精度難以得到保證.通過測量冰川物質(zhì)平衡，間接估計體積變化是一種很好的手段，但該方法不太適用于大量陸地山岳冰川（Chinn etal.，2012；Dyurgerov etal.，2009）.2012年，Chinn等提出了利用監(jiān)測雪線的變化來估計冰川物質(zhì)平衡變化進(jìn)而探討冰川體積變化的方法，但該方法仍在應(yīng)用范圍上受到限制.因為可以利用豐富的冰川面積資料反演冰川的體積及其變化信息，同時不受地域背景的限制，冰川體積-面積（V-A）統(tǒng)計關(guān)系模型方法在進(jìn)行冰川體積的時空變化研究中有較大優(yōu)勢，而且其應(yīng)用研究已很多（Bahr etal.，1997；姚檀棟等，2004；Meier etal.，2007；Adhikari and Marshall，2012）.

根據(jù)青藏高原內(nèi)流區(qū)冰川研究的現(xiàn)狀和獲取冰川體積變化的技術(shù)條件及方法，本文所開展的主要研究內(nèi)容包括：第一，基于RS、GIS技術(shù)平臺提取冰川面積變化數(shù)據(jù)，結(jié)合冰川目錄數(shù)據(jù)、本區(qū)域冰川面積變化的研究資料，現(xiàn)有技術(shù)、條件，應(yīng)用V-A統(tǒng)計模型方法，提取青藏高原內(nèi)流區(qū)自1970年至2000年的冰川體積變化；第二，結(jié)合氣候變化的區(qū)域差異以及冰川的發(fā)育特點和規(guī)模等，對青藏高原內(nèi)流區(qū)六個二級流域內(nèi)冰川面積、體積變化的特點進(jìn)行分析，并對面積和體積的變化趨勢進(jìn)行對比分析；第三，根據(jù)得到的結(jié)果，討論冰川體積變化對區(qū)域生態(tài)環(huán)境的影響.

2 青藏高原內(nèi)流區(qū)概況

青藏高原內(nèi)流區(qū)位于青藏高原中西部，如圖1所示.整個青藏高原內(nèi)流區(qū)就像一個被高大山系圍成的大盆地，其南面是岡底斯山脈，北側(cè)是昆侖山，西側(cè)被喀喇昆侖山包圍，東邊則是唐古拉山脈和念青唐古拉山（施雅風(fēng)，2005）.區(qū)域的氣候環(huán)境呈現(xiàn)酷寒、多風(fēng)、干旱的特點（董玉祥等，2001；楊富裕等，2003）.作為內(nèi)流區(qū)主體的羌塘高原（也稱藏北高原），海拔在4600～5100m之間，是全球中低緯度區(qū)域多年凍土最發(fā)育的區(qū)域（李明森，1993），因其形成于晚第三紀(jì)的夷平面，受強(qiáng)烈構(gòu)造活動影響被抬升，構(gòu)成了遼闊而完好的高原平面，地勢起伏較小，無海拔超過7000m的山脈，這些地形條件不利于第四紀(jì)冰川的發(fā)育，故而這里是青藏高原冰川面積最小的區(qū)域，僅1986.93km2（李吉均等，1986；施雅風(fēng)，2005）.但整個青藏高原內(nèi)流區(qū)的冰川規(guī)模很大，一共有5341條，總面積達(dá)7836.10km2，總儲量為777.48km3.在我國冰川目錄中，青藏高原內(nèi)流區(qū)的冰川數(shù)量僅比雅魯藏布江水系和塔里木內(nèi)流區(qū)少.青藏高原內(nèi)流區(qū)的水系編號為5Z，內(nèi)流區(qū)下面又分成6個二級流域（圖1中標(biāo)示的概略位置），依次命名為5Z1～5Z6.該區(qū)域的冰川都屬于極大陸型.大量的懸冰川、冰斗冰川以及懸—冰斗冰川在此發(fā)育，山谷冰川盡管從數(shù)量上只占本區(qū)冰川總數(shù)的5.4%，但面積和儲量分別占到了各自總量的44.4%和60.6%（施雅風(fēng)，2005）.

3 青藏高原內(nèi)流區(qū)V-A模型建立及冰川體積變化提取流程

3.1 研究區(qū)V-A統(tǒng)計關(guān)系模型的建立

V-A統(tǒng)計模型可以簡單表示為：V＝C×Aγ，其中V代表冰川體積，A代表冰川面積，γ是指數(shù)因子，C是比例常數(shù)（Radiéetal.，2008）.在建立冰川面積-體積統(tǒng)計關(guān)系模型時，采用中國冰川編目中提供的1970s的冰川面積和體積數(shù)據(jù).根據(jù)模型的參數(shù)估計要求，首先對整理的冰川目錄數(shù)據(jù)進(jìn)行了初步處理，把所有冰川編目數(shù)據(jù)按冰川命名規(guī)則及各冰川在編目中的編號，將它們分別劃入5Z1、5Z2、5Z3、5Z4、5Z5、5Z6各區(qū)域中，各區(qū)域冰川的面積體積數(shù)據(jù)所處時段都在1970年左右，年代跨度最大不超過6年.各二級區(qū)域的統(tǒng)計關(guān)系見圖2.

3.2 青藏高原內(nèi)流區(qū)冰川體積變化提取流程

在得到本區(qū)域冰川體積與冰川面積冪指數(shù)比例關(guān)系的參數(shù)（即冪指數(shù)和比例常數(shù)）后，再根據(jù)統(tǒng)計關(guān)系模型利用已有冰川編目中的冰川面積和體積數(shù)據(jù)以及獲取得到的區(qū)域冰川的平均變化率獲取冰川的體積變化.

表1 青藏高原內(nèi)流區(qū)各二級區(qū)擬合的模型參數(shù)Table 1 The model parameters for each sub-catchment in the Qinghai-Tibetan Plateau Interior Area

2000s的冰川面積數(shù)據(jù)是通過各區(qū)域的冰川年均變化率推算得到，2000s的冰川體積數(shù)據(jù)是通過1970s的冰川數(shù)據(jù)得到的統(tǒng)計模型和推算得到的2000s的冰川面積計算得到.其中在獲取2000s的冰川面積數(shù)據(jù)時，利用1970s的冰川面積數(shù)據(jù)和表2中所獲取到的各二級區(qū)域從1970s至2000s年近30年間的冰川面積年均變化率推算得到.對于5Z1區(qū)域分別選擇了馬蘭冰帽及其附近區(qū)域、新青峰冰帽、木孜塔格峰冰川和布喀塔格峰等5個典型冰川區(qū)的冰川面積變化數(shù)據(jù)計算整個區(qū)域冰川年均變化率，以上5個典型冰川區(qū)冰川的變化除布喀塔格峰區(qū)的冰川變化在1973—1994時段外，其余都在1970—2000s時段.5Z2區(qū)域，選擇了念青唐古拉山西段、申扎杰崗、納木錯流域、各拉丹冬等5個典型冰川區(qū)，冰川變化的時段都是1970—2000s.5Z3區(qū)域，選擇的是瑪旁雍錯流域、納木那尼峰、隆格爾山、夏康堅、青扒貢壟山、波波噶屋峰等6個典型冰川區(qū)1970—2000s時段的冰川面積變化數(shù)據(jù).5Z4區(qū)域，選用是西昆侖山昆侖峰和土則崗日兩個區(qū)域的冰川面積變化數(shù)據(jù).5Z5和5Z6區(qū)域分別選擇了冬布勒山、聳峙嶺和崗扎日峰3個冰川區(qū)和藏色—布若崗日、普若崗日、瑪依崗日、都古爾—西雅而山地四個冰川區(qū)的冰川面積變化數(shù)據(jù)，這些冰川的變化時段都是1970—2000s的近30年時間.

具體的步驟如下：

（1）收集并整理中國冰川目錄中關(guān)于青藏高原內(nèi)流區(qū)的所有冰川資料，并對六個二級區(qū)的冰川基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行分類整理，再通過非線性最小二乘擬合的方法，對六個二級區(qū)的冰川數(shù)據(jù)分別進(jìn)行擬合分析，獲取各區(qū)域?qū)?yīng)的兩個最佳擬合參數(shù).

（2）收集和整理關(guān)于本區(qū)域自1970年代以來至2000年代的冰川面積時空變化數(shù)據(jù)（主要因為已有關(guān)于面積時空變化的研究資料大部分集中于這個時間段，而且這個時間段也是氣候變化較為強(qiáng)烈的時期），對于沒有冰川面積時空變化的小區(qū)域，利用RS和GIS技術(shù)進(jìn)行提取.

圖1 青藏高原內(nèi)流區(qū)位置及各二級流域分布Fig.1 Geographical location of the Qinghai-Tibetan Plateau Interior Area and geographical distribution of six sub-catchments

圖2 各二級區(qū)域冰川體積、面積比例關(guān)系擬合圖Fig.2 Fitting results of V-A statistical model

文章在提取冰川面積時采用了基于TM／ETM光學(xué)遙感影像的波段比值閾值法.冰川在光學(xué)遙感影像的可見光波段有較強(qiáng)的反射特性而在近紅外波段反射特性較弱，利用3波段（屬可見光波段）和5波段（屬近紅外波段）的比值圖像可以增大冰川與其他地物的區(qū)別從而初步獲取冰川的邊界.為了得到冰川邊界還要設(shè)定一定的閾值，而閾值的選擇有一定的經(jīng)驗性，在利用比值方法中閾值通常選擇2較為適宜，但針對不同區(qū)域閾值會有所不同，對于本區(qū)域閾值選擇3時冰川分類的結(jié)果最理想，然后將得到的冰川分類結(jié)果在GIS平臺下進(jìn)行矢量化，在此階段為保證結(jié)果的準(zhǔn)確性又基于相應(yīng)時段的5、4、3假彩色影像對冰川分類結(jié)果進(jìn)行了人工校正，最后得到冰川的面積數(shù)據(jù).

（3）對整理好的面積變化數(shù)據(jù)通過加權(quán)平均的方法估算各二級區(qū)冰川面積的整體年均變化率.

（4）利用第（3）步中得到的冰川年均變化率和冰川目錄數(shù)據(jù)把各個二級區(qū)的冰川面積統(tǒng)一歸化成1970年的面積.

（5）根據(jù)第（3）、（4）步中的結(jié)果計算出到2000年時各冰川的面積.

（6）利用第（1）歩中得到的模型參數(shù)計算2000年時的冰川體積.最后，對得到的結(jié)果進(jìn)行分析評價.

整個流程可概括為圖3.

圖3 （V-A）統(tǒng)計模型法提取冰川體積變化流程（APAC表示年均變化率）Fig.3 Process of extracting glacial volume by V-A statistical model

4 青藏高原內(nèi)流區(qū)冰川面積時空變化及分析

4.1 冰川面積時空變化提取

青藏高原內(nèi)流區(qū)各二級流域內(nèi)代表性冰川系統(tǒng)1970—2000s時間段的冰川面積時空變化數(shù)據(jù)列于表2中.表中區(qū)域年均變化率是通過加權(quán)平均代表性冰川系統(tǒng)的冰川面積年均變化率獲取.而各冰川系統(tǒng)的年均變化率＝（某年冰川面積-參考年份冰川面積）／參考年份冰川面積／間隔時間×100%.

所有二級內(nèi)流區(qū)中，5Z3區(qū)冰川數(shù)目最多，面積比例也較大，為了盡量保證后續(xù)研究結(jié)果的合理性，針對該區(qū)域選擇的代表性冰川系統(tǒng)數(shù)最多.5Z4區(qū)冰川面積變化資料最少，針對該區(qū)只選擇了昆侖峰和土則崗日兩個代表性冰川系統(tǒng)，但這兩個小區(qū)域的冰川變化對于5Z4區(qū)的冰川有很大代表性.5Z5區(qū)冰川數(shù)目較少，但冰川分布相對集中，選擇了三個代表性冰川分布區(qū).5Z6區(qū)代表性冰川系統(tǒng)的冰川面積之和大于本區(qū)域的總和，主要是因為藏色崗日、布若崗日、普若崗日三個區(qū)域的冰川分屬于不同的二級區(qū)，但分布于這些高山周圍的冰川所處的氣候和地理環(huán)境是相同的，故不影響對整個二級區(qū)冰川年均變化率的計算.5Z1和5Z2的情況與5Z6情況形似，不再贅述.各二級區(qū)冰川的整體面積變化采用冰川面積大小加權(quán)平均的方法獲取.內(nèi)流區(qū)整體的冰川面積變化則參考冰川目錄中已有的數(shù)據(jù)，結(jié)合各二級區(qū)冰川整體面積的年均變化率算得.

表2 青藏高原內(nèi)流區(qū)二級流域代表性冰川系統(tǒng)冰川面積時空變化資料Table 2 Temporal and spatial variation information of representative galcier system at each sub-catchment

4.2 冰川面積時空變化特點分析

通過表2可以發(fā)現(xiàn)，在選擇的所有代表性冰川系統(tǒng)中，1970年至2000年左右時段，5Z3二級流域青扒貢壟山區(qū)域的冰川相對其他冰川系統(tǒng)表現(xiàn)出更快的退縮速率，年均變化率達(dá)到-0.555%；5Z3區(qū)域退縮最慢的冰川系統(tǒng)是夏康堅山區(qū)，年均變化率為-0.1%.從二級流域角度看，5Z3二級流域區(qū)域是整個青藏高原內(nèi)流區(qū)退縮幅度最大的二級區(qū)域，年均變化率為-0.28%.整個內(nèi)流區(qū)退縮最慢的二級區(qū)是5Z1區(qū)，年均變化率僅約為-0.02%，同區(qū)域的馬蘭冰帽及其附近區(qū)域和布喀塔格峰山區(qū)的冰川甚至都有微弱的擴(kuò)大.5Z4和5Z6區(qū)域冰川的退縮速率也不大，但這兩個區(qū)域冰川退縮不大的原因不同：5Z4區(qū)域山谷冰川發(fā)育較多，但這些冰川都屬于屬于極地冰川，這類冰川對氣溫變化的敏感性較低；而5Z6區(qū)域則主要以規(guī)模較大的冰原或冰帽為主，這類冰川由于規(guī)模龐大，自身動力學(xué)系統(tǒng)復(fù)雜，對環(huán)境變化的“免疫力”較強(qiáng)，所以表現(xiàn)出了較小的退縮.5Z1區(qū)域的冰川兼具以上兩方面的特點，所以這也可能是本區(qū)冰川面積退縮最慢的原因.另外還可以看到5Z2區(qū)域的納木錯流域的冰川也呈現(xiàn)了較大的退縮速率，其變化原因可能與該區(qū)域冰川接近于季風(fēng)海洋型冰川有關(guān).從總體上看青藏高原內(nèi)流區(qū)冰川面積的時空變化呈現(xiàn)出如下特點：首先，內(nèi)流區(qū)冰川面積在1970—2000年左右的時間內(nèi)，整體退縮趨勢較為緩慢；其次，各二級流域冰川面積的變化程度不同，反映了冰川對氣候變化響應(yīng)的地域差異；第三，在二級流域內(nèi)更小區(qū)域的冰川面積變化也有較大差異，反映了冰川系統(tǒng)本身對環(huán)境變化響應(yīng)的差異性.而面積變化的這種特點也表明：在用VA模型研究某一大的區(qū)域的冰川體積變化時，應(yīng)當(dāng)盡量選擇更多小尺度區(qū)域的冰川變化計算大尺度區(qū)域冰川變化的平均值，這樣才會使結(jié)果更為準(zhǔn)確.

5 青藏高原內(nèi)流區(qū)冰川體積時空變化及分析

5.1 冰川體積變化的提取

基于V-A統(tǒng)計模型的方法，我們獲取了1970—2000s時段青藏高原內(nèi)流區(qū)冰川的體積變化，內(nèi)流區(qū)冰川體積在研究時段整體減少量約為-36.25km3，整體平均減少率是-4.66%.6個二級流域冰川體積的變化量各不相同，5Z1區(qū)域無論從冰川體積減少量（-0.87km3）還是退縮率（-0.79%）角度，都是最少的；5Z3區(qū)域冰川體積減少量是-8.38km3，變化率是-11.19%，是冰川體積變化幅度相對最大的區(qū)域；5Z4區(qū)域盡管冰川體積減少量最大，達(dá)-13.83km3，但是其冰川的減少率并不是很大，減少量最大主要原因還是因為5Z4是冰川儲量最大的區(qū)域.5Z2和5Z5兩個區(qū)域冰川體積的變化量最接近，分別是-5.74km3和-5.25km3，同時這兩個區(qū)域的冰川退縮率也比較接近.5Z6區(qū)域冰川體積的退縮率與5Z4區(qū)域十分接近，分別是-3.97%和-3.93%，但冰川的絕對減少量僅為-2.18km3.

5.2 本文結(jié)果的可靠性分析

為了對得到的內(nèi)流區(qū)冰川體積變化結(jié)果進(jìn)行評定，我們又將經(jīng)驗公式方法、比例關(guān)系Ⅰ、比例關(guān)系Ⅱ、比例關(guān)系Ⅲ等四種不同的統(tǒng)計模型應(yīng)用于本研究區(qū).經(jīng)驗公式方法是劉時銀等（2002）通過對大量冰川測量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析時提出的，認(rèn)為與中國西部冰川系統(tǒng)冰川面積體積變化較為相符的大尺度的經(jīng)驗公式：V＝0.034×S1.43，V和S分別代表冰川體積和面積.比例關(guān)系Ⅰ是姚檀棟和施雅風(fēng)（1988）對烏魯木齊河源1號冰川分析時，根據(jù)冰川長度、面積、體積各自的變化值得到的簡單比例關(guān)系.比例關(guān)系Ⅱ是施雅風(fēng)等（2002）同樣在對烏魯木齊河源1號冰川的研究中所得到的簡單比例關(guān)系，比例關(guān)系Ⅲ則是劉時銀等（2002）對祁連山地區(qū)冰川的變化情況得到的關(guān)于冰川體積、面積、長度變化的一個極端比例關(guān)系.姚檀棟等（2004）用經(jīng)驗公式方法、比例關(guān)系Ⅰ、比例關(guān)系Ⅱ、比例關(guān)系Ⅲ等四種方法初步估計了整個高亞洲地區(qū)冰川的儲量變化，認(rèn)為所得結(jié)果具有參考意義.上述四種方法和本文方法（V-A模型法）所得到的結(jié)果列于表4.

從表4中的結(jié)果可以看到幾種方法得到的結(jié)果之間還是有一定可比性的.比例關(guān)系Ⅰ得到的冰川體積退縮量最大，比例關(guān)系Ⅲ得到的結(jié)果最小.他們之間的差異，推測最主要是因為關(guān)系Ⅰ是由烏魯木齊河源一號冰川的測量數(shù)據(jù)所得，關(guān)系Ⅲ則反映的是祁連山西段冰川各形態(tài)參數(shù)的變化關(guān)系，而這兩個區(qū)域的冰川變化本身就存在區(qū)域性差異.關(guān)系Ⅰ和Ⅱ雖都反映了河源一號冰川各形態(tài)參數(shù)之間的變化關(guān)系，但從時段上看關(guān)系Ⅰ反應(yīng)的是1964—1992時段一號冰川的形態(tài)變化關(guān)系，關(guān)系Ⅱ反應(yīng)的時段則是小冰期到20世紀(jì)80年代，因此推測獲取比例關(guān)系的時段是造成兩者結(jié)果不同的主要原因.關(guān)系Ⅰ反應(yīng)的冰川變化期與本文的研究時段接近，但其結(jié)果與本文中的計算也有一定差異，推測可能與兩區(qū)域冰川對氣候變化的響應(yīng)不同有關(guān).利用經(jīng)驗公式得到的結(jié)果與比例關(guān)系Ⅰ的結(jié)果契合度很好，但與關(guān)系Ⅲ得到的結(jié)果差異較大，而經(jīng)驗公式最主要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)源自祁連山西段冰川的變化數(shù)據(jù)，理論上應(yīng)該與比例關(guān)系Ⅲ的計算結(jié)果最接近，說明這些方法得到的結(jié)果都不夠穩(wěn)定.從冰川形態(tài)對氣候變化的響應(yīng)角度來看，冰川體積要比冰川長度對氣候變化的敏感性更高（Klok and Olermans，2004），且冰川在體積方面的減少比例也確實要比面積減少比例大（姚檀棟等，2004），根據(jù)現(xiàn)有對青藏高原氣候的研究來看（李生辰等，2007；李林等，2010），在研究時段區(qū)域內(nèi)的氣溫是在緩慢上升的，那么冰川的體積應(yīng)該表現(xiàn)出更快的退縮，所以與經(jīng)驗公式方法相比比例關(guān)系Ⅲ的結(jié)果更可靠些.本文的結(jié)果是在30年的時間內(nèi)，內(nèi)流區(qū)冰川體積減少了36.25km3，比經(jīng)驗公式方法和比例關(guān)系Ⅰ的計算結(jié)果都略小，這一結(jié)果在意料之中，因為無論祁連山西段還是河源一號冰川區(qū)域，其冰川的退縮幅度都高于青藏高原內(nèi)流區(qū)冰川的退縮幅度，所以利用他們得到的統(tǒng)計關(guān)系模型探討本區(qū)域的冰川時，得到的結(jié)果很可能會有所高估.關(guān)系Ⅱ因為體現(xiàn)的冰川變化時段與本文不同，但因為冰川對氣候變化的響應(yīng)機(jī)制的存在，所以與本文計算得到的結(jié)果接近也是可能的.綜上分析認(rèn)為本文結(jié)果還是相對較為理想的.

表3 各二級流域1970—2000s時段冰川面積和體積變化Table 3 The area variation and volume variation of glaciers′from 1970sto 2000sat each sub-catchment

表4 不同方法所獲取的研究區(qū)域1970—2000s時段30年的冰川體積變化Table 4 Results of glacier volume variation during 1970s to 2000sobtaing by different ways

5.3 冰川體積變化特點及變化原因探討

近幾十年青藏高原地區(qū)氣候變化的總體特點是，1970—2000s的30多年時間內(nèi)區(qū)域氣溫上升幅度為0.28℃／10a，期間經(jīng)歷了由先下降到緩慢上升再到90年代以后快速上升的變化過程（李生辰等，2006；李林等，2010），而降水變化的整體趨勢是70年代至90年初變化不大，90年代至21世紀(jì)時段明顯增加，且降水主要發(fā)生在春夏季（李生辰等，2007）.在這種區(qū)域氣候變化的大背景下，由圖4（a，b）可以明顯看出，內(nèi)流區(qū)冰川呈現(xiàn)整體退縮的狀態(tài)，這說明氣溫對區(qū)域冰川的影響要大于降水的影響.分析認(rèn)為春夏季是冰川主要的消融期，在春夏季降水雖然也會增多，但抵消氣溫上升對冰川影響的能力并沒有相應(yīng)的提高.各二級流域的冰川雖然退縮幅度不同，但是都呈現(xiàn)出體積減少比例大于面積減少比例的情況，說明本區(qū)域冰川體積的變化對氣候變化的響應(yīng)表現(xiàn)的更快一些.另外，從1970年到2000的30年中內(nèi)流區(qū)冰川體積的退縮率為-4.66%，小于整個高亞洲區(qū)域冰儲量在1960—2000s近40年約-8.1%的退縮率（姚檀棟等，2004），進(jìn)一步證明青藏高原內(nèi)流區(qū)冰川系統(tǒng)相比其他區(qū)域的冰川退縮更為緩慢.

圖4 各二級流域1970—2000s時段冰川面積和體積變化對比圖（a）圖為實際變化值；（b）圖為變化率；（“-”表示冰川退縮）.Fig.4 Glacier area and volume changes contrast during 1970sto 2000sof 6sub-catchments（a）Variation value；（b）Variation rate.

內(nèi)流區(qū)冰川的體積變化在上述一致性變化的情況下，在各二級流域中又表現(xiàn)出明顯的區(qū)域性差異.盡管5Z4區(qū)域冰川系統(tǒng)無論是冰川面積還是冰川體積都是內(nèi)流區(qū)最大的，但由圖4a可以看到，相比其他二級流域，該流域冰川體積的絕對變化和相對變化都不是最大的，相反除了5Z1區(qū)域外，其冰川系統(tǒng)表現(xiàn)的最穩(wěn)定，推測主要與本區(qū)域氣候變化的特點有關(guān).因為本區(qū)域在1970—1990s期間存在一個降溫時段，表現(xiàn)為從1970—1980s氣溫驟降0.6℃，且降溫趨勢延續(xù)到了1990s，降水的變化則沒有氣溫變化那么明顯（Wang etal.，2003；施雅風(fēng)等，2006）.5Z6和5Z5流域的冰川儲量是內(nèi)流區(qū)最小和次最小的，他們在相似的氣候背景下，體積變化的應(yīng)該更劇烈，這似乎與本文的結(jié)果不符.分析原因認(rèn)為與這兩個區(qū)域的冰川個體規(guī)模主要以極地型冰原為主有關(guān)，一方面他們對氣候的變化尤其是氣溫的變化并不敏感，另一方面由于有著較為寬廣的高原平面，使得降水特別是固體降水不易被排泄掉利于冰川的積累，另外這兩個區(qū)域主要位于羌塘高原上，該區(qū)域1955—2004年期間氣候變化的特點是氣溫升高的同時氣候趨于濕潤（王景升等，2008），以上原因減弱了氣溫上升對冰川的影響.5Z3區(qū)域是冰川體積變化幅度最劇烈的二級流域，這可能與該區(qū)域冰川發(fā)育特點和區(qū)域性的氣候變化有關(guān).該區(qū)以小冰川居多，冰川的平均面積僅為0.78km2（施雅風(fēng)等，2005）.同時本區(qū)域70年代之后的30多年，氣溫表現(xiàn)為連續(xù)波動上升，且升溫比青藏高原在相同時段的平均升溫趨勢快2—3倍，成為內(nèi)流區(qū)升溫較快的區(qū)域，相應(yīng)的降水只有少量增加（吳紹洪等，2005），這一地區(qū)還是青藏高原最早進(jìn)入暖期的區(qū)域（林振耀和趙昕奕，1996）.5Z1流域體積退縮最小，與面積的對應(yīng)變化一致，反映了該區(qū)域冰川在當(dāng)前氣候背景下是整個內(nèi)流區(qū)中最穩(wěn)定的區(qū)域.

5.4 冰川儲量變化對區(qū)域生態(tài)環(huán)境的影響

冰川退縮對于當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境會產(chǎn)生重要的影響，對于本區(qū)域而言這種影響最主要體現(xiàn)為對天然湖泊的影響.因為本區(qū)河流都屬內(nèi)流河，氣候變暖背景下的冰川退縮會打破已有的區(qū)域水循環(huán)系統(tǒng)的平衡狀態(tài)，這些異于正常狀態(tài)的冰川融水，除了被蒸發(fā)和下滲外，會經(jīng)內(nèi)流河流入湖泊中，一方面使湖泊面積擴(kuò)大，另一方面使湖泊的水位上升，且冰川融水對湖泊水位的貢獻(xiàn)可超過50%（Yao etal.，2010），隨著湖水的升高，部分湖泊的湖水溢出淹沒周圍草場，嚴(yán)重影響畜牧業(yè).隨著冰川融水的注入，湖水鹽度也會降低，出現(xiàn)鹽湖結(jié)冰現(xiàn)象（達(dá)瓦次仁，2010）.

冰儲量的減少對區(qū)域內(nèi)的濕地會帶來正、反兩方面的影響，短期內(nèi)隨著冰雪融水的激增可能會使得臨近濕地有擴(kuò)大趨勢，甚至有可能會出現(xiàn)新的濕地，而在遠(yuǎn)離冰川區(qū)的區(qū)域，在氣候變化的背景下卻可能出現(xiàn)濕地的退化、沙化，從長期的角度看，冰川退縮造成的短期內(nèi)區(qū)域水量增多的趨勢會隨著冰川的持續(xù)退縮逐漸弱.

冰川變化還會造成區(qū)域內(nèi)水系改道，甚至斷流.另外，本區(qū)域內(nèi)冰川儲量的變化還可能會影響到內(nèi)流區(qū)以外的區(qū)域.根據(jù)陳建生等（2009）的研究推斷，青藏高原內(nèi)流區(qū)的滲漏水不少于500km3，這些水會通過深度為122～200km的水循環(huán)帶輸送到鄂爾多斯、內(nèi)蒙高原及華北平原等地區(qū)，而滲漏水主要來自區(qū)域內(nèi)的天然湖泊，冰川融水正是這些湖泊的主要水源之一.盡管從我們的結(jié)果看70年代至20世紀(jì)末的30年里，本區(qū)冰川儲量減少了不到40km3，但是在氣候持續(xù)變化的情況下，區(qū)域內(nèi)冰川儲量的擾動對湖泊變化的影響有可能會增大.從更長遠(yuǎn)的角度看，會對可能存在的地下水循環(huán)產(chǎn)生重要影響.

6 結(jié)論

文章基于冰川體積面積之間的統(tǒng)計模型，首次嘗試估算20世紀(jì)70年代至21世紀(jì)初的30年時間內(nèi)青藏高原內(nèi)流區(qū)的冰儲量，結(jié)果顯示減少了約36.25億m3.將本研究區(qū)冰川體積的減少比例與用類似方法得到的整個高亞洲區(qū)域的冰川儲量變化比例對比，本區(qū)域冰川的退縮表現(xiàn)的更緩慢一些.在分析已有類似方法的應(yīng)用研究基礎(chǔ)上，對得到的結(jié)果進(jìn)行了評定，認(rèn)為本文結(jié)果是可以作為本區(qū)冰川儲量變化的參考的.通過詳細(xì)分析內(nèi)流區(qū)各二級區(qū)域冰川儲量變化的異同，探討了氣候變化對整個青藏高原內(nèi)流區(qū)冰川體積變化的影響以及氣候變化的區(qū)域差異性對冰川變化差異性的影響，并認(rèn)為氣候變化的區(qū)域差異性是影響各二級流域冰川體積變化特點的主因.最后通過已有關(guān)于青藏高原內(nèi)流區(qū)的研究資料的分析，推斷氣候變化冰對冰川儲量變化和區(qū)域生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生了影響.

致謝 感謝美國地址調(diào)查局（USGS）提供的Landsat MSS／TM／ETM+數(shù)據(jù)、相關(guān)研究作者提供的冰川面積變化資料、中國氣象科學(xué)數(shù)據(jù)網(wǎng)站提供的氣溫降水?dāng)?shù)據(jù)以及中國西部環(huán)境與生態(tài)科學(xué)數(shù)據(jù)中心（WESTDC）提供的冰川編目數(shù)據(jù).

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