劉 欣，張緒冰，王 耀

（中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）地理與信息工程學(xué)院，湖北武漢430078）

0 引言

入海（marine-terminating）冰川冰流由于注入海洋，其流速變化直接影響入海冰流量和全球海平面升降，對(duì)冰川物質(zhì)平衡具有重要的指示意義。北極地區(qū)是地球上主要的冰凍圈，北冰洋中各島嶼沿岸廣泛分布著入海冰川，其中面積最大的格陵蘭島擁有北極地區(qū)最大的冰蓋，體積約為2.99×106km3，若全部消融將導(dǎo)致全球總海平面上升約7.42 m［1］。研究指出，冰川流速的時(shí)空變化特征與影響機(jī)制復(fù)雜，且具有區(qū)域性［2-3］；在全球氣候變化的環(huán)境下，北極地區(qū)多數(shù)冰川正面臨著末端后退和運(yùn)動(dòng)加速的問(wèn)題［4-5］。因此，獲取北極地區(qū)入海冰川流速，實(shí)現(xiàn)其時(shí)空變化的遙感監(jiān)測(cè)與規(guī)律分析，為研究入海冰川的運(yùn)動(dòng)特征提供關(guān)鍵信息，對(duì)北極地區(qū)冰凍圈的資源開(kāi)發(fā)與生態(tài)環(huán)境保護(hù)具有重要意義。

遙感手段能實(shí)現(xiàn)大范圍、長(zhǎng)時(shí)間的冰川流速提取，可分為光學(xué)遙感監(jiān)測(cè)［6-10］和雷達(dá)遙感監(jiān)測(cè)［11-15］。其中由于Landsat-8相較前代衛(wèi)星傳感器具有更高的輻射分辨率、圖像獲取率及圖像質(zhì)量，且空間分辨率和重復(fù)周期適中，且相比于雷達(dá)影像冰川特征更加直觀清晰，在基于特征追蹤法［16-21］的全球冰川流速監(jiān)測(cè)中表現(xiàn)出良好的效果［22-25］。同時(shí)，北極地區(qū)冰川流速監(jiān)測(cè)有關(guān)研究主要集中在格陵蘭島沿岸［26-28］，雖然有研究單獨(dú)分析了加拿大埃爾斯米爾冰帽［29］，斯瓦爾巴群島、北地群島和法蘭士約瑟夫地群島地區(qū)冰川流速［30］，但仍然缺少對(duì)北極地區(qū)大范圍、多數(shù)量的入海冰川流速特征的分析，導(dǎo)致難以把握北極地區(qū)冰川流速的空間分布特征以及通過(guò)入海冰流量對(duì)海平面升降和冰川物質(zhì)平衡具有重要影響的關(guān)鍵區(qū)域。

因此，本文基于Landsat-8衛(wèi)星L1T產(chǎn)品全色波段數(shù)據(jù)，采用特征追蹤法提取冰川流速，并提出了針對(duì)北極地區(qū)入海冰川的流速異常值剔除方法。通過(guò)提取北極地區(qū)共198條入海冰川在2017年或2018年消融期流速，以及Kangerlussuaq冰川流速在2018年3—10月消融期間的流速變化，分析了北極地區(qū)入海冰川流速的時(shí)空變化特征以及可能的影響因素，有助于辨別在北極地區(qū)開(kāi)發(fā)過(guò)程中需要重點(diǎn)研究關(guān)注的冰川區(qū)域和時(shí)間段，也為北極地區(qū)自然生態(tài)環(huán)境保護(hù)、北極航道規(guī)劃、北極冰川災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估等研究提供了基礎(chǔ)資料。

1 研究區(qū)與數(shù)據(jù)

1.1 研究區(qū)概況

本文選取了198處北冰洋沿岸島嶼入海冰川作為研究對(duì)象（圖1）。其中格陵蘭冰蓋是僅次于南極冰蓋的世界第二大冰蓋，冰下基巖呈東高西低，南高北低的地勢(shì)［1］；斯瓦爾巴群島（東北地島）和北地群島（十月革命島）也存在區(qū)域開(kāi)闊且規(guī)模較大的冰帽。北極地區(qū)1月份的平均氣溫介于-40～-20℃，最暖月8月的平均氣溫也只有-3℃左右。北冰洋表層環(huán)流則主要受到北大西洋暖流及其支流的影響，使沿岸氣候相對(duì)于內(nèi)陸更加溫暖濕潤(rùn)?，F(xiàn)有研究資料顯示北極地區(qū)入海冰川流速差異較大，例如位于格陵蘭島東海岸Ikeq Fjord冰川流速在2010年可達(dá)30 m·d-1以上，但多數(shù)入海冰川流速低于5 m·d-1［2］。

圖1 研究區(qū)域示意圖Fig.1 Map showing the study area

1.2 數(shù)據(jù)源及預(yù)處理

1.2.1 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

研究區(qū)L1T級(jí)別的Landsat-8全色波段影像數(shù)據(jù)均來(lái)源于美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局（USGS）（https：//earthexplorer.usgs.gov/），該級(jí)別影像已經(jīng)過(guò)正射校正，因此冰川表面同名點(diǎn)的位置變化可以被認(rèn)為是由冰川自身運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致的。影像空間分辨率為15 m，重復(fù)周期為16 d，但由于北極地區(qū)緯度較高，對(duì)于部分區(qū)域的重訪天數(shù)也有可能短于16 d［31］。格陵蘭島和北地群島影像獲取于2018年7月至9月之間，占本文考察冰川總數(shù)的90%；同期少數(shù)地區(qū)的影像由于受到云層覆蓋的影響導(dǎo)致無(wú)法成功提取冰川流速，改用2017年7—9月期間的影像，例如斯瓦爾巴群島、法蘭士約瑟夫地群島和德文島冰川影像。根據(jù)2017年影像提取的冰川運(yùn)動(dòng)速度較慢，流速隨時(shí)間變化幅度較小，本文結(jié)果與前人研究也具有較高的一致性［32-33］，因此認(rèn)為上述198條北極地區(qū)入海冰川流速具有可比性。

此外，本文對(duì)位于格陵蘭島東海岸68°40′N的Kangerlussuaq冰川連續(xù)提取了2018年3—10月的11組表面流速（表1），2018-08-18和2018-09-03冰川流速結(jié)果還將與同期的驗(yàn)證數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比和方法的精度驗(yàn)證。

表1 用于Kangerlussuaq冰川流速提取的影像對(duì)信息Table 1 Parameters of Landsat data used to retrieve Kangerlussuaq Glacier velocities

對(duì)于上述所有Landsat-8全色波段影像，統(tǒng)一采用3×3像素的高斯高通濾波進(jìn)行預(yù)處理，得到增強(qiáng)冰川表面紋理特征的新影像以提高特征追蹤中的正確匹配率［22，34］。1.2.2其他數(shù)據(jù)

本文選用全球陸地冰測(cè)量計(jì)劃（Global Land Ice Measurements from Space，GLIMS）中由雷達(dá)影像提取的Kangerlussuaq冰川流速產(chǎn)品作為驗(yàn)證數(shù)據(jù)；此外，由于數(shù)據(jù)質(zhì)量限制，Jakobshavn冰川前緣流速結(jié)果缺失，因此將同樣采用光學(xué)影像提取的2018年8月Jakobshavn冰川流速產(chǎn)品作為補(bǔ)充數(shù)據(jù)［35］。

2 冰川流速提取

2.1 特征追蹤法

本文采用基于圖像互相關(guān)算法的特征追蹤法［9，36-37］對(duì)冰川表面同名點(diǎn)進(jìn)行追蹤，并提取冰川表面特征的偏移量。如圖2所示，（x，y）為參考模板的像元位置，（x-u，y-v）為搜索模板的像元位置，f和t分別為參考模板和搜索模板的像元值，fˉ和tˉ分別為參考模板和搜索模板的像元平均值。本文選擇的歸一化互相關(guān)系數(shù)ρ的計(jì)算公式［13］為

圖2 特征追蹤方法的原理Fig.2 The principle of feature tracking method

本文根據(jù)冰川規(guī)模由大至小，選擇41×41，31×31或21×21像素尺寸的參考模板［34］。北極地區(qū)入海冰川最大流速約為35 m·d-1［38］，基于影像間隔時(shí)間天數(shù)T和影像空間分辨率15 m，將搜索范圍設(shè)置為（35×T）/15個(gè)像元，以保證冰川表面特征的最大像元偏移量在搜索范圍之內(nèi)。每隔4個(gè)像元計(jì)算像元偏移量，因此所得原始流速結(jié)果的分辨率為60 m。

2.2 異常值剔除

根據(jù)冰川運(yùn)動(dòng)的應(yīng)力傳遞規(guī)則，冰川表面流速變化通常是連續(xù)的，但由于①影像中的云層遮擋，②冰川表面特征在研究期間經(jīng)歷了旋轉(zhuǎn)、剪切、碎裂等較大變化，③流動(dòng)冰川體和靜止基巖之間的剪切運(yùn)動(dòng)等原因，部分匹配結(jié)果將出現(xiàn)錯(cuò)誤。得到冰川表面特征的偏移量之后，根據(jù)影像對(duì)的空間分辨率和間隔天數(shù)計(jì)算冰川流速。本文以如圖3所示3×3像素的冰川流速像元為單元剔除流速結(jié)果中的異常值。其中P表示中心像元，Q表示鄰域像元Q1～Q8的集合，O為P、Q之和。本文依據(jù)前人研究以及北極地區(qū)入海冰川流速實(shí)際情況設(shè)計(jì)了如下針對(duì)北極地區(qū)入海冰川的流速異常值剔除方法［38-40］：

圖3 速度篩選單元示意圖Fig.3 Filter unit for outlier eliminating

①輸入分辨率為60 m的冰川流速圖像，像元值代表冰川流速，單位為m·d-1。

②遍歷60 m分辨率的冰川流速圖像，當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)差σ（Q）＜0.002 m·d-1且Qˉ-3σ（Q）＜P＜Qˉ+3σ（Q），中心像元P被剔除。

③第二次遍歷冰川流速圖像，如果σ（O）＞0.002 m·d-1，中心像元P被剔除。

④以3×3像元的中位數(shù)作為新的像元值進(jìn)行像元聚合，圖像分辨率由60 m變?yōu)?80 m；一方面避免數(shù)據(jù)冗余，另一方面可以有效抑制前一步驟產(chǎn)生的“孤島”狀異常值（見(jiàn)3.1節(jié)）。

⑤第三次遍歷冰川流速圖像，此時(shí)根據(jù)各像元的鄰域像元是否為空，分為以下3種情況：

a.當(dāng)集合Q為空，中心像元被剔除；

b.當(dāng)集合Q僅有一個(gè)值Qi，|P-Qi|＞1 m·d-1時(shí)，中心像元被剔除；

c.當(dāng)集合Q有2個(gè)或2個(gè)以上的有效值，當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)差σ（Q）＜0.006 m·d-1且Qˉ-3σ（Q）＜P＜Qˉ+3σ（Q），中心像元被剔除。

⑥第四次遍歷冰川流速圖像，如果σ（O）＞0.006 m·d-1，中心像元被剔除。

異常值剔除之后，采用克里金插值法得到200 m分辨率的冰川流速圖像。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3.1 異常值剔除結(jié)果

以Kangerlussuaq冰川為例，異常值剔除過(guò)程如圖4所示，其中圖中黑色部分代表被剔除的像元，包括海洋區(qū)域和異常值。圖4（a）為特征追蹤后得到的原始冰川流速圖，其局部細(xì)節(jié)如圖5（a）所示，原始流速圖中有許多不符合冰川運(yùn)動(dòng)規(guī)律的異常值，需要被剔除。

圖4 （b）為步驟③之后的結(jié)果，在剔除了原始圖像中大部分離散異常值的同時(shí)也殘留下部分區(qū)塊異常值，這部分區(qū)域通常由多個(gè)異常值組成，空缺值將其與周?chē)裨糸_(kāi)，狀似“孤島”。

圖4 （c）是步驟④之后的結(jié)果，像元聚合降低了圖像分辨率，同時(shí)填補(bǔ)了一些較小的空缺值，減少了表示“孤島”異常值的像元數(shù)量，并重新建立起了“孤島”與周?chē)裨g的聯(lián)系，并通過(guò)進(jìn)一步篩除有效抑制了“孤島”異常值得到圖4（d）的結(jié)果，最后通過(guò)克里金插值得到圖4（e）的結(jié)果。

圖4 冰川流速異常值剔除流程（黑色區(qū)域?yàn)榭罩担〧ig.4 Filtering process of glacier velocity：original velocity（a），first elimination（b），pixel aggregation（c），second elimination（d），and interpolation（e）

異常值剔除處理前后對(duì)比如圖5所示，冰川體表面的異常值已基本被剔除，已經(jīng)符合后續(xù)分析的要求。

圖5 異常值剔除前后冰川流速圖像細(xì)節(jié)變化展示（黑色區(qū)域?yàn)榭罩担〧ig.5 Velocity field before and after outlier filtering in detail：original velocity（a），before interpolation（b），and after interpolation（c）

3.2 方法驗(yàn)證

本文選擇Kangerlussuaq冰川進(jìn)行方法驗(yàn)證。驗(yàn)證數(shù)據(jù)為Joughin等［41］采用2018年8月16日和同年9月7日、間隔22 d的TerraSAR-X/TanDEM-X雷達(dá)影像采用InSAR方法提取的冰川流速；本文結(jié)果采用2018年8月18日和同年9月3日、間隔16 d的Landsat-8光學(xué)影像得到。

首先將100 m空間分辨率的驗(yàn)證數(shù)據(jù)通過(guò)雙線性插值法重采樣為200 m分辨率，如圖6所示，沿Kangerlussuaq冰川長(zhǎng)達(dá)20 km的中流線A—B上等間隔選取100個(gè)采樣點(diǎn)對(duì)比驗(yàn)證數(shù)據(jù)和本文實(shí)驗(yàn)結(jié)果的冰川流速值。從圖7可以發(fā)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果的變化趨勢(shì)和驗(yàn)證數(shù)據(jù)基本吻合，即冰川流速?gòu)娜牒？谙騼?nèi)陸在逐漸減慢，在中點(diǎn)以后流速趨于平緩。兩者差值在-0.40～0.40 m·d-1之間，平均差值約為0.21 m·d-1，僅占A—B流速最大值22.64 m·d-1的0.93%。鑒于兩種流速結(jié)果由獨(dú)立的方法和數(shù)據(jù)類型得到，認(rèn)為該差異屬于合理范圍。

圖6 Kangerlussuaq冰川中流線和控制點(diǎn)的位置Fig.6 Center streamline and GCPs of Kangerlussuaq Glacier

圖7 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與驗(yàn)證數(shù)據(jù)的比較Fig.7 Comparison between experimental results and validation data

根據(jù)基巖裸露區(qū)域，分別選取了29處控制點(diǎn)進(jìn)行精度驗(yàn)證。流速的均方根誤差約為0.0858 m·d-1，僅占流速最大值的0.38%，表明流速提取結(jié)果是可信的［18］。

3.3 北極地區(qū)冰川流速分析

3.3.1 空間分布特征

本文提取了北極地區(qū)198條入海冰川在2017年或2018年消融期的表面流速，并對(duì)冰川入?？谔? 000 m中流線的流速平均值（后文簡(jiǎn)稱前緣流速）進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和比較分析。本文根據(jù)北極地區(qū)入海冰川實(shí)際流速情況定義前緣流速為0～5 m·d-1的入海冰川為低速運(yùn)動(dòng)冰川，5～10 m·d-1為中低速運(yùn)動(dòng)冰川，10～20 m·d-1為中高速運(yùn)動(dòng)冰川，20～35 m·d-1為高速運(yùn)動(dòng)冰川。

如圖8所示，格陵蘭島北海岸入海冰川均為低速運(yùn)動(dòng)冰川，格陵蘭島東、西海岸考察冰川數(shù)量接近，但東海岸前緣流速為5 m·d-1以上的入海冰川約占總數(shù)的46.92%，而格陵蘭島西海岸以低速運(yùn)動(dòng)冰川為主，占總數(shù)的73.17%。同時(shí)東海岸考察入海冰川的平均前緣流速6.13 m·d-1高于西海岸的4.14 m·d-1，最大前緣流速達(dá)到31.62 m·d-1，高于西海岸唯一高速運(yùn)動(dòng)冰川Jakobshavn的前緣流速（26.33 m·d-1）。

圖8 格陵蘭島2018年消融期入海冰川前緣流速Fig.8 Front velocities of Greenland marine-terminating glaciers during 2018 ablation season

如圖9所示，格陵蘭島以外北極地區(qū)入海冰川前緣流速均在10 m·d-1以下，且2條中低速運(yùn)動(dòng)冰川分別位于斯瓦爾巴群島（東北地島）和北地群島（十月革命島）的冰帽入?？谔?，前緣流速分別為7.96 m·d-1和7.61 m·d-1。

圖9 北極地區(qū)其他入海冰川前緣流速空間分布Fig.9 Other marine-terminating glaciers’front velocities in Arctic：Franz Josef Land（a），Svalbard（b），Severnaya Zemlya（c），and Devon（d）

綜上所述，北極地區(qū)入海冰川平均流速由大到小依次為：格陵蘭島（5.00 m·d-1）、北地群島（3.07 m·d-1）、斯瓦爾巴群島（2.22 m·d-1）、法蘭士約瑟夫地群島（1.80 m·d-1）、德文島（0.92 m·d-1）。格陵蘭島部分冰川，以及北地群島、斯瓦爾巴群島的冰帽冰川由于流速較快，對(duì)海洋環(huán)境影響較大，需要進(jìn)行重點(diǎn)研究。

3.3.2 時(shí)間變化特征

除了對(duì)北極地區(qū)198條入海冰川流速的空間分布特征進(jìn)行分析以外，本文還提取了Kangerlussuaq冰川2018年3—10月的13組流速結(jié)果，并沿冰川中流線A—B以200 m等間隔設(shè)置了150個(gè)采樣點(diǎn)對(duì)流速值進(jìn)行提取，同時(shí)基于表1的控制點(diǎn)流速的平均值對(duì)冰川流速進(jìn)行微調(diào)，并分析其時(shí)空變化特征。

如圖10所示，Kangerlussuaq冰川中流線在不同時(shí)期的流速空間變化趨勢(shì)較為一致，流速?gòu)娜牒？谙騼?nèi)陸逐漸減慢。距離入海口A點(diǎn)0～10 km中流線減速幅度相對(duì)于距離入?？贏點(diǎn)10～30 km更為劇烈。2018年6—7月期間的前緣流速（距離入?？贏點(diǎn)2 km范圍內(nèi)11個(gè)采樣點(diǎn)的平均流速）和整體流速（中流線150個(gè)采樣點(diǎn)的平均流速）最快，分別為22.87 m·d-1和11.39 m·d-1；2018年8—9月期間的前緣流速和整體流速最慢，分別為21.02 m·d-1和10.02 m·d-1。

圖10 Kangerlussuaq冰川中流線流速隨時(shí)間變化Fig.10 The temporal changes of center streamline velocities of Kangerlussuaq Glacier

如圖11和圖12所示，Kangerlussuaq冰川前緣流速和整體流速在研究期間的變化基本一致（實(shí)驗(yàn)序號(hào)見(jiàn)表1），3—6月期間流速變化不明顯，在6—7月冰川出現(xiàn)了第一個(gè)和最高的流速峰值，隨后在8—9月出現(xiàn)了流速低谷，而9—10月重新攀上第二個(gè)流速峰值，前緣流速和整體流速分別為22.18 m·d-1和11.15 m·d-1，低于6—7月數(shù)值。10月以后冰川呈現(xiàn)減慢的趨勢(shì)。由此可知，Kangerlussuaq冰川流速變化較為復(fù)雜，除了冰川融水對(duì)冰川運(yùn)動(dòng)具有潤(rùn)滑加速的作用，冰川前緣崩解導(dǎo)致的冰川物質(zhì)平衡變化也可能對(duì)流速產(chǎn)生影響［42］。

圖11 Kangerlussuaq冰川前緣流速隨時(shí)間變化Fig.11 Front velocity change of Kangerlussuaq Glacier between March and October in 2018

圖12 Kangerlussuaq冰川整體流速隨時(shí)間變化Fig.12 Average velocity change of Kangerlussuaq Glacier between March and October in 2018

4 討論

4.1 北極地區(qū)入海冰川流速時(shí)空變化

基于2017/2018年消融期的多景Landsat-8遙感影像，本文獲取了北極地區(qū)198條入海冰川流速及其空間分布特征：整體而言，格陵蘭島沿岸冰川流速較快，歐亞大陸北部的斯瓦爾巴群島、北地群島、法蘭士約瑟夫地群島冰川，美洲北部的德文島冰川流速較慢。其中格陵蘭島海岸的流速差異與近年的研究結(jié)果具有較高的一致性［2-3］。

對(duì)于格陵蘭島，其北海岸入海冰川主要注入北冰洋，前緣流速均在5 m·d-1以下，高緯度及嚴(yán)寒的氣候條件導(dǎo)致該海岸區(qū)域平均流速最低，約為1.99 m·d-1。西海岸入海冰川主要注入巴芬灣，以低速運(yùn)動(dòng)冰川為主，占總數(shù)的73.17%；東海岸入海冰川主要注入格陵蘭海和大西洋，低速運(yùn)動(dòng)冰川占總數(shù)的53.09%，中低速、中高速和高速運(yùn)動(dòng)冰川數(shù)量將近考察冰川總數(shù)的一半。格陵蘭島東海岸入海冰川平均流速約為6.13 m·d-1，高于西海岸的4.14 m·d-1。東西海岸的流速差異一方面受到海流作用的影響，如格陵蘭島以東的海域由于受到北大西洋暖流的影響，一定程度上促進(jìn)了東海岸入海冰川的消融和運(yùn)動(dòng)；另一方面，由于東海岸基巖地勢(shì)高于西海岸，與海平面更大的地勢(shì)差也會(huì)促進(jìn)冰川體的滑動(dòng)。

由13景遙感影像得到的11組Kangerlussuaq冰川流速結(jié)果的分析可知：中流線流速?gòu)娜牒？谙騼?nèi)陸逐漸減慢；冰川前緣流速和整體流速在2018年6—7月和9—10月均出現(xiàn)明顯流速峰值，且6—7月的前緣流速和整體流速最高，分別為22.87 m·d-1和11.39 m·d-1，而在8—9月前緣流速和整體流速最低，分別為21.02 m·d-1和10.02 m·d-1。

4.2 冰川流速空間分布差異原因

冰川流速空間分布差異的影響因素可能有以下幾點(diǎn)：

（1）冰床地勢(shì)

冰川運(yùn)動(dòng)包括塑性變形和底部滑動(dòng)，冰川表面或冰床高度的不同會(huì)讓冰川體在重力或壓力的驅(qū)使下自地面高處（或冰層厚處）流向地面低處（或冰層薄處），冰床地勢(shì)高低因而會(huì)影響冰川體的流動(dòng)速度。根據(jù)Morlighem等［1］構(gòu)建的格陵蘭島基巖高程模型可知，格陵蘭東海岸地勢(shì)相對(duì)于西海岸較高，或許是導(dǎo)致格陵蘭東海岸相較于西海岸整體平均流速更大、中高速和高速運(yùn)動(dòng)冰川數(shù)量更多的原因之一。此外，較為崎嶇的冰床地勢(shì)對(duì)冰川流動(dòng)也具有明顯的阻滯作用［43］。

（2）海流作用

北極地區(qū)入海冰川的主要特點(diǎn)是冰川前緣以及冰架部分與海水接觸頻繁，而且隨著北極海洋溫度變暖［44-46］，入海冰川前緣與海水的接觸會(huì)加速冰川的底部融化并形成底部凹槽，導(dǎo)致冰架變薄崩解、冰川流動(dòng)加速、冰川前緣后退等現(xiàn)象。受到北大西洋暖流的影響，格陵蘭島以東的海域以及斯瓦爾巴群島東南部溫度相對(duì)較高，促進(jìn)了入海冰川的前緣消融，一定程度上影響了冰川流速的空間分布［47］。

（3）冰蓋消融和冰蓋表面水文系統(tǒng)狀況

在格陵蘭冰蓋消融理想模式中，融水通過(guò)冰蓋表面冰裂隙、冰川豎井等進(jìn)入冰蓋內(nèi)部甚至到達(dá)冰蓋底部后，能夠起到潤(rùn)滑作用，加速冰蓋運(yùn)動(dòng)［48］，因此區(qū)域冰川融水越豐富，冰蓋表面水文系統(tǒng)越發(fā)育，冰川的運(yùn)動(dòng)速度也有可能更快。但也有部分學(xué)者認(rèn)為融水對(duì)冰川的加速作用并不顯著甚至實(shí)際上減緩了冰川運(yùn)動(dòng)速度［49-50］。

綜上所述，北極地區(qū)入海冰川流速空間分布差異是不同氣溫降水、冰床地勢(shì)、海流作用和冰蓋消融狀況等復(fù)雜因素綜合影響的結(jié)果。此外，前緣流速較快的入海冰川更容易出現(xiàn)在冰蓋/冰帽的溢出部分，例如集中在格陵蘭島沿岸的中高速和高速運(yùn)動(dòng)冰川，和位于東北地島和十月革命島的中低速運(yùn)動(dòng)冰川。

5 結(jié)論與展望

本文基于Landsat-8衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)，采用特征追蹤方法提取了北極地區(qū)入海冰川在2018或2017年消融期的冰川流速，并提出了具有區(qū)域針對(duì)性的流速異常值剔除方法，得到的Kangerlussuaq冰川中流線流速與驗(yàn)證數(shù)據(jù)的平均偏差僅為0.21 m·d-1，僅占中流線A—B流速最大值22.64 m·d-1的0.93%；29處控制點(diǎn)流速的均方根誤差約為0.0858 m·d-1，僅占流速最大值的0.38%，證明了本文流速監(jiān)測(cè)結(jié)果可信。本文分析了北極地區(qū)198條入海冰川流速的空間分布差異和影響因素，以及Kangerlussuaq冰川流速在消融期的時(shí)空變化特征，結(jié)論如下：

（1）北極地區(qū)入海冰川流速的空間差異主要體現(xiàn)為冰蓋/冰帽外圍處入海冰川流速相對(duì)較快，如格陵蘭冰蓋和東北地島及北地群島的冰帽；而零散的小型冰川流速相對(duì)較慢。北極地區(qū)冰儲(chǔ)量最大的格陵蘭島冰川流速空間差異則體現(xiàn)為東海岸入海冰川平均流速最高，西海岸冰川次之，北海岸入海冰川平均流速最低。因此一方面有必要對(duì)冰蓋/冰帽邊緣流速較快入海冰川進(jìn)行長(zhǎng)期、多頻次的監(jiān)測(cè)，并重點(diǎn)關(guān)注其對(duì)氣候變化的響應(yīng)。

（2）格陵蘭島東海岸Kangerlussuaq冰川中流線流速?gòu)娜牒？谙騼?nèi)陸冰川流速逐漸減慢。2018年3月至10月期間，冰川前緣流速和整體流速在2018年6—7月和9—10月均出現(xiàn)明顯流速峰值，而在8—9月出現(xiàn)低谷，變化趨勢(shì)較復(fù)雜。冰川融水作用，以及隨著冰川前緣崩解的冰川物質(zhì)平衡變化可能是變化趨勢(shì)復(fù)雜的主要原因。為了更加深入理解冰川運(yùn)動(dòng)機(jī)制，在今后的研究中有待加大觀測(cè)密度和時(shí)間段。

（3）北極地區(qū)入海冰川流速空間分布差異是由多種因素綜合導(dǎo)致的結(jié)果，包括冰川規(guī)模、冰床地勢(shì)、冰川消融狀況、海流作用等，影響機(jī)制復(fù)雜，有待于后續(xù)結(jié)合冰床地勢(shì)、冰川形態(tài)、海水溫度等相關(guān)數(shù)據(jù)資料進(jìn)行相關(guān)性研究。