胡婉嬪， 效存德， 謝愛(ài)紅， 沈永平， 雷華錦

（1.中國(guó)科學(xué)院西北生態(tài)環(huán)境資源研究院冰凍圈科學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，甘肅蘭州730000；2.中國(guó)科學(xué)院大學(xué)，北京100049；3.北京師范大學(xué)地表過(guò)程與資源生態(tài)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100875）

0 引言

額爾齊斯河是發(fā)源于中國(guó)新疆阿爾泰山南坡的一條跨國(guó)河流，沿阿爾泰山南麓向西北，經(jīng)中國(guó)、哈薩克斯坦和俄羅斯，在俄羅斯境內(nèi)流入鄂畢河，后注入北冰洋，是中國(guó)唯一流入北冰洋的河流［1-6］。額爾齊斯河干流屬于荒原河流，水面寬闊，流速平緩，落差小，能行舟航運(yùn)［7］。20世紀(jì)50至60年代，額爾齊斯河在中蘇之間運(yùn)輸建筑材料、石油制品等貨物，貨運(yùn)量從630萬(wàn)噸增長(zhǎng)至1 850萬(wàn)噸，后因中蘇關(guān)系惡化，該河航運(yùn)停止［8］。目前隨著全球氣候變暖，北極變暖的速度遠(yuǎn)快于預(yù)期，北冰洋冰層融化速度加快，極可能在2050年前后出現(xiàn)夏季無(wú)冰狀態(tài)［9］，北極航道成為各國(guó)共同關(guān)注的熱點(diǎn)，隨著中國(guó)“一帶一路”倡議的穩(wěn)步推進(jìn)，“冰上絲綢之路”逐漸走進(jìn)大眾的視野。據(jù)報(bào)道，設(shè)濱海國(guó)際運(yùn)輸走廊的邀請(qǐng)，建議雙方共同開(kāi)發(fā)和利用海上通道特別是北極航道，打造“冰上絲綢之路”。2018年1月，中國(guó)政府發(fā)布《中國(guó)的北極政策》白皮書(shū)，提出中俄共建“冰上絲綢之路”，促進(jìn)北極地區(qū)互聯(lián)互通和經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展，至此“冰上絲綢之路”得到完整闡釋［10-12］。有報(bào)道稱哈薩克斯坦和俄羅斯政府早在2004年已簽訂相關(guān)協(xié)議，清理并拓深哈國(guó)邊境至鄂木斯克市的河道，使額爾齊斯河實(shí)現(xiàn)哈俄之間的跨境通航［13］。若中國(guó)與哈薩克斯坦之間的額爾齊斯河上游能夠通航，中國(guó)貨物可以從新疆布爾津縣經(jīng)額爾齊斯河直接運(yùn)往哈薩克斯坦后，到達(dá)北冰洋，運(yùn)往歐美等國(guó)家。據(jù)哈薩克斯坦估計(jì)，若額爾齊斯河上游通航，不僅可以開(kāi)發(fā)沿途的旅游業(yè)，而且水路貨運(yùn)量全年可達(dá)120萬(wàn)噸［14］。

北半球許多季節(jié)性封凍的河流和湖泊對(duì)航運(yùn)和運(yùn)輸業(yè)有很大影響，河湖中浮冰密度太大，冰塊太厚或嚴(yán)重封凍，將導(dǎo)致每年內(nèi)陸水道停運(yùn)數(shù)月［15］。額爾齊斯河為季節(jié)性封凍河流，每年10月開(kāi)始出現(xiàn)岸冰，12月封凍，至次年5月初完全開(kāi)河，約有120天至160天封凍期。隨著“冰上絲綢之路”的建設(shè)，額爾齊斯河冰凍期及其變化研究顯得尤為必要。

當(dāng)前，學(xué)者們基于遙感數(shù)據(jù)對(duì)河冰及其變化過(guò)程進(jìn)行了大量研究，Chaouch等［16］結(jié)合一種基于閾值的決策樹(shù)圖像分類算法，利用MODIS圖像探測(cè)和繪制薩斯奎哈納河河冰，并確定河冰范圍；Chu等［17］使用MOD09GQ第二波段數(shù)據(jù)研究加拿大西北地區(qū)Slave River河沿岸的河流結(jié)冰過(guò)程；Unterschultz等［18］利 用RADARSAT-1合 成 孔 徑 雷 達(dá)（SAR）衛(wèi)星影像描述河流冰在冬季與崩解期間的特性的可行性。此外，在河湖冰信息提取方面，Sarah等［19］利用MODIS數(shù)據(jù)研究了河冰開(kāi)河時(shí)間及開(kāi)河的影響因素，Cai等［20］基于開(kāi)放水域像素?cái)?shù)的閾值提取青藏高原58個(gè)湖泊的凍結(jié)開(kāi)始和破裂結(jié)束時(shí)間。

本文擬采用TIMESAT軟件，提取河冰物候信息，并與南灣水文站實(shí)測(cè)資料、布爾津站與哈巴河站氣象觀測(cè)資料進(jìn)行對(duì)比分析，進(jìn)而對(duì)河冰開(kāi)封河時(shí)間、冰期持續(xù)時(shí)長(zhǎng)及開(kāi)封河速率等進(jìn)行分析，以期為關(guān)于本河段通航所帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益研究奠定科學(xué)基礎(chǔ)，為評(píng)估河段航運(yùn)現(xiàn)實(shí)能力及未來(lái)潛力提供科學(xué)依據(jù)。由于資料有限，目前僅研究額爾齊斯河布爾津至齋桑泊河段河冰物候。

1 數(shù)據(jù)源與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

額爾齊斯河全長(zhǎng)4 248 km，在中國(guó)境內(nèi)546 km，流域面積5.7×104km2，年徑流量多達(dá)111×108m3。本文研究區(qū)為額爾齊斯河流域上游，范圍為從布爾津到齋桑泊的額爾齊斯河干流河段（47°40′25.88″～47°48′37.16″N，86°54′40.24″～84°31′12.73″E）（圖1），全長(zhǎng)約194 km，其中中國(guó)境內(nèi)約115 km，哈薩克斯坦境內(nèi)約79 km，河流最寬處約350 m，最窄處約100 m。研究區(qū)在中國(guó)境內(nèi)屬于中國(guó)新疆阿勒泰平原地區(qū)，地處歐亞大陸中心腹地，緯度較高，屬于溫帶大陸性氣候，冬季漫長(zhǎng)而寒冷，夏季短促、氣溫平和，最冷月通常在1月，平均氣溫為-16℃，最熱月在7月，平均氣溫21℃，地區(qū)降水量少，年均降水量131～223 mm，蒸發(fā)量大，晝夜溫差大，光照充足［21］。

圖1 額爾齊斯河研究區(qū)Fig.1 Irtysh river research area

1.2 數(shù)據(jù)集及預(yù)處理

MOD09GQ遙感數(shù)據(jù)源于美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）網(wǎng) 站（https：//search.earthdata.nasa.gov/search），是MODIS的反射率產(chǎn)品，時(shí)間分辨率為1天，空間分辨率為250 m，提供了兩個(gè)波段的數(shù)據(jù)，分別是：第一波段紅光波段（620～670 nm）和第二波段近紅外波段（841～876 nm）（表1）［22］。研究表明近紅外波段對(duì)于區(qū)別水和雪/冰覆蓋最敏感，與紅光波段相比，近紅外波段更少受到大氣條件的影響［23］，故選取第二波段數(shù)據(jù)作為研究數(shù)據(jù)，其時(shí)間范圍為2001—2018年的每年9月1日至5月31日。

表1 MOD09GQ數(shù)據(jù)說(shuō)明Table 1 Data specification of MOD09GQ

本文的氣象數(shù)據(jù)選用布爾津站（47°25′12″N，86°31′11″E）及哈巴河站（48°01′48″N，86°14′23″E）2001—2017年的逐日平均氣溫，用于分析封河期逐日平均氣溫的變化情況，及其與封河速率的關(guān)系。水文數(shù)據(jù)選用南灣水文站（48°00′N，85°41′E）2001—2018年的河冰開(kāi)封河時(shí)間，用于對(duì)比驗(yàn)證遙感數(shù)據(jù)所得結(jié)果。

研究區(qū)影像通過(guò)谷歌地球（Google Earth）和ArcGIS軟件處理得到，使用Google Earth手動(dòng)矢量化研究區(qū)范圍（額爾齊斯河布爾津至齋桑泊段）得到研究區(qū)矢量圖層，然后對(duì)MOD09GQ數(shù)據(jù)進(jìn)行裁剪，最后提取研究區(qū)河流的平均反射率值進(jìn)行后續(xù)研究。

1.3 研究方法

1.3.1 研究路線

本研究將使用HANTS算法去除云噪聲，用TIMESAT軟件得到河冰物候，具體流程如圖3所示。

圖3 MODIS的MOD09GQ產(chǎn)品對(duì)河冰物候分析總流程Fig.3 General process for river ice phenology analysis of MODIS MOD09GQ

1.3.2 河冰物候定義

河冰物候研究涉及河冰周期性形成與消失，河冰物候受到氣候變化以及人類的影響，這與植被物候周期性變化相似，植被物候受季節(jié)氣候和年際變化的影響，因此植被物候的研究方法亦可用于研究河冰物候。當(dāng)氣溫降至0℃時(shí)，河水開(kāi)始凍結(jié)，并歷經(jīng)水內(nèi)冰、薄冰、岸冰、冰覆蓋和封凍等階段［24］。在河流開(kāi)始結(jié)冰之前，MODIS影像的地表反射率有最低值，隨著河水開(kāi)始凍結(jié)，反射率逐漸增大。由于光學(xué)圖像的反射率值取決于地表物體的表面屬性而不是內(nèi)部結(jié)構(gòu)，同樣的，河冰反射率僅受河冰表面積雪等的影響，因此，本研究認(rèn)為當(dāng)反射率達(dá)到最大值時(shí)是冰與雪的最大覆蓋情況［17］。隨著早春氣溫升高，以及上游開(kāi)河后流向下游的水流量增加，研究區(qū)河段開(kāi)始開(kāi)河，直至河流完全無(wú)冰，結(jié)束開(kāi)河過(guò)程。本文定義通過(guò)MODIS探測(cè)到河冰出現(xiàn)時(shí)為開(kāi)始封河，當(dāng)河流無(wú)冰時(shí)為結(jié)束開(kāi)河，從開(kāi)始封河到河面最大冰/雪覆蓋所經(jīng)歷的時(shí)間為封河期，從河面有最大冰/雪覆蓋到結(jié)束開(kāi)河所經(jīng)歷的時(shí)間為開(kāi)河期（圖2）。

圖2 河冰物候定義Fig.2 Phenological definition of river ice

1.3.3 時(shí)間序列諧波分析法（HANTS）

MODIS數(shù)據(jù)具有時(shí)間分辨率高、空間覆蓋范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，但其影像常被大量云覆蓋，尤其在冬季，部分像元長(zhǎng)時(shí)間（如10天以上）連續(xù)被云遮擋，因此需要采用濾波技術(shù)降低噪聲，填補(bǔ)MODIS時(shí)間序列數(shù)據(jù)的空白。

時(shí)間序列的諧波分析法（HANTS算法）［25-26］是為了去除歸一化植被指數(shù)（NDVI）時(shí)間序列中的云污染值而開(kāi)發(fā)的。HANTS算法的基本思想是計(jì)算一個(gè)傅立葉級(jí)數(shù)來(lái)對(duì)像素級(jí)觀測(cè)的時(shí)間序列建模，同時(shí)識(shí)別相對(duì)于時(shí)間序列模型的異常值。該算法消除了這些異常值，并用傅里葉級(jí)數(shù)給出的值將其替換。與快速傅里葉變換（FFT）算法相比，HANTS算法在頻率選擇和時(shí)間序列長(zhǎng)度上更具靈活性，此外，由于樣本在時(shí)間上不要求等距，從時(shí)間序列中排除某些點(diǎn)更容易。通過(guò)去除時(shí)間序列中明顯的異常值，提取的諧波比直接的FFT算法可靠得多［27］。HANTS算法已經(jīng)成功的應(yīng)用于重建無(wú)云的遙感植被數(shù)據(jù)集（例如歸一化植被指數(shù)（NDVI）、增強(qiáng)型植被指數(shù)（EVI）和葉面積指數(shù)（LAI））、重建地表溫度數(shù)據(jù)集以及重建河冰反射率時(shí)間序列［27-33，17］。因此，本文采用HANTS算法消除云及其他噪聲影響，填補(bǔ)MODIS時(shí)間序列數(shù)據(jù)的空白，重建MODIS時(shí)間序列。

1.3.4 TIMESAT

雖然遙感時(shí)間序列數(shù)據(jù)在監(jiān)測(cè)植被季節(jié)方面的價(jià)值已經(jīng)得到認(rèn)可，但從這些序列中探索和提取季節(jié)參數(shù)的方法有限，因此，TIMESAT軟件是為了提取季節(jié)參數(shù)而開(kāi)發(fā)［34］。現(xiàn)已應(yīng)用于諸多研究，例如表征物候?qū)W［35］、促進(jìn)生態(tài)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)分類［36］以及監(jiān)測(cè)在火災(zāi)季節(jié)時(shí)人類的足跡［37］等。

該軟件實(shí)現(xiàn)了三種基于最小二乘擬合的NDVI數(shù)據(jù)處理方法。第一種方法采用局部多項(xiàng)式函數(shù)進(jìn)行擬合，該方法可分類為自適應(yīng)Savitzky Golay濾波器（簡(jiǎn)稱S-G濾波）。另外兩種方法是普通的最小二乘法，分別為非對(duì)稱高斯函數(shù)和雙邏輯函數(shù)，其數(shù)據(jù)適合于不同復(fù)雜度的模型函數(shù)。這三種處理方法都使用了季節(jié)性（單模態(tài)或雙模態(tài)）的初步定義，以及生長(zhǎng)季節(jié)的近似時(shí)間［38-39］。本文使用河冰反射率數(shù)據(jù)代替NDVI數(shù)據(jù)，所得生長(zhǎng)季節(jié)的近似時(shí)間即為開(kāi)封河時(shí)間及最大冰/雪覆蓋時(shí)間。

2 結(jié)果與分析

2.1 濾波提取結(jié)果對(duì)比

S-G濾波器及高斯濾波器提取的河冰物候信息如圖4所示，通過(guò)比較分析兩個(gè)時(shí)間序列結(jié)果，高斯擬合所得時(shí)間序列更符合研究所需，最終選用其所得河冰物候信息。由于MODIS部分?jǐn)?shù)據(jù)被云遮蓋（尤其是冬季影像），所得反射率值高于地物反射率，經(jīng)過(guò)HANTS算法去云以及TIMESAT軟件濾波之后，MOD09GQ數(shù)據(jù)中因?yàn)樵萍捌渌肼曇鸬牟糠指叻瓷渎手档玫郊m正（圖4）。

圖4 由MOD09GQ第二波段得到的額爾齊斯河布爾津至齋桑泊段河冰物候Fig.4 River ice phenology of Irtysh river from Burqin to Lake Zaysan section was obtained by MOD09GQ band 2

2.2 河冰物候信息

表2 列出了2001—2018年每年的開(kāi)始封河時(shí)間、結(jié)束封河時(shí)間、最大冰/雪覆蓋時(shí)間、最大冰/雪覆蓋時(shí)所對(duì)應(yīng)的MOD09GQ第二波段的反射率、冰期持續(xù)時(shí)間、封河速率以及開(kāi)河速率，其中開(kāi)封河速率計(jì)算方法是開(kāi)河（或封河）時(shí)所對(duì)應(yīng)的河冰反射率與最大冰/雪覆蓋時(shí)河冰反射率的差值，除以開(kāi)河期（或封河期）時(shí)長(zhǎng)。

2.3 結(jié)果驗(yàn)證

根據(jù)表2得到冰/雪最大覆蓋日期，結(jié)合預(yù)覽高分1號(hào)影像上研究區(qū)的河冰變化情況，選取了2015年的2月2日、3月15日、4月8日以及4月12日的MOD09GQ第二波段的反射率數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析。2月2日為2015年冰/雪最大覆蓋日期，預(yù)覽高分1號(hào)影像上顯示4月8日本文研究區(qū)上游有部分冰，而下游齋桑湖附近冰較多，4月12日研究區(qū)上游無(wú)冰，下游齋桑湖附近無(wú)影像。如圖5所示，2月2日的反射率值總體最大，之后3月15日、4月8日、4月12日的反射率值明顯降低。這表明，隨著河冰開(kāi)河，MOD09GQ的第二波段反射率值逐漸降低，從而認(rèn)為MOD09GQ的第二波段數(shù)據(jù)能有效監(jiān)測(cè)河冰變化。

圖5 2015年冰/雪最大覆蓋期到開(kāi)河結(jié)束期間4天的MOD09GQ第二波段反射率值的變化情況Fig.5 The reflectivity of MOD09GQ second band is worth changing for 4 days from the maximum ice/snow cover period in 2015 to the end of break-up

表2 根據(jù)MOD09GQ第2波段數(shù)據(jù)（841～876 nm）得到的額爾齊斯河布爾津至齋桑泊段2001—2018年間河冰物候信息Table 2 According to MOD09GQ band 2 data（841～876 nm），the river ice phenology information of the Irtysh River from Burqin to Lake Zaysan section from 2001 to 2018 was obtained

由于研究區(qū)水文站較少，并且水文站監(jiān)測(cè)河流開(kāi)封河時(shí)間定義與本文不同，因此本文選取額爾齊斯河上，位于布爾津與齋桑泊中間的南灣水文站數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證，分別分析由MOD09GQ數(shù)據(jù)及南灣站得到的2001—2018年間冰期持續(xù)時(shí)間的變化趨勢(shì)。由于本文定義MODIS能夠探測(cè)到河冰出現(xiàn)時(shí)為開(kāi)始凍結(jié)，到河流無(wú)冰時(shí)為開(kāi)河結(jié)束，而水文站定義在封凍期和開(kāi)河期，當(dāng)河冰達(dá)到一定百分比則認(rèn)為開(kāi)始封凍和結(jié)束開(kāi)河，因此本研究所得冰凍期歷時(shí)大于南灣站數(shù)據(jù)所得冰凍期歷時(shí)。2001—2018年間，由MOD09GQ數(shù)據(jù)及南灣水文站所得冰期持續(xù)時(shí)間均略有變長(zhǎng)趨勢(shì)［圖6（a）、6（b）］，并且通過(guò)線性分析得到其相關(guān)系數(shù)R=0.306，呈正相關(guān)［圖6（c）］，說(shuō)明本文所得結(jié)果與南灣站實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)果的變化趨勢(shì)一致，均呈現(xiàn)冰期歷時(shí)延長(zhǎng)的趨勢(shì)。并且水文站及本文研究結(jié)果中各年開(kāi)封河時(shí)間變化趨勢(shì)具有一致性，如2013年南灣站、布爾津站及本文結(jié)果解凍日期同比2012年分別提早10天、21天及10天，封凍日期同比2012年分別晚30天、21天及31天，趨勢(shì)一致，天數(shù)相近。

圖6 根據(jù)MODIS數(shù)據(jù)所得冰期持續(xù)時(shí)間與南灣站數(shù)據(jù)所得冰期持續(xù)時(shí)間分別的變化趨勢(shì)及二者的相關(guān)關(guān)系Fig.6 based on MODIS data from the glacial ice duration and Nanwan station data duration，respectively，the change trend and the correlation of both［Hydrological station in the Nanwan station measured ice duration changes with time（a），by MOD09GQ data of glacial duration changes with time（b），Nanwan station with the duration of the glacial obtained in this paper（c）］

因此，本文認(rèn)為通過(guò)MOD09GQ第二波段數(shù)據(jù)可以有效監(jiān)測(cè)額爾齊斯河布爾津至齋桑泊段的河冰物候信息。不僅如此，相比于水文站分布稀疏、只能監(jiān)測(cè)較短距離河段物候信息的缺點(diǎn)，遙感數(shù)據(jù)可以更加靈活地監(jiān)測(cè)不同河段河冰物候信息。然而遙感數(shù)據(jù)空間分辨率與時(shí)間分辨率不能兼得，因此想要監(jiān)測(cè)河冰物候信息，只能選取時(shí)間分辨率高而空間分辨率較低的數(shù)據(jù)，從而遙感數(shù)據(jù)更適宜于監(jiān)測(cè)大型河流的河冰物候情況。

2.4 開(kāi)封河時(shí)間分析

表2 顯示，額爾齊斯河布爾津至齋桑泊段的開(kāi)始封河時(shí)間集中于每年10月，冰/雪最大覆蓋時(shí)間主要集中于每年1月，結(jié)束開(kāi)河時(shí)間主要集中于每年4月。最早開(kāi)始封河年份為2016年，日期是9月29日，最晚開(kāi)始封河年份為2013年，日期是11月13日最早封河比最晚封河時(shí)間提前45天；最早結(jié)束開(kāi)河在2013年，其日期為3月28日，最晚結(jié)束開(kāi)河為2002年，其日期為4月28日，最早開(kāi)河比最晚開(kāi)河時(shí)間提前31天，封河與開(kāi)河時(shí)間均提前。分析發(fā)現(xiàn)，在2001—2018年這17年中，開(kāi)始封河時(shí)間與結(jié)束開(kāi)河時(shí)間總體均有提前趨勢(shì)［圖7（a）、7（b）］，但開(kāi)始封河時(shí)間隨年份變化的斜率絕對(duì)值（0.623）大于結(jié)束開(kāi)河時(shí)間隨年份變化斜率的絕對(duì)值（0.267）。因此可以認(rèn)為，封河比開(kāi)河提前的時(shí)間長(zhǎng)，導(dǎo)致冰期持續(xù)時(shí)間將延長(zhǎng)［圖6（b）］。

圖7 開(kāi)始封河時(shí)間與結(jié)束開(kāi)河時(shí)間變化趨勢(shì)（縱軸表示每一年的第幾天）Fig.7 The change trend of river freezing time and river breaking time（The vertical axis represents the day of each year），［The change of river break-up time（a），the change of river freeze-up time（b）］

2.5 封河與開(kāi)河速率變化分析

開(kāi)河速率與封河速率無(wú)明顯大小區(qū)別，但在速率變化上確有很大不同。通過(guò)線性分析，得到封河速率隨時(shí)間變化的斜率為-0.007，開(kāi)河速率隨時(shí)間變化的斜率為0.021，表明2001—2018年，封河速率有變慢趨勢(shì)，開(kāi)河速率有增快趨勢(shì)（如圖8）。若額爾齊斯河布爾津段至齋桑泊段通航，則每年秋冬季（即封河期），由于封河速度變慢，河冰形成緩慢，可通航時(shí)間將延后。而在每年春季（即開(kāi)河期），由于開(kāi)河速度加快，河冰將快速減少，河流達(dá)到通航條件時(shí)間將提前。因此，隨著秋冬季封凍期可通航時(shí)間延后，春季開(kāi)河期可通航時(shí)間提前，每年的總通航時(shí)間將增加，可帶來(lái)更大經(jīng)濟(jì)效益。

圖8 開(kāi)封河速率變化趨勢(shì)Fig.8 The change trend of river break-up and river freeze-up rates is that the river freeze-up rate decreases gradually（a）and the river break-up rate accelerates gradually（b）

2.6 開(kāi)封河速率與溫度的關(guān)系

河冰開(kāi)河機(jī)制復(fù)雜，受熱力、動(dòng)力及河流形態(tài)（如多支流河流）等諸多因素影響，因此僅分析封河速率與溫度的相關(guān)性。本文使用布爾津和哈巴河兩個(gè)氣象觀測(cè)站的2001—2017年逐日平均氣溫，分析封河期平均溫度與封河速率的相關(guān)性，結(jié)果顯示，在封河期，布爾津站和哈巴河站觀測(cè)到的平均溫度隨時(shí)間變化的斜率分別為0.155、0.124，均為正值具有上升的趨勢(shì)［圖9（a）、9（b）］，這與高沈瞳等［4］得到的額爾齊斯河流域年均溫及夏、秋、冬溫將繼續(xù)保持升溫的趨勢(shì)的結(jié)果保持一致。圖9（c）、9（d）顯示，布爾津站封河期平均溫度與封河速率的相關(guān)系數(shù)R=-0.179；哈巴河站封河期平均溫度與封河速率的相關(guān)系數(shù)R=-0.299，封河期平均溫度均與封河速率呈負(fù)相關(guān)，因此，隨著封河期平均溫度升高，封河速率變慢，本文認(rèn)為封河期平均溫度是封河速率變化的影響因子之一。

圖9 兩個(gè)氣象觀測(cè)站的封河期平均溫度變化情況及封河期平均溫度與封河速率的相關(guān)關(guān)系Fig.9 average temperature changes of two meteorological observation stations Burqin station（a）and Habahe station（b）during the river freeze-up period，and the correlation between the average temperature during the river freeze-up and the river freeze rate measured by Burqin station（c）and Habahe station（d）

3 結(jié)論與討論

本文基于MOD09GQ數(shù)據(jù)，使用HANTS算法及TIMESAT軟件，研究額爾齊斯河布爾津至齋桑泊河段的河冰物候，得到以下結(jié)論：

（1）通過(guò)HANTS算法和TIMESAT軟件的處理，有效去除了云噪聲對(duì)MODIS影像的影響，反演得到河冰物候信息。對(duì)比分析2015年2月2日（即最大雪/冰覆蓋日）、3月15日、4月8日及4月12的反射率可知，隨著河冰開(kāi)河，河冰反射率明顯降低，并且與南灣水文站觀測(cè)數(shù)據(jù)的對(duì)比結(jié)果表明，MODIS數(shù)據(jù)所得與南灣水文站所得冰期持續(xù)時(shí)間的相關(guān)系數(shù)R=0.306呈正相關(guān)，本文研究結(jié)果與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)具有一致性，因此認(rèn)為MOD09GQ的第二波段數(shù)據(jù)能有效監(jiān)測(cè)河冰冰情變化。

（2）在額爾齊斯河布爾津至齋桑泊河段，開(kāi)始封河時(shí)間和結(jié)束開(kāi)河時(shí)間均有提前的趨勢(shì)，最早開(kāi)始封河時(shí)間為2016年9月29日，最晚開(kāi)始封河時(shí)間為2013年11月13日，最早開(kāi)始封河比最晚開(kāi)始封河提前45天；最早結(jié)束開(kāi)河時(shí)間為2013年3月28日，最晚結(jié)束開(kāi)河時(shí)間為2002年4月28日，最早結(jié)束開(kāi)河比最晚結(jié)束開(kāi)河時(shí)間提前31天。封河與開(kāi)河時(shí)間均提前，封河比開(kāi)河提前的時(shí)間長(zhǎng)，從而導(dǎo)致冰期持續(xù)時(shí)間有延長(zhǎng)趨勢(shì)。

（3）該河段封河速率隨時(shí)間變化的斜率為-0.007，開(kāi)河速率隨時(shí)間變化的斜率為0.021，呈現(xiàn)出封河速率逐漸下降、開(kāi)河速率逐漸加快的趨勢(shì)。封河速率與布爾津站封河期平均溫度的相關(guān)系數(shù)R=-0.179，與哈巴河站封河期平均溫度的相關(guān)系數(shù)R=-0.299，封河速率與封河期平均溫度均呈負(fù)相關(guān)，因此，封河期平均溫度升高是引起封河期速率下降的一個(gè)因素。若未來(lái)該河段通航，則在封河期河流凍結(jié)速度變慢，可通航時(shí)間將延后，在開(kāi)河期河冰加速消融，可通航時(shí)間將提前，每年總通航期延長(zhǎng)，可帶來(lái)更大經(jīng)濟(jì)效益。

本研究所得結(jié)果雖與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)所得結(jié)果相符，但尚有諸多不足之處，MODIS影像時(shí)間分辨率高，可有效監(jiān)測(cè)河冰隨時(shí)間的變化情況，但其空間分辨率較低，使用MODIS數(shù)據(jù)研究存在河寬不足250 m的河流，不能監(jiān)測(cè)其具體結(jié)冰與破冰過(guò)程，并且可能存在混合像元的情況，為消除混合像元的影響，

使用整個(gè)河段的平均反射率進(jìn)行研究，僅能描述所研究河段河冰整體隨時(shí)間變化的趨勢(shì)。此外，2015年4月16日高分1號(hào)影像缺失，并且直到4月24僅有一幅研究區(qū)上游影像，預(yù)覽該影像顯示研究區(qū)河段無(wú)河冰，未能觀測(cè)到4月16日是否研究區(qū)全河段開(kāi)河。額爾齊斯河屬于跨國(guó)河流，可獲取水文資料有限，僅能通過(guò)水文站監(jiān)測(cè)所得冰期持續(xù)時(shí)間對(duì)本文結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。下一步可使用微波遙感數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)河冰形成及破碎過(guò)程，結(jié)合使用無(wú)人機(jī)實(shí)際觀察河流封河及開(kāi)河過(guò)程，了解河冰具體變化過(guò)程，并驗(yàn)證MODIS數(shù)據(jù)所得結(jié)果。