趙 丹， 張志剛， 張起鵬，2

（1. 南京師范大學(xué) 地理科學(xué)學(xué)院，江蘇 南京 210023； 2. 聊城大學(xué) 地理與環(huán)境學(xué)院，山東 聊城 252000）

0 引言

氣候變化已成為世界各國(guó)、各地區(qū)政府和人民密切關(guān)注和高度重視的主要環(huán)境問(wèn)題之一。冰川作為冰凍圈的重要組成部分和水循環(huán)過(guò)程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，是氣候變化的靈敏警示器［1］。據(jù)IPCC 第六次評(píng)估報(bào)告第一工作組報(bào)告指出，未來(lái)20年內(nèi)全球升溫將達(dá)到或超過(guò)1.5 ℃［2］。在全球增溫大背景下，世界各地大部分冰川都存在明顯的退縮態(tài)勢(shì)［3］。海螺溝冰川是典型的季風(fēng)海洋性冰川，對(duì)氣候變化尤其是氣溫變化響應(yīng)極為敏感［4］。因而，對(duì)該冰川進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)性動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，研究其與氣候變化的響應(yīng)關(guān)系、預(yù)測(cè)未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)有著重大意義。

隨著光學(xué)遙感影像的廣泛應(yīng)用，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)我國(guó)喜馬拉雅山、阿爾泰山、昆侖山、祁連山、橫斷山、念青唐古拉山等區(qū)域冰川的研究成果不斷涌現(xiàn)。其中，位于橫斷山區(qū)的貢嘎山流域是我國(guó)典型的海洋性冰川作用區(qū)，與歐亞大陸西岸海洋性冰川形成條件不同，它是在季風(fēng)氣候條件下發(fā)育而來(lái)的［5］，具有積累量大、冰體溫度高、底部滑動(dòng)顯著、運(yùn)動(dòng)速度較快等特點(diǎn)［6］，是國(guó)內(nèi)外專家學(xué)者的研究重點(diǎn)。20 世紀(jì)80 年代，陳建明等［7］通過(guò)航空攝影測(cè)量和地面攝影測(cè)量相結(jié)合的方法繪制了貢嘎山地區(qū)海洋性冰川圖，對(duì)海螺溝冰川的面積和長(zhǎng)度以及研究區(qū)自然環(huán)境進(jìn)行了簡(jiǎn)單概述；蘇珍等［8］利用野外實(shí)測(cè)資料與航空相片和地形圖進(jìn)行對(duì)比，得到自小冰期以來(lái)貢嘎山冰川面積減少27%，海螺溝冰川面積減少10%，1990—1997 年間冰川末端后退138 m；李宗省等［9］通過(guò)來(lái)自野外站的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)海螺溝冰川近百年變化特征進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)冰川呈現(xiàn)以退縮和物質(zhì)虧損為主要特征的階段性變化；劉巧等［10］利用GPS 測(cè)量的方法對(duì)海螺溝冰舌段的規(guī)模和厚度變化進(jìn)行了評(píng)估，發(fā)現(xiàn)呈現(xiàn)以末端持續(xù)衰退和厚度不斷減薄的變化態(tài)勢(shì)；張國(guó)梁等［11］利用Landsat遙感影像提取冰川邊界，得到1966—2008年間海螺溝冰川末端退縮943 m，面積減少1.03 km2；Cao 等［12］利用地形圖、ZY-3影像、ICESat和SRTM 數(shù)據(jù)，分析了貢嘎山1966—2015年間冰川厚度變化情況，發(fā)現(xiàn)低海拔地區(qū)的冰川融化速度高于高海拔地區(qū)的一般規(guī)律；Liao 等［13］利用Landsat 遙感影像，通過(guò)對(duì)海螺溝冰川1990—2018年冰川表面溫度進(jìn)行估算，發(fā)現(xiàn)大氣變暖、表磧覆蓋面積擴(kuò)大、無(wú)表磧冰川區(qū)變暗會(huì)造成冰川表面變暖，進(jìn)而會(huì)導(dǎo)致海螺溝冰川消融面積的增加。

通過(guò)文獻(xiàn)梳理發(fā)現(xiàn)，對(duì)該區(qū)域冰川長(zhǎng)時(shí)間序列的研究大多集中于流域尺度，而流域內(nèi)單條冰川的變化特征研究欠佳。其中，關(guān)于海螺溝冰川面積、長(zhǎng)度等基礎(chǔ)性數(shù)據(jù)一般采用野外實(shí)測(cè)獲取，數(shù)據(jù)連續(xù)性較差，獲取年限也僅延長(zhǎng)到2010 年左右，近10年來(lái)未能及時(shí)更新。鑒于此，本文利用遙感和地理信息技術(shù)，以Landsat MSS/TM/ETM＋及OLI 遙感影像作為數(shù)據(jù)源，對(duì)1974 年、1991 年、2000 年、2009年、2020年5期冰川邊界進(jìn)行提取，建立連續(xù)性的冰川變化數(shù)據(jù)，從冰川長(zhǎng)度、冰川總體面積、表磧覆蓋范圍和不同朝向冰川覆蓋單元等方面具體分析海螺溝冰川近46年間的變化規(guī)律，并討論了氣候要素對(duì)冰川變化的影響，以揭示在全球氣候變暖趨勢(shì)下海螺溝冰川的變化特征，從而為該地區(qū)海洋性冰川變化機(jī)理性研究提供數(shù)據(jù)支撐。

1 研究區(qū)概況

海螺溝冰川位于四川省甘孜藏族自治州瀘定縣和康定縣交界處，其發(fā)源于青藏高原東部橫斷山系大雪山脈中部的貢嘎山［11］，大致呈東西走向。陡峻狹窄的谷底以及巨大的山體優(yōu)勢(shì)，使其成為我國(guó)典型的季風(fēng)海洋性山谷冰川之一［14］。由于該區(qū)高山、高原廣布，形成了典型的高原大陸性氣候，干、雨季分明［15］。雨季主要受來(lái)自印度洋的西南季風(fēng)和太平洋的東南季風(fēng)的影響，溫暖濕潤(rùn)的季風(fēng)，加之有利于冰川發(fā)育的地形，可為該區(qū)域帶來(lái)豐沛的降水，年降水量為1 956 mm，夏季（7—9 月）降雨量占全年的43.89%，干季主要受西風(fēng)環(huán)流南支急流的影響，降水較少［6］。據(jù)考察［10，16-19］，海螺溝冰川雪線在海拔4 900 m 左右，雪線處年平均氣溫為-4.4 ℃，雪線以上為冰川積累區(qū)，雪線以下至海拔3 850 m 為大冰瀑布區(qū)，落差為1 050 m，極易發(fā)生巨大的雪崩和冰崩，是冰川主要的補(bǔ)給源，而冰川消融區(qū)冰面、冰內(nèi)和冰下河流發(fā)育，且被大量表磧所覆蓋。自小冰期以來(lái)，海螺溝冰川持續(xù)退縮，但由于地形地勢(shì)以及季風(fēng)的影響，使該地區(qū)山高谷深、空氣潮濕，日照時(shí)間短，為該地區(qū)的研究帶來(lái)極大的困難。

2 數(shù)據(jù)與方法

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

本文利用來(lái)源于美國(guó)地質(zhì)勘測(cè)局（United States Geological Survey， USGS，https：//earthexplorer. usgs. gov/）提供的Landsat 系列遙感影像，其為L(zhǎng)evel 1T 級(jí)產(chǎn)品，已采用GLS2005 全球陸地控制點(diǎn)系統(tǒng)做了正射校正，并基于DEM 數(shù)據(jù)進(jìn)行了地形校正，其大地測(cè)量校正依賴于精確的地面控制點(diǎn)和高精度的DEM 數(shù)據(jù)，已有驗(yàn)證表明，USGS 所提供的遙感影像具有很高的精度［20-21］，因此，本文直接利用下載的影像進(jìn)行冰川邊界的提取，未做進(jìn)一步的校正處理。由于季節(jié)性積雪、云層等因素會(huì)影響冰川邊界的識(shí)別，所以影像數(shù)據(jù)盡量選取8—10月份，云量<10%的圖像，但由于部分年份高質(zhì)量影像獲取難度大，因此在進(jìn)行實(shí)際影像人工選取過(guò)程中，部分年份降低了月份的要求，并采用同年多期遙感影像作為參考。最終選擇的遙感影像數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 遙感影像數(shù)據(jù)Table 1 Remote sensing image data

DEM 數(shù)據(jù)采用的是ASTER GDEM 數(shù)據(jù)，空間分辨率為30 m，數(shù)據(jù)源自地理空間數(shù)據(jù)云（http：//www. gscloud. cn），DEM 數(shù)據(jù)用于研究區(qū)朝向提取，對(duì)不同朝向冰川覆蓋單元變化進(jìn)行分析。氣象數(shù)據(jù)來(lái)源于國(guó)家青藏高原科學(xué)數(shù)據(jù)中心（http：//data.tpdc.ac.cn/）提供的中國(guó)國(guó)家級(jí)地面氣象站基本氣象要素日值數(shù)據(jù)集（V3.0）。此外，還采用了由國(guó)家青藏高原科學(xué)數(shù)據(jù)中心提供的第二次冰川編目數(shù)據(jù)集（V1.0）作為冰川邊界提取的輔助數(shù)據(jù)。

2.2 研究方法

2.2.1 冰川邊界的提取

近幾年，隨著對(duì)衛(wèi)星遙感技術(shù)的深入探索，遙感技術(shù)因其獲取地面資料速度快、獲取信息范圍大、成本低等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用［22］，也使得長(zhǎng)時(shí)間冰川信息的提取與監(jiān)測(cè)成為可能。遙感影像提取冰川邊界的方法一般可分為兩大類：目視解譯和計(jì)算機(jī)自動(dòng)分類。目視解譯操作方法簡(jiǎn)便、原理簡(jiǎn)單、提取冰川邊界精度高，但要求解譯人員具有充足的專業(yè)知識(shí)和大量的野外實(shí)地調(diào)查經(jīng)驗(yàn)，需要耗費(fèi)大量的人力物力財(cái)力。目前，計(jì)算機(jī)輔助分類的方法已日趨成熟，主要有：雪蓋指數(shù)閾值法［23］、面向?qū)ο笮畔⑻崛》ǎ?4］、比值閾值法［25］、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分類法［26］、監(jiān)督分類和非監(jiān)督分類［27］等。其中，波段比值閾值法與人工目視解譯相結(jié)合的方法提取的冰川邊界具有更高的精度［28-30］。因此，本文采用波段比值閾值法，并通過(guò)人機(jī)交互式確定閾值的方法來(lái)提取冰川邊界。具體步驟如下。

（1）波段運(yùn)算：波段運(yùn)算是通過(guò)冰川在不同波段的差異性，即根據(jù)可見(jiàn)光和近紅外波段的強(qiáng)反射特性以及在短波紅外波段的強(qiáng)吸收特性，將冰川與其他地物進(jìn)行區(qū)分。對(duì)于Landsat MSS 影像因其缺少相應(yīng)的波段信息，對(duì)其直接進(jìn)行目視解譯提取1974 年的冰川邊界。由于TM3/TM5 比TM4/TM5更容易區(qū)分陰影中的冰，因此TM 影像選用Band3/Band5（OLI 影像為Band4/Band6）進(jìn)行波段運(yùn)算生成比值圖像。

（2）確定閾值：閾值的設(shè)定直接影響計(jì)算機(jī)自動(dòng)分類的結(jié)果，閾值的選取是根據(jù)冰川區(qū)具體環(huán)境特征來(lái)確定的，對(duì)不同地域、不同時(shí)期的遙感影像而言，閾值的選取有較大差異，但一般都在2 左右。通過(guò)在ArcGIS 10.8 中將設(shè)定閾值后生成的二值圖與原始遙感影像進(jìn)行對(duì)比分析，并在李霞等［31］研究的基礎(chǔ)上，經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)嘗試，最終本研究在提取過(guò)程中將閾值設(shè)定在1.5～2.1之間。在編輯工具中對(duì)冰川邊界進(jìn)行矢量化人工提取，得到冰川的初始提取邊界。

（3）目視解譯：由于遙感影像質(zhì)量、積雪殘塊、山體陰影等因素的影響，對(duì)初始提取的冰川邊界參考二次冰川編目并結(jié)合Google Earth 高分辨率遙感影像進(jìn)行目視修正，提高冰川邊界的精度。在解譯過(guò)程中，為減少冰川區(qū)內(nèi)碎小積雪斑塊的影響，在屬性表中將冰川面積<0.01 km2的對(duì)象進(jìn)行剔除不予統(tǒng)計(jì)，以便后續(xù)進(jìn)行冰川面積的計(jì)算和分析。

海螺溝冰川被大量表磧所覆蓋，含表磧的部分不能很好地被計(jì)算機(jī)自動(dòng)分類識(shí)別，所以根據(jù)以下原則對(duì)冰川邊界加以修正［22］：（a）若冰川末端有溪流或冰湖存在，則根據(jù)溪流或冰湖位置確定冰川邊界；（b）對(duì)比同時(shí)段不同時(shí)期遙感影像，根據(jù)影像中出現(xiàn)的大量小型冰湖確定邊界；（c）若冰川末端較地表顏色更深，則判定其為表磧覆蓋區(qū)。

2.2.2 冰川邊界精度評(píng)價(jià)

在利用遙感影像提取冰川邊界的過(guò)程中，遙感影像質(zhì)量、視覺(jué)判斷、表磧覆蓋、山體陰影、提取方法等都會(huì)影響邊界提取精度。因此，需要對(duì)提取的邊界進(jìn)行精確度驗(yàn)證。目前，精度驗(yàn)證常用的方法主要有：利用差分GPS 野外實(shí)地測(cè)量，用更高分辨率的遙感影像作為參考以及與他人研究成果進(jìn)行比較。鑒于對(duì)海螺溝冰川野外實(shí)測(cè)獲取的長(zhǎng)時(shí)間序列信息有限，加之該區(qū)域多云霧，獲取高分辨率遙感影像較困難。所以，采用何毅等［32］以遙感影像分辨率一半作為緩沖寬度建立緩沖區(qū)的方法進(jìn)行精度驗(yàn)證（MSS 影像30 m，TM 和OLI 影像15 m），得到1974年、1991年、2000年、2009年、2020年各個(gè)時(shí)期的誤差率分別為±4.39%、±2.00%、±2.21%、±2.07%、±2.12%。經(jīng)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，該誤差率均在允許誤差范圍內(nèi)。

圖1 研究區(qū)概況圖Fig. 1 Overview of the study area

2.2.3 冰川長(zhǎng)度的提取

冰川長(zhǎng)度一般定義為冰川軸線的最大距離即冰川主流線的最大長(zhǎng)度［33］。目前冰川長(zhǎng)度的提取方法主要有冰川主流線提取法和冰川中流線提取法。本文參照拉巴卓瑪［34］采用的主流線法來(lái)提取冰川長(zhǎng)度。首先在ArcGIS 10.8 中利用水文分析工具對(duì)DEM 數(shù)據(jù)進(jìn)行填洼［如圖2（a）］，避免因DEM精度不高所產(chǎn)生的水流積聚地；其次，對(duì)填洼后的DEM 數(shù)據(jù)進(jìn)行流向［圖2（b）］和流量［圖2（c）］計(jì)算生成水流積聚柵格，產(chǎn)生河網(wǎng)，并利用柵格計(jì)算器確定閾值提取河網(wǎng)柵格，根據(jù)多次試驗(yàn)生成的河網(wǎng)情況和當(dāng)?shù)亟邓壳闆r將2009 年的最佳閾值設(shè)定為大于100［圖2（d）］，然后對(duì)其進(jìn)行柵格河網(wǎng)矢量化；最后確定研究區(qū)海拔最高點(diǎn)和最低點(diǎn)提取最長(zhǎng)匯水線［圖2（e）］并對(duì)其定義地理和投影坐標(biāo)，通過(guò)幾何計(jì)算得到冰川長(zhǎng)度。

圖2 海螺溝冰川長(zhǎng)度提取流程圖Fig. 2 Flow chart of glacier length extraction

3 結(jié)果與分析

3.1 冰川長(zhǎng)度變化

冰川長(zhǎng)度變化是氣候變化的強(qiáng)力佐證［35］，一般是通過(guò)冰川末端的進(jìn)退（圖3）來(lái)實(shí)現(xiàn)的。通過(guò)對(duì)海螺溝1974 年、1991 年、2000 年、2009 年、2020 年5 期冰川長(zhǎng)度提取并統(tǒng)計(jì)（表2）發(fā)現(xiàn)：海螺溝冰川末端一直呈現(xiàn)退縮態(tài)勢(shì)。1974 年冰川長(zhǎng)度為15 501 m，2020年冰川長(zhǎng)度為14 414 m，近46年間冰川總長(zhǎng)度減少1 087 m，冰川長(zhǎng)度變化率為-7.01%，年退縮長(zhǎng)度23.63 m，年平均變化率為-0.15%。其中，1974—1991年冰川長(zhǎng)度退縮速率最大，退縮了442 m，年退縮長(zhǎng)度26.00 m，年平均退縮率為0.17%；1991—2000 年、2000—2009 年、2009—2020 年冰川分別退縮了208 m、181 m、257 m，年平均變化率分別為-0.15%、-0.14%、-0.16%。

表2 1974—2020年海螺溝冰川長(zhǎng)度變化Table 2 Variation of glacier length in Hailuogou from 1974 to 2020

圖3 海螺溝冰川空間變化及末端變化示意圖Fig. 3 Schematic diagram of spatial change and end change of Hailuogou Glacier

3.2 冰川面積變化

研究區(qū)在1974 年、1991 年、2000 年、2009 年、2020 年的冰川面積分別為25.07 km2、24.94 km2、24.85 km2、24.62 km2、24.52 km2（表3）。

表3 1974—2020年海螺溝冰川面積變化Table 3 Changes of Hailuogou Glacier area from 1974 to 2020

從1974年到2020年冰川總面積減少了0.55 km2，冰川面積變化率為-2.19%，年平均退縮率為0.05%。對(duì)比不同時(shí)段冰川面積變化可知，冰川退縮幅度存在差異：1974—1991 年冰川面積減少0.13 km2，面積變化率-0.52%，年平均退縮率0.03%；1991—2000年冰川面積減少0.09 km2，面積變化率-0.36%，年平均退縮率0.04%；2000—2009年冰川面積變化最大，減少0.23 km2，面積變化率-0.93%，年平均退縮率0.10%；2009—2020 年冰川面積減少0.10 km2，面積變化率-0.41%，年平均退縮率0.04%。通過(guò)對(duì)冰川面積統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)：近46年來(lái)海螺溝冰川整體呈退縮狀態(tài)（圖4），與貢嘎山冰川總面積變化趨勢(shì)保持一致，預(yù)計(jì)未來(lái)海螺溝冰川將一直呈現(xiàn)萎縮的變化態(tài)勢(shì)。

3.3 冰川表磧覆蓋范圍變化

海螺溝冰川是典型的表磧覆蓋型冰川，表磧十分發(fā)育，通過(guò)對(duì)遙感影像目視解譯發(fā)現(xiàn)（圖5），近46 年來(lái)海螺溝冰川表磧覆蓋范圍不斷擴(kuò)大。1974年表磧覆蓋面積為0.47 km2，2020 年表磧覆蓋面積為4.80 km2，近46 年間表磧擴(kuò)張4.33 km2。其中，2009—2020 年表磧擴(kuò)張最快，擴(kuò)大2.44 km2，年平均擴(kuò)張0.24 km2，2020 年表磧覆蓋度已高達(dá)20.69%，預(yù)測(cè)未來(lái)海螺溝冰川表磧將處于持續(xù)擴(kuò)張的狀態(tài)（圖6）。

圖5 1974—2020年海螺溝冰川表磧覆蓋范圍Fig. 5 Coverage of debris of Hailuogou Glacier from 1974 to 2020

圖6 2009年和2020年海螺溝冰川表磧覆蓋范圍對(duì)比Fig. 6 Comparison of debris of Hailuogou Glacier in 2009 and 2020

經(jīng)對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)（圖5～圖6），海螺溝冰川表磧擴(kuò)張主要分布在冰川末端、西北部、東北部和西南部。1974—2000 年間表磧主要呈現(xiàn)由冰川末端消融區(qū)向上游擴(kuò)張的趨勢(shì)，但2000 年后海螺溝西北部、東北部和西南部也逐漸出現(xiàn)表磧的擴(kuò)張，且近20 年來(lái)西北部、東北部和西南部表磧擴(kuò)張對(duì)表磧總覆蓋范圍的擴(kuò)大做出了更大的貢獻(xiàn)。

3.4 不同朝向冰川覆蓋單元變化

海螺溝冰川是貢嘎山地區(qū)最宏大的冰川之一，強(qiáng)烈的冰川地質(zhì)作用使該流域形成了特殊的山地和河谷地貌［36］，對(duì)不同朝向冰川覆蓋單元變化產(chǎn)生影響。結(jié)合DEM 數(shù)據(jù)對(duì)研究區(qū)1974 年、1991 年、2000 年、2009 年、2020 年不同朝向［北（N）、東北（NE）、東（E）、東南（SE）、南（S）、西南（SW）、西（W）、西北（NW）］上冰川面積進(jìn)行提取并統(tǒng)計(jì)（圖7）。

圖7 1974—2020年不同朝向冰川面積變化柱狀圖Fig. 7 Histogram of glacier area change in different direactions from 1974 to 2020

結(jié)果表明，自1974年以來(lái)不同朝向冰川大體呈不同程度的退縮狀態(tài)，其中偏東向（東、東南、東北）的冰川消融最為劇烈，東朝向、東南朝向、東北朝向冰川面積年平均萎縮率分別為1.42%、1.18%、0.98%，而西朝向、西南朝向、西北朝向分別為0.13%、0.38%、0.16%（圖8）。

圖8 海螺溝流域近46年間不同朝向冰川的面積變化及分布情況Fig. 8 Area change and distribution of glaciers in different directions in Hailuogou watershed

2020 年偏東向冰川面積占總面積的68.60%，其中，東朝向冰川面積最大，為7.45 km2，占總面積的30.38%，西朝向冰川面積最小，為0.42 km2，僅占總面積的1.71%，偏西向（西、西南、西北）冰川面積僅占總面積的8.73%；偏北向（北、西北、東北）冰川面積占總面積的23.61%，偏南向（南、西南、東南）冰川面積占總面積的36.38%。由此可見(jiàn)，各朝向冰川面積分布不均勻，呈現(xiàn)東多西少、南多北少的特點(diǎn)，這種冰川分布的非對(duì)稱性反映了偏東向和偏南向更有利于冰川的發(fā)育。此外，通過(guò)對(duì)各朝向冰川分布特征和各朝向冰川面積萎縮情況分析發(fā)現(xiàn)，東朝向冰川分布最多，冰川面積萎縮量也最大，西朝向和西北朝向冰川分布少，面積萎縮量也小，兩者有著顯著的正相關(guān)關(guān)系。

4 討論

4.1 氣候變化對(duì)冰川變化的影響

氣候變化在冰川變化過(guò)程中起著重要作用，冰川變化主要受氣溫和降水兩種氣象要素的綜合影響。氣溫主要影響冰川的消融，降水主要影響冰川的積累，兩者作用強(qiáng)度的不同使冰川呈現(xiàn)萎縮和前進(jìn)的不同發(fā)育形態(tài)。由于冰川變化對(duì)氣候變化的響應(yīng)有滯后期［37］，所以本研究選取鄰近該區(qū)域的小金（31°0′ N，102°21′ E，海拔2 369.2 m）、康定（30°05′ N，102°0′ E，海拔2 615.7 m）兩個(gè)氣象臺(tái)站1960—2014 年近55 年的氣象數(shù)據(jù)作為區(qū)域氣候背景的參考。由圖10可知，1960—2014年海螺溝周邊流域氣溫呈波動(dòng)上升趨勢(shì)，小金和康定氣象站年均氣溫上升速率約為0.15 ℃·（10a）-1。小金于2009年氣溫達(dá)到近54 年的極高值，年平均氣溫為13.21 ℃左右，較近55 年來(lái)氣溫平均值高1.07 ℃；康定于1979 年氣溫達(dá)到極高值，年平均氣溫為9.85 ℃，較近55 年來(lái)平均值高2.58 ℃。同期兩個(gè)氣象臺(tái)站降水量也呈顯著的增加趨勢(shì)，增加速率分別為18.83 mm·（10a）-1、43.09 mm·（10a）-1。從氣溫、降水和冰川變化的組合來(lái)看，該區(qū)域降水量的增加難以彌補(bǔ)氣溫升高引起的冰川消融，因此推斷氣溫上升是海螺溝冰川面積萎縮和長(zhǎng)度減少的主要原因。

4.2 冰川長(zhǎng)度變化分析

從冰川長(zhǎng)度方面來(lái)看，本研究1991年提取的冰川長(zhǎng)度為15.1 km 與蘇珍等［19］1990 年實(shí)地測(cè)量的13.1 km 具有一定差距，相差約2.0 km，這可能是由于所確定的冰川長(zhǎng)度的起點(diǎn)不同所導(dǎo)致的（該研究以區(qū)域內(nèi)海拔最高點(diǎn)為起點(diǎn)，蘇珍等［19］將消融運(yùn)動(dòng)花桿設(shè)定在約7 000 m 處），即研究方法上存在尺度差異性［29，38］。從冰川的階段性變化來(lái)看，李宗省等［39］表明1983—1989 年、1990—2004 年、2004—2006 年間，海螺溝冰川分別后退147.8 m、274 m、50 m，對(duì)應(yīng)時(shí)段內(nèi)本研究冰川后退156 m、314 m、40 m，相差8.2 m、40 m、10 m，平均每年相差1.36 m、2.86 m、5.00 m；蘇珍等［8］表明1990—1997 年間海螺溝冰川后退138 m，本研究冰川后退164 m，近7年間相差26 m，平均每年相差3.71 m；Zhang 等［40］表明1989—2010 年海螺溝冰川后退410 m，本研究結(jié)果為冰川后退464 m，近21 年間相差54 m，平均每年相差2.57 m。其中，2004—2006年冰川年平均退縮長(zhǎng)度與前人研究相差最大，為5.00 m·a-1。但通過(guò)文獻(xiàn)整理發(fā)現(xiàn)［1，7-8，11，14，16，19，31，40-42］，2004—2006 年間冰川長(zhǎng)度減少39～50 m，在此時(shí)間段內(nèi)本研究減少40 m，由此可知冰川年平均退縮長(zhǎng)度與前人研究結(jié)果的差值≦5.00 m，是可以接受的，因?yàn)檠芯窟^(guò)程中遙感影像質(zhì)量、人工目視解譯偏移以及冰川末端河網(wǎng)斷連等不可避免的因素都會(huì)影響精度。此外，1974—2010 年間海螺溝冰川長(zhǎng)度減少650～900 m，1974—1991 年冰川長(zhǎng)度減少338～549 m，對(duì)應(yīng)時(shí)段內(nèi)本次研究的冰川長(zhǎng)度減少853 m、442 m，這與前人［1，7-8，11，14，16，19，31，40-42］研究結(jié)果一致，且冰川的階段性變化與李宗省等［43］認(rèn)為（20 世紀(jì)70 年代至80 年代中期是降溫期，20世紀(jì)80年代中期至今處于強(qiáng)烈升溫期）的氣溫階段性變化具有較大的一致性。

4.3 冰川面積和表磧范圍變化分析

由圖3 可知，海螺溝冰川面積減少主要體現(xiàn)在冰川末端的衰退。張國(guó)梁等［11］研究表明1966—2008 年間海螺溝冰川面積減少1.03 km2，在本研究中1974—2020 年冰川面積減少0.55 km2，其中2000—2009 年冰川變化最大，面積減少0.23 km2，此次研究得到的海螺溝面積變化趨勢(shì)與前人研究變化趨勢(shì)一致，但面積變化程度存在差異，造成這種情況的原因可能與海螺溝冰川被大量的表磧所覆蓋有關(guān)，這與張勇等［44］、劉時(shí)銀等［45］、廖海軍等［46］相關(guān)研究結(jié)論一致；據(jù)廖海軍等［47］研究發(fā)現(xiàn)，海螺溝冰川西北部和西南部被表磧所覆蓋，而波段比值閾值法不能很好地識(shí)別被表磧覆蓋的部分［48］，從而影響了冰川邊界提取精度，進(jìn)而影響了統(tǒng)計(jì)過(guò)程中冰川面積的準(zhǔn)確性。該冰川表磧除分布在冰川末端消融區(qū)外，自2000年起冰川西北部、東北部、西南部也逐漸出現(xiàn)不同程度的表磧擴(kuò)張，據(jù)本研究預(yù)測(cè)未來(lái)海螺溝冰川表磧將處于持續(xù)擴(kuò)張的狀態(tài)。本文對(duì)遙感影像容易獲取的年份（2000 年、2009 年、2020 年），采用同年多期遙感影像做對(duì)比的方法，最大程度的提高冰川邊界提取精度減小誤差并建立緩沖區(qū)驗(yàn)證，但對(duì)冰川區(qū)表磧覆蓋的部分進(jìn)行提取時(shí)此方法效果并不理想，因此，表磧覆蓋區(qū)冰川提取存在一定問(wèn)題。劉彥培等［48］最新研究表明，比值閾值法與面向?qū)ο笙嘟Y(jié)合的方法對(duì)表磧覆蓋性冰川邊界的提取與識(shí)別具有更好的效果。

4.4 不同朝向冰川覆蓋單元變化分析

不同朝向冰川覆蓋范圍的非對(duì)稱性很可能與該地區(qū)氣候特征、地形地勢(shì)以及水汽條件有關(guān)。來(lái)自印度洋和太平洋的暖濕氣流受到山脈的阻隔后，便沿著干流河谷向上運(yùn)動(dòng)形成降水，該地區(qū)地勢(shì)西北高東南低，降水由東南向西北遞減，充足的水汽使偏東向和偏南向成為冰川發(fā)育的優(yōu)勢(shì)朝向。不同朝向冰川面積變化特征主要受各朝向上冰川面積分布、太陽(yáng)輻射及水汽輸送和氣候變化特征的影響。由圖9 可知，不同朝向冰川面積變化與各朝向上冰川面積分布存在正相關(guān)性，即北向分布的冰川面積大于南向，面積萎縮量也大于南向，但冰川面積萎縮率小于南向，這種現(xiàn)象是由于北向冰川受太陽(yáng)輻射少于南向而導(dǎo)致的。此外，據(jù)Pan 等［50］研究表明貢嘎山流域海洋性冰川整體以西北向和東向冰川萎縮最強(qiáng)烈，東南向冰川面積萎縮最小，而海螺溝冰川以東向和東南向冰川萎縮最快，西向、西北向萎縮最慢，這種差異是由于東南季風(fēng)、西南季風(fēng)和高空西風(fēng)帶對(duì)貢嘎山流域單條冰川影響程度不同、東西坡冰川規(guī)模不同對(duì)氣候響應(yīng)程度也不同以及地形因素的限制［31，51］，使得海螺溝冰川既存在與貢嘎山大尺度范圍冰川變化的一致性，也具有其本身的獨(dú)特性。

圖9 1974年各朝向冰川面積與近46年間各朝向冰川萎縮面積關(guān)系示意圖Fig. 9 Schematic diagram of the relationship between glacier area in 1974 and shrinking area in recent 46 years

圖10 1960—2014年小金、康定氣溫和降水變化示意圖Fig. 10 Schematic diagram of temperature and precipitation changes in Xiaojin （a） and Kangding （b） from 1960 to 2014

5 結(jié)論

自1974 年以來(lái)海螺溝冰川處于強(qiáng)烈的退縮趨勢(shì)，表現(xiàn)為冰川長(zhǎng)度縮短、冰川總面積減少、各朝向冰川面積的衰退。利用1974—2020 年Landsat 系列數(shù)據(jù)、ASTER GDEM 數(shù)據(jù)以及冰川編目數(shù)據(jù)并結(jié)合已有文獻(xiàn)對(duì)海螺溝冰川變化進(jìn)行比對(duì)和探討，經(jīng)研究表明：

（1）1974—2020 年冰川長(zhǎng)度由15501 m 減少到14 414 m，共減少1 087 m，年退縮率為0.15%，近46年間海螺溝冰川末端一直呈明顯的退縮狀態(tài)，冰川長(zhǎng)度縮減。

（2）1974—2020 年冰川總面積由25.07 km2減少到24.52 km2，冰川總面積減少了0.55 km2，退縮比例達(dá)到2.19%，年退縮速率為0.01 km2·a-1，冰川面積呈退縮狀態(tài)，未來(lái)海螺溝冰川將繼續(xù)呈現(xiàn)萎縮的變化趨勢(shì)。

（3）海螺溝冰川覆蓋單元變化結(jié)果顯示，不同朝向冰川呈不均勻分布，東向冰川面積大于西向，南向冰川面積大于北向。近46年間除西向、西北向冰川面積退縮速率較慢外，其余各朝向冰川都呈現(xiàn)較為明顯的退縮態(tài)勢(shì)，東向和東南向冰川的退縮量最大。且各朝向冰川面積退縮情況與各朝向上冰川面積分布具有顯著的正相關(guān)性。這種分布特點(diǎn)和退縮情況與天氣系統(tǒng)、地形地勢(shì)以及海洋性冰川對(duì)氣候變化的響應(yīng)密切相關(guān)。

（4）1974—2020 年間海螺溝冰川表磧覆蓋面積增加4.33 km2，表磧主要分布在冰川末端消融區(qū)、冰川西北部、東北部邊界處、西南部，預(yù)計(jì)未來(lái)海螺溝冰川表磧覆蓋面將持續(xù)擴(kuò)張。

本文利用比值閾值法和人工目視解譯相結(jié)合的方法提取冰川邊界，分析了在全球變暖大背景下海螺溝冰川近46 年間長(zhǎng)度、總面積、不同朝向冰川面積變化規(guī)律。后續(xù)研究將在本文數(shù)據(jù)支撐下，結(jié)合冰川雷達(dá)測(cè)厚技術(shù)，測(cè)算海螺溝冰川厚度變化情況，并通過(guò)冰川流動(dòng)速度，估算冰川體積，對(duì)海螺溝冰川機(jī)理進(jìn)行深層次的研究。