祁连山老虎沟12号冰川运动特征分析

以南方灵锐S82 GPS接收机为数据获取平台,借助RTK测量技术对均匀布设在祁连山老虎沟12号冰川表面的花杆网阵进行表面运动速度观测.2008年6—8月和2008—2009年整年的观测资料显示：2008—2009年间该条冰川表面流速最大值出现在海拔4 750~4 850 m,其中西支表面流速达到32.6 m.a-1,出现在海拔4830 m附近,东支表面流速达到32.4 m.a-1,出现在海拔4770 m附近.相比1959年的观测结果,该条冰川流速减慢了11%.

祁连山东段冷龙岭地区宁缠河3号冰川变化研究

2009年7月对祁连山东段冷龙岭地区宁缠河3号冰川进行了野外考察,对冰川周围布设测量控制网,并利用GPS-RTK技术测量了冰川表面高程与面积、末端等信息,同时使用加拿大EKKO型探地雷达测量了冰川厚度.结合1972年航测1973年调绘出版的地形图以及1995年与2009年两景TM影像等资料,分析研究了宁缠河3号冰川自1972年以来的变化.结果表明:宁缠河3号冰川近37a以来萎缩严重,冰川末端退缩约6%,面积减小13.1%,冰川体积减少35.3%;冰川主要以减薄的形式在萎缩,冰川平均厚度由1972年的36.8m,减为2009年的27.4m.周边站点气象资料表明,该区域近几十年来出现不同程度的升温,是导致冰川快速萎缩的主要原因.

Landsat-5 TM影像在冰川面积信息提取中的精度评价

【目的】评估Landsat-5TM遥感影像在冰川面积提取中的精度。【方法】以位于祁连山北坡的老虎沟12号冰川和宁缠河3号冰川为研究对象,于2009年利用GPS-RTK技术获取高精度冰川边界数据,比较目视解译法、归一化积雪指数(NDSI)法、监督分类法对同时期Landsat-5TM遥感影像解译结果与大地测量法所得结果的差异。【结果】利用遥感影像提取的老虎沟12号冰川和宁缠河3号冰川的面积均小于大地测量法的结果,且各种方法提取冰川面积的精度误差不一。在老虎沟12号冰川和宁缠河3号冰川中,利用目视解译法得出的结果最接近大地测量值,其误差最小,分别为-0.79%和-1.83%;NDSI法误差次之,分别为-1.19%和-3.82%;监督分类法误差最大,分别为-1.79%和-5.99%。【结论】利用Landsat卫星数据监测冰川变化是一种简单而有效的手段;目视解译法提取冰川面积信息效果最好,误差不超过±2%;面积较大冰川的解译精度高于面积较小的冰川。

祁连山冷龙岭宁缠河3号冰川表面流速特征分析

2009年9月对祁连山冷龙岭宁缠河3号冰川外围建立控制网,于冰川表面布设了13根标志杆,随后分别于2010年7月、2010年9月再次对设立在冰川表面的花杆点进行测量,获取2009/2010年度、2009年9月-2010年7月与2010年7-9月3个时段宁缠河3号冰川表面流速.结果显示:2009/2010年度宁缠河3号冰川最大流速出现在海拔4 430m附近,为3.76m·a-1;2009年9月-2010年7月表面流速最大值出现在海拔4 430m附近,为0.32m·月-1;2010年7-9月最大流速出现在海拔4 380m附近,为0.47m·月-1.总体来看,2009/2010年度宁缠河3号冰川纵剖面上流速变化较为缓和,显示出流速随海拔变化而变化的规律.但不同季节表面流速在纵剖面上的分布情况不同,横剖面上主流线附近流速最大,向冰川两边逐渐递减,各观测点均平行于主流线方向向冰川末端运动,表现出冰川运动一般规律.在冰川表面运动速度观测区域内东南边缘流速略大于西北边缘,同时与规模相近的冰川运动速度相比,宁缠河3号冰川运动速度较大.

祁连山老虎沟12号冰川积累区消融期能量平衡特征

为研究冰川消融期积累区的能量平衡,利用2006年6月21日—7月31日祁连山老虎沟12号冰川海拔5 040m气象观测资料,分析了冰川的能量平衡各分量变化特征,估算了冰川表面的能量平衡组成.结果表明:冰川消融期,净辐射是冰川的主要热量来源(占82.1%),其次是感热通量(占17.9%);冰川消融耗热是主要的能量支出项(占70.8%),其次是潜热通量(占29.2%).通过能量平衡方程计算的冰川蒸发/升华量日平均值为0.8mm w.e.,物质亏损量为473mm w.e.,与实测物质亏损量492mm w.e.相差不大,冰川累积物质亏损量计算值和观测值的趋势变化吻合较好.

小昌马河流域地表水地下水同位素与水化学特征及转化关系

利用小昌马河流域上游大雪山老虎沟冰雪融水及下游昌马洪积扇区地下水的稳定同位素和水化学资料,对流域稳定同位素和水化学的组分特征和季节变化进行了分析.结果表明:小昌马河流域内从上游冰雪融水区到下游昌马洪积扇地下水排泄区矿化度不断增高,水化学类型由HCO3-Mg-Ca过渡到HCO3-SO4-Ca-Mg;上游冰雪融水与下游地下水δ18 O的季节变化基本一致,洪积扇区地下水来源于冰雪融水的补给.水文地球化学模型模拟显示地下水形成过程中水岩作用以析出方解石,吸收二氧化碳,溶解石膏、岩盐和绿泥石等为主要特征,溶蚀的含盐矿物使地下水中氯化物、硫酸根和钠离子含量升高,地下水水质恶化.同位素和水化学证据均揭示了小昌马河流域地表水-地下水的化学环境转化关系.

1958-2005年祁连山老虎沟12号冰川变化特征研究

老虎沟12号冰川是祁连山最大的冰川,面积为21.9 km2,为极大陆型冷性复式山谷冰川.该冰川监测开始于1958年,1962年监测被迫终止;其后于20世纪70—80年代有过短期考察,2005年恢复全面观测.基于野外GPS观测,两期1∶50 000地形图和两期1∶10 000地形图及Landsat ETM+遥感影像,分析了过去近50 a来多时间段冰川的变化特征及其对气候变化的响应过程.结果表明:1957—1976年间冰川退缩约100 m,平均退缩速率5 m.a-1,此后冰川归于平稳态;1985—2005年间冰川退缩140.12 m,退缩速率较之前(1957—1976年)提高了40.2%.结合玉门镇气象资料分析认为,升温幅度的增大是影响20世纪90年代中期以来老虎沟12号冰川退缩加剧的根本原因,冰川在持续高温情景下的气候响应要敏感于低温情景.

祁连山老虎沟12号冰川表面能量和物质平衡模拟

采用HOCK的分布式能量物质平衡模型对老虎沟12号冰川消融期的物质平衡进行了模拟,时间步长为1 h,空间分辨率为30 m.模型结果利用物质平衡观测数据和气象站观测数据验证,模型模拟时期为2012年6月1日-9月30日.模型模拟结果表明,地形因子对太阳辐射影响相当显著;散射辐射在总辐射中的比例较大为39%,模拟期冰川表面物质平衡为-506 mm w.e..在模拟期整个冰川平均上净辐射占能量收入的84%,感热通量占有16%;消融耗热则是能量的主要支出占有62%,潜热通量占有能量支出的38%.

祁连山老虎沟12号冰川雷达测厚和冰下地形特征研究

冰川地形是构建冰川流动模型的基础,对于认识冰川响应气候变化的动力机制具有重要意义.在2009年和2014年消融季,使用探地雷达对祁连山老虎沟12号冰川进行了厚度测量和冰下地形观测,获得了沿冰川中流线和多条横剖面的厚度资料,并对中流线上的厚度分布特征和槽谷形态进行了研究.研究结果表明,东、西支冰川的平均厚度分别为190 m和150 m,东支冰川冰下地形起伏大于西支,支冰川的表面坡度都较缓和.东、西支冰川进入汇合区时厚度分别为122 m和157 m,由于支冰川的横向挤压和汇流,汇合区中部冰川厚度增加到162 m.冰川槽谷形态具有空间差异,东、西支冰川槽谷形态近似于对称的V型,但是在冰川汇合区,槽谷底部变宽,边坡变缓,发育有不对称槽谷.

珠穆朗玛峰北坡地区的气温分布及其垂直梯度分析

在资料比较稀少的珠穆朗玛峰北坡地区进行气象观测对于研究该地区的气候变化及其对冰川变化的影响具有重要意义。利用不同海拔(5 207,5 550,5 792和5 955m)的4个自动气象站和高空探测资料,分析了珠穆朗玛峰北坡近地面和自由大气的温度分布状况及其梯度变化特征。结果表明,年平均日变化气温5 207m站的升温速率最快,5 550m站次之,5 792m和5 955m站最小,4个站月平均最高(低)气温分别为5.7℃(-9.3℃)、4℃(-6.5℃)、1.4℃(-14.8℃)和1.3℃(-15.4℃);气温递减率有明显的季节变化特征,最大(小)值出现在1月(3月),其值约为1.07℃.(100m)-1(0.12℃.(100m)-1),年(春、夏、秋季)平均日变化幅度白天大、夜晚较小,冬季全天比较平缓,夏季在00:00-09:00(北京时)出现正值,其他季节全天皆为负值;自由大气的温度递减率值大部分都在0～1℃.(100m)-1之间,海拔5 200～6 000m之间的平均温度递减率值为0.78℃.(100m)-1。

祁连山老虎沟12号冰川积累区微气象特征

利用2008年10月1日-2009年9月30日祁连山老虎沟12号冰川积累区海拔5040m自动气象站观测资料,初步分析了该地区气温、冰川表面温度、降水、相对湿度、空气和冰川表面比湿、气压、风速、风向、感热和潜热通量等气象要素的平均日变化和季节变化特征。结果表明,气温年平均值为-11.8℃,全年正积温仅为16.5℃,具有日较差小、年较差大的气温特征;降水主要集中在5-9月,约占全年的85%,年降水量为424.2mm;气压冬季低、夏季高,属于典型的高山型;年平均风速为3.7m·s-1,冰川风显著;感热通量要强于潜热通量,大气与冰川表面的湍流交换中,大气以损失热量为主。

念青唐古拉山拉弄冰川气象要素变化特征

利用在念青唐古拉山拉弄冰川垭口架设的自动气象站观测资料,分析了2006年9月1日至2007年8月31日的气温、气压、相对湿度和风等气象要素的日和季节变化特征.结果表明:拉弄冰川垭口气温日变化呈现升温快降温慢的特点,年平均气温为-8.1℃,最冷月为2月,最暖月为7月,其温度分别为-17.6℃和0.7℃;相对湿度日变化呈单峰单谷型,年平均相对湿度为53.4%,8月最大1月最小;气压日变化呈双峰双谷型,年均气压值为497.1hPa,9月值最大2月值最小,其气压分别为501.9hPa和489.9hPa;冬春季的风速日变化比夏秋季大,年均风速为4.2m.s-1,1月最大8月最小,其风速分别为7.5m.s-1和2.5m.s-1,全年盛行以偏南风和偏北风为主,约占全年盛行风向频率的75.2%.

祁连山老虎沟流域强消融期径流对气候变化的响应

为定量研究老虎沟流域径流对气候变化的响应,利用老虎沟流域1959年和2014年强消融期(7月)的气象、径流数据,分析了强消融期气温、降水、蒸发、冰川消融量、径流(流域的径流深)等的变化,进而探讨了老虎沟流域强消融期气温分布和降水形态、流域蒸发和冰川消融对径流的影响。结果表明:老虎沟流域2014年强消融期径流比1959年多159 mm,增加了49.67%。2014年7月平均气温较1959年升高0.38℃,最低气温升高1.34℃。1959年和2014年7月降水量相差较小;老虎沟流域强消融期日降水和日径流之间呈负相关,蒸发量的变化较小,流域内祁连山站的混合态降水比例减少23.01%,导致降水转化为径流的比例增大;起决定性作用的是正积温,2014年7月较1959年的正积温高11.71℃·d,主要由于2~4℃的气温日数增多导致正积温增加,从而加剧冰川消融对径流的补给。

祁连山摆浪河全新世冰量变化初探

采用祁连山老虎沟12号冰川2009年RTK测量生成的数字高程模型（DEM）,建立现代冰川表面横截面拟合的二次方程,结合差分GPS测量的冰碛垄形态,运用于祁连山摆浪河上游14号冰川和16号冰川全新世以来冰量变化的估算.结果表明：新冰期以来冰储量减少0.38 km^3,小冰期以来14号冰川和16号冰川的冰储量分别减少0.016 km^3和0.047 km^3;根据祁连山全新世各个时期最大冰川范围的时间,估计了全新世以来14号和16号冰川冰储量的减少速率,新冰期以来为12.2×10^-5-15.0×10^-5km3·a^-1,小冰期以来分别为4.0×10^-5-5.3×10^-5km3·a^-1,11.75×10^-5-15.7×10^-5km3·a^-1.

祁连山老虎沟冰川积累区风速、风向变化特征研究

基于2008年11月—2009年10月祁连山老虎沟12号冰川积累区的风速、风向观测资料,分析了年内季节和日变化特征.结果表明:全年日平均风速波动较大,介于1～8.8m.s-1.日均值以冬季最大,春、秋季次之,夏季最小,分别为5.1m.s-1,3.4m.s-1,3.7m.s-1,2.6m.s-1,表现出典型的"高山型"风速特征.秋、冬季节,无论昼夜,以偏南风为主,风速始终保持在较为稳定的高值状态,属于典型的冰川风;春、夏季节,冰川风场依旧强劲,而且伴有山谷风出现.受山系-河谷地形及雪冰下垫面的共同作用,春、夏、秋三季表现出一定的偏东风,柴达木低压可能对此也有贡献.

青藏高原北部多温型山谷冰川不同海拔处冰温变化研究——以祁连山老虎沟12号冰川为例

冰川温度是表征冰川物理属性和响应气候变化的关键指标。2010年7月至2011年11月在祁连山老虎沟12号冰川积累区(5040 m)、多年平衡线处(4900 m)和消融区(4550 m)开展了活动层(22 m深,1 m间隔)冰温连续观测。2011年10月在冰川积累区4971 m处钻得165 m深孔获取了115 m深层冰温廓线。研究发现:三个区域活动层下界的深度均在约17 m处,多年平衡线处冰温最低(-7.4℃),消融区次之(-3.68℃),积累区活动层下界冰温最高(-2.74℃)且波动最为持续,可能主要与常年积雪覆盖有关。冰温年波动随深度增加均逐渐降低,对气温变化的响应周期亦逐渐增大。与其他冰川最低温相比,老虎沟12号冰川冰温对气候变化响应敏感,过去50年来受全球变暖影响冰温显著增加。积累区深孔冰温显示50 m深度之下冰温呈线性上升,垂直增温率为0.033℃·m^-1,据此推测其底部冰温为0.02℃,主要与底部应变热有关。

1961-2013年祁连山区冰川年物质平衡重建

基于中国第二次冰川编目数据、国家青藏高原科学数据中心的降水数据和气象站的实测气温数据并结合数字高程模型,利用加入辐射项的分布式度日模型,以已有监测冰川资料为基础获取度日因子,通过优化参数,对祁连山流域尺度1961—2013年的冰川物质平衡变化序列进行重建。结果表明:祁连山的冰川物质平衡变化以1995年为界可以划分为2个阶段。1961—1995年,祁连山冰川物质平衡正负交替变化且变化幅度较小,冰川的消融量和积累量基本持平,平均物质平衡为(0.11±0.13)m w.e.·a^(-1);1996—2013年,冰川消融迅速加剧,物质平衡恒为负,平均物质平衡为(-0.54±0.13)m w.e.·a^(-1),主要原因是正积温的逐年升高导致冰川消融加剧。1961—2013年祁连山冰川的累积物质平衡为(-12.76±4.24)m w.e.,空间分布上祁连山中段和东段流域的冰川消融速率大于西段的冰川。

祁连山西段冰川区与非冰川区气温梯度年内变化特征

为研究冰川区与非冰川区不同下垫面对气温梯度的影响。本文利用祁连山老虎沟流域4180 m,4550 m和5040 m处的三个气象站及肃南、肃北、托勒、玉门、酒泉、瓜州、敦煌等七个国家气象站2011-2013年的日平均气温资料,分析了祁连山西段冰川区与非冰川区年内气温梯度特征,并结合相应时段的降水资料以及其他气象因素对其变化特征做了分析。结果表明:(1)在非冰川区,气温梯度随海拔上升而增大,且有明显的月际波动特征,年内梯度呈现先减后增的趋势,夏季最大,冬季最小,年气温梯度为0.50℃·(100m)-1;(2)在冰川区,气温梯度呈现先增后减的趋势,夏季最小,冬季最大,年气温梯度为0.61℃·(100m)-1,日内变化特征为白天气温梯度变化幅度大但值较小,夜间变化幅度小,稳定在0.83℃·(100m)-1左右,日内平均气温梯度为0.49℃·(100m)-1;(3)冰川区与非冰川区年内温度梯度与降水梯度呈相反的变化趋势,表明降水对气温梯度变化有一定的影响。(4)由于非冰川区与冰川区下垫面不同,气温梯度呈相反的年内变化趋势,在由非冰川区气温推算冰面气温时必须考虑温跃值影响,老虎沟12号冰川年平均温跃值为1.30℃。

祁连山西段老虎沟流域消融季径流变化特征研究

基于祁连山西段老虎沟流域断面的径流数据与大本营气象站的气象资料,对冰川区径流与气象要素之间的相关性进行了分析,并建立了多元指数非线性回归方程对径流进行重建以弥补缺失径流,此外,对冰川区径流的年际、季节、日尺度的变化特征进行了分析。结果表明:(1)冰川区径流量与气温的相关性最高0.86,其次是水汽压(0.81)、相对湿度(0.46)、降水量(0.27),径流受气温影响最大。(2)21世纪观测资料显示日平均径流量为2.10 m3·s-1,较20世纪50年代末的1.65 m3·s-1有所增加,主要因消融季气温上升0.75℃所致,强消融期(7、8月)径流量的年际变化较大,消融期初(5、6月)和末(9月)年际变化较小。消融季5—9月产流占比分别为5.3%、16.1%、37.3%、35.1%、6.2%。(3)多元指数非线性回归方程可以较好地模拟日径流量(纳什效率系数平均为0.70),补充缺失径流后,对于径流的日变化,消融期初和末日变化较小,而强消融期径流的日变化较大。对于径流的时滞效应,老虎沟流域消融季各月径流呈现“谷-峰”的日变化特征,消融期初和末气温达到最大值与径流达到最大值的时间间距较大,而强消融期较小,在消融期初的6月两者相差最大为3 h。明晰冰川融水变化特征对干旱区水资源管理,生态保护及社会经济可持续发展具有重要意义。

盐池湾国家级自然保护区冰川变化研究

冰川是河西走廊地区重要的淡水资源,冰川变化深刻影响着中下游地区水文生态环境。近百年来全球气候不断变暖,冰川出现了明显的萎缩。本研究中,使用1:50000地形图和Landsat卫星影像,通过人工矢量化提取了冰川面积信息,分析研究了盐池湾自然保护区内冰川1957/1966-2015年间的变化情况。结果显示1957/1966-2015年盐池湾自然保护区内冰川发生明显退缩,冰川面积减少了51.11km2,总计26条冰川消失;研究时段内冰川大致经历了一个加速退缩后,退缩速率有所减缓的过程,初步分析与小冰川逐渐进入稳定状态有关;周边气象台站资料统计分析表明,盐池湾自然保护区内气温升高是冰川退缩的主要原因。