格陵兰冰盖北部地区Denmark流域融水汇流过程遥感观测

在格陵兰冰盖北部溢出冰川以外的地区,竖井和注水冰裂隙较少分布,冰面融水被直接汇流至冰前区域形成冰前水系,最终汇入海洋,形成独特的冰面—冰前融水汇流过程,这对冰盖物质平衡以及海洋环境变化产生重要影响。卫星遥感能够直接观测冰面融水径流和冰前水系的时空分布,提供河流位置、形态、动态变化等关键信息,已成为研究格陵兰冰盖融水汇流过程的重要手段。本研究以格陵兰冰盖北部地区Denmark冰面—冰前流域(3240 km2)作为研究对象,采用Sentinel-2和Landsat 8卫星影像提取研究区2014年—2021年消融期(6—8月)冰面融水范围与流域出口冰前河宽,分析冰面融水与冰前河的季节与年际变化特征。进一步对比遥感观测的冰面—冰前流域融水与区域气候模型(MARv3.12与RACMO2.3p2)模拟的冰面融水径流量,揭示冰面—冰前融水汇流过程对冰面消融强度的响应。结果表明:(1)消融期内,冰面融水范围首先向高海拔地区推进(最高海拔达约1400 m),随后逐步消退至冰盖边缘至约500 m,流域出口冰前河宽呈现先增大至约2000 m后减小至约100 m的变化趋势;(2)遥感观测的冰面融水与流域出口冰前河宽呈现显著线性正相关关系(R=0.87,P<0.01),流域内形成了连续的冰面—冰前水文系统,能够有效汇流融水离开冰盖进入海洋;(3)MARv3.12与RACMO2.3p2模型能够较准确地模拟冰面融水径流量,冰面融水径流量与遥感观测的冰面融水(MAR:R=0.87;RACMO:R=0.84,P<0.01)以及流域出口冰前河宽(MAR:R=0.89;RACMO:R=0.88,P<0.01)均具有较强的相关性。(4)考虑融水汇流滞时的冰面融水径流量与流域出口冰前河宽的相关系数(MAR:R=0.94;RACMO:R=0.92,P<0.01)提升,显著高于瞬时冰面融水径流量对应的相关系数,Denmark流域冰面—冰前融水汇流过程的最优滞时约为2 d,这一滞时定量表征了Denmark流域冰面—冰前流域输送融水的效率。