天山冰川厚度及其储量计算

天山是我国现代冰川主要分布区之一。天山冰川的融水对天山南北广大的农田灌溉,起着极为重要的作用,素有高山固体水库之称。为了估算这些固体水库的储量,必须了解冰川的厚度;选择不同类型的冰川,用雷达法和重力法进行冰川厚度的测定,并由此建立了推算天山冰川厚度的公式,对天山冰川的储水量进行计算,以便供大家参考使用。

2000—2018年西昆仑山冰川表面运动特征研究——基于ITS_LIVE数据

近年来,西昆仑山冰川物质平衡异常现象受到广泛关注,然而该地区冰川末端却同时存在前进(常态)、后退、稳定及跃动多种状态。冰川末端进退不仅与气候变化引起的物质平衡变化有关,还与冰川的运动速度变化密切相关。以往研究多集中在前者,而对后者研究较少。因此,本文基于ITS_LIVE v01速度产品,结合西昆仑山冰川表面高程变化及冰川厚度资料,分析西昆仑山地区具有不同变化状态的冰川在2000—2018年的表面运动速度变化特征。结果表明,西昆仑山冰川在研究时段内的多年平均运动速度为6.35 m·a^(-1),年均速度波动上升,这主要是由该区域冰川表面高程整体上呈增加趋势[(0.15±0.02)m·a^(-1)]即冰川物质增加所造成;末端前进冰川的多年平均运动速度为4.07 m·a^(-1),年平均运动速度在研究时段内呈增加趋势,这主要与该类冰川在研究时段内物质略微增加有关;末端后退冰川多年平均速度约为4.86 m·a^(-1),年平均运动速度在研究时段内呈减小趋势,这主要与该类冰川物质亏损、减薄有关;末端稳定冰川多年平均速度约为3.04 m·a^(-1),年平均运动速度在研究时段内保持稳定,该类冰川在研究时段物质平衡也基本处于零平衡状态。研究区内末端前进冰川的多年平均运动速度较末端后退冰川的偏小,主要是因为末端前进冰川的平均厚度较末端后退冰川的偏小。2000—2018年西昆仑山有7条冰川发生跃动,多年平均运动速度为13.21 m·a^(-1),物质积累[(0.35±0.02)m·a^(-1)]引起速度增加。长度规模较大的后退冰川在2000年之前发生过跃动,由于目前处于平静期,冰川上部积累的物质未能及时输送到下部导致冰舌厚度减薄并后退。

喜马拉雅山入湖冰川物质变化研究综述

入湖冰川在喜马拉雅山地区广泛分布,其快速消融和末端崩解,是该地区冰湖溃决洪水最重要的触发因子和影响因素。近年来入湖冰川整体处于物质持续且加速亏损状态,1975—2000年入湖冰川物质平衡为-0.33±0.07 m w.e.·a^(-1),近10 a达到-0.56±0.08 m w.e.·a^(-1),其平均物质损失速率-0.45±0.08 m w.e.·a^(-1)。入湖冰川物质损失速率明显高于其他类型冰川,末端消融及崩解是其主要原因。当前冰川末端水下物质损失仍无法准确估算,广泛应用于入海冰川末端消融模拟的羽流模型,为估算入湖冰川末端湖-冰物/热交换过程研究提供了可行方法,其中冰下融水径流量、冰川末端切面形态、湖水温度和密度是影响羽流模型估算结果的重要参数。基于羽流模型评估冰川末端水下消融特征,为准确评估未来情境下冰川物质变化奠定基础。

使用虚拟现实技术提高冰川地貌表达维度的研究

冰川侵蚀与堆积地貌含有重要的古气候、古环境信息,是鉴别冰川作用范围和性质的标志,也是冰川动力学研究的基础。冰川地貌的表达研究经过150多年的发展,已经形成了较完备的冰川地貌制图方案,为冰川形成过程、冰川类型及冰川作用的动力学特征判断提供了重要依据。然而,冰川地貌专题图的专业性为古冰川重建和古环境研究提供支撑的同时,也提高了非专业人士的解读难度。以虚拟现实/增强现实地图、混合现实地图、微地图、语义地图和隐喻地图等的泛地图表达机制提供了更多维度的表达方案,在传统的空间几何维度的基础上增加了状态和读图者视角等维度,为冰川地貌表达提供了新的视角。本文使用虚拟现实(virtual reality,VR)技术构建了卡若拉冰川西沟的交互式三维冰川地貌场景,增加了三维、动态和读图者视角等表达维度。通过前期研究工作基础(沉积物特征、测年等工作)对场景内典型的冰川地貌进行标注,将前期冰川地貌的研究认识与VR场景进行较好的对应。该场景可以720°自由变换,包含末次冰盛期-晚冰期、早全新世、新冰期、小冰期和现代冰川共40个分场景,可以激发读图者的沉浸感、交互感和构想感。VR等技术对冰川地貌进行泛地图式的更多维度表达,可以为冰川地貌教学、科普及学术交流提供良好的交互式三维冰川地貌素材,也可以辅助读者更加准确地判别冰川遗迹和认知冰川发育条件。

西藏乃钦康桑地区冰川变化及原因分析

乃钦康桑地区是藏南山地极高海拔冰川的主要分布区之一,毗邻拉萨至日喀则349国道,区内冰川现状与变化受到广泛关注,从区域尺度评估该地区冰川变化对于指导当地冰川开发、监测与保护具有重要意义。基于历史时期遥感影像,利用波段比值与目视解译法提取了乃钦康桑地区1976—2022年的冰川边界,整体分析了乃钦康桑冰川的面积、运动与厚度变化特征,并选取区域内三条典型冰川进行详细分析。结合区域气候、地形和冰川表面反照率等因素,解释冰川变化的原因。结果表明,1976—2022年,乃钦康桑地区冰川面积共减少(17.88±6.75) km^(2),占1976年冰川面积的(17.63±6.70)%。不同规模冰川的数量与面积变化具有较为显著的差异,地形特征也影响冰川变化的异质性。2000—2019年,乃钦康桑地区冰川厚度平均减薄速率为0.26 m·a^(-1),冰川减薄主要发生在2000—2004年。近年来,区域冰川的减薄量与减薄范围均呈减小趋势。1988—2018年,乃钦康桑地区约62%的冰川覆盖区域呈减速趋势。而区域内8条冰川显著增速,地形是冰川加速运动的主要驱动因素,而高海拔区液态降水的增加可能是增速的主要原因。1968—2022年,三条典型冰川均呈退缩状态,但不同时期冰川的退缩、减薄及流速变化具有差异。乃钦康桑地区过去20~30年的升温是导致冰川退缩的主要原因,地形影响了区域冰川的退缩、减薄与流速变化,同时冰川表面反照率的降低也是促使冰川消融的原因之一。

表碛覆盖型冰川参数提取方法研究进展

表碛的存在影响了大气与冰川间的能量传输过程,一方面,促进了冰面湖(塘)、冰崖的发育;另一方面,改变了冰川的消融过程和水文模式。利用表碛各项属性和物理参数模型化气候-表碛-冰川间的相互作用和反馈过程能够正确认识表碛覆盖型冰川变化的过程和机理,有助于准确估算和预测冰川物质平衡,进而判断冰川未来演变趋势。本文系统总结和对比了识别表碛范围、提取冰川流速以及获取表碛物理参数的各种技术手段,介绍了表碛覆盖影响下冰川消融模型的原理和应用情况,同时还对这些方法或模型的局限性和发展趋势进行了讨论。表碛覆盖型冰川所处山区地形起伏大、地表变化复杂,为遥感方法识别表碛范围和提取冰川流速带来了诸多困难,如现有表碛识别方法仍无法克服固有干扰因素的影响,而流速提取方法需具备较强抗干扰能力,且配对影像时间基线需尽可能短。当前表碛覆盖型冰川相关研究中关键参数、数据存在大量空缺的状况有望在将来得到改善,冰川动力学过程和表碛动态变化的模型描述将更为精细,冰川物质平衡、径流量等指标的评估和预测也将更为真实准确。

中亚萨吾尔山冰川反照率变化及物质平衡估算

冰川反照率影响着冰川表面能量收支状况,其强烈的反馈机制是驱动冰川物质平衡变化的关键因素。本文基于MOD10A1和MYD10A1反照率产品、萨吾尔山冰川物质平衡大地测量法结果、木斯岛冰川实测反照率及物质平衡,开展了2000—2022年萨吾尔山冰川反照率变化及物质平衡估算研究。结果表明,2000—2022年,消融期内萨吾尔山冰川平均反照率下降了约0.035,变化速率约为0.0015 a^(-1)。最小反照率最早出现时间为6月16日,最晚出现时间为9月8日,平均以10 d·(10a)^(-1)的速率提前。在95%的置信水平下,木斯岛冰川反照率-物质平衡模型(A-Ms模型,即单条冰川模型)的决定系数R^(2)为0.84。基于冰川编目及现场环境考察,将萨吾尔山冰川划分为冰斗冰川、山谷冰川和悬冰川,对应类型的A-Mr模型(区域冰川模型)的决定系数R^(2)分别为0.81、0.74和0.72。2000—2020年,A-Ms模型重建萨吾尔山冰川物质平衡值为-1.24 m w.e.·a^(-1),A-Mr模型相应的重建值为-0.90 m w.e.·a^(-1),A-Mr模型模拟结果更能反映萨吾尔山冰川的物质损失状况。与亚洲高山区各山地冰川相比,萨吾尔山冰川物质损失最大。

2004-2022年绒布冰川遥感监测及变化分析

针对绒布冰川地区研究冰川演变、运动监测的相关研究较少的问题,聚焦于近20年,采用Landsat系列影像、数字高程模型等数据,提取了2004—2022年的绒布冰川分布信息,研究近年来该流域冰川面积的分布及不同地形下冰川的变化情况。结果表明:1)2004—2022年绒布冰川流域面积减少了5.76%,其中2010年后冰川面积变化剧烈,先呈大幅下降的趋势,后又迅速上升,在2018—2022年增加了10.81 km^(2)。2)空间上,近20年绒布冰川地区的冰川分布整体破碎化程度加剧、冰川出现南移趋势;中部的冰川有一定程度的衰减,南部破碎化程度有所改善。3)研究区北面坡的冰川较为稳定,南面坡衰减与恢复变化明显;冰川主要分布在坡度为5°~25°的地区,坡度大于5°的冰川随着坡度的增加分布逐渐减少。

施雅风:研究冰川学的“超级老头”

他是杰出的地理学家,是中国冰川学的奠基人,是中国冻土学和泥石流研究的开创者……他就是中国科学院院士、被誉为“中国现代冰川之父”的施雅风。结缘冰川开拓创新1957年,施雅风参加祁连山西段地质考察,第一次见到真实的冰川。此后,他的科研生涯再也离不开冰川。由于冰川位于高寒地区,冰川活动可能产生危险,很多人对冰川研究望而却步。施雅风却认为,对高山冰雪进行利用不仅有重大的经济意义,还将带动一系列学科的发展甚至新学科的诞生。他将自己的想法以书面形式报告给中国科学院,很快便获批成立我国第一支高山冰雪利用考察队。

利用InSAR技术估计长江源冰川2000—2020年物质平衡

本文以获取近20年长江源冰川物质平衡,揭示冰川物质平衡影响因素及冰川物质流失对河流径流量影响为目标开展研究。利用InSAR技术和双站TerraSAR-X/TanDEM-X影像生成两期覆盖长江源全域冰川的DEM,分别和SRTM DEM差分,去除高程差系统误差后获取长江源地区冰川2000—2012年和2000—2020年间的高分辨率冰川厚度变化,再结合冰川密度将厚度变化转为冰川物质平衡。估计结果与区域内冰川实地物质平衡监测结果仅相差0.03 m w.e.a^(-1),表明精度较高。结果显示长江源地区冰川在2000—2012年间的物质平衡为(-0.30±0.02)m w.e.a^(-1),在2000—2020年间为(-0.45±0.04)m w.e.a^(-1),2012—2020年间冰川消融相比2000—2012年间明显加速。推测夏季气温升高和夏季降水减少是冰川加速消融的主要原因。另外,长江源地区冰川消融速度存在从东南向西北递减的趋势,分析认为这一现象与西部地区温度更低,升温更慢,冰川海拔更高,积累区面积比例更高,冰面坡度更陡有关。2000—2020年间,沱沱河流域冰川物质损失量仅占沱沱河径流量的4.4%,而沱沱河与当曲流域的冰川物质损失量之和仅占通天河径流量的2.5%,表明当前冰川物质损失对长江上游径流量的影响较小。

雅鲁藏布江中游石冰川发育特征及潜在成灾机制分析

石冰川是以冰岩混合物为基础在重力和冻融作用下形成的一类具有蠕滑特征的冰缘地貌,大量分布于中国青藏高原和天山地区,了解其发育特征对于研究高寒山区环境演化和致灾机理具有重要的理论和现实意义。近年来的监测研究发现,受气候变暖影响,石冰川表面蠕滑出现了显著的加速过程,形成泥石流或滑坡的风险增大。青藏高原是全球气候变暖的敏感区,由气候变暖引起的地质灾害受到广泛关注。鉴于此,笔者采用现场测量、遥感解译和理论分析的方法,分析并探讨了雅鲁藏布江中游桑-加峡谷两岸石冰川的发育特征和潜在成灾机制。结果表明,石冰川的形成和发育与孕育基床的地形、气候和太阳辐射有关,在气温升高、短历时强降雨或强烈地震作用下,石冰川易形成泥石流或滑坡灾害威胁下游,主要表现为石冰川下游段组成物质的不稳定性。

亚洲高山区冰川厚度变化光学立体和双基SAR卫星监测数据、方法与展望

冰川厚度变化是评估区域冰储量变化的最重要指标,以光学立体卫星和双基干涉SAR卫星为代表的冰川区高程测量已成为评估大范围冰储量变化的主要手段。本文首先总结了当前应用于亚洲高山区冰川区的主要光学和雷达卫星数据及其测高精度;然后,对当前冰川厚度变化卫星监测的方法(即监督校正的DEM差分法、自动化校正的DEM差分法、时序DEM参数化回归法和非参数化回归法)及其应用情况进行了梳理和总结,发现当前研究存在冰川雪盖区高程估计不准、雷达波穿透深度估计不准和季节尺度冰厚变化监测难等问题,导致当前对冰川局部变化过程的认识有限;最后,探讨了未来有关冰厚变化监测的潜在发展方向,提出利用当前存档卫星数据、融合多源测高数据、结合未来高时空分辨率观测计划将有助于解决当前所面临的问题。

基于Sentinel-2影像的巴尔托洛冰川冰面湖研究

冰面湖是冰川的重要组成部分,是冰川消融的指示器,不仅对全球气候变化响应迅速,而且对了解和掌握区域水资源信息意义重大。本文基于Sentinel-2遥感数据,利用随机森林算法,对巴尔托洛冰川冰面湖进行识别提取,并基于提取结果分析研究区冰面湖的空间分布特征,以及冰面湖面积、数量与冰川高程的关系。本文冰面湖提取的准确率达96.07%,完整率达92.18%,错误率为11.59%;识别出巴尔托洛冰川冰面湖567个,面积为249.46~37134 m^(2);冰面湖多分布在距冰川末端3~26 km处,其中海拔3800~4300 m之间冰面湖数量最多,面积普遍较大,平均面积为1922 m^(2);随着高程的升高,冰面湖的数量和面积逐渐减少,在高程5300 m以上冰面湖数量仅为15个,平均面积为356 m^(2);高程升高导致冰面温度降低,是冰面湖数量和面积骤减的主要原因。

基于GPR探测的长江源地区冰川与冻土厚度研究

长江源地区的冰川变化揭示了青藏高原气候变化趋势。冰下地形探测作为冰川发育和运动过程研究的基础,对长江地区水土保持和淡水资源储量研究具有指导意义。长江科学院在长达10 a的江源科考基础上,分别于2022年、2023年采用探地雷达(GPR)技术对长江正源沱沱河发源地格拉丹东主峰的冰川厚度进行精准探测,并对查旦湿地冻土厚度上限进行了探测研究。结合多种冰川和冻土地质模型的GPR波场模拟结果,提高了GPR技术在长江源地区冰川和冻土探测的有效性和精准度。探测结果表明,格拉丹东主峰冰川厚度和查旦湿地冻土厚度上限均有不同程度降低,冰川厚度和冻土厚度上限观测是一个常年积累的结果,后续仍需持续进行观测,积累更多数据,分析变化趋势,以估算探测区域内冰储量,研究气候变化对冰川的影响效果。

1976-2016年普若岗日冰川和流域湖泊变化及其对气候变化的响应

基于藏北地区普若岗日冰川1976-2016年多时相Landsat系列卫星影像数据,以及气温、降水量数据,采用ARCGIS空间分析、线性趋势分析、相关分析等方法,研究了普若岗日冰川和流域湖泊面积变化及其对气候变化的响应。结果表明:近41年普若岗日冰川面积呈显著退缩趋势,41年内冰川面积减少了52.32 km^(2),减小率为12.01%;冰川西北部退缩最为严重,冰川面积减少了12.29 km^(2),减小率为15.77%;且冰川西北部、北部、东部和东南部末端消融显著;其他区域也有不同程度的退缩。流域湖泊面积呈显著增长趋势,共增长了27.17 km^(2),增长率为22.22%;流域气温总体上呈显著增加趋势,平均每10年增加0.48℃;降水量呈不显著上升趋势,平均每10年增加15 mm。降水对冰川和流域湖泊面积影响较小,温度的持续升高是冰川和流域湖泊变化的主要因素。

1990—2020年波曲流域冰川冰湖时空变化及其对气候变化的响应

基于Landsat TM/ETM+/OLI遥感影像和数字高程模型(DEM)数据,结合比值阈值法与目视解译提取了1990—2020年波曲流域冰川边界,同时利用归一化水体指数与目视解译提取波曲流域冰湖数据,分析近30 a波曲流域冰川冰湖空间分布与变化特征以及母冰川-冰湖相对位置变化关系,探究波曲流域冰川冰湖协同演化及其与气候变化的响应关系。结果表明:(1)1990—2020年波曲流域冰川加速退缩,尤其是近10 a来冰川加速退缩趋势更为显著;波曲流域冰川主要分布在海拔5500~6100 m范围内,规模上看,大规模(≥10 km^(2))冰川数量保持稳定,小规模(≤0.5 km^(2))冰川数量呈增加趋势。(2)近30 a波曲流域冰湖数量、面积均不断增加,冰湖面积扩张率为74.24%;冰湖主要分布在海拔4900~5300 m之间,大冰湖(≥0.07 km^(2))面积不断扩张;小冰湖(≤0.03 km^(2))数量增加显著。(3)与母冰川相连冰湖是最重要的冰湖扩张类型,该类型冰湖面积增长量占总冰湖增量的72.08%。(4)近30 a波曲流域气温缓慢上升,降水量总体略微下降。气温上升和降水量下降是造成冰川退缩重要因素,同时冰川融水促进冰湖扩张。通过波曲流域冰川-冰湖分布面积、变化特征及其协同演化关系的探究为流域冰川面积变化趋势和冰湖溃决灾害的预测及防治提供数据支撑。

基于Sentinel-1时序数据的山地冰川表面消融变化研究--以老虎沟12号冰川为例

冰川是影响气候变化的主要因素,合成孔径雷达(SAR)不仅具有较高空间分辨率和多极化等特点,而且对冰雪融化引起的介电常数变化较为敏感,已成为山地冰川表面消融变化监测的重要数据源。基于Sentinel-1时序数据,提出了一种综合应用多时相多极化SAR变化检测算法和Sigmoid函数的冰川表面消融监测方法。以祁连山老虎沟12号冰川为研究区,利用“中心线-圆”方法获得的冰川东、西支64个样区,通过各点2019-2020年124个时相的SAR后向散射系数变化特征确定了7个典型样区及2019和2020年冰川消融期;基于同轨道参考影像与多时相融雪影像对比,分别获得变化监测影像VV和VH极化后向散射系数,对其进行权重组合后提取湿雪像元;通过Sigmoid函数并结合湿雪平均海拔高度提取干雪,从而得到2年冰川消融期内16个时相的冰川表面干湿雪分布。利用2019年09月01日无人机数字正射影像(DOM)以及与Sentinel-1邻近日期5景Sentinel-2影像对提取结果进行精度验证,并结合冰川上气象站点气温和降水数据对误差结果进行深入分析。实验结果表明,该方法能够有效提取冰川表面干、湿雪分布,总体分类精度OA高达96%,Kappa系数高达0.84。老虎沟12号冰川消融期及覆盖各类型消融变化规律存在年际变化:2019年冰川的消融期为5月初至9月中下旬,2020年的消融期为6月中下旬至9月初;2019年从消融季开始,冰川表面干雪面积迅速减小,而湿雪与冰川冰面积在整个消融期均较大,但随着强降雪出现,干雪面积骤然上升,2020年冰川冰和湿雪面积变化明显,冰川冰面积持续增加,湿雪面积持续减小,而干雪面积在高海拔区趋于稳定。

萨吾尔山冰川现状及演化过程

萨吾尔山是中国西部14座冰川分布的山系之一,横跨中国和哈萨克斯坦两国,尽管冰川规模不大,但因二元政治主体割裂了科学研究的完整性,同时萨吾尔山冰川水资源对于新疆阿勒泰地区吉木乃县可持续发展具有重要意义,为此结合航摄地形图、Landsat及Sentinel卫星遥感影像,并参考已有冰川编目和Google Earth高分辨率历史图像等数据资料,在野外台站现场观测验证基础上对萨吾尔山冰川当前现状和过去30多年间的变化进行了详细研究。结果表明:(1)截止2022年,萨吾尔山共分布冰川31条,总面积11.47 km^(2),新疆吉木乃县境内的木斯岛冰川为最大规模冰川,面积2.95 km^(2),其余90%的冰川其面积不足1 km^(2)。(2)过去30多年来,萨吾尔山冰川变化的总体趋势是冰川分裂、面积减小和末端后退持续增加。冰川数量从12条分裂成31条,1989-2022年冰川面积减少8.11 km^(2),退缩率达41.42%,冰川末端退缩11.30 m。气温升高、冰川反照率降低和冰川破碎程度加大是引起萨吾尔山冰川退缩的主要原因。(3)相较于我国其他13座高大山系,萨吾尔山在过去半个多世纪中冰川面积相对退缩幅度最大。未来在全球气候变暖背景下萨吾尔山冰川极大可能会基本消融殆尽,这对本就干旱贫水的吉木乃县可持续发展将产生重要影响,需提早统筹谋划以应对未来的水资源危机。

《冰川冻土》征稿简则

《冰川冻土》聚焦服务于冰冻圈科学及其分支学科,如冰川学、冻土学、寒区工程学、冰冻圈水文学、冰冻圈生态学等学科发展,重点报道冰川(冰盖)、积雪、冻土、海冰等关键冰冻圈要素的过程与机理、冰冻圈变化的影响与适应,以及相关的全球变化方面的基础研究和应用研究。

《冰川冻土》征稿简则

《冰川冻土》聚焦服务于冰冻圈科学及其分支学科,如冰川学、冻土学、寒区工程学、冰冻圈水文学、冰冻圈生态学等学科发展,重点报道冰川(冰盖)、积雪、冻土、海冰等关键冰冻圈要素的过程与机理、冰冻圈变化的影响与适应,以及相关的全球变化方面的基础研究和应用研究。重点关注具有创新性、高水平及对国民经济建设有重要意义的新思想、新观点、新理论和新方法,传播冰冻圈科学与可持续发展相关的科学知识,推动国内外学术交流,服务冰冻圈及其影响区域的经济社会可持续发展。