1973-2010年阿尔金山冰川变化

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地 理 研 究 表 1 1973-2010 年阿尔金山地区冰川面积变化
Tab. 1 Glacier area variation of Altun Mountains region from 1973 to 2010 时间 冰川面积 （km2） 东段 中段 西段 合计 时段 — 面积减少量 （km2） 东段 — 7.09 3.80 中段 — 8.60 西段 — 7.46 合计 — 19.86 东段 — 7.61 面积退缩率 （%） 中段 — 9.28 5.93 西段 — 9.49 6.28
摘要： 利用 1973 年 MSS、 1999 年 ETM+ 和 2010 年 TM 遥感影像资料，通过遥感图像处理和 GIS 技术，提取了阿尔金山地区三个时期的冰川信息，同时结合周边气象资料进行分析。结果 表 明 ： ① 1973-2010 年 ， 研 究 区 冰 川 面 积 从 347.99 km2 减 少 到 293.77 km2， 退 缩 了 54.22 km2，占 1973 年冰川总面积的 15.58%，年均退缩速率为 0.42% · a-1。近 10 年来冰川退缩尤为剧 模越小，退缩越明显； ④ 研究区东坡冰川的面积退缩率最大，北坡次之，东南坡最小； ⑤ 究区冰川空间结构特征进行分析，预计研究区冰川今后的消融速率仍将处于较高状态。 关键词：阿尔金山；遥感监测；冰川退缩；气候变化；分形理论 烈，年均退缩速率达到 0.58% · a-1； ② 研究区东段冰川退缩速率快于中段和西段； ③ 冰川规 气温升高和降水在波动中变化不大是造成研究区冰川退缩的主要原因； ⑥ 通过分形理论对研
收稿日期：2012-10-15; 修订日期：2013-04-23 基金项目：国家自然科学基金项目 （40871057，41271024） 作者简介：祝合勇 （1986-） ，男，湖南衡阳人，硕士，主要从事遥感与全球变化研究。 E-mail: zhuheyong1986@163.com
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第 32 卷 第 8 期 2013 年 8 月
地 理 研 究 GEOGRAPHICAL RESEARCH
Vol.32, No.8 Aug., 2013
1973-2wenku.baidu.com10 年阿尔金山冰川变化
祝合勇 1,2，杨太保 1，田洪阵 1
（1. 兰州大学西部环境教育部重点实验室，资源环境学院冰川与生态地理研究所，兰州 730000； 2. 广东省地质局第五地质大队，广东 肇庆 526020）
1973-2010 10.89 23.42 19.91 54.22 19.10 14.66 15.17 15.58
目视解译修正冰川边界。 由于传感器不同和图像配准时的误差，这都将影响最后的提取结果。所以对于利用遥 感图像提取多时段冰川时，每个时期的冰川终端长度不确定值可用公式 （1） 计算[31-33]：
UT =
∑λ
2
+
∑ε
2
（1）
式中：UT 是冰川终端长度的不确定值；λ为原始图像像元的大小；ε为各时期影像图与基准 图像的配准误差。从每个时期遥感影像中提取冰川面积的测量精度也受到传感器分辨率的 限制，而图像配准误差在一定程度上也影响着冰川边界提取精度。所以冰川面积提取不确 定值 UA 可根据公式 （2） 进行计算：
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结果一致。 为了更直观地对比不同 时段内的冰川变化情况，选 取 3 条典型冰川 （图 2） 进行 研 究 ： ① 5Y622E0002 号 冰 川 （图 2a） ， 1973-1999 年 面 积 退 缩 了 0.22 km2， 退 缩 了 6.41%，年均退缩率为 0.25% · -1 a ； 1999-2010 年面积退缩了 0.14 km2，退缩了 4.36% ，年 均 退 缩 率 为 0.40%·a-1； ② 5Y613E0022 号 冰 川 （ 图 2b） ， 1973-1999 年 面 积 退 缩 了 0.38 km2， 退 缩 了 5.24% ， 年 均 退 缩 率 为 0.20% · a-1； 1999-2010 年面积退缩了 0.26 图 2 研究区 1973 年、1999 年和 2010 年冰川边界和 3 条典型冰川 km2，退缩了 3.78% ，年均退 Fig. 2 Outlines of the glaciers in the study area in 1973, 1999 and 2010 and 缩 率 为 0.34% · a-1； ③ three typical glaciers 5Y561B0001 号 冰 川 （ 图 2c）， 1973-1999 年 面 积 退 缩 了 0.17km2， 退 缩 了 7.39% ， 年 均 退 缩 率 为 0.28%·a-1； 1999-2010 年面积退缩了 0.09 km2，退缩了 4.22%，年均退缩率为 0.38% · a-1。由此表明，近 10 年冰川处于明显快速退缩状态。 3.4 不同规模的冰川面积变化 将 1973 年 阿 尔 金 山 地 区 的 冰 川 按 冰 川 面 积 分 为 6 个 等 级 ， 统 计 各 等 级 的 冰 川 1973-2010 年的面积退缩情况 （图 3） 。结果表明：冰川规模与冰川面积变化百分比呈反相 2 关关系，面积小于 1 km 的冰川退缩严重，其中面积小于 0.1 km2 的冰川面积退缩率达到 64.46%，面积介于 0.1-0.5 km2 和 0.5-1 km2 的冰川面积分别退缩了 32.54%、21.95%。说明 冰川规模越小，消退速率越快，对气候变化更为敏感。李治国等[34-37]在研究其它地区冰川 变化时也发现存在同样的规律。
图 1 研究区位置示意图及冰川分布
Fig. 1 Location of the study area and glacier distribution
2.2 数据来源及处理方法 2.2.1 数据来源 使用的 Landsat MSS、ETM+和 TM 遥感影像来源于美国地质调查局网站 （http://www.usgs.gov/） 和美国马里兰大学网站 （http://glcf.umiacs.umd.edu/data/） ，并已经 进行过正射校正。为了减少积雪和云量的影响，尽量选取夏季无云少积雪的影像。选取了 1973 年、1999 年、2010 年 3 个时期的遥感影像。研究区 DEM 数据来源于中国科学院计算 机网络信息中心国际科学数据服务平台网站 （http://datamirror.csdb.cn/index.jsp） ，空间分 辨率为 30 m×30 m。气象数据来源于中国气象科学数据共享服务网站 （http://cdc.cma.gov. cn/） ，选用研究区周边若羌、且末、茫崖、冷湖和敦煌 5 个气象站点近 50 年来的年平均气 温数据和年降水量数据。 2.2.2 处理方法与精度评估 对于 MSS 影像，先通过最大似然法对其进行监督分类，然 后采用 4、2、1 波段合成假彩色影像，同时结合中国冰川编目数据[27]、Google Earth 三维 地形图像，通过目视解译修正冰川边界。对于 ETM+和 TM 影像，本文经过对监督分类、 非监督分类、光谱角制图、雪盖指数和比值阈法等多种方法[29]的逐一多次试验，最终采用 最为简便快捷的比值阈法[30]进行冰川边界提取。所选用的波段比值为 TM3/TM5，经过多 次试验后确定最有效合理的阈值为 2.6。根据比值阈法初步提取出冰川边界后，再采用 3、 2、1 波段合成真彩色影像，同时结合冰川编目数据[27]、Google Earth 三维地形图像，通过
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2 研究区概况与研究方法
2.1 研究区概况 阿尔金山地处青藏高原西北边缘，呈西南—东北走向，介于 85°52′-94°21′ E、 37° 30′-39°46′N 之间 （图 1） ，总面积约 6.19×104 km2，平均海拔 4000 m 以上。地势东、西部两 端高，中部较低。西段最高峰为尤苏巴勒塔格，海拔 6228 m；中段平均海拔 4000-4200 m；东段在新疆、青海、甘肃三省交界处海拔近 5800 m。该区属于青藏高原干燥寒带气 候，冬季酷寒难当，夏季凉爽干燥。由于深处内陆，远离海洋，受到崇山峻岭的重重阻 隔，西风环流、东南季风和西南季风经长途跋涉至此，已成弱势。因此，阿尔金山降水稀 少，极为干旱，是亚洲中部最干旱的山地[28]。阿尔金山主要发育小型现代冰川，冰川规模 多在 10 km2 以下，主要分布在山区 4600 m 以上的山峰，相对丰富的冰川资源是米兰河、 若羌河、瓦石峡河、塔什萨依河、哈迪勒克河等河流的重要补给水源。
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合计 — 9.87 6.33
1973 57.03 159.75 131.21 347.99
1999 49.94 144.93 118.76 313.63 1973-1999 2010 46.14 136.33 111.30 293.77 1999-2010 总计 — — — —
14.82 12.45 34.36 12.43
U A = 2UT
∑λ +∑ε
2
2
（2）
各时期的图像与 2010 年 TM 影像的配准误差为±83.3 m；1973 年，1999 年，2010 年 3 个不同时相冰川面积提取的不确定值为 0.009 km2。1973 年、1999 年、2010 年三个时期的 冰川信息可见表 1。
3 结果分析
3.1 冰川面积总体变化 由表 1， 1973-2010 年阿尔金山地区冰川呈持续退缩状态，冰川面积由 1973 年的 347.99 km2 减少到 2010 年的 293.77 km2，面积退缩了 54.22 km2，占 1973 年冰川总面积的 15.58%，年均退缩速率为 0.42% · a-1。 3.2 不同区域的冰川面积变化 1973-2010 年，阿尔金山不同区域的冰川均处于退缩状态 （表 1） 。东段、中段、西段 2 2 2 冰川面积分别退缩了 10.89 km 、23.42 km 、19.91 km ，分别占相应区域 1973 年冰川面积 的 19.10% 、 14.66% 、 15.17% ，年均退缩速率分别为 0.52% · a-1、 0.40% · a-1、 0.41% · a-1。由 此可见，东段冰川退缩速率最快，西段次之，而中段冰川退缩速率最慢。 3.3 不同时段的冰川面积变化 就不同时段而言，冰川面积退缩程度存在一定差异，即冰川退缩的速率有所不同。 1973-1999 年，冰川总面积减少了 34.36 km2，占 1973 年冰川总面积的 9.87%，年均退缩速 率为 0.38% · a-1；1999-2010 年，冰川总面积减少了 19.86 km2，退缩比例达 6.33%，年均退 缩速率为 0.58% · a-1。由此可见，1999-2010 年阿尔金山地区冰川退缩速率明显加快，表明 该地区冰川近期处于加速退缩阶段，这与祁连山[25]、喜马拉雅山[34]、天山[23]等地区的研究
1 引言
在全球变暖的大背景下，全球冰川总体上在波动中呈现不同程度的持续退缩[1-3]，尤其 是最近几十年呈加速退缩的态势[4]，许多小冰川已经或面临消失[5]。冰川的加速退缩在中 国亦十分明显[6,7]，据统计[8]，近 50 年来中国西部 82.2%的冰川处于退缩状态，冰川面积减 少了 4.5%。冰川作为中国西部干旱半干旱地区水资源的重要组成部分，是河川径流补给 和生产生活用水的重要来源，对中国西部自然生态环境演变、农业生产和社会经济可持续 发展起着举足轻重的作用[9-12]。同时，冰川又是气候变化的天然指示器[13]，通过对冰川变化 的分析，不仅可以了解冰川变化的特征及其变化趋势[14]，还可以认识冰川变化对气候的响 应关系[15]，从而对未来冰川的可能变化作出预测[16-18]。因此，监测和研究冰川变化对干旱 区生态建设和社会经济可持续发展具有重要的科学意义和实用价值。 3S 技术的快速发展和应用，为开展大范围的冰川监测和研究提供了强大技术支持， 尤其在对传统的冰川研究手段无法涉及的区域，在对冰川监测和研究方面发挥了极大优 势 [19,20]。目前，国内外众多学者已对青藏高原及其周边地区的冰川变化进行了大量研 究 [21-26]；而对于阿尔金山地区的现代冰川，只有施雅风等 [27] 在早期做过初步的统计和研 究，近几十年来，一直少有报导。基于此，本文选择该区，以多期 Landsat 遥感影像为数 据源，利用计算机自动解译和人工解译修正的方法，提取阿尔金山地区 1973 年、 1999 年、2010 年 3 个时期的冰川信息，初步分析了该区域的冰川变化规律及其与气候变化之间 的关系。