青藏高原南部佩枯错流域冰川_湖泊变化及其对气候的响应

据中获取，其中 Offset 采用常数 0． 7m。ICESat、CryoSat 获取的最终高程结果［12］即为佩枯错湖面高程，结合
对应时期的面积数据，建立线性回归方程。
表 1 遥感影像及相关数据
Table 1 The information of the remote sensing images used in the study
－ 0． 23 － 0． 47 － 0． 18 － 0． 32
湖面高程变化
高程变化 变化速率
（ m）
（ m /a）
－ 0． 56 － 1． 23 － 0． 34 － 2． 12
－ 0． 06 － 0． 14 － 0． 07 － 0． 09
水量变化
水量变化 变化速率
（ km3 ）
（ km3 / a）
－ 0． 15 － 0． 34 － 0． 09 － 0． 58
关原始数据信息。然后，统一测高数
据的大地坐标系和高程坐标系等基
本参数，高程差异可利用转换公式将
其转换为 WGS 1984 椭球体下的表 面高程［7，10，11］：
ICESat_WGS84 = ICESat_TOPEX
－ ICESat_geoid － Offset （ 1）
CryoSat _ WGS84 = CryoSat _
2 数据与方法
2． 1 数据 为提取湖泊和冰川专题矢量数据，选取同时期（ 10 ～ 12 月份） 、无云或少云四期陆地资源卫星 Landsat
（ 包括 TM 及 ETM + ） 影像（ 表 1） ； 采用 ICESat / GLA14［7］、CryoSat level 2 数据产品，获取佩枯错湖面高程； 聂拉木气象站 1991 ～ 2014 年的日均温、降水、蒸发数据来源于中国气象科学数据共享服务网的中国地面 气候资料。 2． 2 方法
·148·
干旱区资源与环境
第 30 卷
个像元之内。提取冰川和湖泊的方 法很 多［8，9］，文 中 采 取 波 段 比 值 法
（ 红波段比中红外波段） 与人工目视
解 译 相 结 合，在 ENVI 5． 0 和 Arc-
GIS10． 0 中完成冰川和湖泊面积信
息的提取。
（ 2） 湖面高程数据处理。利用
WGS84 － CryoSat_geoid （ 2）
ICESat _ TOPEX、ICESat _ geoid、 Offset 和 CryoSat _ WGS84、CryoSat _ geoid 都可以在 ICESat、CryoSat 元数
图 1 佩枯错流域的地理位置 Figure 1 Geographic position of the Peiku Co Basin
1 研究区概况
佩枯错流域位于日喀则市聂拉木县境内、希夏邦马峰北麓，在 85°20' ～ 86°50'E，28°20' ～ 26°65'N 间 （ 图 1） ，流域面积为 2397． 40km2 ，冰川面积和佩枯错湖泊面积分别占整个封闭流域面积的 5． 6% 和 11． 3% ，降水和冰川融水是湖泊的主要补给来源［6］。
（ 1） 冰川、湖泊专题矢量数据的提取。以 2000 年遥感影像数据为基础进行配准，配准误差控制在一
* 收稿日期： 2014 － 12 － 24 修回日期： 2015 － 2 － 18。 基金项目： 国家自然科学基金项目（ 41120114001，41071254，40971048，41025002） ； 科技基础性工作专项项目（ 2013FY111400 － 2 ） ； 国家重点基础研究发展规划项目 （ 2009CB723901） ； 中科院资环局青年人才类项目（ No． KZCX2 － EW － QN104） 资助。 作者简介： 赵瑞（ 1989 － ） ，女，陕西咸阳人，硕士研究生，研究方向为资源环境遥感及其应用研究。Email： zhaorui@ itpcas． ac． cn
表 2 1991 － 2014 年佩枯错流域冰川变化统计表
Table 2 Change of glacier area in Peiku Co Basin during 1991 － 2014
年代
1991 2000 2009 2014
冰川面积 （ km2 ）
180． 55 167． 64 148． 49 135． 64
入加速退缩阶段。而 2009 年之后，湖泊退缩速率小于之前的研究时段，可能是因为 2013 年之后湖泊水位
有所上涨所致。
4 讨论
冰川 － 湖泊变化对气候变化的响应。研究
表明，80 年代末至 90 年代以来高原冰川出现普
遍的强烈 退 缩 现 象，近 年 退 缩 幅 度 呈 逐 渐 加 剧 的趋势［16，17］，这在佩枯错流域也是十分明显的，
图 2 佩枯错湖泊水位变化趋势图 Figure 2 Variations of lake surface elevation of the Peiku Co
图 3 佩枯错湖泊面积 － 高程拟合 Figure 3 The relationship between lake area
and elevation with its linear simulation
冰储量 （ km3 ）
27． 95 25． 64 22． 28 20． 06
阶段（ a）
1991 ～ 2000 2000 ～ 2009 2009 ～ 2014 1991 ～ 2014
冰川面积变化
面积变化 变化速率
（ km2 ）
（ km2 / a）
冰川储量变化
冰储量变化 变化速率
（ km3 ）
（ km3 / a）
3 结果
3． 1 冰川变化特征
根据刘时银等提出的中国西部冰川面积体积经验公式计算冰储量，结果显示（ 表 2） ，研究时段内，流 域冰川面积和储量不断减少，且处于持续加速退缩状态。23 年间共减少了 44． 91km2 和 14． 91km3 ，平均变 化速率为 － 1． 95km2 / a 和 － 0． 65km3 / a。2000 ～ 2009 年的退缩速率（ 2． 13km2 / a 和 0． 71km3 / a） 达到前一 时段退缩速率（ 1． 43km2 / a 和 0． 49km3 / a） 的两倍，而 2009 ～ 2014 年的退缩速率达到各时段的最大值（ 2． 57km2 / a 和 0． 44km3 / a） ，可见，自 2000 年以来冰川处于持续加速消融状态。
（ 3） 湖泊水量变化的估算。湖泊水量变化可以表示为［13］：
V = （ s1 + s2 + 槡（ s1 * s2 ） * H
3
（ 3）
第2 期
赵瑞 等 青藏高原南部佩枯错流域冰川 － 湖泊变化及其对气候的响应 ·149·
s1 、s2 分别为湖泊在不同时期的面积； H 为不同时期的湖面高程差； V 为两个时期的相对水量变化。
第 30 卷 第 2 期 2016 年 2 月
干旱区资源与环境 Journal of Arid Land Ｒesources and Environment
文章编号： 1003 － 7578（ 2016） 02 － 147 － 06
doi： 10． 13448 / j． cnki． jalre． 2016． 061
－ 0． 02 － 0． 04 － 0． 02 － 0． 03
·150·
干旱区资源与环境
第 30 卷
表 3 显示了佩枯错湖泊面积、湖面高程和相对水量（ 由公式 3 计算所得） 在 1991 ～ 2014 年间经历了先 减小再加速减小、后又减速减小的过程，共减少了 7． 27km2 、2． 12m 和 0． 58km3 ，变化速率分别为 － 0． 32km2 / a、－ 0． 09m / a 和 － 0． 03km3 / a。其中，2000 ～ 2009 年湖泊面积、湖面高程、相对水量的变化速率（ 分 别为 － 0． 47km2 / a、－ 0． 14m / a 和 － 0． 04km3 / a） 达到前一阶段的 2 倍，表明自 2000 年以来研究区的湖泊进
湖面高程 （ m）
4580． 51 4579． 96 4578． 73 4578． 39
阶段 （ a）
1991 ～ 2000 2000 ～ 2009 2009 ～ 2014 1991 ～ 2014
湖泊面积变化
面积变化 变化速率
（ km2 ）
（ km2 / a）
－ 2． 09 － 4． 27 － 0． 91 － 7． 27
－ 12． 91 － 19． 15 － 12． 85 － 44． 91
－ 1． 43 － 2． 13 － 2． 57 － 1． 95
－ 4． 45 － 6． 36 － 4． 10 － 14． 91
－ 0． 49 － 0． 71 － 0． 82 － 0． 65
3． 2 湖泊变化特征
ICESat、CryoSat 数据获取的佩枯错湖面高程结果显示，2003 ～ 2013 年湖泊水位持续下降，2013 年后水 位有所上升，湖面高程变化范围在 － 0． 52 ～ 0． 37m 之间，波动较小（ 图 2） 。已有研究表明湖面高程与湖泊 面积的变化趋势相一致［12］，根据上述湖面高程结果，结合聂勇和戴玉凤提取的与高程数据时间接近的佩 枯错湖泊面积结果［14，15］，建立面积和高程的拟合关系式（ 图 3） ： y = 0． 266x + 4506． 8，方程的相关系数为 0． 83。根据该方程和面积结果，反推出文中研究所需的 1991 年、2000 年的湖面高程。
结果表明： 1991 年以来，佩枯错流域内冰川、湖泊呈退缩趋势，且退缩速率加快，在 2013 年降水量突增导致湖
泊水位有所上涨。可知，气温升高导致冰川加速消融，降水量与蒸发量的差额变化量影响湖泊变化。流域内冰
川、湖泊变化对气候变化响应显著。
关键词： 高海拔内陆湖； 佩枯错； ICESat； CryoSat － 2； 湖泊变化； 冰川变化
尤其近 5 年来随着温度的显著升高，流域冰川
中图分类号： P343
文献标识码： A
全球气候变暖背景下，冰川消融、湖泊变化反映区域的水、热变化，是气候变化的天然指示器［1］。气 温、降水通过影响地表水分循环使湖泊与冰川发生紧密联系，对气候系统具有一定的反馈作用。研究表 明，近几十年来高原上冰川总体呈退缩趋势，南部喜马拉雅地区冰川退缩速率明显大于高原内陆地区； 而 湖泊有张有缩，湖泊变化时空差异显著［2 － 5］。但流域内冰川 － 湖泊变化对气候变化的响应的研究工作仍 然很不足。文中研究利用遥感影像数据及多源测高数据，研究佩枯错流域内冰川、湖泊变化，并从湖泊水 量平衡角度分析流域内湖泊、冰川变化及其对气候变化的响应。
表 3 1991 － 2014 年佩枯错湖泊面积 － 相对水量变化统计表 Table 3 Changes of the lake in Peiku Co Basin during 1991 － 2014
年代
1991 2000 2009 2014
湖泊面积 （ km2 ）
277． 12 275． 03 270． 76 269． 85
NDSIC 提供的 NGAT 程序提取 ICE-
Sat 光斑的获取时间、经纬度、高程、
大地水准面等信息； 利用雷达测高数
据处 理 工 具 BＲAT （ Basic Ｒadar Al-
timetry Toolbox． http： / / earth． eo．
Hale Waihona Puke Baidu
esa． int / brat / ） 读取 CryoSat 光斑的相
青藏高原南部佩枯错流域冰川
－
湖
泊
变
化及其
对
气
候
*
的响应
Vol． 30 No． 2 Feb． 2016
赵瑞1，2 ，叶庆华1 ，宗继彪1，2
（ 1． 中国科学院青藏高原研究所，青藏高原环境变化与地表过程重点实验室，北京 100101； 2． 中国科学院大学资源与环境学院，北京 100049）
提 要： 冰川和湖泊变化反映了区域的水热平衡变化，是气候变化的天然指示器。佩枯错流域位于喜马
拉雅山北麓，流域内冰川 － 湖泊变化是对气候变化的响应。文中利用 Landsat 系列影像及测高数据 ICESat /
GLAS 和 CryoSat － 2，获取佩枯错流域内 1991，2000，2009 和 2014 年 4 期冰川和湖泊面积以及湖面高程变化； 通
过建立湖泊面积和高程的关系式，获得湖泊的水量变化，结合气象要素，分析冰川 － 湖泊变化对气候的响应。