青藏高原及周边分布着数量众多的石冰川,因其独特的蓄水功能和气候响应特征,不仅影响区域潜在的固态水资源,还增加了相应灾害发生的风险,受到越来越多的关注。当前,对石冰川识别、冰储量估算及其动力学过程模拟的探讨还较为缺乏,导致无法准确评估广大无资料或缺资料地区的石冰川变化及其气候响应特征。在系统梳理青藏高原及周边石冰川分布特征的基础上,综合回顾和总结了石冰川识别方法、冰储量估算方法、动力学过程及其模拟的研究进展。受观测数据缺乏和方法不确定性等问题的限制,当前青藏高原及周边石冰川编目、识别和冰储量估算精度仍面临诸多挑战。展望未来,应深入认识气候—石冰川动力学过程的相互作用机制,强化天—空—地多层次、多角度和多手段的石冰川监测,集成人工智能和新观测技术的石冰川识别和冰储量估算方法,准确评估气候变化条件下青藏高原及周边石冰川变化、未来趋势及其影响,进而服务于青藏高原及周边区域社会经济可持续发展。
文章以青藏高原喀喇昆仑地区却哥隆玛冰川、锡亚琴冰川和巴尔托洛冰川3条规模较大且具代表性的冰川作为研究对象,利用Sentinel-1A卫星雷达影像和像素跟踪算法获取冰川表面流速数据,并基于数字高程模型(digital elevation model, DEM)和冰川表面流速数据,运用层流理论对目标冰川进行厚度反演和冰储量估算;采用全球冰川厚度产品对反演结果进行准确度评价,同时探讨采用层流理论反演冰厚的内在机制及存在的不确定性。结果表明,采用层流理论反演冰川厚度具有较好的可行性。研究结果可为青藏高原冰冻圈动态变化研究提供参考。
冰川厚度测量是冰储量估算的关键。基于2019年7月利用探地雷达在托来南山6号冰川主冰川的测厚结果,通过普通克里格法绘制了主冰川的冰厚分布图,计算出主冰川的平均厚度为(39.61±5.32)m,冰厚空间分布呈自边缘向中间逐渐增厚的特征,最大冰厚[(100.78±1.78)m]位于纵剖面海拔4 770m附近的凹陷盆地,结合半物理公式估算出整条冰川的冰储量为(0.0504±0.0082)km3。冰床为典型槽谷地形,谷槽横剖面呈U形,且随海拔的升高谷槽宽度逐渐变小。现有的面积-体积公式并不适用于单条冰川的冰储量估算,但分类型拟合公式具有降低估算结果误差的潜力。
冰厚分布和冰储量是冰川水资源、冰川变化和冰川动力学模拟研究的基础数据。本文基于七一冰川冰厚度雷达测量结果,结合GPS位置数据、遥感数据和冰川地形数据,运用协同克里金空间插值算法,绘制了冰厚分布图和冰床地形图,并运用厚度积分法估算了冰川冰储量。2015年七一冰川的面积为2.517km2,平均冰厚和冰储量分别为44.9m和0.1129km3,实测最大冰厚为115m。海拔4 480~4 600m和海拔4 640~4 800m是七一冰川两个冰厚值较大的区域,平均冰厚分别为88m和97m。
青藏高原是地球上除南北极之外冰川面积最大的区域,被称为地球“第三极”。全球变暖导致该地区冰川普遍退缩,融水释放成为冰川径流,使得下游河川径流发生重大变化,给下游流域水资源利用与管理带来挑战。然而由于第三极地区特殊的地形和复杂的气候,加上冰川水文过程内在的复杂性,使得冰川径流的研究十分困难。本文总结了目前关于冰川径流研究的几类主要方法:直接观测法、遥感观测法、水量平衡法、水化学示踪法和冰川水文模型法,其中冰川水文模型法使用最为广泛。在第三极地区,前人利用这些方法对于冰川径流的研究结果表明,自20世纪90年代以来,冰川径流普遍呈现上升趋势,但是其对于总径流的贡献同时受气候条件和流域内冰储量的影响,存在显著的空间差异;总体来看,位于西风控制区的流域的冰川径流贡献普遍大于季风控制区的流域。未来变化方面,除部分冰储量较大的西风区流域(塔里木河、印度河)外,第三极地区大多数流域冰川径流将在本世纪中叶前达到峰值。但是目前由于观测不足、模型物理机制简化等制约,对于第三极地区冰川径流的研究存在很大的不确定性,未来需要开展更多观测、开发更先进的冰川水文模型以提高第三极地区冰川径流研究的准确性,进而为该地区...
本文以抗物热冰川、古仁河口冰川、乌鲁木齐河源1号冰川和东绒布冰川为例,基于SIA理论和数字高程模型(DEM)数据及冰川矢量数据,计算各条冰川主流线的平均厚度值,并利用内插方法得到各条冰川的冰储量。结果表明:(1)抗物热冰川、古仁河口冰川、乌鲁木齐河源1号冰川和东绒布冰川的储量分别为0.022、0.026、0.024和1.450 km3。(2)经与传统冰储量计算经验公式、探地雷达(GPR)实测数据计算的冰储量结果相比,基于SIA模型得到的冰储量结果均较小,这与数字高程模型数据精度及断面划分有一定相关性。
多年冻土地下冰作为一种特殊的存在形式,对高原生态、冻土环境以及冻土工程建设等都有深刻影响,但是目前对于青藏高原地下冰储量的研究很少。以祁连山中东部大通河源区为例,基于源区地貌分类、冻土分布等研究,利用源区多年冻土钻孔数据和公路地质勘测资料,在水平和垂直两个方向上估算了多年冻土层地下冰储量。计算表明:大通河源区多年冻土层2.5~10.0m深度范围内地下冰总储量为(11.70±7.24)km3,单位体积含冰量为(0.396±0.245)m3。其中冰缘作用丘陵和冰缘湖沼平原等地貌区含冰量较高,而冰缘作用台地、冲积洪积平原则含冰量较低。在垂向上多年冻土上限附近含冰量最高,并随深度增大而缓慢减小。随着未来气候变暖、多年冻土退化以及环境变化,准确把握多年冻土区地下冰储量和分布特点对生态、水文地质、地质灾害预估、冻土工程建设具有深远意义。