唐古拉山冬克玛底地区冰川变化遥感监测

唐古拉山冬克玛底地区冰川变化遥感监测唐古拉山冬克玛底地区冰川变化遥感监测谯程骏（中国科学院寒区旱区环境与工程研究所寒旱区流域水文及应用生态实验室，甘肃兰州730000）摘要利用1973年MSS、1992年TM、2021年ETM+、2021年TM数字遥感影像资料以及数字高程模型（DEM），结合第一次冰川编目资料，通过地理信息系统和遥感图像处理技术提取了唐古拉山冬克玛底地区不同年份的冰川分布范围。结果表明：研究区内的冰川面积1976年比1969年减小了0.84%，1992年冰川面积比1976年的减小了1.77%，2021年冰川面积比1992年减小了4.24%，2021年冰川面积比2021年减小了3.31%。结合气象资料和有限的野外资料进行分析，该地区冰川退宿趋势同气温升高趋势基本一致。1969年到2021年近40年时间里，冰川面积总共减小17.61km2，占1969年面积的9.81%，冰储量减少5.75km3，相当于水资源损失5.17km3。关键词唐古拉山；冰川变化；遥感；地理信息系统中图分类号P343.6文献标识码A文章编号0517－6611（2021）14－07703－03RemoteSensingMonitoringofGlacierChangesinDongkemadiRegionofTanggulaMountainQIAOCheng-jun（LaboratoryofWatershedHydrologyandAppliedEcologyinColdandAridRegions，ColdandAridRegionsEnvironmentalandEngineeringResearchInstitute，ChineseAcademyofSciences，Lanzhou，Gansu730000）AbstractBasedonthenumericremotesensingimagedata（MSSdatain1973，TMdatain1992，ETM+datain2021，TMdatain2021）andnu-mericterrainmodel，combinedwiththefirstglacierinventoriesdata，theglacierdistributionrangeinDongkemadiRegionofTanggulaMountainindifferentyearswereextractedbyusingGIStechnologyandremotesensingimageprocessingtechnology.Theresultsshowedthattheglaciersareainthestudyareahaddecreasedby0.84%，1.77%，4.24%，3.31%from1969to1976，1976to1992，1992to2021and2021to，theanalysisresultsshowedthatglaciershrinkageinthestudyareawasmainlysubjectedtocontinuoustemperaturerise.From1969to2021，theglacierareahaddecreased17.61km2，being9.81%ofthatareain1969.Theglaciervolumehaddecreased5.75km3，whichmeantthatwaterresourceslost5.17km3.KeywordsTanggulaMountain；Glacierchange；Remotesensing；Geographicinformationsystem基金项目国家重点基础研究发展计划资助项目（2021CB411502）；水利部公益性行业科研专项经费项目（2021SHZ1-46）资助。作者简介谯程骏（1983－），男，四川什邡人，在读硕士，从事水文水资源以及冰川变化的研究。E-mail：qiao_cheng_jun@鸣谢感谢美国马里兰大学和美国地质调查局提供MSS/TM/ETM+遥感影像数据以及DEM数据；感谢中国气象局提供了气象数据。收稿日期2021-03-02冰川是自然界重要而且极具潜力的淡水资源，它覆盖了地球10%的陆地面积，而且世界上有80%的淡水储存于冰川。冰川是气候的产物，又是全球气候变化灵敏的指示器，对气候变暖高度敏感。在气候变暖的影响下，冰川处于持续的负物质平衡而不断退缩［1］，作为内陆盆地水源以及外流水系源头的冰川，其在不同时间空间尺度的变化势必引起以冰川融水补给为主的河流水量的丰枯变化以及长期水量的不断减少，作为一种水资源，冰川还对区域生态环境的平衡与稳定起着至关重要的作用［2］。青藏高原是中低纬度现代冰川较为发育的地区，20世纪90年代以来青藏高原冰川呈现退缩状态，但各地冰川变化具有明显的空间特征［1］。由于大部分山地冰川地处偏远，并且数量众多，因此，卫星遥感技术被广泛应用于大尺度的冰川变化研究中。陆地资源卫星（包括MSS，TM及ETM+）已经成为冰川学研究的主要数据源之一［3］。综合利用遥感丰富的数据资源和地理信息系统技术高效的空间数据处理功能，可以有效地获取和分析冰川变化信息。采用地理信息系统（GIS）与遥感（RS）技术，利用航空和卫星遥感资料，结合冰川编目资料和数字高程模型（DEM），通过综合分析获得唐古拉山中段冬克玛底地区最近40年冰川变化情况。最后结合气象观测数据分析了其对气候变化的响应。该研究区冰川变化在指示青藏高原中部冰川变化与气候变化方面具有重要意义。1研究区概况研究区域位于青藏高原腹地唐古拉山中段山区冬克玛底地区（图1），在青海省和.自治区的交界处，海拔均在5000m以上，冰川面积共计179.43km2（来源于1969年航测资料），冰川平均粒雪线海拔5530m，发育的冰川主要为小型冰斗冰川和山谷冰川［4］，山谷冰川谷底为古冰川作用形成的平坦开阔的稀疏草地。植被为单一的短草植物，生长最盛时高度约为35cm。年平均气温为－6.0?，气温年较差为24.9?，全年只有69月平均气温在0?以上。年平均相对湿度为65%，降水集中于69月［5］。研究区内的冬克玛底冰川是国内少数几条长期观测的冰川之一，已有的观测资料时间序列较长，有助于结合遥感资料共同分析该区域内冰川变化情况。2数据源及处理方法笔者使用的数据如下：①中国冰川目录Ⅷ－长江水系，研究区冰川分布图来自1969年拍摄的航空相片，可以反映1969年的冰川分布情况。②遥感数字影像资料为1976年MSS（LandsatMultispectralScanner，陆地资源卫星多光谱传感器，行列号为148，37），1992年和2021年TM（LandsatThemat-icMapper，陆地资源卫星专题制图仪，行列号为137，37），2021年ETM+（LandsatEnhancedThematicMapperPlus，陆地资源卫星增强型专题制图仪，行列号为137，37）。③研究区的数字高程模型（DEM，DigitalElevationMode，分辨率为30m）。④距离研究区最近的，有长时间序列的国家气象台站安多站气象资料。冰雪在可见光及近红外波段（TM1TM4）反射率都高，在这些波段中冰川的光谱值范围较宽，不利于冰川与背景及其他地物区别，而冰川在TM5中光谱值范围很窄，使用该波段有利于提取冰川信息；另外，水体会吸收中远红外波段，使冰雪在TM5波段光谱值降低，且明显低于冰川中冰碛的光安徽农业科学，JournalofAnhuiAgri.Sci.2021，38（14）：7703－7705责任编辑胡剑胜责任校对况玲玲谱亮度值［6］。因此，采用TM和ETM+5、4、3波段合成假彩色影像，便于冰川边界的提取。对于MSS影像，则直接采用4、2、1波段合成假彩色影像。ETM+的8波段为分辨率为15m的全色波段，将该波段与合成的5、4、3假彩色影像融合，可大幅度提高冰川的目视解译精度。由于地形会影响当地太阳入射角和高度角的入射角度，在影像中形成阴影或者地形起伏不明显，导致冰川信息提取精度降低，利用该地区的数字高程模型对数字遥感影像进行了地形纠正处理，纠正后的遥感图像清晰度提高，并且可根据地形起伏情况进一步确定冰川范围。遥感数字影像资料和数字高程模型均采用统一的UTM46带投影和WGS84椭球体建立坐标系统。遥感数字影像资料经上述方法处理后，以目视判读方法来识别各期冰川的边界，由于影像分辨率的局限性和人工目视判读不可避免存在误差，尽量将这种方法判读的冰川边界控制在一个像元之内。最后在地理信息系统（GIS）支持下完成冰川范围的矢量化，得到1976、1992、2021和2021年4期冰川范围数据，将4期数据同冰川编目资料1969年的数据复合，得到5期资料的叠加数据集（图2），分析和比较不同时期的冰川变化。注：左边为2021年LandsatTM影像，RGB：5、4、3。Note：TheleftfigureisLandsatTMimagein2021，RGBof5，4，3.图1研究区地理位置Fig.1Thegeographicallocationofthestudyarea图2冬克玛底地区各时期冰川分布叠加Fig.2TheoverlayofglacierdistributioninDongkemadiareaineachperiod3结果分析通过GIS软件的相关量算（表1），可看出从20世纪60年代末到2021年的近40年时间内，研究区冰川面积减少了17.61km2，占1969年总面积的9.81%。19691976年，冰川面积变化缓慢，而从19922021年，冰川面积减小速度加快。与研究区相距不远的各拉丹冬冰川［7］在19692021年面积仅变化1.7%，可能是由于该研究区1969年冰川总面积只有格拉丹东地区冰川面积的1/5，冰川面积都相对较小，导致对气候变化的响应比较敏感，变化也较大。冬克玛底冰川的2个分支大、小冬克玛底，末端是相连的，但2021年野外实地考察发现，末端已经分离，研究区其他区域的冰川也存在较明显的退缩。上官冬辉等分析青藏高原北面的西昆仑山玉龙喀什河源区，冰川面积在19702021年退缩了0.31%，念青唐古拉山峰区19702021退缩了5.7［8－9］；刘时银等分析新青峰冰帽的冰川面积在19712021年退缩了0.8%［10－11］；高原东边黄河源阿尼玛卿山的冰川面积在19662021年退缩了17%。这些结果说明青藏高原中部冰川变化相对位于青藏高原东面的黄河源区的冰川面积变化缓慢，研究区冰川存在退缩情况，但是基本处于稳定状态。表1不同年份冰川面积变化Table1Changesofglacierareaindifferentyears年份Year面积∥km2Area面积变化∥km2Areachanges面积变化∥%Areachangeproportion1976177.92－1.50－0.841992174.76－3.16－1.772021167.35－7.41－4.242021161.82－5.54－3.31冰川面积的变化，反映了冰储量的变化，最终影响到冰4077安徽农业科学2021年川水资源的变化。采用文献［12］建立的冰川储量－面积统计关系V=0.04?S1.35，计算得到19692021年近40年时间，冰川体积减少5.75km3，相当于冰川水资源损失5.17km3（冰的密度：0.9g/cm3）。图3安多气象站19692021年降水变化Fig.3VariationsofannualprecipitationinAnduoM