青藏高原近30年来现代冰川面积的遥感调查
张瑞江, 方洪宾, 赵福岳, 曾福年
中国国土资源航空物探遥感中心,北京 100083

第一作者简介: 张瑞江(1966-),男,教授级高级工程师,主要从事遥感地质研究。

摘要

以1960~1970年间1:10万比例尺地形图、1975年MSS数据和2000年前后ETM数据为信息源,采用现代遥感技术,按自然山系对青藏高原现代冰川面积进行调查,基本查明了各山系内现有冰川的面积以及近30 a来冰川面积减少的数量: 青藏高原现有冰川面积46 887.23 km2,减少了3 941.68 km2,年均减少131.4 km2

关键词: 现代冰川; 遥感调查; 青藏高原
中图分类号:TP79 文献标志码:A 文章编号:1001-070X(2010)增刊-0045-04
Remote Sensing Survey of Existing Glaciers in Qinghai-Tibet Plateau
ZHANG Rui-jiang, FANG Hong-bin, ZHAO Fu-yue, ZENG Fu-nian
China Aero Geophysical Survey and Remote Sensing Center for Land and Resources, Beijing 100083, China
Abstract

An investigation of existing glaciers in Qinghai-Tibet Plateau based on remote sensing technology has revealed the areas of existing glaciers in different ridges. The decreased area of existing glaciers in Qinghai-Tibet Plateau from the middle of the 1960’s nearly to the 2000’s was also found out. Different kinds of remote sensing data suitable for the investigation were chosen according to the characteristics of glaciers distribution. Terrain correction of the remote sensing data is necessary to reduce the influence of topography on the investigation precision. Much seasonal snow existent on the high mountains must be eliminated. It is difficult to eliminate seasonal snow in most areas because it is so similar to the existing glacier. Many ways are summarized to eliminate the seasonal snow. Till the year of 2000, the area of existing glacier in Qinghai-Tibet Plateau was 46 887.23 km2, suggesting a shrinkage of nearly 3 941.68 km2. About 131.4 km2 of existing glaciers was reduced per year from the middle of 1960’s approximately to the 2000’s in Qinghai-Tibetan Plateau.

Keyword: Existing glaciers; Remote sensing survey; Qinghai-Tibet Plateau
0 引言

青藏高原被称作地球的第三极。自3.4 Ma始, 高原急剧隆升, 逐渐形成了目前的面貌[1]。现代冰川作为青藏高原主要的地表径流补给源之一, 其变化不仅对区域性气候、河流湖泊的演变、荒漠化的产生和发展以及地质灾害的形成起重大的影响作用, 而且还影响中国乃至整个世界的气候变化和中国的可持续发展。对青藏高原现代冰川的调查与研究始于19世纪末至20世纪初, 其中有Ward(1916, 1924, 1934)对藏东南和横断山系南部的冰川, 以及Heim(1936)对贡嘎山冰川的报道。自1956年起, 中国科学院兰州冰川冻土沙漠研究所对珠穆朗玛峰、喀喇昆仑山区、祁连山及西藏等地冰川进行了考察研究。1978年起, 按照国际冰川编目规范, 系统地开展了全国冰川目录编制工作, 到1999年底, 由王宗太、刘潮海主持, 已经出版《中国冰川目录》11卷23册[2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16]。工作中以20世纪60年代末期和70年代初期航摄编制的1:10万地形图上冰川的分布面积为基准, 结合黑白航片和Landsat 5卫星图像, 同时应用了大量的野外实测资料, 使得数据更为系统、翔实和正确。但全国冰川目录编制数据反映的是成图当时的冰川面积、体积和雪线高度, 是静态数据。随着时间的推移, 尤其是从成图的当时到现在, 已经过去了30多年, 在这段时间里, 控制现代冰川发育和消融的气候条件发生了重大改变。因此, 过去静态的数据已不能客观地反映目前我国冰川的现状。虽然很多研究机构根据一些冰川的调查数据对中国冰川进行了变化趋势分析, 由点到面对各山系的冰川变化进行了推测, 但对于动态的冰川数据来说, 显然不能客观地反映其变化规律。

本文根据青藏高原生态地质环境遥感调查与监测成果[17], 利用遥感技术开展了青藏高原现代冰川雪线分布现状与变化调查, 可为中国环境保护战略的实施、生态环境的建设及和谐社会的构建提供重要的参考资料, 同时也可为冰川资源的合理利用和南水北调等工程建设提供基础资料。

1 数据源的选择

根据可选数据的种类和冰川的可解性, 调查过程中选择了全区1960~1970年间1:10万比例尺地形图和1975年MSS、2000年前后ETM数据。

1:10万地形图是根据航摄资料编制的。这批航摄资料是目前国内拥有的最早的遥感资料, 其获取时间与冰川遥感调查要求的时相一致, 也是全国冰川编目数据来源的主要依据。

ETM数据尽量选择夏季或干燥季节的, 以最大程度地减少季节性积雪对冰川解译结果的影响。

2 相关图件的制作
2.1 基础地理底图的制作

2.1.1 地形图DRG的制作

包括地形图扫描、纠正、输出和拼接等4项内容, 采用以下技术方法完成:

(1)扫描1:10万地形图(TIF格式, 24 bit彩色), 扫描分辨率为254 dpi, 像素10 m;

(2)扫描1:25万地形图(TIF格式, 24 bit彩色), 扫描分辨率254 dpi, 像素25 m;

(3)采用逐格网法进行纠正, 1:10万地形图纠正限差控制在10 m以内, 1:25万地形图纠正限差控制在25 m以内;

(4)输出DRG;

(5)拼接1:10万地形图。

2.1.2 DEM的制作

包括坐标系转换、数据拼接和格式转换等3项内容, 通过以下步骤完成:

(1)以国家基础地理信息库的1:25万地形数据作为基本数据, 把经纬度地理坐标转换成高斯-克吕格北京54坐标系;

(2)将16幅1:25万幅等高线数据拼接成1幅1:100万幅等高线数据;

(3)先将等高线生成TIN, 然后将TIN转换为DEM栅格数据。

2.2 影像图的制作

首先, 采用逐格网纠正方法对地形图进行精确纠正, 做成GK投影校正后的地理底图。在ERDAS平台下对2期遥感影像进行正射纠正处理, 校正误差控制在1个像元内, 之后再进行拼接和镶嵌, 图像分幅按照国家1:25万分幅标准执行, 最终完成青藏高原全区的1:25万分幅遥感影像制作。

3 调查方法
3.1 季节性积雪的剔除方法

季节性积雪的存在严重影响遥感调查精度, 其剔除主要根据解译标志和经验进行。以下为作者总结出来的可供选择的季节性积雪剔除方法:

(1)季节法。尽量选择夏季或干燥季节的遥感图像, 使季节性积雪对冰川解译的影响降到最低。

(2)光谱特征法。冰川具有较高的亮度, 而季节性积雪一般亮度值较冰川的低。

(3)雪线法。根据各山系的雪线海拔高度范围剔除雪线以下的季节性积雪。

(4)对比剔除法。相邻景遥感数据时相不同, 季节性积雪的分布也将不一致, 根据这一特征, 把呈异常特征分布的积雪当成季节性积雪剔除。

(5)冰川形态法。冰川是自然界长期作用的产物, 经过长年的积累消融, 冰川具有了一定的形态, 而季节性积雪一般没有固定的形态, 分布也杂乱无章, 而且厚薄不均匀。

(6)冰舌法。由于青藏高原分布的都是山谷冰川, 除内部的部分高原冰帽外, 一般都发育有长短不一的冰舌, 而季节性积雪则没有明显的冰舌。

(7)冲积扇法。现代冰川发育的谷内有大量的冰碛物, 在冰川谷的出口处存在规模较大的冲积扇, 而季节性积雪发育处一般没有冲积扇。

对于薄的和小范围的季节性积雪可以通过上述方法予以剔除, 但对于大范围和厚的季节性积雪, 目前仍无较好的剔除方法。

3.2 变化信息解译方法

采用人机交互解译的方法, 叠合变化信息的矢量数据和多时相遥感影像, 解译冰川变化的范围。在变化信息区域内, 依据冰川的解译标志, 剔除伪信息, 提取正确的冰川变化信息。

4 调查结果

根据此次遥感调查结果, 青藏高原各时段冰川面积和变化状况如表1所示。

表1 青藏高原现代冰川面积状况(km2)

(1)帕米尔高原。中国境内的帕米尔高原共分布着大小不等的冰川1 289条(数字来源于全国冰川编目资料, 以下同)。根据遥感调查结果, 在20世纪60年代末地形图上冰川面积为2 753.42 km2。经过30多年的演变, 冰川面积减少了423.2 km2, 减少率为15.37%。其中沙里阔勒岭冰川消减最为明显, 这是由于该地区冰川规模较小所致。其次是外阿赖山一带和公格尔山, 再次是昆盖山, 慕士塔格山冰川消减量最小。

(2)昆仑山。昆仑山系共分布着大小不等的冰川7 694条, 在青藏高原内冰川条数最多, 冰川面积最大。其中单条冰川面积超过100 km2的有10多条。根据遥感调查结果, 在20世纪60年代末地形图上冰川面积为12 489.04 km2。经过30多年的演变, 冰川面积减少了539.87 km2, 减少率为4.32%。

这里对昆仑山面积大于100 km2的冰川进行了统计分析(表2), 单条冰川面积采用了全国冰川编目中的数据。从这10条大冰川的变化来看, 区内冰川以退缩为主, 但退缩量不大, 冰川基本处于稳定状态。同时区内存在不少的前进冰川, 如昆仑冰川、崇测冰川和古里雅冰原。

表2 昆仑山面积大于100 km2冰川变化状况

崇测冰川为中国最大的宽尾冰川, 在1977~2001年24 a时间内, 冰川出现了明显的前进, 冰舌末端不断横向扩展, 冰舌面积增加了2.58 km2, 冰川前进了572.48 m, 平均每年前进23.85 m。

阿尼玛卿山原有冰川面积141.97 km2, 经过近30多年的变化, 阿尼玛卿山现有冰川面积126.52 km2, 面积减少了11%。

(3)阿尔金山。20世纪60年代末地形图上冰川面积为250.15 km2, 经过30多年的演变, 冰川面积减少了0.16 km2, 减少率为0.06%。

(4)羌塘高原。20世纪60年代末地形图上冰川面积为3 381.31 km2, 经过30多年的演变, 冰川面积减少了108.04 km2, 减少率为3.20%。

羌塘高原内部的平顶冰川相当稳定, 面积变化不大, 虽然有所消减, 但属于微量, 几十年来一直处于稳定状态。气候和环境的变迁对冰川的影响可能更多地体现在冰川厚度的变化上。

(5)念青唐古拉山。20世纪60年代末地形图上冰川面积为8 976.95 km2, 经过30多年的演变, 有表碛冰川面积减少了519.07 km2, 减少率为5.78%。

(6)唐古拉山。20世纪60年代末地形图上冰川面积为2 332.40 km2, 经过30多年的演变, 冰川面积减少了96.82 km2, 减少率为4.15%。

唐古拉山作为长江的发源地, 在20世纪60年代末, 长江源头区发育的冰川面积为1 619.64 km2, 到了2000年左右, 冰川面积减少了88.2 km2, 减少率为5.45%。

(7)祁连山。祁连山地区分布着2 815条大小不等的冰川。根据遥感调查结果, 在20世纪60年代末地形图上冰川面积为2 040.25 km2, 经过30多年的演变, 冰川面积减少了193.17 km2, 减少率为9.47%。

(8)横断山。横断山地区分布着1 929条大小不等的冰川, 20世纪60年代末地形图上冰川面积为1 625.35 km2, 经过30多年的演变, 川面积增加了39.7 km2, 增加率为2.44%。

(9)喜马拉雅山。20世纪60年代末地形图上冰川面积为8 080.92 km2, 经过30多年的演变, 冰川面积减少了1 217.61 km2, 减少率为15.07%。

(10)冈底斯山。20世纪60年代末地形图上冰川面积为1 940.17 km2, 经过30多年的演变, 冰川面积减少了299.14 km2, 减少率为15.42%。

(11)喀喇昆仑山。20世纪60年代末地形图上冰川面积为4 989.22 km2, 经过30多年的演变, 冰川面积减少了584.3 km2, 减少率为8.40%。

5 结论

(1)青藏高原冰川面积总体呈明显减少趋势, 30 a来, 冰川面积累计减少了3 941.68 km2, 现存冰川面积46 887.23 km2, 年均减少131.4 km2

(2)青藏高原四周冰川面积消减最为明显, 面积减小率在10%以上; 其腹地面积基本保持相对稳定, 面积减小率在7%以下。

(3)青藏高原冰川消减有面积性和体积性2种方式, 近期冰川体积性消减可能占主导优势。

(4)在过去近30 a时间里, 小规模冰川(面积小于5 km2)的变化最为明显, 面积变化率大, 对气候变化的响应最敏感; 而大规模冰川由于其面积和厚度大, 面积变化率相对较小。

(5)在昆仑山西段和喀喇昆仑山地区存在一定数量的前进冰川, 表现形式为冰舌的前进。

(6)从19世纪80~90年代起, 我国气温开始上升, 到20世纪40年代达到极点, 冰川消融增大, 出现退缩。此后转为降温, 20世纪60年代末至70年代初达到极点, 冰川积累并出现前进或稳定状态。70年代后气候又趋转暖, 因此, 冰川的消融随气候的逐渐变暖而出现加剧的趋势。

(7)自20世纪60年代末开始, 青藏高原的现代冰川有一个普遍的增长过程, 以面积性增长方式为主, 冰舌末端基本保持稳定或微量前进。

(8)自20世纪80年代末开始, 青藏高原绝大部分冰川转为退缩状态, 冰川消减的速度在加快。

(9)整个青藏高原上的冰川可能都存在变薄的趋势, 而且在今后的时间里这种演变方式将会占主导地位。

(10)青藏高原现代冰川大幅度消减诱发了一系列的灾害问题和生态问题, 最直接的是地质灾害的频繁发生, 给下游的生产、生活带来了极为不利的影响; 冰川的消融加剧了荒漠化的程度, 而荒漠化加剧的同时又加快了现代冰川的消融速度。

The authors have declared that no competing interests exist.

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