近40年來(lái)慕士塔格

摘要：利用1973年、2003年和2013年Landsat Mss/TM/ETM+遙感影像，通過(guò)圖像處理和目視解譯，分析了慕士塔格-公格爾山區(qū)1973～2013年冰川變化情況，通過(guò)對(duì)氣候資料的分析發(fā)現(xiàn)：冰川面積減小率較大與1970～1980年氣溫偏高降水偏少有關(guān)；2000～2013年冰川面積減小趨勢(shì)的下降與80年代初期到90年代中期相對(duì)低溫和濕潤(rùn)的氣候相關(guān)。

關(guān)鍵詞：慕士塔格-公格爾冰川；冰川變化；遙感；地理信息系統(tǒng)

地處地球中低緯地區(qū)的山岳冰川與人類密切相關(guān)，它的存在與變化不僅對(duì)氣候變化具有明顯的反饋、調(diào)節(jié)和指示作用，而且對(duì)于河川徑流的變化、生態(tài)環(huán)境以及工程建設(shè)具有重要影響。在全球氣候日益變暖的今天，監(jiān)測(cè)其變化規(guī)律是冰川學(xué)研究的重要內(nèi)容之一[1]。

冰川變化常規(guī)監(jiān)測(cè)是以野外考察結(jié)合判讀航空相片為主，但該方法在大部分冰川地區(qū)由于地形環(huán)境復(fù)雜、氣候條件惡略很難實(shí)施。隨著3S技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，為研究冰川變化提供了有效的手段[2-4]。本文利用RS與地理信息系統(tǒng)技術(shù)，采用landsat MSS/TM/ETM+影像資料，以慕士塔格-公格爾山區(qū)為研究區(qū)，綜合監(jiān)督分類、比值閾值與目視判斷等方法提取不同時(shí)期冰川邊界，研究流域尺度冰川變化并結(jié)合氣候特征探討該區(qū)1973～2013年近40年冰川波動(dòng)的一般規(guī)律。

一、研究區(qū)概況

慕士塔格-公格爾山位于新疆塔里木盆地西部邊緣，帕米爾高原東部。地理位置介于38°～39°N 和75°～75°40′E之間，是帕米爾高原現(xiàn)代冰川分布最為集中的地區(qū)。研究區(qū)山脈海拔高，山峰和山脊大多在海拔4800-5200米的雪線之上，山地冰川作用正差為該區(qū)冰川發(fā)育提供極佳的地勢(shì)條件。此外，該區(qū)域雪線處年平均氣溫在-14°C - -10°C之間，降水在450-600mm之間，終年以固態(tài)為主[5]。該冰川圍繞各自主峰所形成的巨大冰帽由中心向四周呈輻射狀發(fā)育，兩山東北側(cè)土耳其斯坦型冰川比較發(fā)育，西側(cè)多為峽谷冰川，造成東西坡冰川發(fā)育形態(tài)的較大差異，本區(qū)域冰川融水分別流入蓋孜河、庫(kù)山河以及塔什庫(kù)爾干河，屬塔里木內(nèi)陸水系。其中蓋孜河和庫(kù)山河的冰川融水分別占河川徑流的77.83%和53%，成為本區(qū)流域重要的補(bǔ)給來(lái)源。

二、資料的獲取與處理方法

為盡量減少季節(jié)性積雪和云對(duì)冰川判讀的影像，本研究采取消融季（7-9月）和云量覆蓋較低的遙感影像對(duì)冰川邊界進(jìn)行提取。所采用的數(shù)據(jù)主要來(lái)自：1）研究區(qū)1985年的1：100000地形圖。2）1972年9月7日、1973年9月7日成像的Mss影像（條帶號(hào)為161/33）；1999年9月25日、1998年8月13日成像的TM影像（條帶號(hào)149/33，149/34）；2012年7月26日和2013年9月25日（云量<2%）成像的TM、ETM+影像（條帶號(hào)同上）。3）研究區(qū)30m分辨率的DEM數(shù)據(jù)以及帕米爾山區(qū)冰川編目資料。對(duì)TM/ETM遙感影像進(jìn)行波段融合與影像拼接，并在ERDAS 8.5軟件的支持下進(jìn)行幾何校正、輻射校正，參考Dozier提出的地形校正公式[6]對(duì)上述處理后影像進(jìn)行地形校正，使得影像質(zhì)量明顯提高；采用監(jiān)督分類、比值閾值法分別對(duì)MSS影像（分類器選用最大似然法）和TM/ETM+（b3/b5 > 2.1）影像進(jìn)行分類，僅分冰川和非冰川（主要包括基巖、植被、湖泊）兩種類別，由于裸地和表磧覆蓋、季節(jié)性雪斑與冰川的光譜特性相似，并且部分區(qū)域陰影較重，存在錯(cuò)誤判讀，需要采用目視解譯的方法進(jìn)行修正：對(duì)表磧較為發(fā)育的冰川作用區(qū)，采用影像疊加DEM進(jìn)行立體顯示，結(jié)合冰川學(xué)知識(shí)，輔助提高冰川末端界線的識(shí)別精度，通過(guò)數(shù)據(jù)分級(jí)處理[7]，突出積雪和冰川特征的差異性來(lái)實(shí)現(xiàn)剔除季節(jié)性積雪的目的。

三、冰川變化結(jié)果及結(jié)果分析

（一）研究區(qū)冰川數(shù)目、面積、儲(chǔ)量特征

在地理信息系統(tǒng)功能的支持下，通過(guò)分析1973年MSS影像得出研究區(qū)冰川共有516條，總面積達(dá)900.63km2，冰川總儲(chǔ)量為214.73km3（冰儲(chǔ)量即冰川的體積，本文采用劉時(shí)銀等[8]提出的經(jīng)驗(yàn)公式V=0.04S1.35計(jì)算）。其中，面積小于0.5km2的冰川數(shù)量最多為233條，占研究區(qū)冰川總數(shù)量的45.16%，但面積和儲(chǔ)量?jī)H占研究區(qū)冰川總面積、儲(chǔ)量的6.57%和2.31%，面積大于10km2的冰川雖然僅有18條，但冰川面積和儲(chǔ)量卻占研究區(qū)冰川總面積、儲(chǔ)量的34.91%和43.83%。說(shuō)明研究區(qū)小冰川數(shù)量居多，但冰川的面積和儲(chǔ)量多集中在面積等級(jí)較大的冰川。從冰川的方位分布情況來(lái)看，研究區(qū)大多數(shù)冰川分布在東北坡及北坡（冰川數(shù)量占總數(shù)量的33.44%，冰川面積占總面積的32.36%），西南坡冰川數(shù)量雖少，但具有相當(dāng)大的面積和儲(chǔ)量（冰川數(shù)量占總數(shù)量10.85%，面積占總面積的18.8%），并且該坡向平均冰川面積最大為3.02km2，其中面積>10km2的冰川有5條，占該等級(jí)冰川總數(shù)量的28%，其中研究區(qū)面積最大的一條冰川5Y663D004（44.07km2）就分布在該坡向范圍內(nèi)，說(shuō)明西南季風(fēng)帶來(lái)的豐沛降水對(duì)于迎風(fēng)坡冰川發(fā)育具有重要影響。

（二）冰川變化結(jié)果統(tǒng)計(jì)

1973～2013年，研究區(qū)冰川整體呈消融趨勢(shì)，近40年來(lái)冰川面積共計(jì)減少了46.94km2，冰川儲(chǔ)量減少了14.02km3，分別占冰川總面積儲(chǔ)量的5.21%和6.52%。1973～2000年研究區(qū)冰川面積減少了44.31km2，占研究區(qū)冰川總面積的4.92%，其中依格孜牙河流域冰川面積減小率最高，可達(dá)10.63%，蓋孜河流域冰川面積減小率最低，為3.33%；2000～2013年，研究區(qū)冰川面積減少了2.63km2，占2000年冰川面積的0.31%，其中依格孜牙河流域冰川面積、儲(chǔ)量未發(fā)生變化，塔什庫(kù)爾干河流域冰川面積減小率最高，為0.51%。從上述兩個(gè)時(shí)段的冰川消融情況來(lái)看，1973～2000年間冰川消融速率較快，面積年減少速率為0.175%，但2000～2013年，冰川消融速率有大幅度的衰減，面積年減少速率僅為0.025%，說(shuō)明近13年來(lái)研究區(qū)冰川變化不大，基本處于穩(wěn)定狀態(tài)。

（三）冰川變化規(guī)律分析

1.不同規(guī)模冰川變化情況

通過(guò)對(duì)不同面積規(guī)模冰川變化情況的分析（表2）可知：面積等級(jí)>10km2的冰川面積減少量（比較冰川絕對(duì)消融量時(shí)，首先需要用各等級(jí)冰川消融總量除以該等級(jí)冰川數(shù)量后在進(jìn)行比較）最多，可達(dá)0.70km2，面積等級(jí)在0.5～1 km2的冰川面積減少量最低，但消融率最高，可達(dá)10.67%。說(shuō)明小冰川對(duì)氣候變化的響應(yīng)時(shí)間短，對(duì)氣候變化的敏感程度較高，大冰川對(duì)氣候變化的響應(yīng)比較的遲緩，對(duì)氣候變化的敏感程度較低（儲(chǔ)量有類似變化規(guī)律）。

2.不同朝向冰川變化規(guī)律

通過(guò)對(duì)近40年不同朝向冰川變化情況的統(tǒng)計(jì)可知：東北坡冰川面積減少量最大，可達(dá)11.85 km2，占冰川退縮總面積的25.26%，東南坡冰川退縮幅度最大，可達(dá)9.24%，西南坡冰川減少率最低，僅有2.52%。將圖3與圖1對(duì)比，同時(shí)考慮到冰川面積退縮量隨冰川面積規(guī)模的增大而增大，面積退縮率隨冰川面積規(guī)模的增大而減小的規(guī)律。由于東北坡冰川面積規(guī)模最大且條數(shù)較多，造成了該坡向上冰川面積退縮規(guī)模最大。面積減少率最高值出現(xiàn)在東南坡，主要是與東南坡冰川總面積最小，且冰川平均面積不大，小冰川數(shù)量居多有關(guān)。西南坡由于其冰川數(shù)量不多且平均規(guī)模最大，導(dǎo)致其冰川消融率最低。除此之外，研究區(qū)降水主要來(lái)源于南亞季風(fēng)環(huán)流，西南坡作為迎風(fēng)坡，其豐富的降水必然會(huì)對(duì)冰川的消融起一定的抑制作用。

面積減少量/km2 面積減少率/km2

四、結(jié)論

（一）冰川變化結(jié)果

盡管新疆氣候由暖干向暖濕轉(zhuǎn)型[9]，但是東帕米爾高原冰川仍然呈退縮狀態(tài)：1973～2013年，冰川面積和儲(chǔ)量分別減小了5.21%和6.52%。其中1973～2000年，冰川面積年減少率為0.175%，2000～2013年冰川面積年減小率為0.025%。冰川消融速率有大幅度的衰減。

（二）冰川變化規(guī)律

按照冰川不同的分類標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)計(jì)：1973～2013年：1）不同朝向冰川變化：東南坡冰川面積減小幅度最大，減小率達(dá)到了9.24%，東北坡冰川面積退縮量最高，可達(dá)11.85 km2。西南坡冰川面積退縮幅度均最小，分別為2.52%。2）不同規(guī)模冰川變化：面積規(guī)模>10km2的冰川單位面積減少量最大，為0.7 km2。面積規(guī)模在0.5～1.0 km2的冰川面積減少率最高，可達(dá)10.67%。

（三）冰川變化與氣候變化之間的關(guān)系

夏季氣溫和年降水量是控制冰川變化的兩個(gè)主要因素。1957～2013年研究區(qū)氣溫、降水量均呈現(xiàn)出上升的趨勢(shì)，氣溫的升高是造成冰川退縮的主要原因。1973～2000年冰川退縮速率高，與1970～1980年氣溫偏高而降水偏少有直接關(guān)系。2000～2013年冰川退縮幅度減緩與80年代初期～90年代中期的相對(duì)低溫和相對(duì)豐富的降水量相關(guān)。根據(jù)冰川變化滯后于氣候變化10～20年的理論推算，在未來(lái)的10～20年間，東帕米爾高原冰川退縮幅度必將有加劇趨勢(shì)以對(duì)應(yīng)于2000～2013年的暖濕氣候條件。

（作者單位：蘭州資源環(huán)境職業(yè)技術(shù)學(xué)院冶金工程系）

參考文獻(xiàn)

[1]蔡迪花，馬金輝等.慕士塔格峰冰川變化遙感研究[J].蘭州大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2006，42（1）：13-17.

[2]丁永建，李新，程國(guó)棟等.基手地理信息系統(tǒng)的太陽(yáng)直接輻射與冰川物質(zhì)平衡的關(guān)系[J].冰川凍土，1998，20（2）：157-162.

[3]車濤，李新，MoolPK等.希夏邦馬峰東坡冰川與冰川湖泊變化遙感監(jiān)測(cè)[J].冰川凍土，2005，27（6）：801-805.

[4]晉銳，車濤，李新等.基于遙感和GIS的西藏朋區(qū)流域冰川變化研究[J].冰川凍土，2004，26（3）：621-626.

[5]蘇珍，劉時(shí)銀，王志超.慕士塔格和公格爾山的現(xiàn)代冰川[J].自然資源學(xué)報(bào)，1989，4（3）：241-246.

[6] DOZIER J.FREW J.Rapid calculation of terrain parameters for radiation from elevation data[J].IEEE TransGeosci Remote Sensing，1990，28（5）：963-969.

[7]許君利，劉時(shí)銀，張世強(qiáng).塔里木盆地南緣喀拉米蘭河-克里雅河流內(nèi)流區(qū)近30a來(lái)的冰川變化研究[J].冰川凍土，2006，28（3）：312-318.

[8]張世強(qiáng)，盧健，劉時(shí)銀.利用TM高光譜圖像提取青藏高原喀喇昆侖山區(qū)現(xiàn)代冰川邊界[J].武漢大學(xué)學(xué)報(bào)（信息科學(xué)版），2001，26（5）：435-440.

[9]藍(lán)永超，沈永平，吳素芬等.近50年來(lái)新疆天山南北坡典型流域冰川與冰川水資源的變化[J].干旱區(qū)資源與環(huán)境，2007，21（11）：1-8.