0 引言

政府间气候变化专门委员会(IPCC)第五次评估报告指出，气候系统的暖化是毋庸置疑的，自1950年以来，气候系统观测到的许多变化是过去几十年甚至千年以来史无前例的，2003－2012年平均温度比1850－1900年平均温度上升了0.78℃，在过去的130a全球升温0.85 ℃［1－2］.冰川作为气候变化的指示器，其变化可以敏感的反映出全球气候的变化，对冰川运动变化的监测可以为研究气候变化以及了解干旱区水资源问题提供重要依据［3］.特别是近年以来，有关冰川动力学模式的研究成为冰川学研究的热点，冰川动力学模式以其优越的物理过程描述能力，可以很好地预测冰川未来的变化情况［4］，而冰川运动速度又是冰川动力学模型必不可少的参数之一.因而，有关冰川运动特征的研究已经成为当前冰川学研究的重要内容之一，对冰川运动进行研究有助于了解冰川的基本性质［5］.冰川运动速度作为冰川运动的一个重要的量化指标［6］，近年来有关冰川运动速度的研究越来越引起相关科技工作者的重视，为研究冰川变化与全球变暖的关系，前几年启动了全球陆地冰川计划［7］.

中国西部山岳冰川发育众多，是世界上山岳冰川最为发达的地区之一［8］.自20世纪50年代以来，中国有关山岳冰川运动速度的观测研究已经在很多自然区域相继展开，例如在祁连山、天山、横断山、念青唐古拉山、喜马拉雅山等地区的数条冰川上的相关工作都取得了进展，总结了不同环境、不同形态和不同类型冰川的运动特征［9］.其中，祁连山七一冰川(冰川目录编号:5Y437C18)作为典型的亚大陆型冰川，在中国西部山岳冰川中具有很好的代表性.对该条冰川运动速度的观测始于1958年，此后又进行了多次有关冰川运动的观测.为了保持对七一冰川运动变化情况观测的连续性，进一步揭示全球气候变暖背景下的山岳冰川运动变化规律以及河西走廊地区冰川融水的补给情况，我们于2012年7－8月以及2013年8－9月连续两年利用高精度差分GPS仪对祁连山七一冰川于消融季的运动变化情况进行了观测，获取了消融旺季以及一周年的冰川运动速度最新观测资料.

1 七一冰川概况

祁连山位于青藏高原北部边缘，分布着大量现代冰川，是甘肃省河西地区内陆河水系的发源地.七一冰川位于甘肃省嘉峪关市西南的祁连山中段托来山北坡(图1)，冰川融水流入北大河支流柳沟泉河.冰川面积为2.76 km2，长3.4 km，末端海拔4304 m，冰川最高峰海拔5158.8 m.七一冰川规模较小，按形态分类，属冰斗－山谷冰川，按冰川物理特性分类，属于亚大陆型冰川.该冰川冰舌除了前端有零散表碛分布外，整个冰川冰面洁净;冰舌前段为起伏的冰丘，但坡度不大，冰川后壁较为陡峭，有较小横裂隙分布于其上.在东、中、西3个大粒雪盆中，东西粒雪盆较为宽阔，中粒雪盆相对较小，海拔也较东西粒雪盆稍低一些，三道冰面河切割较深，一直延伸到粒雪盆深处［10］(图1).近30多年来对七一冰川观测资料表明［10－12］，该冰川的平衡线高度在1958－2008年呈上升趋势，并在2006年达到最高海拔5131 m，最近几年该冰川的消融呈加速趋势.

早在1958年，我国冰川工作者就对七一冰川进行了考察，因而该冰川是中国最早进行冰川学研究的冰川.此后几十年，许多冰川工作者对七一冰川进行了各种考察研究［10，13－15］.近年以来，王宁练等［12］、宋高举等［16］、蒋熹等［17］又对七一冰川进行了持续性观测研究，获得了很多有关七一冰川物质平衡、融水径流以及冰川表面反照率方面的宝贵数据.井哲帆等［18］以七一冰川为例，对冰川运动速度影响因子的强度进行了分析，得到了冰川形态、物质平衡以及气候条件等对冰川运动速度的影响程度.

2 数据与方法

研究的数据资料是在2012年7－8月以及2013年8－9月于祁连山七一冰川考察期间获取的，主要包括两类数据，一类是花杆点数据(坐标等);另一类是冰川冰舌末端的边界数据.此外，还参考了部分物质平衡数据.

目前，常用的冰川表面运动速度研究方法包括:1)花杆测量法.该方法是目前最为直接常用的方法［19］，也是精度最高的观测方法，但是很显然此种方法不适用大冰川区域;2)合成孔径雷达干涉测量(InSAR).该方法是近几年发展起来的新型测量方法，在大范围冰川区已得到广泛应用［20－23］，但是该方法受到卫星重访周期的限制，往往得不到很好的精度;3)基于光学遥感的最大相关分析法.该方法在山地冰川也进行了一些尝试性研究［3，24－25］，但是也是受到精度的限制.七一冰川面积较小，冰面相对较容易攀爬，因此，比较适合应用花杆测量法来进行冰面速度的观测研究，而此方法也保证了精度要求.花杆测量法是通过在冰川表面设置花杆，定期使用仪器测量花杆位置实现的.某一时段的冰川表面运动速度是由这一时段内花杆的位移与该时段长度的比值得到，位移可以通过坐标运算得到.GPS技术的发展为冰川表面运动速度的测量提供了新手段，相较于早期测点所用到的全站仪等光学仪器，GPS更为方便、快捷，精度更高，而且不受冰面形态限制［26］.

此次研究所用到的有关冰面运动速度的数据就是通过花杆测量法得到的，花杆的位置坐标是通过Trimble GeoXT型手持差分GPS测量得到.该仪器使用方便，可以实现在短时间内对整条冰川的完整测量，保证测得的数据反映冰川运动状况的真实性［4］.在测量每一根花杆时，先将仪器置于花杆底部并紧挨花杆，等候几分钟待仪器读数稳定之后开始读数，每隔1 min读取1次数据，共读取3次，取3次的平均值，这在一定程度上避免了GPS定位漂移现象.测得的数据经后处理，精度可达到2 cm，完全满足冰川表面运动速度测量的精度要求.本研究所用数据是通过对已布设好的花杆进行观测所得，共计由26根花杆在冰川表面组成了观测网(注:2－1、8－2、8－6 花杆由于先前缺失，于 2013 年重补，位置较2012年发生较大变动，故有些分析没用到这些花杆)，花杆的分布情况以及命名如图2所示.位于同一横断面的相邻测杆相距约100 m，纵向上共计有11排测杆组成了11个断面，相邻断面相对高度约50 m.为了保证测量精度，每次都是尽量在一天之内完成对26根花杆的测量工作.

按照数据获取的时间，可以将数据资料分为3个时段，即2012年7月27日至8月15日、2013年8月24日至9月13日以及2012年8月至2013年8月.前两个时间段的数据属于消融旺季数据，后一个时间段的数据属于整年数据.

首先，用2012年8月和2013年8月作为时间起止点，利用这一年时间内每根花杆的位移与年份的比值作为每根花杆的年运动速度.利用2013年消融季期间花杆的位移与天数的比值作为消融季冰川日均运动速度，将消融季每个断面的花杆运动速度求和平均作为每个断面消融季日均运动速度.借助于ArcGIS软件的数据分析以及制图功能，根据所测数据，得到了冰川表面各点的运动方向图以及冰川末端退缩变化图.此外，利用ASTER GDEM V1数字高程数据得到了七一冰川表面坡向图.我们还参考了2013年七一冰川最新物质平衡观测结果，并将物质平衡数据与冰川运动速度数据进行了对比分析.

3 运动特征分析

3.1 冰川表面运动速度空间分布特征

从图3可以看出，年运动速度最大值出现在海拔4348 m 的3－2点位处，速度值为12.84 m·a－1;最小值出现在海拔4846 m的12点位处，速度值为1.87m·a－1，整条冰川的年平均运动速度值为7.00m·a－1.除了3－1 点位，位于冰舌部分的 3－2、3－3以及4点位处运动速度较其他点运动速度要大，这可能与冰舌部分宽度较窄以及该处冰面起伏较大有关.对于山谷冰川，冰面宽度改变会引起运动速度的变化，若宽度变窄会促使运动速度增加，反之则会引起运动速度减小［27］.12号点位处的运动速度最小，这可能与该点所处的冰川局部形态有关，该点所在冰面较为平坦，运动不明显.总体来看，从冰川上部到冰川末端，在冰川横剖面上，靠近主流线的花杆较两侧花杆运动速度偏大，运动速度从中部向边缘逐渐减小，这可能是由于山谷冰川受到两侧山体的阻尼作用及冰川厚度由中间向两侧减薄所致［28］.

在纵断面上，由图4可以看出，2013年消融季日均运动速度最大值出现在平均海拔4846 m处的12排，速度值0.32 m·d－1;最小值出现在冰川末端的2排、3排处，速度值为0.06 m·d－1.这里需要注意的是，年运动速度最小的12号花杆在2013年消融季的日均运动速度却为最大值，可能有两个因素决定了这一现象:其一，有可能12号花杆在消融季运动速度较大，而在非消融季运动速度很小，造成了整年水平上较小的运动速度;其二，2013年消融季具体时间是从8月24日到9月15日，而年运动速度限定的时间是2012年8月－2013年8月.由此可见，出现上述这种情况是有可能的.由图4还可以得出，除4排以外，整体上各排运动速度随海拔的升高而增大，4排运动速度的特殊性可能与局部区域冰川表面运动因素的复杂性有关，例如冰川底部滑动可能导致冰川局部区域运动速度的快速变化，此外，局部区域坡度也是一个不可忽视的因素.据Paterson［29］提出的冰川流动特性可知，积累区冰川运动速度自源头处逐渐增加至平衡线附近，平衡线至冰川末端区域受上游物质补给量限制和冰川消融的影响，运动速度逐渐减小.而由王宁练等［12］的研究可知，近年来七一冰川物质平衡线高度呈上升的总趋势，并于2006年达到海拔5131 m.所以，本研究中各断面运动速度随高度升高而增大的结论符合一般山岳冰川的流动特性.

据相关研究，冰川物质平衡可以改变冰川的形态，进而影响到冰川的运动速度［18］.由图5可知，在2013年消融季，七一冰川物质平衡的积累消融表现出了有规律的变化，由冰川末端到12排花杆处，物质平衡总体上呈现减小的趋势，说明越往下，冰川的消融越为强烈，与此相对应的是该时间段内的冰川运动速度随海拔增高而增大.为了说明冰川物质平衡与其运动速度之间的关系，对2013年消融季各断面物质平衡值与同时间的断面运动速度值作了简单的相关分析，分析结果表明:二者在0.05水平上是显著相关的，相关系数为0.62.这反映出了冰川运动速度与物质平衡之间的关系，消融强烈，可能导致冰川补给量不足，进而导致冰川运动速度减小.在讨论影响冰川局部运动速度的因素时，不得不考虑到坡度的影响，在很大程度上，坡度可以影响到冰川局部运动速度的大小，坡度愈大，速度愈大，例如4号花杆在消融季运动速度较大，这与该点处的坡度较大存在一定的关系.而12号花杆年运动速度很小，经实地勘察，该点所在冰川表面较为平坦，坡度很小.

根据2012年以及2013年的观测资料作图可知，该冰川运动速度的水平分布表现为:运动速度矢量大多沿主流线方向或者平行于主流线(图6)，这也符合山岳冰川运动方向分布的一般规律，即无论在冰川积累区还是消融区，冰川运动矢量大多沿主流线方向向下运动，或者稍微偏离主流线一定方向［30］.图6也显示出个别花杆点的运动方向严重偏离了主流线方向，例如6－1以及12号花杆，这可能与冰川表面坡向有很大关系.由图7并结合实地考察可以知道，6－1花杆所在位置坡向朝北偏东，12号花杆所在位置坡向朝东北方向，由图6可以得到，该两点的运动方向也是大致朝东北方向，运动方向与坡向表现出了很好的一致性.由此可见，冰川水平运动方向大致遵循沿主流线向下运动的规律，但是受局部冰面坡向的影响，一些点的运动方向也表现出了特殊性.

3.2 冰川表面运动速度时间分布特征

将各个花杆2013年消融季日均运动速度与整年水平上的日均运动速度进行比较(图8)，发现2012年8月至2013年8月间冰川日均运动速度要远远小于2013年消融季的运动速度，前者占后者的百分比仅为18.6%.这说明，七一冰川消融季运动速度有可能远大于非消融季运动速度.由于消融季一般处于7－9月，这个时段温度较高，降水较多，冰川底部和岩石交界面融水量充足，这容易导致冰川底部发生滑动，造成此时冰川较非消融季要活跃的多，运动速度较大.此外，冰川积累与消融在年内引起的厚度变化也可能会造成一定的速度波动［22］，有可能这两个因素的综合作用导致七一冰川在消融季与非消融季的运动速度差异.通过仔细分析观测数据不难发现，某些花杆点(如11号花杆)，在2013年消融季的运动位移大于整年水平上的位移，这种情况是有可能的，因为本研究中2013年消融季时段并没有完全包含在2012年8月到2013年8月这一整年时间段之内.

利用所测数据，计算得2012－2013年间七一冰川整体运动速度为7.0 m·a－1.通过对比七一冰川历年以来的运动速度(表1)，发现七一冰川的运动速度呈现不断减小的趋势，运动速度从1958年的16 m·a－1降低到2005－2007 年的8.3 m·a－1，而最新的观测速度延续了这一降低的趋势.七一冰川运动速度的年际变化趋势代表了大多数山岳冰川的运动速度变化情况，即目前大多数山岳冰川整体上都呈现出了运动速度逐渐降低的趋势［31］，虽然不同规模冰川运动速度大小表现出差异性，但是它们运动速度的变化趋势是一致的［9］.

3.3 冰川末端变化

相关研究表明，在气候变暖背景下，中国西部冰川近几十年呈现出退缩不断加剧的趋势［32－33］.为了得到七一冰川的最新退缩情况，我们分别于2012年8月以及2013年8月利用手持GPS仪沿着冰川末端边界采集到了两个时相的末端边界数据，由此得到的2012年8月至2013年8月七一冰川末端退缩范围如图9所示.从图9中我们可以看出，该冰川末端退缩比较明显，一年时间大约退缩了5～7m的距离.随着气候的不断变暖，可以预见冰川的消融将不断加剧，冰川末端退缩趋势将持续下去.

4 结论与讨论

综上所述，可以得到以下七一冰川运动特征:

(1)在空间分布特征方面，七一冰川在冰舌部位运动速度较大，这可能与冰舌较窄有关.横剖面上，主流线附近冰川运动速度较两侧运动速度要大;纵剖面上，由冰川末端到零物质平衡线，冰川运动速度逐渐增大，保持了一般山岳冰川的运动规律.在运动方向方面，七一冰川运动速度矢量大多沿主流线向下运动或者稍微偏离主流线一定方向.此外，冰川运动与物质平衡以及坡度、坡向之间存在着较为明显的因果关系.

(2)在时间分布特征方面，七一冰川消融季与非消融季的运动速度差异明显，这可能与年际内冰川厚度的变化以及冰川底部滑动有关.此外，该冰川整体运动速度呈现出了逐年减小的趋势，运动速度从1958年的16 m·a－1降低到2012－2013年的7.0 m·a－1.

(3)2012－2013年间，冰川末端退缩比较显著，大约退缩了5～7m的距离，随着气候的不断变暖，可以预见冰川的消融将不断加剧.

本研究仅就七一冰川表面的最新运动特征进行了观测研究，为了更进一步了解该冰川的运动特征，在以后的研究中可以借助于探地雷达等手段研究冰川底部的运动特征，并将冰川底部的运动特征与表面运动特征相结合进行分析研究.除此之外，还可以进一步结合所测得的冰川运动数据与同期物质平衡数据、气象数据等资料进行相关分析，并对七一冰川和不同地区、不同规模冰川的运动特征进行对比研究，揭示影响冰川运动的因素以及不同类型、不同规模冰川的运动特征差异.

现如今，遥感影像时空分辨率逐步提高，在以后的研究中，可以尝试利用遥感影像解译的方法来提取该冰川边界数据以及运动变化情况，以此可以用来验证实地测量并作为实地测量的一个补充.

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［33］Bie Qiang，Qiang Wenli，Wang Chao，et al.Monitoring the glacier variation in the upper reaches of the Heihe River based on remote sensing in 1960－2010［J］.Journal of Glaciology and Geocryology，2013，35(3):574－582.［别强，强文丽，王超，等.1960－2010年黑河流域冰川变化的遥感监测［J］.冰川冻土，2013，35(3):574－582.］