【类型】期刊

【作者】刘宇硕，秦翔，张通，张明杰，杜文涛（中国科学院寒区旱区环境与工程研究所冰冻圈科学国家重点实验室祁连山冰川与生态环境观测研究站；兰州大学资源环境学院；中国科学院寒区旱区环境与工程研究所冰冻圈科学国家重点实验室）

【作者单位】中国科学院寒区旱区环境与工程研究所冰冻圈科学国家重点实验室祁连山冰川与生态环境观测研究站；兰州大学资源环境学院；中国科学院寒区旱区环境与工程研究所冰冻圈科学国家重点实验室

【刊名】冰川冻土

【关键词】 宁缠河3号冰川；冰川变化；冰川萎缩；祁连山

【资助项】...；冰冻圈科学国家重点实验室自主研究项目　　（SKLCS-ZZ-2012-01-05）；国家自然科学基金委基础人才培养基金冰川学冻土学特殊学科点资助　　（J0930003/J0109）

【ISSN号】1000-0240

【页码】P1031-1036

【年份】2019

【期号】第5期

【期刊卷】1;|7;|8;|2

【摘要】2009年7月对祁连山东段冷龙岭地区宁缠河3号冰川进行了野外考察,对冰川周围布设测量控制网,并利用GPS-RTK技术测量了冰川表面高程与面积、末端等信息,同时使用加拿大EKKO型探地雷达测量了冰川厚度.结合1972年航测1973年调绘出版的地形图以及1995年与2009年两景TM影像等资料,分析研究了宁缠河3号冰川自1972年以来的变化.结果表明:宁缠河3号冰川近37a以来萎缩严重,冰川末端退缩约6%,面积减小13.1%,冰川体积减少35.3%;冰川主要以减薄的形式在萎缩,冰川平均厚度由1972年的36.8m,减为2009年的27.4m.周边站点气象资料表明,该区域近几十年来出现不同程度的升温,是导致冰川快速萎缩的主要原因.

【全文】 文献传递

祁连山东段冷龙岭地区宁缠河3号冰川变化研究

刘宇硕1，秦 翔1，3，张 通2，张明杰1，3，杜文涛1

（1.中国科学院寒区旱区环境与工程研究所冰冻圈科学国家重点实验室祁连山冰川与生态环境观测研究站，甘肃兰州 730000；2.中国科学院寒区旱区环境与工程研究所冰冻圈科学国家重点实验室，甘肃兰州 730000；3.兰州大学资源环境学院，甘肃兰州 730000）

摘 要：2009年7月对祁连山东段冷龙岭地区宁缠河3号冰川进行了野外考察，对冰川周围布设测量控制网，并利用GPS－RTK技术测量了冰川表面高程与面积、末端等信息，同时使用加拿大EKKO型探地雷达测量了冰川厚度.结合1972年航测1973年调绘出版的地形图以及1995年与2009年两景TM影像等资料，分析研究了宁缠河3号冰川自1972年以来的变化.结果表明：宁缠河3号冰川近37 a以来萎缩严重，冰川末端退缩约6%，面积减小13.1%，冰川体积减少35.3%；冰川主要以减薄的形式在萎缩，冰川平均厚度由1972年的36.8m，减为2009年的27.4m.周边站点气象资料表明，该区域近几十年来出现不同程度的升温，是导致冰川快速萎缩的主要原因.

关键词：宁缠河3号冰川；冰川变化；冰川萎缩；祁连山

0 引言

西北干旱区是我国三大自然区之一，具有降水少、蒸发强的气候特点，天然植被稀少，地表大面积裸露，荒漠广布，绿洲成为西北干旱区最重要的人地关系地域系统［1］.河西走廊内自东向西分布有石羊河、黑河、疏勒河3大水系共57条内陆河，多发源于南部祁连山区［2］.河西走廊地区的景观分布具有明显的垂直性［3］，山区降水较多［4］，气温较低，高山带冰川、积雪发育较多［5－6］，植被带对水源的涵养作用［7－8］，使山区成为河西地区内陆河的主要源头区.石羊河各大支流丰枯交替明显，20世纪90年代以来径流明显减少.石羊河流域50年代较暖，60年代最冷，70年代温度开始回升，已接近50年代的水平，之后继续上升，目前处于最暖时期［9］.石羊河流域自20世纪70年代以来的径流减少，已引起了严重问题，尤其是中上游修建水库与工农业、城市生活用水，致使进入下游民勤盆地的水量迅速减少，引发沙漠南侵、环境恶化等一系列严重问题［10］.

相关研究表明，在气候变暖背景下，中国西部冰川近几十年来出现不同程度的退缩，部分地区冰川退缩严重，水资源问题日益突出［11－17］，作为石羊河主要支流之一的西营河，其上游冷龙岭地区近35 a来已有27条冰川消失［18］.该区冰川变化深刻影响着下游地区的经济发展，然而上游地区对于冰川的研究仍很匮乏，尤其针对单条冰川开展的系统观测研究更是少之又少.因此，对石羊河上游地区冰川开展观测研究，积累冰川变化等基础数据显得尤为重要，为进一步深入了解水资源变化做好铺垫，为指导合理利用水资源提供有效的科学支持.

1 研究区概况

宁缠河3号冰川（冰川编号：5Y416F3）位于祁连山东段冷龙岭地区，是石羊河支流西营河上游宁缠河的源头区（图1），呈NE朝向，冰川末端海拔4 140m，最高海拔4 777m，冰川平均长度1.6 km［19］.石羊河上游区域主要受夏季风影响，并且处于迎风面，降水较多，冰川物质循环具有高积累和强消融的特点，物质水平较高，对气候的反应敏感，冰川融水补给率可达7%～15%左右［20］.该地区年平均降水量可达800mm［21］，西营河流域内平均雪线高度为海拔4 450m，属于祁连山区雪线高度最低的地区［22］.前人通过观测总结得出［23］，该区年内降水分配甚不均一，主要集中于夏半年，占全年降水量的80%以上.其中，6—8月降水占全年的60%左右，9—11月的降水通常多于3—5月的降水，全年中最大值多出现在7月或8月，且高山区昼间降水比夜间多.

2 数据与方法

本研究中使用到的数据包括1972年航摄并于1973年调绘出版的1∶50 000地形图，1995年6月11日与2009年8月12日TM影像两幅，以及2009年7月获取的测绘与GPR数据.2009年7月对宁缠河3号冰川进行了野外考察，期间通过南方灵锐S82型GPS接收机与国家控制点联测，将控制网引至冰川末端并设立两个永久标志.利用RTK（Real－time kinematic实时动态差分测量）技术测量冰川边界以及冰川表面高程，同时使用加拿大产EKKO探地雷达对宁缠河3号冰川厚度进行测量，共计测量了1条纵剖面，5条横剖面，横剖面沿布设在冰川表面的标志杆进行测量，纵剖面测点尽量沿冰川主流线选取.数据处理过程中将两幅TM影像配准校正到1954北京坐标系统中，配准精度均控制在半个像元内.

目前，利用遥感影像提取冰川面积信息主要使用人工矢量化、雪盖指数以及监督分类等方法［24］，为了比较各种方法之间的差异性，选取2009年TM影像分别让三位研究人员使用不同的方法提取宁缠河3号冰川的面积信息，其中使用雪盖指数法提取面积信息时，NDSI阈值取0.34.将3种方法提取的面积结果与测绘结果进行比较（表1）.结果显示：利用人工矢量化的方法提取的面积信息最接近实测值，提取的冰川面积与实测值相比偏小1.83%，精度能够满足本研究需要.因此，对宁缠河3号冰川1995年的面积信息通过人工矢量化的方法获取.

3 冰川变化

3.1 末端变化

将完成配准的1995年TM影像采用人工矢量化的方法提取宁缠河3号冰川末端位置信息与矢量化地形图进行比较，结果表明：1972—1995年间冰川末端以每年0.13%的速率在退缩，总计退缩47.4m，平均每年退缩2.1m；2009年9月测绘数据与1995年TM影像相比，得出该时期冰川末端以每年0.2%的速率退缩，总计退缩43.9m，平均每年退缩3.1m；2010年9月考察期间，再次测量冰川末端，2009—2010年间该条冰川仍处于退缩状态，末端平均退缩距离约5.2m，相对退缩量为0.34%（表2）.总体而言1972—2010年间宁缠河3号冰川末端退缩约96.5m，相对退缩量约为6%，平均每年退缩约2.5m，且冰川退缩速率呈现加速的趋势.

3.2 面积变化

矢量化地形图以及配准好的TM影像，求出1972、1995年宁缠河3号冰川面积分别为1.385 km2与1.321km2，整理测绘数据求得宁缠河3号冰川2009年面积为1.203km2（表3）.1972—1995年间该条冰川面积减少了4.62%，平均每年减少0.2%，1995—2009年间该条冰川面积减少8.93%，平均每年减少0.64%.37a以来该条冰川面积减少了0.182km2，面积相对减少约13.1%，平均每年减少0.35%.

3.3 体积变化

使用克里金插值法对GPR探地雷达所测冰厚数据进行插值并绘制宁缠河3号冰川厚度等值线图（图2），等值距5m，计算得到2009年宁缠河3号冰川体积为0.033km3，冰川平均厚度为27.4m.将2009年GPS测量结果与矢量化的地形图做克里金插值运算，得到1972年与2009年两期冰川表面高程，对两期DEM做减法运算得到1972—2009年宁缠河3号冰川表面高程变化，进而可以求出这一时期内冰川体积减少约0.018km3，据此可以计算出1972年冰川体积为0.051km3（表4），平均厚度为36.8m.近37a来，冰川体积共减少约0.018 km3，冰川减薄9.4m，相对减少35.3%，平均每年减少0.95%.

4 讨论

有研究表明，温度的升高特别是夏季持续升温对冰川消融有决定性的影响［25］.选取离宁缠河地区最近的门源气象站资料作为参考，从门源气象站年平均气温、年降水量（图3）以及6—8月夏季平均气温（图4）的变化上来看，1957—2002年间该地区处于升温状态.门源地区年均温与夏季均温升高了0.03℃左右，而年降水量略有减少.研究指出［26］，武威附近总径流量在20世纪60年代至2000年前后没有明显的下降趋势，因此，气候变暖是引起宁缠河地区冰川退缩的主要原因，尤其是小型冰川对气候变化更为敏感.

5 结论

将野外考察获取的高精度测绘与测厚数据与遥感、地形图等现有数据对比分析，并结合附近气象站点的资料，初步掌握了近37a来宁缠河3号冰川的变化趋势，主要结论如下：

（1）宁缠河3号冰川2009年面积为1.203 km2，冰川体积为0.033km3.

（2）20世纪70年代以来，宁缠河3号冰川末端退宿6%，平均每年退缩2.5m；面积缩小13.1%，平均每年减少0.005km2；冰储量减少35.3%，平均每年减少0.0005km3；冰川平均厚度由1972年的36.8m，减为2009年的27.4m.

（3）1995—2009年间冰川萎缩幅度较之1972—1995年间冰川萎缩幅度大，呈现出加剧退缩的趋势，冰川体积减少最为明显，且相对减少幅度是面积减少幅度的一倍以上，是末端相对退缩幅度的6倍.

（4）周边气象站的观测记录显示该区气温升高，尤其是夏季平均气温的升高，是造成该地区冰川快速消融的主导因素.

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Variation of the Ningchan River Glacier No.3in the Lenglongling Range，East Qilian Mountains

LIU Yu－shuo1，QIN Xiang1，3，ZHANG Tong2，ZHANG Ming－jie1，3，DU Wen－tao1
（1.Qilian Shan station of Glaciology and Ecologic Environment，State Key Laboratory of Cryospheric Sciences，Cold and Arid Regions Environmental and Engineering Research Institute，Chinese Academy of Sciences，Lanzhou Gansu 730000，China；2.State Key Laboratory of Cryospheric Sciences，Cold and Arid Regions Environmental and Engineering Research Institute，Chinese Academy of Sciences，Lanzhou Gansu 730000，China；3.College of Earth and Environmental Sciences，Lanzhou University，Lanzhou Gansu 730000，China）

Abstract：The Ningchan River Glacier No.3was investigated in July，2009.During the investigation，a control network was established around the glacier and the glacierized area，glacier terminal location and surface altitude were surveyed by using GPS－RTK.In addition，glacier depth was sounded by using EKKO GPR.Then it is possible to analyze the variation of the glacier since 1972，through comparing the topographic map，which was based on aerial photo，1972，and published in 1973，two TM images in 1995，2009，and GPS－RTK data in 2009.It is found that the glacier has been shrinking seriously in the past 37years，the glacier terminal has retreated about 6%，the glacierized area has reduced about 13.1%，and the glacier volume has reduced about 35.3%.Thinning is the main of the glacier shrinkage.The glacier average depth reduced from 36.8min 1972to 27.4min 2009.Meteorological data around the study area shows that climate warming in different degree has taken place in recent decades，which is the main reason of rapid glacier shrinkage.

Key words：Ningchan River Glacier No.3；glacier variation；glacier shrinkage；Qilian Mountains

中图分类号：P343.6

文献标识码：A

文章编号：1000－0240（2012）05－1031－06

收稿日期：2012－01－08；

修订日期：2012－04－17

基金项目：国家自然基金面上项目（41071046；41201067）；冰冻圈科学国家重点实验室自主研究项目（SKLCS－ZZ－2012－01－05）；国家自然科学基金委基础人才培养基金冰川学冻土学特殊学科点（J0930003／J0109）资助

作者简介：刘宇硕（1984—），男，甘肃兰州人，2010年在中国科学院寒区旱区环境与工程研究所获硕士学位，现主要从事冰川运动与变化研究.E－mail：yushuo＿liu＠sohu.com