【类型】期刊

【作者】张华伟，鲁安新，王丽红，郭忠明，张春文（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

【刊名】冰川冻土

【关键词】 疏勒河；遥感；冰川面积；变化

【资助项】国家自然科学基金项目(40771210)；国家自然科学基金重点项目(40930526)资助；中国科学院知识创新项目(KZCX2-YW-310)

【ISSN号】1000-0240

【页码】P8-13

【年份】2019

【期号】第1期

【期刊卷】1;|7;|8;|2

【摘要】利用1970年左右地形图和1995、1999、2002年及2006年的Landsat-TM/ETM+遥感影像,在地理信息系统技术支持下,提取冰川边界,对祁连山疏勒南山地区的冰川变化进行研究.结果表明:研究区内的冰川在1990年代变化显著,1995年冰川面积比1970年的减少了5.8%,1999年冰川面积比1995年代的减少了3.0%,2002年冰川面积比1999年减少了1.7%,2006年冰川面积比2002年减少了3.0%.冰川的长度与冰川总面积变化趋势基本一致,且冰川规模越小的冰川变化越显著.对研究区附近气象站1957—2006年年均温和年降水量数据进行对比分析,冰川的变化基本上反映了气候的变化.

【全文】 文献传递

祁连山疏勒南山地区冰川变化的遥感研究

张华伟， 鲁安新， 王丽红， 郭忠明， 张春文

（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）

摘 要：利用1970年左右地形图和1995、1999、2002年及2006年的Landsat-TM／ETM＋遥感影像，在地理信息系统技术支持下，提取冰川边界，对祁连山疏勒南山地区的冰川变化进行研究．结果表明：研究区内的冰川在1990年代变化显著，1995年冰川面积比1970年的减少了5．8%，1999年冰川面积比1995年代的减少了3．0%，2002年冰川面积比1999年减少了1．7%，2006年冰川面积比2002年减少了3．0%．冰川的长度与冰川总面积变化趋势基本一致，且冰川规模越小的冰川变化越显著．对研究区附近气象站1957—2006年年均温和年降水量数据进行对比分析，冰川的变化基本上反映了气候的变化．

关键词：疏勒河；遥感；冰川面积；变化

0 引言

冰川是我国西北部干旱区重要的淡水资源，其变化特征对于该地区的经济发展和人民生活有着极其重要的意义．近年来，全球变暖对于全球气候的影响日趋严重，冰川对气候变化的响应也极其显著．所以，冰川变化研究在全球变暖中具有积极而重要的意义．

祁连山冰川是河西走廊的生命线，关乎千百万人民的生活和工业农业的发展，对整个区域有重大影响．其中，疏勒河流域发育有冰川639条，冰川面积589．6km2，冰储量33．3km3［1］，相当于流域年出山地表水资源量的20倍．流域冰川年消融量3．3×108m3，占流域出山地表水资源量的32%［2］．疏勒河出山水资源的数量和质量，制约着玉门、安西乃至敦煌等中下游地区社会经济的发展规模和水平，进而影响着与地表水、地下水密切相关的生态环境条件的变化［3］．近年来，对于祁连山西段冰川的研究主要集中在七一冰川，老虎沟冰川等［4-7］．刘时银等［8］对祁连山西段自小冰期到1990年的冰川变化进行了研究，得出变化的幅度并分析了原因；沈永平等［9］对祁连山北坡流域冰川物质平衡的波动进行了研究，并对河西走廊的水资源的影响进行了分析；丁宏伟等［2］对疏勒河流域水资源特征及开发利用存在的问题进行了研究分析；靳盛海等［10］用遥感方法对疏勒河流域的生态景观变化进行了分析研究等．而对于疏勒南山地区冰川变化的研究较少，本文利用航空相片、地形图及Landsat-TM／ETM＋影像结合GIS方法，对疏勒河上游及哈拉湖流域的冰川变化进行研究，并分析其变化原因．

1 研究区概况

疏勒南山位于疏勒河之南，党河、哈拉湖之北；在青海省东起大通河源，向西延至党河支流尧勒特沟附近出青海．疏勒南山在青海省绵延350 km，宽30～50km，山峰海拔一般在4 500～5 500m．中段和东段现代冰川十分发育，是祁连山区冰川发育的中心，冰川面积占全山区的28．3%［1］．

疏勒河位于河西走廊西部，是河西内陆干旱区3大河流中仅次于黑河的一条河流，发源于祁连山境内的疏勒南山和托来南山之间的沙果林那穆吉木岭，上游汇集托来南山南坡与疏勒南山北坡的冰川融水，经疏勒峡、纳柳峡、昌马峡出山汇入走廊平原．自东向西流经玉门-踏实盆地和安西-敦煌盆地，最后消失于库穆塔格沙漠．疏勒河干流总长度780km，出山径流代表站为昌马堡水文站，集水面积1．2×104km2，多年（1952—1999年）平均径流量为8．6×108m3［3］．祁连山流域属大陆荒漠干旱型气候．平原多年平均降水量39．6～63．4mm，蒸发量2 469～2 869．4mm，多年平均气温6．9～9．4℃；河流形成于南部高山区，山区年降水量283．4 mm，蒸发量1 454mm，多年平均气温-3℃［11］．

哈拉湖又称黑海，湖泊面积593km2，湖面海拔4 077m，是青藏高原上内陆流域一个大型咸水湖．该湖以疏勒南山南坡冰川融水补给为主（图1）．

根据中国冰川目录祁连山卷的资料，研究区的冰川主要属于疏勒河流域，还有部分属于哈拉湖和党河流域．

2 数据和方法

研究采用的数据资料包括3幅根据1973年出版的1∶5万地形图、1975年编绘的1∶10万的地形图，1幅1966年9月航摄1967年8月调绘1970年出版的1∶5万地形图，4景无云覆盖的Landsat-TM／ETM＋影像，轨道号为135-33，分别为1995年8月19日的TM影像，1999年9月23日的ETM＋影像，2002年9月15日的ETM＋影像，2006年9月18日的TM影像．其中，TM影像的空间分辨率为30m，ETM＋影像空间分辨率为15 m．4景遥感影像都是经过校正的UTM投影和WGS84椭球体的影像，气象资料采用托勒气象站1957—2006年的气象资料．

首先将4幅地形图在ERDAS 9．2软件里进行几何校正，使误差控制在1个像元之内（9m）；校正之后进行投影信息设置，投影为Gauss-Kruger，椭球为Krasovsky，中心经度为99°E．为使4幅地形图与遥感影像投影信息一致，进行投影转换为UTM投影，然后对地形图进行截边镶嵌使4幅地形图拼接成一幅地形图．在ArcMap9．2软件里分别对地形图和遥感影像上的冰川进行矢量化，得出不同年代的冰川分布图（图2），计算出全部冰川的面积，对各期面积进行比较研究．

对全部冰川进行分条处理，并对面积和长度具体分析，与前面的全部冰川的面积变化对比研究．具体方法是参照中国冰川目录祁连山区的冰川分布图，利用ArcMap软件在1970年的地形图上根据等高线画出冰川间的山脊线，然后分别在地形图、1995、1999、2002年和2006年的冰川分布图上对冰川进行分条处理，得出279条冰川，量算出面积和长度，并计算出其变化率．

3 结果及讨论

3．1 总面积变化

根据上述数据和方法，得出疏勒南山地区的冰川总面积的变化情况如表1．

从表1中可以看出，研究区内的冰川总面积呈逐渐减少的趋势．其中，1970—1995年间的变化明显，减少了5．8%；1999—2002年间的变化稍小，仅减小了1．7%；1995—1999年间的变化和2002—2006年间的变化一致，均为减少了3．0%．从变化数据来看，1970—1995年间的变化相对较大，1999—2002年间的年均变化次之，1995—1999年间的年均变化和2002—2006年间的一致，变化较大．通过对研究区气温的分析认为，1990年代研究区内夏季温度的升高是导致该区冰川冰川面积减少的主要原因．该区内的哈拉湖在1990年代面积的显著增加也是明证［12］．同时，冰斗冰川变化的比较明显，都呈减小趋势，有的冰斗冰川到2006年时就已经消失．相对而言，山谷冰川的变化不是太显著，只是一部分冰川退缩，一部分冰川基本稳定．疏勒南山西部的冰川尾部的冰湖面积在这些年间有显著增加趋势．

近几十年来，青藏高原各地冰川变化各不相同．长江源的各拉丹冬地区在1969—2000年31a间冰川面积变化很小，只减少了1．7%［13］；黄河源阿尼玛卿山地区，自1966—2000年的34a间冰川面积变化很大，减少了17．3%［14］．在黑河上游的野牛沟地区，1970／1973—2003年冰川总面积减少了18．23%［15］，也是冰川退缩大的地区．在祁连山西段，据刘时银等［8］的研究，1956—1990年的冰川面积减少了10．3%．本研究中，疏勒南山地区的冰川在1970—2002年间的冰川面积减少了10．1%，与祁连山西段的结果相一致．根据简明中国冰川目录［16］，各拉丹冬地区属于极大陆型冰川区，阿尼玛卿山地区和野牛沟地区属于亚大陆型冰川区，祁连山西段属于亚大陆型冰川和极大陆型冰川交界地区．因此，极大陆型冰川变化很小，亚大陆型冰川变化较大，这和地区间的气温降水等气象要素有很大关系．

由于4幅地形图的成图时间不同，所以在比较1970年与遥感影像的冰川变化时有一定的误差．但其中1973年的3幅冰川面积较大，1966年的1幅冰川面积很小，因此误差较小．

3．2 具体冰川的面积长度变化

图3是部分冰川的变化情况，可以看出冰川的退缩非常显著．

表2是不同冰川规模（面积）的变化率平均值数据，可以看出：面积越大的冰川变化率平均值越小，面积小的冰川变化率平均值大．如表2所示，1970—2006年面积小于1km2冰川的平均减少32．2%，是变化率平均值中最大的，而1995—1999年间面积大于10km2冰川的平均减少仅为1．0%．

对于相同规模的冰川，除面积小于1km2的冰川之外，1970—1995年的变化率平均值是最大的，2002—2006年的变化次之，1995—1999年及1999—2002年的比较小．与研究区冰川面积总的变化趋势一致．

表3是不同冰川规模（长度）的变化率平均值数据，可以看出：长度越长的冰川变化较小，长度小的冰川变化较大．由于5Y445G登陇20号冰川（长度大于5km）的长度在2002—2006年间增大，致使2002—2006年间的冰川长度大于5km的变化率平均值为0．

从279条冰川的变化数据比较分析，可以发现面积大的冰川变化率较小，面积小的冰川变化率较大．可能由于研究区是典型的山地地形，分布有大量的坡面冰川和山谷冰川［1］，山谷地势陡峭，在冰川退缩和前进的过程中，冰舌长度变化不大，冰舌的宽度变小．

根据具体冰川的数据，疏勒南山的南坡（哈拉湖流域）与北坡（疏勒河流域）的大部分冰川呈现退缩趋势，但北坡（疏勒河流域）有一条冰川（5Y445G登陇20号冰川）呈前进趋势．

在以上的分析过程中有一定的误差，如在遥感影像上提取冰川边界时的误差和在量取冰川长度时的误差．其中为了减小冰川长度的误差，采用量取1970年代冰川长度，然后其余的年份的长度量取变化量，从而得出相应年份的冰川长度．

3．3 该地区气候变化及对冰川变化的影响

根据研究区所在位置，选取位于托勒南山的托勒气象站（98°25′E，38°48′N，海拔3 368．3m）资料作对比研究，托勒气象站在北大河上游，是距研究区最近的气象站．图4是1957—2006年托勒站的年均气温资料，可以看出1957—2006年间年均温有明显的升高趋势，对冰川的消融有促进作用．其中，在1995年年均温为-2．8℃，是1990年代以来的极小温度；1998年年均温为-0．9℃，是1990年代以来的极大温度；2000年年均温为-2．3℃，是1990年代以来的次极小温度．这与研究区冰川在1995—1999年变化较大，1999—2002年变化较小的趋势相一致．

图5是1957—2006年托勒站的降水资料，可以看出，1957—2006年的年降水量的变化趋势不太显著，呈先增加后减小的趋势．其中，1990年后年降水量有下降趋势，与研究区冰川的变化一致．

综上所述，从托勒站1957—2006年间的气温和降水资料来看，疏勒南山地区的冰川变化与托勒站的气象资料有较好的一致性．

4 结论

根据地形图、多期遥感数据和气象资料，利用GIS技术对疏勒南山地区的冰川数据进行研究，得出如下结论：

（1）1970年以来，该地区的冰川呈退缩趋势，尤其1990年退缩显著，近些年来退缩程度减小．

（2）对具体冰川进行逐条研究，得出与整体情况一致的结论．

（3）研究区内冰川规模（长度和面积）越小的冰川变化越显著．

（4）该地区冰川萎缩的主要原因是气温升高，次要因素是降水量的减少．

致谢：感谢蒲健辰老师提供疏勒河流域的冰川编目图件和张雪芹老师提供托勒站的气象资料；同时感谢美国马里兰大学和美国地质调查局提供TM／ETM＋影像数据．

参考文献（References）：

［1］Wang Zongtai，Liu Chaohai，Pu Jianchen，et al．Glacier Inventory（Ⅰ）：Qilian Mountains［M］．Lanzhou：Lanzhou Institute of Glaciology and Geocryology，Chinese Academy of Science，1981．［王宗太，刘潮海，蒲健辰，等．中国冰川目录（Ⅰ）：祁连山区［M］．兰州：中国科学院兰州冰川冻土研究所，1981．］

［2］Ding Hongwei，Yin Zheng，Li Aijun，et al．The characteristics and some problems in the exploitation and utilization of water resources in the Shulehe River Basin，Gansu Province［J］．Arid Zone Research，2001，18（4）：19-25．［丁宏伟，尹政，李爱军，等．疏勒河流域水资源特征及开发利用存在的问题［J］．干旱区研究，2001，18（4）：19-25．］

［3］Ding Hongwei，Wei Yuguang，Li Aijun，et al．The change characteristics and the trend prediction of streamflow at the debouchure of Shulehe River［J］．Arid Zone Research，2001，18（3）：48-53．［丁宏伟，魏余广，李爱军，等．疏勒河出山径流量变化特征及趋势分析［J］．干旱区研究，2001，18（3）：48-53．］

［4］He Jianqiao，Wang Ninglian，Jiang Xi，et al．The relation between daily variation of air temperature and surface ablation in the fair-weather of warm season in 2006on Qiyi Glacier，Qilian Mountains［J］．Journal of Glaciology and Geocryology，2008，30（4）：578-582．［贺建桥，王宁练，蒋熹，等．2006年夏季晴天祁连山七一冰川消融与气温日变化的关系［J］．冰川冻土，2008，30（4）：578-582．］

［5］Song Gaojv，Wang Ninglian，Chen Liang，et al．Analysis of recent features of the meltwater runoff from the Qiyi Glacier，Qilian Mountains［J］．Journal of Glaciology and Geocryology，2008，30（2）：321-328．［宋高举，王宁练，陈亮，等．祁连山近期七一冰川融水径流特征分析［J］．冰川冻土，2008，30（2）：321-328．］

［6］Chen Liang，Duan Keqin，Wang Ninglian，et al．Characteristics of the surface energy balance of the Qiyi Glacier in Qilian Mountains in melting season［J］．Journal of Glaciology and Geocryology，2007，29（6）：882-888．［陈亮，段克勤，王宁练，等．祁连山七一冰川消融期间的能量平衡特征［J］．冰川冻土，2007，29（6）：882-888．］

［7］Du Wentao，Qin Xiang，Liu Yushuo，et al．Variation of the Laohugou Glacier No．12in the Qilian Mountains［J］．Journal of Glaciology and Geocryology，2008，30（3）：373-379．［杜文涛，秦翔，刘宇硕，等．1958—2005年祁连山老虎沟12号冰川变化特征研究［J］．冰川冻土，2008，30（3）：373-379．］

［8］Liu Shiyin，Shen Yongping，Sun Wenxin，et al．Glacier variation since the maximum of the Little Ice Age in the western Qilian Mountains，Northwest China［J］．Journal of Glaciology and Geocryology，2002，24（3）：227-233．［刘时银，沈永平，孙文新，等．祁连山西段小冰期以来的冰川变化研究［J］．冰川冻土，2002，24（3）：227-233．］

［9］Shen Yongping，Liu Shiyin，Zhen Lili，et al．Fluctuations of glacier mass balance in watersheds of Qilian Mountain and their impact on water resources of Hexi region［J］．Journal of Glaciology and Geocryology，2001，23（3）：244-250．［沈永平，刘时银，甄丽丽，等．祁连山北坡流域冰川物质平衡波动及其对河西水资源的影响［J］．冰川冻土，2001，23（3）：244-250．］

［10］Jin Shenghai，Yin Miying，Liu Shaoyu，et al．Major ecological environment issues of Shulehe drainage area and countermeasures［J］．South-to-North Water Transfers and Water Science ＆Technology，2007，5（5）：68-71．［靳盛海，殷密英，刘少玉，等．基于遥感的疏勒河流域生态景观变化分析［J］．南水北调与水利科技，2007，5（5）：68-71．］

［11］Chen Dehua，Liu Shaoyu，Wang Zhao．Ecological environment change and causes analysis in middle area of Shule River［J］．Hydrogeology and Engineering Geology，2001，28（6）：23-25．［陈德华，刘少玉，王昭．疏勒河流域中游生态环境变化及成因分析［J］．水文地质工程地质，2001，28（6）：23-25．］

［12］Guo Ni，Zhang Jie，Liang Yun．Climate change indicates by the recent change of inland lakes in Northwest China［J］．Journal of Glaciology and Geocryology，2003，25（2）：211-214．［郭铌，张杰，梁芸．西北地区今年来内陆湖泊变化反映的气候问题［J］．冰川冻土，2003，25（2）：211-214．］

［13］Lu Anxin，Yao Tandong，Liu Shiyin，et al．Glacier change in the Geladandong area of the Tibetan Plateau monitored by remote sensing［J］．Journal of Glaciology and Geocryology，2002，24（5）：559-562．［鲁安新，姚檀栋，刘时银，等．青藏高原各拉丹冬地区冰川变化的遥感监测［J］．冰川冻土，2002，24（5）：559-562．］

［14］Yang Jianping，Ding Yongjian，Liu Shiyin，et al．Glacier change and its effect on surface runoff in the source regions of the Yangtze and Yellow rivers［J］．Journal of Natural Resources，2003，18（5）：595-602．［杨建平，丁永建，刘时银，等．长江黄河源区冰川变化及其对河川径流的影响［J］．自然资源学报，2003，18（5）：595-602．］

［15］Yang Yong，Chen Rensheng，Ji Xibin．Variations of glaciers in the Yeniugou watershed of Heihe River basin from 1956—2003［J］．Journal of Glaciology and Geocryology，2007，29（1）：100-106．［阳勇，陈仁升，吉喜斌．近几十年来黑河野牛沟流域的冰川变化［J］．冰川冻土，2007，29（1）：100-106．］

［16］Shi Yafeng．A Concise China Glacier Inventory［M］．Shanghai：Shanghai Science and Popularization Press，2005：25-26．［施雅风．简明中国冰川目录［M］．上海：上海科学普及出版社，2005：25-26．］

Glacier Change in the Shulenan Mountain Monitored by Remote Sensing

ZHANG Hua-wei， LU An-xin， WANG Li-hong， GUO Zhong-ming， ZHANG Chun-wen
（State Key Laboratory of Cryospheric Sciences，Cold and Arid Regions Environment and Engineering Research Institute，Chinese Academy of Sciences，Lanzhou Gansu 730000，China）

Abstract：Glaciers on the Tibetan Plateau play an important role in the earth＇s climate system．Regular survey of glacier change is almost impossible in most parts of the Tibetan Plateau．Remote sensing is a primary technique and becomes the only means in many places．GIS provides an efficient tool to analyze the status and the change of glaciers．In the paper，the Shulenan Mountain is selected as a test area．Glacier variation in the 1970s，1995，1999，2002and 2006were analyzed by means of satellite image and topographical map．The results indicate that the glacierized area had decreased about 5．8%from 1970to 1995and had decreased about 3．0%from 1995to 1999．The glacierized area in 2002had decreased about 1．7%compared with that in 1999，and the glacierized area in 2006had decreased about 3．0%compared with that in 2002．Analyzing the annual mean temperature and precipitation of Tuole Station from 1957to 2006，some evidence of glacier change are found．

Key words：Shule River；remote sensing；glacierized area；change

中图分类号：P343．6

文献标识码：A

文章编号：1000-0240（2011）01-0008-06

收稿日期：2010-05-30；

修订日期：2010-08-06

基金项目：国家自然科学基金项目（40771210）；中国科学院知识创新项目（KZCX2-YW-310）；国家自然科学基金重点项目（40930526）资助

作者简介：张华伟（1981—），男，河南项城人，2004年毕业于河南理工大学，现为博士研究生，主要从事冰冻圈变化遥感研究．E-mail：hwzhnang0323＠163．com