1990—2000年间西藏林芝地区冰川变化研究

日期:2019.12.16 阅读数:9

【类型】期刊

【作者】张廷斌,张建平,吴华,别小娟,王高峰(西南交通大学土木工程学院;成都理工大学地球科学学院;西藏自治区国土资源厅;西藏自治区地质调查院;成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室)

【作者单位】西南交通大学土木工程学院;成都理工大学地球科学学院;西藏自治区国土资源厅;西藏自治区地质调查院;成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室

【刊名】冰川冻土

【关键词】 林芝地区;冰川变化;遥感;陆地卫星

【资助项】西藏林芝地区冰川泥石流灾害监测预警工程项目(藏国土资2007136)资助

【ISSN号】1000-0240

【页码】P14-20

【年份】2019

【期号】第1期

【期刊卷】1;|7;|8;|2

【摘要】基于多时相陆地卫星影像和DEM数据,利用遥感(RS)和地理信息系统(GIS)技术,提取了林芝地区的冰川信息,并对区域内的冰川变化进行了分析.结果表明:林芝地区1990—2000年间冰川总面积减少了568.71km2,平均退缩率56.87km2.a-1;经对典型冰川区110余条冰川监测数据显示,10a间冰川有前进、有退缩,但以退缩为主,总体退缩172.65m,年均退缩17.27m.

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1990—2000年间西藏林芝地区冰川变化研究

1990—2000年间西藏林芝地区冰川变化研究

张廷斌1,2, 张建平3, 吴 华4, 别小娟2, 王高峰5

摘 要:基于多时相陆地卫星影像和DEM数据,利用遥感(RS)和地理信息系统(GIS)技术,提取了林芝地区的冰川信息,并对区域内的冰川变化进行了分析.结果表明:林芝地区1990—2000年间冰川总面积减少了568.71km2,平均退缩率56.87km2·a-1;经对典型冰川区110余条冰川监测数据显示,10a间冰川有前进、有退缩,但以退缩为主,总体退缩172.65m,年均退缩17.27m.

关键词:林芝地区;冰川变化;遥感;陆地卫星

(1.西南交通大学土木工程学院,四川成都610031;2.成都理工大学地球科学学院,四川成都610059;

3.西藏自治区国土资源厅,西藏拉萨850000;4.西藏自治区地质调查院,西藏拉萨850000;

5.成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室,四川成都610059)

0 引言

冰川作为一种重要的淡水资源,其在不同时空尺度的变化势必导致以冰川融水补给为主的河流水量的丰枯变化,从而对流域社会经济发展、生态与环境产生重要的影响[1].同时,冰川又是气候变化的灵敏指示器,在20世纪10~15cm的海平面上升中,山岳冰川融水径流的贡献达到了20%~50%[2].冰川变化监测是全球变化研究的重要内容之一,冰川变化监测对建立冰川响应全球变化的模式以及区域水量平衡模型具有重要意义,可以为区域经济建设、环境保护、地质灾害防治、水循环和全球气候过程研究提供重要的科学支持[3]

近年来的冰川变化研究,在研究尺度上主要集中在单条冰川[4-7]、或流域(源区)尺度[8-12]、或大范围乃至全球尺度[13-16],中等区域性尺度的研究甚少;在地域上以天山[8、17-19]、祁连山[4,20-21]、喀喇昆仑山[22-23]、念青唐古拉山[24-27]、喜马拉雅山[28-31]冰川的变化倍受关注,且多为山地冰川.关于海洋性冰川的研究,则主要集中在横断山区[32-34];对于林芝地区的海洋性冰川变化的研究则较少,刘时银等[35]通过对藏东南岗日嘎布山冰川20世纪初期至1980年的研究认为,研究区的冰川基本处于退缩状态,但也有一定数量的冰川处于前进之中;施雅风等[36]的研究认为,岗日嘎布山与邻近山区冰川的进退,可能受温度和降水变化的综合影响;杨威等[37-38]通过对岗日嘎布地区和帕隆藏布流域冰川的研究发现,得出了该区冰川严重退缩的结论.本文以TM/ETM为主要数据源,在遥感图像处理软件和地理信息系统软件平台上,对林芝地区的冰川信息进行了提取,分别以两个时期冰川面积的变化和冰川末端的变化作为区域和典型冰川区冰川变化的量化指标,初步查明了1990—2000年间该区冰川变化的一般规律.

1 数据处理与冰川信息提取

冰川信息提取的基础数据为9景陆地卫星(Landast)TM/ETM遥感影像,轨道号分别为p133r039、p133r040、p134r040、p135r039、p135r040、p135r041、p136r039、p136r040、p137r039.其中TM遥感影像的成像时间为1988—1992年9—10月,ETM遥感影像的成像时间为1999—2001年9—12月,平均时间跨度约10a.各景遥感影像经图像增强、彩色合成以及图像镶嵌等预处理后,作为冰川信息提取的基础影像.

利用遥感影像实现对冰川信息的全自动提取,是目前冰川遥感研究领域亟待解决的课题之一,对于冰川信息的提取,归结起来主要有阈值法、雪盖指数法(比值法)、监督分类与非监督分类、谱间关系法[39]等.如Sidjak等[40]利用监督分类方法对加拿大Illeoillewaet冰川进行编目;Paul等[41]通过对波段比值法、监督分类和非监督分类法与目视解译法在瑞士山区冰川信息提取的对比研究认为,TM4/TM5自动识别的冰川面积最为准确.经作者对光谱波段比值法、主成分分析法、光谱角制图法、非监督分类与监督分类等冰川信息提取方法逐一多次试验,结果表明,非监督分类辅助数字高程模型(DEM)和目视补充解译的方法对本区冰川信息提取较为有效[42]

图1 1990年间林芝地区冰川信息提取结果
Fig.1 The glaciers’information extracted from Nyingchi Municipality in 1990

图2 2000年间林芝地区冰川信息提取结果
Fig.2 The glaciers’information extracted from Nyingchi Municipality in 2000

图3 林芝地区典型冰川区示意图
Fig.3 The representative glaciers in Nyingchi Municipality

提取出的冰川结果如图1、2和表1所示,林芝地区的冰川主要分布在工布江达县、波密县和察隅县北部,区域南部则较少.

表1 1990年和2000年间林芝地区各县冰川面积
Table 1 Glacierized area in Nyingchi Municipality in 1990and 2000

区域 1990年间冰川__________________________面积/km22000年间冰川面积/km2________公布江达县1509.27 1941.90波密县 3698.25 3287.87林芝县 220.22 357.75米林县 333.50 249.83墨脱县 133.41 102.15察隅县 1552.54 1177.87郎县 401.07 161.94 ________合计7848.25 7279.32_____

2 冰川变化分析

2.1 整体结果分析

本文对林芝地区的整体冰川和典型冰川区进行了对比分析,其中TM冰川面积代表1990年间林芝地区的冰川面积,ETM冰川面积代表2000年间林芝地区的冰川面积.

定义:当量面积差,指提取出的TM冰川面积与ETM冰川面积的代数差;冰川消失/新增面积,指在GIS软件空间分析模型中TM冰川面积与ETM冰川面积的拓扑关系差;冰川总消失面积,指冰川消失面积与冰川新增面积的代数差.

1990—2000年间林芝地区冰川的变化情况见表2.由表2可知,近10a来林芝地区冰川面积明显减少,对照影像进一步核实发现,小冰川消融的比例大于大冰川,面积较小的一部分冰川已经消失.1990—2000年冰川消失面积共计为2 548.10 km2,平均变化速率为254.81km2·a-1,其中冰川新增面积为1 979.39km2,平均变化速率197.94 km2·a-1,10a间冰川总消失面积为568.71km2,平均变化速率为56.87km2·a-1,变化率百分比为7.25%.结果表明,林芝地区的冰川正在退缩.

表2 1990—2000年间林芝地区冰川变化
Table 2 Variation of the glaciers in Nyingchi Municipality from 1990to 2000

7848.25 ETM当量冰川面积 7279.32当量面积差 568.93 56.89 7.25冰川消失面积 2548.1 254.81 32.47冰川新增面积 1979.39 197.94 25.22冰川总消失面积____ TM当量冰川面积568.71______ ______________________________ 56.87_7.25

2.2 典型冰川区变化分析

林芝地区以发育海洋性冰川为特征,无冰盖或冰盖不发育,冰舌长且多伸入到雪线以下.根据两次时相间冰舌的变化,将林芝地区的冰川划分为8大典型冰川区(图3),再将每个典型冰川区选择若干个典型冰舌作为分析对象.

典型冰川区情况如下:

(1)典型冰川区Ⅰ:地理范围30°05′06″~30° 19′14″N,94°03′04″~94°19′19″E,核心区面积约537km2,典型冰舌10条.

(2)典型冰川区Ⅱ:地理范围30°05′35″~30° 20′53″N,94°21′34″~94°39′12″E,核心区面积约628.88km2,典型冰舌4条.

(3)典型冰川区Ⅲ:地理范围30°17′29″~30° 34′56″N,94°37′05″~94°58′09″E,核心区面积约820.41km2,典型冰舌19条.

(4)典型冰川区Ⅳ:地理范围30°15′55″~30° 36′34″N,94°58′09″~95°20′12″E,核心区面积约1 179.88km2,典型冰舌37条.

(5)型冰川区Ⅴ:地理范围30°09′23″~30°22′10″N,95°25′46″~95°40′34″E,核心区面积约441.65km2,典型冰舌37条.

(6)典型冰川区Ⅵ:地理范围29°55′19″~29° 58′10″N,95°43′06″~95°46′24″E,核心区面积约262.73km2,典型冰舌3条.

(7)典型冰川区Ⅶ:地理范围29°14′37″~29° 29′24″N,96°16′02″~96°33′34″E,核心区面积约516.95km2,典型冰舌6条.

(8)典型冰川区Ⅷ:地理范围28°53′32″~29° 07′54″N,97°30′01″~97°46′13″E,核心区面积约557.84km2,典型冰舌基本无变化.

从表3可以看出,典型冰川区中Ⅰ号、Ⅱ号、Ⅲ号、Ⅳ号、Ⅶ号以退缩为主,Ⅴ号、Ⅵ号以前进为主.林芝地区10a间冰舌平均退缩1 337.79m,平均前进1 165.14m,总体退缩172.65m;10a间冰舌年均退缩133.78m,年均前进116.51m,总体年均退缩17.27m.整体来讲,冰川以退缩为主.

表3 典型冰川区典型冰舌变化情况统计
Table 3 The variation of representative glaciers’terminus

项目冰舌前缘平均退缩_________________________________/m冰舌前缘平均增长/m典型冰舌个数总体变化/m-1651.27 10 -1651.27典型冰川区Ⅱ -2014.5 4 -2014.5典型冰川区Ⅲ -1748.25 1403.97 19 -344.28典型冰川区Ⅳ -894.19 805.6 37 -88.59典型冰川区Ⅴ -425.19 2273.79 37 1848.6典型冰川区Ⅵ 177.18 3 177.18典型冰川区Ⅶ -1293.33 6 -1293.33典型冰川区Ⅷ总平均 -1337.79 1165.14 -172.65 ____年均变化典型冰川区Ⅰ-133.78 116.51 -17.27

3 冰川变化与气候变化的关

系冰川变化是气候变化的必然结果,最近100多年全球性山地冰川普遍退缩的总背景与全球平均气温上升0.13~0.16℃所一致[13].青藏高原东南部在南亚季风影响下,降水丰沛,冰川区积累和消融都比较强,冰川温度也比较高[36],属温性冰川.根据察隅(海拔2 332m,28°40′N,97°15′E)和波密(海拔2 737m,29°50′N,95°50′E)气象站记录,在1960—2002年夏季平均温度上升了0.3~0.5℃,温度的上升显然将加速冰川的退缩.但监测结果显示,1990—2000年林芝地区冰川新增面积近2 000km2,8个典型冰川区中有4个典型冰川区存在冰舌末端前进现象,其中V号冰川区冰舌末端平均前进距离比平均退缩距离高5倍之多.

正如刘时银等[35]在对20世纪初以来藏东南岗日嘎布山冰川变化的研究中指出:由于温性冰川对气候波动(特别是气温变化)的高敏感性,升温则意味着消融增加.而在高气温背景下,降水中的雨/雪比例增大,有限数量的降水增加并不表明冰川上接收的固态降水或积累量会随之增加.因此,冰川处于负物质平衡状态的可能性也会增大,冰川萎缩是不言而喻的.另一方面,由于冰川规模、几何尺寸上的差异,同一地区不同规模冰川对类似强度的气候变化的扰动响应时间不同,导致不同规模冰川对气候变化的响应时间不同,可能是本区部分冰川处于前进状态的原因.

因此,林芝地区冰川变化既存在退缩也存在增长的情况,是过去几十年气温增高和降雨量增加的综合因素作用的结果.高晓清等[43]研究认为,对101a以内的冰川波动,其大范围的总体特征基本上决定于温度变化.林芝地区冰川整体呈退缩的趋势,其中气温升高是其主导因素.冰川末端变化对气候的响应一般不能立即体现出来,而是需要一个滞后的过程,丁永建[44]的研究认为,全球范围内大冰川(长度>5km)波动滞后气候变化约8a左右,而小冰川(长度≤5km)则滞后约2a左右.未来气候变暖将导致该区冰川进一步消退.

4 结论

本研究利用1990—2000年间陆地卫星遥感影像资料,通过RS和GIS技术相结合的方法,提取出来两个时期林芝地区的冰川信息,经对林芝地区冰川和典型冰川区及典型冰舌的变化研究,得出以下结论:

(1)陆地卫星遥感影像波段多、分辨率适中、价格低,且有历史数据积累,是中等乃至大尺度冰川变化监测的首选数据源;在冰川信息的提取方面,RS和GIS技术的应用为研究大范围冰川变化提供了可靠有效的手段;非监督分类辅助DEM和目视补充解译的方法,可最大限度的减小云及其阴影和山脊阴影等干扰因素的影响.

(2)1990—2000年间林芝地区冰川进退情况,是过去几十年气温增高和降雨量增加的综合因素作用的结果,总体以退缩为主.

(3)林芝地区的海洋型冰川纬度低(31°N以南),气温高,雨量丰沛,地形坡度陡,冰川温度高,夏季冰川融水多,冰下河水量大,冰川下移快,泥石流容易发生.查明冰川变化规律,对区域性地质灾害预警和防治具有重要的指导意义.

致谢:审稿专家对本文提出了建设性的修改意见,表示感谢.

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Variation of the Glaciers in Nyingchi Municipality of Tibet Autonomous Region during 1990—2000

ZHANG Ting-bin1,2, ZHANG Jian-ping3, WU Hua4, BIE Xiao-juan2, WANG Gao-feng5
(1.School of Civil Engineering,Southwest Jiaotong University,Chengdu Sichuan 610031,China;2.College of Earth Sciences,Chengdu University of Technology,Chengdu Sichuan 610059,China;3.Department of Land and Resources of Tibet,Lhasa Tibet 850000,China;4.Tibet Institute of Geological Survey,Lhasa Tibet 850000,China;5.State Key Lab.of Geo-hazard Prevention and Geo-Environment Protection,Chengdu University of Technology,Chengdu Sichuan 610059,China)

Abstract:Based on remote sensing and geographical information systems techniques,using multiperiods of Landsat image and Digital Elevation Model,the glaciers of Nyingchi Municipality in Tibet Autonomous Region are mapped and the variation of glaciers during 1990—2000are studied in this paper.Result shows that glacierized area decreased about 568.71km2,with an average retreat rate of 56.87km2⋅a-1from 1990to 2000.Studying the representative glaciers shows that some glaciers were increasing and some were decreasing,with the principal tendency of retreating.Studying the variation of representative glaciers'terminus indicates that glaciers terminus shrunk about 172.65mduring 1990—2000,with an average retreating rate of 17.27m⋅a-1

Key words:Nyingchi Municipality;variation of glaciers;remote sensing;Landsat

中图分类号:P343.6

文献标识码:A

文章编号:1000-0240(2011)01-0014-07

收稿日期:2010-08-18;

修订日期:2010-12-08

基金项目:西藏林芝地区冰川泥石流灾害监测预警工程项目(藏国土资2007136)资助

作者简介:张廷斌(1978—),男,山东沂水人,讲师,2006年在成都理工大学获硕士学位,现为西南交通大学在读博士研究生,主要从事3S教学与研究工作.E-mail:zhangtb@cdut.edu.cn

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