【类型】期刊

【作者】冯童，刘时银，许君利，郭万钦，魏俊锋，张震（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；中国科学院大学）

【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；中国科学院大学

【刊名】冰川冻土

【关键词】 冰川变化；中国第二次冰川编目；叶尔羌河流域；遥感

【资助项】中国科学院重点部署项目(KZZD-EW-12-1)；国家自然科学基金重大项目(41190080)；国家科技基础性工作专项项目(2013FY111400)；国际科技合作项目(2010DFA92720...

【ISSN号】1000-0240

【页码】P1-13

【年份】2019

【期号】第1期

【期刊卷】1;|7;|8;|2

【摘要】利用"中国冰川资源及其变化调查"项目最新冰川编目成果和中国第一次冰川编目结果,对中国叶尔羌河流域1968-2009年冰川变化进行了分析.结果表明:叶尔羌河流域冰川总体上处于退缩状态,面积减少了927 km2,年平均面积减少23.2 km2,年均面积缩小比例为0.36%·a-1,与中国其他地区冰川退缩程度相比属于中等水平.叶尔羌河流域不同规模冰川的退缩幅度存在差异,小冰川大幅萎缩,甚至消失;规模较大的冰川相对变化幅度较小,一些冰川出现过跃动.从朝向分布来看,位于南坡的冰川退缩最为严重,而西坡较小.冰川集中分布在海拔5 100~5 500 m和5 500~5 900 m区间,海拔4 700~5 100 m区间的冰川面积减少最为显著.消失冰川大多数为面积在0.2~0.5 km2的小冰川,且朝向东北坡的冰川消失数量最多.研究区有冰川分裂现象,也出现了支冰川前进超覆现象,统计表明该流域有13条冰川在前进后形成6条冰川.1968-2009年研究区气温升高、降水增加,总体上看,降水增加缓解了因升温而导致的冰川退缩.

【全文】 文献传递

1968-2009年叶尔羌河流域冰川变化
——基于第一、 二次中国冰川编目数据

冯 童1,2， 刘时银1*， 许君利1,2， 郭万钦1， 魏俊锋1,2， 张 震1,2

(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， 甘肃 兰州 730000； 2.中国科学院大学， 北京 100049)

摘 要：利用“中国冰川资源及其变化调查”项目最新冰川编目成果和中国第一次冰川编目结果， 对中国叶尔羌河流域1968-2009年冰川变化进行了分析. 结果表明: 叶尔羌河流域冰川总体上处于退缩状态， 面积减少了927 km2， 年平均面积减少23.2 km2， 年均面积缩小比例为0.36%·a-1， 与中国其他地区冰川退缩程度相比属于中等水平. 叶尔羌河流域不同规模冰川的退缩幅度存在差异， 小冰川大幅萎缩， 甚至消失; 规模较大的冰川相对变化幅度较小， 一些冰川出现过跃动. 从朝向分布来看， 位于南坡的冰川退缩最为严重， 而西坡较小. 冰川集中分布在海拔5 100～5 500 m和5 500～5 900 m区间， 海拔4 700～5 100 m区间的冰川面积减少最为显著. 消失冰川大多数为面积在0.2～0.5 km2的小冰川， 且朝向东北坡的冰川消失数量最多. 研究区有冰川分裂现象， 也出现了支冰川前进超覆现象， 统计表明该流域有13条冰川在前进后形成6条冰川. 1968-2009年研究区气温升高、 降水增加， 总体上看， 降水增加缓解了因升温而导致的冰川退缩.

关键词：冰川变化； 中国第二次冰川编目； 叶尔羌河流域； 遥感

0 引言

冰川对气候变化反应高度敏感， 山岳冰川尤其如此， 因此， 冰川被称为气候变化的指示器[1-3]. 据IPCC AR5报告[4-5]， 在1880-2012年间， 全球陆地和海洋表面平均温度上升了0.85 ℃(0.65～1.06 ℃). 在此变暖趋势驱动下， 亚洲中低纬度地区的冰川经历了显著的负物质平衡过程， 冰川的大幅度退缩已成为近期冰川变化的主导趋势[6-7]. 冰川持续退缩， 对流域水资源产生直接影响[8-10]， 对全球海平面上升具有重要贡献[11]， 同时， 加剧冰川湖泊溃决与突发洪水、 冰川洪水泥石流等冰川灾害的发生[12-14].

然而， 冰川变化对气候变化的响应具有差异性. Hewitt[15-16]和Iturrizaga[17]发现， 尽管世界范围内冰川以退缩为主， 但20世纪90年代以来喀喇昆仑山中部冰川出现明显扩张， 主要表现在大型山谷冰川的前进和跃动； Gardelle[18]指出， 2000-2008年喀喇昆仑山的冰川处于正物质平衡状态， 介于(0.05±0.16)～(0.11±0.22) m·a-1， 对海平面上升的贡献为-0.01 mm·a-1， 这与大部分地区冰川观测到的负物质平衡现象相左. 叶尔羌河流域河源区冰川阻塞河道形成冰川湖， 进而引发突发性洪水的趋势并未减缓， 间接证明该地区冰川的正平衡趋势[19-21]. 但是， 对该地区冰川物质平衡的估计仍有分歧， 如Gardner等[22]与Kääb等[23]利用ICESat卫星激光测高数据给出该地区冰川大致相近的物质平衡估计， 前者为(-0.12±0.15) m·a-1(2000-2010年)， 后者为(-0.10±0.06) m·a-1(2003-2008年). 上述研究结果反映了2000年以来叶尔羌河流域部分冰川变化情况， 但不能反映该地区冰川在较长时间尺度的变化情况， 整体前进或者萎缩状态不清楚. 因此， 本文基于中国两次冰川编目结果， 对叶尔羌河流域冰川规模及分布特征进行分析， 探讨该区域40 a来冰川变化的一般规律， 为认识叶尔羌河流域在气候变暖背景下冰川总体变化状况提供完整信息.

1 研究区概况

叶尔羌河流域大致介于74°27′～78°25′ E和35°27′～38°20′ N之间(图1)， 按中国第一次冰川编目， 该流域被赋予“5Y65”的编码. 叶尔羌河发源于喀喇昆仑山北坡， 是塔里木河的主要源流之一. 整个流域以塔什库尔干河和叶尔羌河上游干流为界， 南部和西南部为喀喇昆仑山区， 北部昆仑山西段山区， 西北部边缘为帕米尔山区[24]. 叶尔羌河南部的喀喇昆仑山和西昆仑山， 西侧的帕米尔高原成为流域地表水资源的主要形成区.

该地区山势巍峨峻拔、 高峰林立， 流域内主要山脉为喀喇昆仑山主脉(北坡)， 包括主峰乔戈里峰(海拔 8 611 m)在内海拔8 000 m以上的高峰有4座. 叶尔羌河流域处于西风气流控制区， 按特定的地理位置与地形条件大致分为5个气候小区， 即昆仑山气候区、 帕米尔高原气候区、 低山丘陵气候区、 平原气候区和沙漠气候区. 帕米尔高原区年平均气温为3.6 ℃， 冬季寒冷漫长， 夏季温和， 多年平均降水量为68.1 mm； 低山丘陵区年平均气温为11.3 ℃， 冬季长于夏季， 多年平均降水量为78.5 mm， 但有些年份有局地大雨或暴雨发生， 可产生山洪或泥石流； 平原地区光照充足， 热量丰富， 四季分明， 年平均气温为11.8 ℃， 多年平均降水量为54.6 mm[25]. 该流域巨大的山势条件和高山冷储作用， 以及高大山体截留高空水汽的能力， 使得高山上的降水随海拔递增， 为冰川发育提供了较为丰富的物质来源. 形态多样、 发育规模大小不等的现代冰川， 分布于叶尔羌河流域支流源头， 成为该流域水资源的重要组成部分[26].

2 资料与方法

1983年， 中国科学院兰州冰川冻土研究所依据国际冰川编目规范进行了叶尔羌河流域的第一次冰川编目， 数据源为1972-1983年间出版的利用航空摄影测量技术制作的1∶5万和1∶10万航测地形图[24]. 为减少地形图对于冰川边界的解译错误， 本研究收集了上述制图所采用的1968-1976年拍摄的航空照片(比例尺为1∶6万、 1∶6.5万、 部分为1∶5万)， 对地形图标绘的冰川轮廓进行系统检查和修订. 为便于对比， 提高精度， 在GIS软件支持下， 对上述修订后的地形图冰川边界进行了数字化， 在此基础上， 利用地形图数字高程模型、 基于数字高程模型提取山脊线等[27]， 进行单条冰川分割， 进而计算冰川面积、 海拔、 朝向等属性信息[28]， 从而形成对应于第一次冰川编目的空间和属性数据集， 并作为本文分析冰川变化的本底参考数据源.

叶尔羌河流域第二次冰川编目所用数据源为LandsatTM/ETM+遥感影像， 这些遥感数据来源于美国地质调查局(USGS)(http://earthexplorer.usgs.gov/)(表1)， 主要拍摄于2009年和2010年. 首先， 对遥感影像进行预处理. 其次， 对校正后的影像进行锐化增强， 以区分雪斑和冰川. 冰川边界提取广泛采用目视解译、 监督分类、 非监督分类、 比值阈值法和雪盖指数阈值法等[29-31]. 本文采用波段比值方法， 选用红色波段(第3波段)和中红外波段(第5波段)比值， 比值阈值确定采用预定义和交互式两种方法， 经过大量反复实验， 确定阈值为2.0±0.2. 然后， 对通过比值阈值确定出的冰川区域进行二值化处理， 在ENVI软件中消除其中的小斑块， 并对其边缘进行平滑处理消除数据冗余. 最后， 利用流域边界和坡向差自动提取山脊线划分出单条冰川[27]， 并在富有经验的冰川学家指导下完成冰川边界确认.

冰川边界提取精度主要受传感器和图像配准误差影响[32-34]. 本文采用Bolch等[35]提出的不确定性公式来计算冰川面积误差：

(1)

式中： EA为面积不确定性； n为冰川边界(不包含山脊线)所包含的像元数； ε为配准误差(此处按半个像元计算， 即15 m)； λ为空间分辨率. 对于第一次冰川编目采用的数据源——主要是航测地形图， 1∶5万和1∶10万地形图的扫描分辨率分别为4 m 和9 m， 在数字化的过程中， 误差控制在3个像元， 使得第一次冰川编目的数据空间分辨率λ分别为12 m 和27 m； 对于第二次冰川编目采用的主要数据源Landsat TM/ETM+来说， λ为30 m. 因此， 两次冰川编目面积的不确定性比例为4.6%和6.5%.

本研究中冰川长度的不确定性分析， 可将长度和长度变化的不确定性(EL和ELC)用以下两个公式表达[34]：

(2)

ELC=(EL1)2+(EL2)2(3)

式中： EL1和EL2分别为两次冰川长度的不确定性.

冰储量即冰川体积， 第一次冰川编目数的冰储量是根据冰川平均面积与其平均厚度相乘计算得到， 但该计算公式限定在山地冰川流域. 本文冰储量的计算， 是根据Liu等[36]的经验公式V=0.04S1.35(式中： V为冰储量(km3)； S为面积(km2))求出.

3 结果

3.1 冰川总体变化

叶尔羌河流域第一次冰川编目数据经修订后，1968年该地区共有冰川3 297条， 覆盖冰川面积6 341.82 km2， 平均冰川规模为1.92 km2. 第二次冰川编目结果表明， 2009年冰川条数减少1.5%， 达到3 247条， 而冰川面积减少为5 414.77 km2， 退缩率达14.6%， 平均冰川规模降低为1.67 km2. 叶尔羌河流域冰川40 a来退缩面积为926.93 km2， 年平均面积退缩量为22.61 km2， 年平均面积退缩率约为0.36%·a-1. 对比姚晓军等[37]所做的近数十年来中国其他地区冰川面积变化统计值， 可知叶尔羌河流域冰川退缩并非最强烈， 属于一般水平. 全流域冰川总体呈退缩趋势， 但1968年以来某些冰川有扩张现象， 主要表现为大型山谷冰川的前进和跃动冰川.

整个流域编码为“5Y65”， 对流域干流和较大支流进一步编码， 又划分出6个次一级的流域编码区[24]. 由表2可知， 就整个流域而言， 克勒青河流域冰川分布最多， 占流域内冰川总面积的45.7%； 叶尔羌河干流上游占28.5%， 干流下游两岸占7.7%， 塔什库尔干河占12.2%， 提孜那甫河等流域区占6%. 对比各流域两次编目结果可知， 克勒青河、 干流下游左岸和塔什库尔干河3个流域冰川条数略有增加， 这主要是由于冰川分裂现象造成的. 各流域的冰川普遍处于退缩状态， 但退缩程度不同. 其中， 克勒青河流域冰川面积变化量最大， 为-299.36 km2， 但由于该流域冰川面积占总体冰川面积最大， 加上跃动冰川的存在[38]， 使得面积退缩率最小， 仅为10.8%， 小于其他5个流域冰川面积退缩率. 经计算， 克勒青河流域冰川平均面积为4.33 km2， 而其他5个流域冰川平均面积均小于2 km2. 这表明小冰川退缩(或消失)是导致叶尔羌河流域冰川变化差异性的重要原因.

按流域内的山系统计(表3)， 位于喀喇昆仑山的冰川占流域冰川总面积的84.3%， 昆仑山区为13.9%， 帕米尔山区为1.9%. 对比两次编目冰川变化可知， 喀喇昆仑山区冰川面积萎缩量高达到763.30 km2， 为最大的面积贡献者， 其次是昆仑山区149.88 km2， 最后是帕米尔13.88 km2.

3.2 冰川变化特征

3.2.1 不同规模冰川变化

以1968年叶尔羌河流域的冰川面积为标准和参照， 将面积分为7个等级， 统计不同面积等级的冰川数量与面积变化(表4). 结果表明， 规模<1 km2的冰川数量虽然由2 299条减少为2 082条， 占冰川总数的比例由69.7%减至64.1%， 但是仍列所有面积等级冰川数量的首位， 表明小冰川在本流域的分布很广泛. 小冰川规模小， 对气候变化反应敏感， 受气候变暖影响， 小冰川数量因消失而减少， 面积减小比例也最大， 这些小冰川面积总体减少了33.1%， 占流域冰川面积缩小总量的32.0%. 冰川规模≥20 km2的冰川， 在流域冰川总面积占比最大， 这类冰川面积缩小比例最小(6.3%)， 在流域冰川面积缩小总量中占 15.8%. 据统计， 2009年该流域表碛覆盖型冰川平均面积为7.72 km2， 远远高于非表碛覆盖型冰川平均面积0.98 km2， 表明大冰川有较大比例为表碛覆盖型， 这些冰川变化率较低的原因可能是表碛对冰川消融具有一定的减缓作用. 面积介于2～5 km2和5～10 km2的冰川， 面积分别减少189.29 km2和85.94 km2， 占流域冰川面积缩小总量的20.4%和9.3%.

通过对两次中国冰川编目数据中冰川储量的计算， 发现1968年叶尔羌河流域冰川总储量为730.46 km3， 2010年总储量为624.01 km3， 储量减少了14.6%. 对两次编目不同规模冰川面积退缩率和储量变化进行统计(图2)， 显然， 除15～20 km2规模冰川外， 随着冰川规模的增大， 二者均呈现减小趋势. 规模在<1 km2的冰川面积由896.63 km2减至600.06 km2， 退缩最为严重， 退缩率高达33.1%， 储量减少达37.87%. 规模在1～2 km2的冰川面积退缩次之， 退缩率为23.62%， 同时结合图3中不同冰川规模退缩率分布(仅含正常退缩和消失冰川)， 可知， 叶尔羌河流域冰川变化以小冰川退缩为主. 规模≥20 km2的冰川储量减少了54.10 km3， 占1968年冰川储量的11.2%， 占叶尔羌河冰川储量减少总量的50.8%， 是最大的消融量贡献者.

3.2.2 不同朝向冰川的变化

图4为两次冰川编目叶尔羌河流域冰川在各朝向上数量和面积的变化， 2009年数据显示冰川数量和面积均在NE和N朝向多， S、 SW朝向少. NE、 NW和E朝向分布的冰川占总面积的85.7%， 其中又以NE朝向的冰川数量最突出. 叶尔羌河流域平均冰川面积为1.67 km2， 冰川各朝向的平均面积也有显著的不同， NE(1.89 km2)、 N(1.50 km2)和E(2.81 km2)朝向均大于其他5个朝向.

对不同朝向冰川面积退缩率和储量变化率进行统计(图5)， 表明， 1968-2009年叶尔羌河流域各朝向冰川普遍处于退缩状态， 但是退缩程度大不相同. 其中， 南坡面积退缩率最大， 达39.5%， 主要是由于南坡受到太阳辐射较强， 冰川消融强烈， 其次为西坡22.6%； 南坡冰川储量变化率也是最高， 减少高达45.3%， 其次为西北坡20.6%. 但是， 南坡的冰川面积和储量都较小， 仅占总的冰川面积和储量变化贡献量的3.6%和1.7%. 东北坡冰川面积退缩量最大， 高达308.5 km2， 占总退缩量的33.3%. 东坡冰川储量减少量最大， 高达39.76 km3， 占总减少量的37.4%. 正西方向冰川面积退缩量仅为33.93 km2， 储量消融量仅为1.83 km3， 几乎是最小的贡献者， 这主要是由于该方向冰川正迎西风带水汽输送的主要方向， 冰川发育的降水条件优于其他朝向所造成的.

3.2.3 冰川海拔变化

以50 m间距高度划分高度带， 统计了叶尔羌河流域冰川在每个高度带冰川面积的分布情况(图6)， 结果表明： 研究区冰川主要分布在海拔5 100～5 500 m 和5 500～5 900 m两个高度区间， 面积高达2 025.74 km2和1 960.86 km2， 分别占总面积的34.4%和33.3%. 从两次编目数据变化趋势上看， 所有海拔区间内冰川面积均呈减少趋势. 其中， 海拔5 100～5 500 m高度带冰川面积缩小了334.90 km2， 占流域冰川面积缩小总量的38.2%， 是最大的萎缩面积贡献者. 其次是海拔5 500～5 900 m 和4 700～5 100 m高度带， 相应的面积退缩量为240.66 km2和210.34 km2， 占总退缩量的27.5%和24.0%. 其中， 在海拔4 700～5 100 m区间冰川退缩最为显著， 退缩率高达22.7%. 在叶尔羌河流域， 雪线高度介于海拔4 790～6 010 m之间， 而中值面积高度介于海拔4 520～6 470 m之间.

由此可见， 山脉海拔对冰川发育及其变化起着重要的作用.

3.3 典型冰川变化现象分析

3.3.1 冰川的消失

对照第一次冰川编目数据， 有263条冰川未能在第二次冰川编目时检测到， 其可能原因是冰川在快速退缩过程中最终完全消失. 为了证明这些冰川消失的确定性， 本研究对比了1972-1980年Landsat MSS数据， 假设在此期间仍能识别的， 且与1968年前后规模相当的冰川数据质量可信， 那么60条冰川消失是确定的. 其他冰川由于Landsat MSS图像云雪影响无法判断第一次冰川编目是否存在误判， 这些仍需其他数据进行核实的冰川面积为53.20 km2， 占叶尔羌河流域总面积的0.9%.

1968-2009年叶尔羌河流域可确认的消失冰川有60条， 总面积达到14.42 km2， 其末端海拔和面积分布如图7所示. 其中， 最大消失冰川面积为0.499 km2， 其次为0.492 km2. 消失冰川末端海拔最低值为海拔4 301 m， 最高不超过海拔5 836 m，平均海拔为5 099 m. 冰川消失发生在东北坡和北坡， 东北坡朝向冰川消失多达到53条， 面积为11.98 km2， 其余消失发生在北坡. 由此可见， 消失冰川大多数为面积范围在0.5 km2以下的小冰川， 且末端海拔多分布于海拔5 000 m左右.

3.3.2 冰川的分裂

据统计， 1968年叶尔羌河流域共有181条冰川出现分裂现象， 到2009年共分裂成403条冰川， 总面积由1 918.59 km2减少为1 679.27 km2， 萎缩率达12.5%； 储量由352.73 km3减少到294.15 km3， 储量减少比例达16.6%. 该流域冰川发生分裂的冰川中大冰川末端海拔都比较低， 且大多属于树枝形状山谷冰川， 受冰川规模和地形条件控制， 单条冰川因分裂形成的冰川条数有差别. 表5统计了近40年分裂为不同条数的冰川信息， 其中， 分裂为2条的冰川数目最多， 占总数量的83.4%， 面积也最大. 面积最大的分裂冰川5Y654D0053面积为397.66 km2， 末端海拔为3 973.1 m. 分裂为5条独立冰川的冰川， 数目不多， 仅5条， 但其平均面积达到137 km2. 这些出现分裂现象的冰川面积总体缩小了12.5%(图8).

3.3.3 典型冰川的长度变化

参考两次编目数据， 再结合1990年6月29日Landsat TM(Path148， Row35)数据和2001年5月18日Landsat ETM+(Path148， Row35)数据获取典型冰川的长度变化. 结果表明： 音苏盖提冰川、 特拉木坎力冰川、 克亚吉尔冰川、 尕舍罗鲁姆冰川等大规模冰川保持稳定状态， 无明显变化. 另外， 研究区内11条典型冰川(表6， 含6条前进冰川)统计结果表明， 前进冰川中， 编号为5Y654D0077的冰川前进幅度最为明显， 近40 a前进约2 644.1 m， 其中， 1990-2001年间以年均超过120 m的速度前进， 可能属于跃动冰川. 5Y654D0063、 5Y654D0064和5Y654D0065三条冰川于1968-1990年间均处于不同程度的冰川前进状态， 最终合并成为一条冰川. 退缩最为严重的两条冰川编号分别为5Y654D0096和5Y654E0008， 在1968-1990年、 1990-2001年、 2001-2009年3个时间段均有明显退缩， 其中， 前者在1990-2001年间年均长度减少高达81.2 m·a-1. 初步认为， 冰川退缩可能受气温上升的影响， 而对那些处于稳定或前进状态的冰川来说， 可能与冰川对气候响应的滞后性影响， 或与气温上升导致冰温上升进而引起的冰川动力作用加强有关. 具体原因有待进一步研究.

3.3.4 冰川的前进和超覆现象

粗略统计， 近40 a叶尔羌河流域前进冰川共55条， 总面积达到735.04 km2， 到2009年第二次冰川编目， 条数减少6条， 面积减少48.26 km2. 由于研究时段部分冰川出现过前进， 因此， 那些与主干冰川分离的支冰川向下游前进过程中， 与主干冰川汇合， 出现了支冰川超覆主干冰川的现象. 处于前进的多条冰川在较低海拔位置汇合， 形成独立大型复合冰川. 上官冬辉等[39]在分析2000年前后遥感影像时， 发现喀喇昆仑山部分冰川的上述现象. 对比分析1977年8月2日Landsat MSS(Path160， Row35)数据、 1978年7月18日Landsat MSS(Path159， Row35)数据和2009/2010年度遥感数据， 可知自1970年代后期以来， 叶尔羌河流域有13条冰川出现合并或超覆叠加现象， 到2009年形成了6条独立冰川(表7). 其中， 面积最大的合并冰川编号为5Y654F0046与5Y654F0045， 合并形成一条新的冰川， 面积达19.35 km2. 另外， 分析5Y654E0037冰川发现， 在研究时段出现分裂其后又合并的现象.

表7 冰川前进造成的叠加现象

Table 7 Pairs of superimposed glaciers due to glacier advancing in the Yarkant River basin

4 讨论

4.1 冰川的消失与分裂

在叶尔羌河流域， 小冰川分布广泛， 其退缩(或消失)是导致冰川变化差异性的重要原因. 规模<1 km2的冰川数量由2 299条减少为2 082条， 而>1 km2的冰川数量均有所增加， 主要的原因是小冰川规模小， 对气候变化较为敏感， 在较短的时间内能够对气候变暖的趋势产生相对较大的退缩变化响应. 而且消失冰川大多发生在东北坡和北坡的低海拔地区， 此地形条件下的冰川对气候变化可能更敏感一些. >1 km2的冰川数量增加的原因是冰川发生分裂， 在叶尔羌河流域， 发生分裂的冰川末端海拔都比较低， 且大多属于树枝形冰川， 随着气温升高， 这些树枝型冰川分裂成更多的小冰川.

4.2 冰川超覆与跃动

冰川跃动是冰川运动的特殊方式， 物理机制复杂， 冰川学中尚无明确解释， 而在海洋性(暖性)冰川区多见. 在叶尔羌河流域， 上官冬辉等[38]对喀喇昆仑山克勒青河流域典型冰川的监测发现， 有两条冰川发生过跃动； 刘景时等[40]发现克勒青河谷的克亚吉尔冰川发生跃动. 冰川跃动受冰川稳定系数和冰川几何形态决定， 长冰川或面积较大且处于相对低海拔的冰川易发生跃动. 上官冬辉等[38]监测编号为5Y654D48和5Y654D97的冰川系数(积累区面积与消融区面积之比)为2.3、 4.8， 刘景时等[40]监测的克亚吉尔冰川的冰川系数为1.6， 表明这些冰川极不稳定.

气温升高是冰川跃动的诱导因素. 气温升高导致冰温升高， 冰川流速加快， 随之冰川应力场发生变化； 气温升高， 冰川加速消融， 融水量的增加， 也有利于冰川跃动. Mayer等[41]对喀喇昆仑山东北坡的North Gasherbrum冰川跃动机制进行了分析， 发现上游冰流速度的加快导致其冰向下游输送从而引起冰川的跃动. Hewitt[16]对喀喇昆仑山Panmah冰川的支流冰川跃动归因于冰川对不同区域气候变化的热复杂反应， 尤其是在高海拔、 高峻地形条件下, 并推测夏季气温降低、 降水增多、 冬季气温升高引起冰川物质的热量转换从而导致冰量在不同海拔下的重新分配. 另外， 在冰川侧碛或末端有冰湖的存在， 也会对跃动产生影响. 刘景时等[40]对克亚吉尔冰川的跃动解释为冰坝右侧长期受湖水浸泡侵蚀， 在夏季新冰川运动波推动下冰层间发生滑动， 突然应力释放而发生跃动. 还有其他的解释， 如冰川湖突然排水导致下游湖水的顶托应力的消失， 引起冰坝向右侧突然滑动. 作为冰川运动的特殊形式， 冰川跃动的物理机制复杂， 对跃动的详细机理研究以及对上述跃动解释的验证， 仍需要更进一步的实地考察与研究.

4.3 冰川变化的可能原因

冰川变化是气候变化的必然结果， 水(降水)、 热(气温)及其组合是影响冰川发育的主要气候因子， 二者年际变化共同决定着冰川的性质、 发育和演化[37,42]. 孙本国等[25]对叶尔羌河流域6个气象站点观测资料的研究表明， 1961-2004年该流域气温和降水均有所增加， 近44 a间线性增温率为0.20 ℃·(10a)-1， 线性增湿率为9.9%·(10a)-1， 符合施雅风等[43]提出的中国新疆地区由暖干向暖湿转变的变化趋势. 据李培基等[44]对天山、 祁连山、 唐古拉山和贡嘎山6条冰川的研究， 在温度不升高条件下， 年降水量要增加260～340 mm或40%～70%才能维持平衡线不变， 如果再与蒸发增加相平衡， 就不可能抵消由温度上升引起的冰川退缩. 显然， 在叶尔羌河流域气温明显上升背景下， 固态降水的少量增加对冰川的补给无法弥补冰川消融所带来的物质损失， 导致了冰川出现萎缩现象.

5 结论

通过对叶尔羌河流域最新冰川编目和第一次编目结果进行对比分析， 得到以下结论：

(1) 1968-2009年间， 该区域冰川总体上处于退缩状态， 条数减少50条， 面积减少1 017.05 km2， 减少比例分别为1.5%和14.62%. 年平均面积退缩率约为-0.36%·a-1， 与中国其他地区冰川对比退缩程度属于一般水平. 冰川空间分布按照流域划分， 主要在克勒青河流域， 其次为叶尔羌河干流上游； 按山系划分， 主要集中在喀喇昆仑山， 其次为昆仑山和帕米尔.

(2) 叶尔羌河流域不同规模的冰川退缩明显不同， 以小冰川退缩为主. 对冰川朝向与分布海拔分析表明， 各个朝向冰川普遍处于退缩状态， 南坡退缩最为严重， 西坡较小. 冰川在海拔5 100～5 500 m 和5 500～5 900 m高度区间分布最多， 海拔4 700～5 100 m高度区间冰川退缩最为显著.

(3) 该区域消失冰川大多数为面积范围在0.2～0.5 km2的小面积冰川， 且东北坡朝向多. 分裂冰川现象多有发生， 且多数属于树枝形冰川. 近40 a 来有181条冰川发生分裂， 13条冰川出现叠加现象形成6条冰川.

(4) 1968-2009年叶尔羌河流域气温和降水均有所增加， 近44 a间线性增温率为0.20 ℃·(10a)-1， 线性增湿率为9.9%·(10a)-1. 但降水的少量增加不能弥补气温上升带来的物质亏损， 冰川呈退缩趋势.

致谢: 本文部分冰川编目数据由国家科技基础性工作专项(2006FY110200)提供资助； Landsat TM/ETM+遥感影像数据由USGS(http://glovis.usgs.gov)提供； 姚晓军、 上官冬辉、 赵井东、 王欣、 蒋宗立、 刘巧、 武震、 余蓬春、 鲍伟佳、 李萍、 盖春梅同志先后参与部分地区的冰川编目和野外考察验证； 丁良福、 李刚在冰川编目修订和数据审核工作中付出了辛勤劳动， 在此一并对上述单位和个人表示谢忱.

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Glacier change of the Yarkant River basin from 1968 to 2009 derived from the First and Second Glacier Inventories of China

FENG Tong1,2, LIU Shiyin1, XU Junli1,2, GUO Wanqin1, WEI Junfeng1,2, ZHANG Zhen1,2

(1.State Key Laboratory of Cryospheric Sciences, Cold and Arid Regions Environmental and Engineering Research Institute,Chinese Academy of Sciences, Lanzhou 730000, China; 2.University of Chinese Academyof Sciences, Beijing 100049, China)

Abstract：The change of glaciers in the Yarkant River basin in China from 1968-2009 were analyzed on the basis of the outcome of Investigation of Chinese Glacier Resources and Their Changes and result of the First Glacier Inventory of China．The result showed that the glacierized area in the Yarkant River basin have shrunk 927 km2at a rate of 0.36%·a-1 as a whole. Compared with glacier changes in other mountains in China, the degree of retreat in the Yarkant River basin is in the medium range. The glacier shrinkage is different, depending on glacier size. Small glaciers shrink sharply even disappeared, but larger ones less change. In addition, some glaciers have surged. The glacier retreat has difference in direction, larger for southward ones and smaller for westward ones. Most glaciers are located in altitudes ranging from 5 100 to 5 500 m and from 5 500 to 5 900 m; most remarkably shrinking glaciers are located in altitudes ranging from 4 700 to 5 100 m. Most disappeared glaciers are small ones, 0.2-0.5 km2 in area, of which most are on the northeast slopes. In the research area, most disintegrated glaciers are dendritic glaciers. In the Karakoram Mountains, due to advancing and surging, there are 13 glaciers superimposed to be 6 glaciers in the research area. The air temperature and precipitation had increased from 1968 to 2009; increase in precipitation had relieved glacier retreat under a rising temperature.

Key words：glacier change； Second Glacier Inventory of China； Yarkant River basin； remote sensing

doi：10.7522/j.issn.1000-0240.2015.0001

收稿日期：2014-07-07;

修订日期：2014-11-18

基金项目：中国科学院重点部署项目(KZZD-EW-12-1)； 国家自然科学基金重大项目(41190080)； 国家科技基础性工作专项项目(2013FY111400)； 国际科技合作项目(2010DFA92720-23)资助

作者简介：冯童(1991-)， 女， 山东聊城人， 2012年毕业于长安大学， 现为中国科学院寒区旱区环境与工程研究所在读硕士研究生， 主要从事冰冻圈遥感研究. E-mail： fengtong@lzb.ac.cn

*通讯作者： 刘时银， E-mail： liusy@lzb.ac.cn.

中图分类号：P343.6

文献标志码：A

文章编号：1000-0240(2015)01-0001-13

Feng Tong, Liu Shiyin, Xu Junli, et al. Glacier change of the Yarkant River basin from 1968 to 2009 derived from the First and Second Glacier Inventories of China[J]. Journal of Glaciology and Geocryology, 2015， 37(1)： 1-13. [冯童， 刘时银， 许君利， 等. 1968-2009年叶尔羌河流域冰川变化——基于第一、 二次中国冰川编目数据[J]. 冰川冻土， 2015， 37(1)： 1-13.]