【类型】期刊

【作者】王玉哲，任贾文，秦翔，刘宇硕，张通，陈记祖，李亚炜，秦大河（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；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；中国气象科学研究院；中国科学院大学；中国科学院 青藏高原研究所）

【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；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；中国气象科学研究院；中国科学院大学；中国科学院 青藏高原研究所

【刊名】冰川冻土

【关键词】 老虎沟12号冰川；探地雷达；冰川槽谷；冰下地形

【资助项】国家重点基础研究发展计划(973计划)项目

【ISSN号】1000-0240

【页码】P28-35

【年份】2019

【期号】第1期

【期刊卷】1;|7;|8;|2

【摘要】冰川地形是构建冰川流动模型的基础,对于认识冰川响应气候变化的动力机制具有重要意义.在2009年和2014年消融季,使用探地雷达对祁连山老虎沟12号冰川进行了厚度测量和冰下地形观测,获得了沿冰川中流线和多条横剖面的厚度资料,并对中流线上的厚度分布特征和槽谷形态进行了研究.研究结果表明,东、西支冰川的平均厚度分别为190 m和150 m,东支冰川冰下地形起伏大于西支,支冰川的表面坡度都较缓和.东、西支冰川进入汇合区时厚度分别为122 m和157 m,由于支冰川的横向挤压和汇流,汇合区中部冰川厚度增加到162 m.冰川槽谷形态具有空间差异,东、西支冰川槽谷形态近似于对称的V型,但是在冰川汇合区,槽谷底部变宽,边坡变缓,发育有不对称槽谷.

【全文】 文献传递



祁连山老虎沟12号冰川雷达测厚和冰下地形特征研究

王玉哲1,2,任贾文1,秦 翔1,刘宇硕1,张 通3,陈记祖1,2,李亚炜2,4,秦大河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,甘肃 兰州 730000; 2.中国科学院大学,北京 100049；3.中国气象科学研究院,北京 100081；4.中国科学院 青藏高原研究所,北京 100101)

摘 要：冰川地形是构建冰川流动模型的基础,对于认识冰川响应气候变化的动力机制具有重要意义.在2009年和2014年消融季,使用探地雷达对祁连山老虎沟12号冰川进行了厚度测量和冰下地形观测,获得了沿冰川中流线和多条横剖面的厚度资料,并对中流线上的厚度分布特征和槽谷形态进行了研究.研究结果表明,东、西支冰川的平均厚度分别为190 m和150 m,东支冰川冰下地形起伏大于西支,支冰川的表面坡度都较缓和.东、西支冰川进入汇合区时厚度分别为122 m和157 m,由于支冰川的横向挤压和汇流,汇合区中部冰川厚度增加到162 m.冰川槽谷形态具有空间差异,东、西支冰川槽谷形态近似于对称的V型,但是在冰川汇合区,槽谷底部变宽,边坡变缓,发育有不对称槽谷.

关键词：老虎沟12号冰川；探地雷达；冰川槽谷；冰下地形

0　引言

在气候变化背景下,全球各地的山地冰川普遍处于退缩和物质损失状态,且近十年来呈加速趋势[1].冰川变化的幅度和速率存在显著区域差异,这与区域气候变化有关,也受到冰下地形和冰川类型 (如表碛覆盖型、雪崩补给型和跃动型)的影响[2-4].冰川退缩会影响区域水资源利用,并对全球海平面上升有贡献[5-6].预测冰川对未来气候变化的响应特征,需要准确的冰下地形和冰川厚度分布资料,以此来建立可靠的冰流模型[7-8].在山地冰川厚度测量中,探地雷达(GPR)是常用的探测技术[9-10],它的测量精度高,并可以探测冰内水热状况[11].由于山地冰川地形复杂,野外工作开展难度大,很难实现详细的GPR测量,通常的做法是沿冰川主流线和横剖面布设若干断面,这样可以大体得到冰下地形和冰川厚度的空间分布特征.山地冰川动力学模拟研究中广泛采用的是二维流线型和流带型冰川流动模型,一方面是因为模型把物理问题简化,另一方面是因为所需输入的冰川地形数据少[12-13].冰川槽谷是冰川长期作用地表的结果,其形态受冰川蠕动、作用时间和基岩岩性等因素的影响[14-15].槽谷对冰川的侧向应力影响主流线上运动速度的模拟,不同的槽谷形态对冰川运动速度的影响很大[16-17].流线型或流带型模型缺少对侧向应力的物理描述,而通常需根据冰川槽谷形态(如U型,V型)对侧向应力进行参数化.因此,通过GPR实测获得冰川不同海拔的槽谷形态参数,是校正冰流模型并得到较为精确的数值模拟结果的前提.

祁连山冰川是我国西北干旱区的“天然固体水库”,北坡冰川融水汇入河西地区,南坡汇入柴达木盆地、哈拉湖、青海湖和黄河水系,是山区河流重要的补给来源之一[18].由于气温上升,近二十年来祁连山冰川退缩显著[19].未来祁连山冰川如何变化,而冰川变化对区域水资源产生什么样的影响,需要通过基于冰川动力学机制的物理模型来预测模拟,而获取冰川冰下地形是模拟研究的前提.基于以上认识,本研究于2009年和2014年对祁连山老虎沟12号冰川进行了两期探地雷达测厚,获得了该冰川沿中流线的厚度分布,并分析了支冰川汇合时的厚度变化特征,以及不同海拔高度的冰川横剖面形态参数.本研究工作为构建冰川流动模型和冰川未来变化模拟提供了基础.

1　研究区概况

老虎沟12号冰川位于祁连山西段大雪山北坡,隶属于甘肃省酒泉市 (图1).该冰川末端海拔为4 260 m,最高海拔达5 481 m.老虎沟12号冰川由东、西支冰川汇合而成,长约9.8 km,面积约20.4 km2,为祁连山最大的复式山谷冰川.该区气候主要受西风环流的影响,海拔5 040 m年均气温为-11.8 ℃,降水主要集中在5-9月,年降水量可达424 mm[20-21].该冰川运动速度较小[22],冰川温度较低,为典型的极大陆型冰川[23].由于该研究区气温的上升[24],老虎沟12号冰川目前处于退缩和负物质平衡状态[25-27].

2　数据获取

在2009年7-8月和2014年7-8月冰川消融期,我们使用pulseEKKO Pro型探地雷达对老虎沟12号冰川进行了两期冰下地形测量.天线的中心频率为100 MHz (2009年测量)和50 MHz (2014年测量),非屏蔽,收发分置.测量方式为共偏移距法,发射和接收天线保持4 m间距 (图2).为提高信噪比,迹线的叠加次数设定为32 (2009年测量)和16 (2014年测量).在2014年这期测量中,东支冰川的大部分测量工作使用雪地摩托作为动力工具.雷达测线的地理位置由南方测绘灵锐S86进行RTK (Real Time Kinematic)测量定位,其水平和垂直精度为±2.5 cm,与雷达同步观测.

在测量过程中,尽量保证纵测线沿着冰川中流线,而使横测线垂直于中流线方向.在海拔4 260～4 440m内的冰丘陵地带,地形复杂,工作开展难度大,布设的纵断面偏向冰川中流线的西侧,只在冰川末端获得一条较短的横断面 (图1).两期野外考察共测量了约27 km长的雷达测线,获得了沿冰川中流线较为完整的纵断面,并对积累区、冰川汇合区和不同海拔处的冰川横断面进行了较为详细的探测.

3　方法

3.1　雷达数据处理

雷达测线数据在EKKO View Deluxe软件中进行处理,对雷达数据进行可视化后,进行AGC (Automatic Gain Control)增益,使得大部分图像能够看到冰岩界面,少部分图像进行了低通滤波处理,以消减冰内水分或岩石等造成的背景反射信号,从而增强冰岩界面反射信号 (图3).假定雷达波速为均一的0.168 m·ns-1,将雷达信号的双程走时转化为冰厚度.雷达波速均一性的假定,忽略了其在粒雪和冰中传播的差异,但积累区冰川处于负物质平衡状态,且夏季温度较高[20],这表明积累区粒雪层较薄,在该冰川海拔5 040 m的冰芯钻探项目 (作者参与)也证实了此点,因而该假定对冰川厚度解译造成的误差很小.同时结合横、纵剖面的交叉点进行辅助解译,确保识别出正确的冰岩界面反射层.对于模糊难辨的图像,不解译这部分雷达数据.解译完成后,用GPS获取的冰面高程减去冰川厚度即得到冰床高程.

3.2　2009-2014冰面高程校正

从图1中可以看到,2009年的GPR测量主要集中在西支冰川、东支冰川消融区中下部和汇合口以下部分,我们于2014年补充了对东支冰川的消融区上部和积累区的GPR测量.为了得到沿东支冰川中流线的地形特征,需要结合2009年和2014年两期GPR测量数据.由于消融和冰川流动的影响,2009-2014年冰面高程出现降低,在整合这两期数据时需要考虑冰面高程变化的影响.在两期雷达测量的同时,也进行了GPS定位测量.通过比较2009年和2014年距离在10 m以内的GPS测量点,得到冰面高程变化值dh与2009年海拔高度h2009之间的线性关系:

dh=7.33×10-3h2009-38.3

(1)

根据式(1)将2009年的冰面高程校正到与2014年同一水平.

3.3　槽谷形态定量分析方法

为了定量描述冰川横剖面的形态特征,采用Svensson[28]提出的幂函数表达式:

(2)

式中：x和y分别为冰川槽谷横剖面上的点与其最低点之间的水平和垂直距离; a和b为常数,a值表示谷底的开阔程度[29],b值表示谷壁的陡峭程度,该值与冰川的侵蚀能力密切相关[30].b值越大,冰川槽谷越接近于U型(b=2),b值越小,越接近于V型(b=1).通过MATLAB中的lsqcurvefit函数对两侧槽谷分别进行拟合,该方法避免了对公式(2)进行对数转换所引起的误差.引入Graf[30]提出的槽谷宽深比FR = D/W作为对Svensson模型的补充,可以更详细地描述冰川槽谷形态,其中D为冰川槽谷的最大深度,W为冰川横剖面的表面宽度.

4　结果和讨论

4.1　冰川中流线地形特征

沿东支和西支冰川中流线的平均厚度分别为190 m和150 m.东支冰川的最大厚度为261 m,位于海拔4 864 m,而西支的最大厚度只有174 m,所在海拔高度为4 832 m.东、西支冰川表面均较为平缓,沿支冰川纵剖面的平均坡度分别为0.08°和0.09°.东支冰川的冰下地形起伏要远大于西支 (图4b,c),而西支冰川在水平距离2 200～5 500 m范围内厚度变化很小.

为了研究复式冰川汇合区的地形,需要划分支冰川与冰川汇合区.定义两条支冰川交汇时边界处最先接触的点为汇合点,以汇合点为起点,将垂直于冰流线方向的线TC作为支冰川与冰川汇合区的界线 (图4a).东支冰川流入汇合区时,冰川厚度为122 m,接近于局部最小值,之后冰川厚度迅速增大,在汇合区中线处达到162 m (图4b).从西支冰川开始流入汇合区到汇合区中线处,冰川厚度并没有太大变化,该段冰川的平均厚度为157 m (图4c).从冰川汇合区中部往下,冰川厚度逐渐减小.虽然东支冰川的面积、长度和最大厚度均大于西支冰川,但在进入汇合区时,西支冰川中流线上的厚度比东支大40 m (图4b,c).冰川汇合区具有复杂的动力学机制,支冰川进入汇合区后,冰川的内边界条件从冰-岩界面转变为冰-冰界面 (图1,4a),山谷两侧对冰体的侧向约束变小,支冰川边缘的冰开始向汇合区中部流动,冰川冰的横向挤压和纵向拉伸,使得汇合区中部的冰增厚[32-33].

图4　冰川汇合区示意图 (a) 和冰川纵剖面地形图 (b,c)

Fig.4 (a) Schematic illustration of the glacier confluence area; (b,c) the glacier topographies along the center flowline

4.2　冰川槽谷形态特征

我们选择了分布在支冰川和汇合区内的8条雷达实测的横剖面 (图1),海拔范围在4 458～4 966 m 之间,可基本反映老虎沟12号冰川槽谷形态的特征.根据公式 (1)拟合各条横剖面,表1列出了拟合得到的系数a,b和宽深比FR,可看出b值变化于 0.8～1.6 之间,说明b值并不固定,冰川槽谷形态具有较大的空间差异.支冰川内的槽谷形态近似于V型 (图 5,C1～C6剖面),即b值接近于1.C7是获取的最长横剖面,横贯冰川汇合区,剖面的两端受支冰川的影响,而冰川中部则受支冰川交汇的影响.该剖面西侧边坡的坡度很大 (b=1.37),而东侧非常缓和 (b=1.53),剖面底部变得开阔,但中央的底部明显存在过量下蚀中心 (图5,C7剖面),其宽度可达142 m.剖面C8位于冰川汇流后的区域,西侧边坡变得缓和,b值为1.61,而东侧边坡的b值为0.86,b值的差异可能是因为东侧的雷达测厚点大部分集中于冰川中部,使得幂函数模型仅仅拟合了这一部分.

表1　老虎沟12号冰川8条槽谷剖面的形态参数

Table 1 Morphometric parameters of the eight glacier valley cross-profiles of the Laohugou Glacier No.12

分析系数之间的相互关系,可以看出系数b和-ln a存在显著的线性关系 (图6a),其线性表达式为: -ln a = 5.975b -5.215 (相关系数R2=0.976),说明b和-ln a值是相互制约,相互确定的[34].与天山中西部冰川[29]和珠峰东绒布冰川[35]的槽谷形态表达式相比,b和-ln a线性关系式的系数有差异,这种差异与不同地区的气候条件、冰川的热力状况和冰川形态有关.此外b-FR的关系总体呈负相关(图6b),并没有表现出Hirano等[36]提出的FR随b增大而增大的山地冰川模式 (槽谷发育以下蚀作用为主),反而符合其归纳的大陆冰川模式 (槽谷发育以侧蚀作用为主).

冰川对基岩的侵蚀包括磨蚀、拔蚀以及底部融水的物理化学过程等,侵蚀速率与冰川底部和边坡的滑动速率有直接关系[14,37],而支冰川汇合引起的底部冰的垂直辐合也会加强对冰床的侵蚀[32].在消融季,冰川表面融水可通过冰裂隙、冰内水道和竖井等途径进入到冰下水系,这对冰川底部滑动和磨蚀速率有很大影响[38].武震等[39]对老虎沟12 号冰川冰内结构的研究表明东支冰川海拔4 700 m 以下存在暖冰层,而对该冰川的运动观测结果显示汇合口区的夏季运动速度远大于冬季[22],这些观测结果说明老虎沟12号冰川消融区内存在底部滑动,造成了底部和边坡的侵蚀,使得冰川槽谷形态底部变宽,边坡变缓.

5　结论

祁连山老虎沟12号冰川是一个规模较大的典型复式山谷冰川,我们通过探地雷达对该冰川进行了较为详细的探测,分析了该冰川中流线的地形特征,重点研究了支冰川流入汇合区时的地形变化,定量研究了冰川的槽谷形态参数的关系和空间变化,并且给出了这种变化的动力学解释.将雷达测厚结果的主要结论总结如下:

(1) 东支和西支冰川的平均厚度分别为190 m和150 m,而且东支冰川的最大厚度远大于西支,两条支冰川表面都较为平缓.

(2) 东支冰川的冰下地形起伏较大,而西支冰川冰下地形较为缓和.

(3) 东、西支冰川进入汇合区时厚度分别为122 m和157 m,由于支冰川的横向挤压和汇流,汇合区中部冰川厚度增加到162 m.

(4) 冰川槽谷形态存在空间差异.支冰川槽谷形态接近于V型,但在支冰川进入汇合区后,槽谷底部变宽,有不对称槽谷发育.

致谢: 野外观测得到了中国科学院祁连山冰川与生态环境研究站工作人员的大力帮助,并感谢审稿人对本文提出的宝贵意见.

参考文献(References):

[1]　Vaughan D G,Comiso J C,Allison I,et al.Observations: cryosphere[M]//Stocker T F,Qin Dahe,Plattner G K,et al.Climate change 2013: the physical science basis.Contribution of Working Group I to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change.Cambridge,UK: Cambridge University Press,2013: 317-382.

[2]　Scherler D,Bookhagen B,Strecker M R.Spatially variable response of Himalayan glaciers to climate change affected by debris cover[J].Nature Geoscience,2011,4(3): 156-159.

[3]　Yao Tandong,Thompson L,Yang Wei,et al.Different glacier status with atmospheric circulations in Tibetan Plateau and surroundings[J].Nature Climate Change,2012,2(9): 663-667.

[4]　Gardner A S,Moholdt G,Cogley J G,et al.A reconciled estimate of glacier contributions to sea level rise: 2003 to 2009[J].Science,2013,340(6134): 852-857.

[5]　Kaser G,Großhauser M,Marzeion B.Contribution potential of glaciers to water availability in different climate regimes[J].Proceedings of the National Academy of Sciences,2010,107(47): 20223-20227.

[6]　V,Bliss A,Beedlow A C,et al.Regional and global projections of twenty-first century glacier mass changes in response to climate scenarios from global climate m′ V,Bliss A,Beedlow A C,et al.Regional and global projections of twenty-first century glacier mass changes in response to climate scenarios from global climate models[J].Climate Dynamics,2013,42(1/2): 37-58.

[7]　Zhang Tong,Xiao Cunde,Colgan W,et al.Observed and modelled ice temperature and velocity along the main flowline of East Rongbuk Glacier,Qomolangma (Mount Everest),Himalaya[J].Journal of Glaciology,2013,59(215): 438-448.

[8]　Zekollari H,Fürst J J,Huybrechts P.Modelling the evolution of Vadret da Morteratsch,Switzerland,since the Little Ice Age and into the future[J].Journal of Glaciology,2014,60(224): 1155-1168.

[9]　Zhu Meilin,Yao Tandong,Yang Wei,et al.Ice volume and characteristics of sub-glacial topography of the Zhadang Glacier,Nyainqêntanglha Range[J].Journal of Glaciology and Geocryology,2014,36(2): 268-277.[朱美林,姚檀栋,杨威,等.念青唐古拉山扎当冰川冰储量估算及冰下地形特征分析[J].冰川冻土,2014,36(2): 268-277.]

[10] Zhu Dayun,Tian Lide,Wang Jianli,et al.The Qiangtang Glacier No.1 in the middle of the Tibetan Plateau: Depth sounded by using GPR and volume estimated[J].Journal of Glaciology and Geocryology,2014,36(2): 278-285.[朱大运,田立德,王建力,等.青藏高原中部双湖羌塘1号冰川厚度特征及冰储量估算[J].冰川冻土,2014,36(2): 278-285.]

[11] Moore J C,P?lli A,Ludwig F,et al.High-resolution hydrothermal structure of Hansbreen,Spitsbergen,mapped by ground-penetrating radar[J].Journal of Glaciology,1999,45(151): 524-532.

[12] Pattyn F.Transient glacier response with a higher-order numerical ice-flow model[J].Journal of Glaciology,2002,48(162): 467-477.

[13] Flowers G E,Roux N,Pimentel S,et al.Present dynamics and future prognosis of a slowly surging glacier[J].The Cryosphere,2011,5(1): 299-313.

[14] Harbor J M.Numerical modeling of the development of U-shaped valleys by glacial erosion[J].Geological Society of America Bulletin,1992,104(10): 1364-1375.

[15] Harbor J M.Development of glacial-valley cross sections under conditions of spatially variable resistance to erosion[J].Geomorphology,1995,14(2): 99-107.

[16] Nye J F.The flow of a glacier in a channel of rectangular,elliptic or parabolic cross-section[J].Journal of Glaciology,1965,5(41): 661-690.

[17] Adhikari S,Marshall S J.Parameterization of lateral drag in flowline models of glacier dynamics[J].Journal of Glaciology,2012,58(212): 1119-1132.

[18] Yang Zhenniang.Glacier water resources of Qilian Mountains[J].Journal of Glaciology and Geocryology,1988,10(1): 36-46.[杨针娘.祁连山冰川水资源[J].冰川冻土,1988,10(1): 36-46.]

[19] Tian Hongzhen,Yang Taibao,Liu Qinping.Climate change and glacier area shrinkage in the Qilian Mountains,China,from 1956 to 2010[J].Annals of Glaciology,2014,55(66): 187-197.

[20] Sun Weijun,Qin Xiang,Ren Jiawen,et al.The surface energy budget in the accumulation zone of the Laohugou Glacier No.12 in the Western Qilian Mountains,China,in summer 2009[J].Arctic,Antarctic,and Alpine Research,2012,44(3): 296-305.

[21] Sun Weijun,Li Yan,Qin Xiang,et al.Characteristics of micrometeorological elements in accumulation zone of Laohugou Glacier No.12 in Qilian Mountains[J].Plateau Meteorology,2013,32(6): 1673-1681.[孙维君,李艳,秦翔,等.祁连山老虎沟12号冰川积累区微气象特征[J].高原气象,2013,32(6): 1673-1681.]

[22] Liu Yushuo,Qin Xiang,Du Wentao,et al.The movement features analysis of Laohugou Glacier No.12 in Qilian Mountains[J].Sciences in Cold and Arid Regions,2011,3(2): 119-123.

[23] Huang Maohuan,Wang Zhongxiang,Ren Jiawen.On the temperature regime of continental-type glaciers in China[J].Journal of Glaciology,1982,28(98): 117-128.

[24] Qin Xiang,Chen Jizu,Wang Shengjie,et al.Reconstruction of surface air temperature in a glaciated region in the western Qilian Mountains,Tibetan Plateau,1957-2013 and its variation characteristics[J].Quaternary International,2015,371: 22-30.

[25] Du Wentao,Qin Xiang,Liu Yushuo,et al.Variation of the Laohugou Glacier No.12 in 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.]

[26] Sun Weijun,Qin Xiang,Du Wentao,et al.Ablation modeling and surface energy budget in the ablation zone of Laohugou Glacier No.12,western Qilian mountains,China[J].Annals of Glaciology,2014,55(66): 111-120.

[27] Chen Jizu,Qin Xiang,Wu Jinkui,et al.Simulating the energy and mass balances on the Laohugou Glacier No.12 in the Qilian Mountains[J].Journal of Glaciology and Geocryology,2014,36(1): 38-47.[陈记祖,秦翔,吴锦奎,等.祁连山老虎沟12号冰川表面能量和物质平衡模拟[J].冰川冻土,2014,36(1): 38-47.]

[28] Svensson H.Is the cross-section of a glacial valley a parabola?[J].Journal of Glaciology,1959,3(25): 362-363.

[29] Li Yingkui,Liu Gengnian,Cui Zhijiu.Glacial valley cross-profile morphology,Tian Shan Mountains,China[J].Geomorphology,2001,38(1): 153-166.

[30] Li Yingkui,Liu Gengnian,Cui Zhijiu.The morphological character and paleo-climate indication of the cross section of glacial valleys[J].Journal of Basic Science and Engineering,1999,7(2): 163-170.[李英奎,刘耕年,崔之久.冰川槽谷横剖面形态特征的古环境标志再探讨[J].应用基础与工程科学学报,1999,7(2): 163-170.]

[31] Graf W L.The geomorphology of the glacial valley cross section[J].Arctic and Alpine Research,1970: 303-312.

[32] Gudmundsson G H,Iken A,Funk M.Measurements of ice deformation at the confluence area of Unteraargletscher,Bernese Alps,Switzerland[J].Journal of Glaciology,1997,43(145): 548-556.

[33] Gudmundsson G H.A three-dimensional numerical model of the confluence area of Unteraargletscher,Bernese Alps,Switzerland[J].Journal of Glaciology,1999,45(150): 219-230.

[34] Li Yingkui,Liu Gengnian.Discussion on the cross section features of glacial valley[J].Journal of Glaciology and Geocryology,2000,22(2): 171-177.[李英奎,刘耕年.冰川槽谷横剖面形态特征探析[J].冰川冻土,2000,22(2): 171-177.]

[35] Zhang Tong,Xiao Cunde,Qin Xiang,et al.Ice thickness observation and landform study of East Rongbuk Glacier,Mt.Qomolangma[J].Journal of Glaciology and Geocryology,2012,34(5): 1059-1066.[张通,效存德,秦翔,等.珠穆朗玛峰东绒布冰川厚度测量与地形特征分析[J].冰川冻土,2012,34(5): 1059-1066.]

[36] Hirano M,Aniya M.A rational explanation of cross-profile morphology for glacial valleys and of glacial valley development[J].Earth Surface Processes and Landforms,1988,13(8): 707-716.

[37] Hallet B.A theoretical model of glacial abrasion[J].Journal of Glaciology,1979,23: 39-50.

[38] Beaud F,Flowers G E,Pimentel S.Seasonal-scale abrasion and quarrying patterns from a two-dimensional ice-flow model coupled to distributed and channelized subglacial drainage[J].Geomorphology,2014,219: 176-191.

[39] Wu Zhen,Zhang Shiqiang,Liu Shiyin,et al.Structural characteristics of the No.12 Glacier in Laohugou Valley,Qilian Mountain based on the ground penetrating radar combined with FDTD simulation[J].Advances in Earth Science,2011,26(6): 631-641.[武震,张世强,刘时银,等.祁连山老虎沟12号冰川冰内结构特征分析[J].地球科学进展,2011,26(6): 631-641.]

Ice depth and glacier-bed characteristics of the Laohugou Glacier No.12, Qilian Mountains,revealed by ground-penetrating radar

WANG Yuzhe1,2,REN Jiawen1,QIN Xiang1,LIU Yushuo1,ZHANG Tong3,CHEN Jizu1,2,LI Yawei2,4,QIN Dahe1

(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 Academy of Sciences,Beijing 100049,China; 3.Chinese Academy of Meteorological Sciences,Beijing 100081,China; 4.Institute of Tibetan Plateau Research,Chinese Academy of Sciences,Beijing 100101,China )

Abstract：The bed elevation and ice depth of a mountain glacier are important boundary conditions for numerical ice flow modelling,which can be used to project future glacier evolution under a changing climate.In the ablation seasons of 2009 and 2014,ground-penetrating radar sound was carried out on the Laohugou Glacier No.12,Qilian Mountains.The glacier depth and bed topography along the centerlines and glacier cross-sections were obtained.The characteristics of ice depth change along the centerlines were studied and the shapes of cross-section profiles were quantitatively analyzed.The sound results show that the average ice depths along the centerlines of the eastern tributary (ET) and the western tributary (WT) were about 190 m and 150 m,respectively.The ET′s bed topography was in general more rugged than that of WT,while surface slopes of both tributaries were gentle.When tributaries entered the confluence area,the ice depths of ET and WT were 122 m and 157 m,respectively.Due to transverse compression and convergence from the two tributaries,the ice depth increased to 162 m at the center of the confluence area.The form of glacial valley had spatial variation and were in general closer to V-shape.However,the valley of the confluence area had widened,and the glacial troughs developed more asymmetric.

Key words：Laohugou Glacier No.12; ground-penetrating radar; glacial trough; bed topography

doi：10.7522/j.isnn.1000-0240.2016.0004

Wang Yuzhi,Ren Jiawen,Qin Xiang,et al.Ice depth and glacier-bed characteristics of the Laohugou Glacier No.12,Qilian Mountains,revealed by ground-penetrating radar[J].Journal of Glaciology and Geocryology,2016,38(1): 28-35.[王玉哲,任贾文,秦翔,等.祁连山老虎沟12号冰川雷达测厚和冰下地形特征研究[J].冰川冻土,2016,38(1): 28-35.]

收稿日期：2015-11-06;

修订日期：2015-12-14

基金项目：国家重点基础研究发展计划(973计划)项目(2013CBA01801)资助

作者简介：王玉哲(1987-),男,山东济南人,2013年在中国科学院寒区旱区环境与工程研究所获硕士学位,现为在读博士研究生,从事冰川动力学模拟研究.E-mail: wangyuzhe@lzb.ac.cn.

中图分类号：P343.6

文献标志码：A

文章编号：1000-0240(2016)01-0028-08