【类型】期刊

【作者】井哲帆，周在明，刘力（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；中国地质科学院）

【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；中国地质科学院

【刊名】冰川冻土

【关键词】 发展历史；运动速度；运动规律；监测方法

【资助项】国家重点基础研究发展计划（973计划）项目　　（2007CB411501）；中国科学院创新团队国际合作伙伴计划项目　　（CXTD-Z2005-2）

【ISSN号】1000-0240

【页码】P749-754

【年份】2019

【期号】第4期

【期刊卷】1;|7;|8;|2

【摘要】我国开展冰川运动速度研究已有50a的历程,依国内现有的山谷冰川运动速度资料为基础,分析研究了中国冰川运动速度的研究现状与取得的主要成果,总结了冰川运动监测的技术方法.结果表明:各大山系的冰川运动速度都在逐渐减小,但减小幅度不同,这与冰川的规模相关.监测方法上以实地测量为主也不断发展新的空间监测方法.未来应该加强冰川运动的机理研究,多种观测方法综合应用于冰川运动监测,保证资料的连续性与完整性.

【全文】 文献传递

中国冰川运动速度研究进展

井哲帆1， 周在明2， 刘 力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.中国地质科学院，北京 100037）

摘 要：我国开展冰川运动速度研究已有50a的历程，依国内现有的山谷冰川运动速度资料为基础，分析研究了中国冰川运动速度的研究现状与取得的主要成果，总结了冰川运动监测的技术方法.结果表明：各大山系的冰川运动速度都在逐渐减小，但减小幅度不同，这与冰川的规模相关.监测方法上以实地测量为主也不断发展新的空间监测方法.未来应该加强冰川运动的机理研究，多种观测方法综合应用于冰川运动监测，保证资料的连续性与完整性.

关键词：发展历史；运动速度；运动规律；监测方法

0 引言

冰川运动速度的研究是冰川学的一个重要分支.冰川或冰盖内部的冰，由于受到重力的驱动作用发生着沿坡向下的位移；此外，冰川还可能发生底部运动包括在下伏基岩上发生的滑动与底部沉积层变形造成的运动.这两种运动过程构成了冰川运动的主要形式［1］，运动是冰川区别于其它自然冰体的主要标志之一［2］.冰川运动速度的产生是多种自然因素及冰川本身时空可变性的综合结果［3］.研究冰川运动以便掌握冰川的运动规律，为人类如何利用这些冰川（淡水库），为研究冰川的变化和分析驱动大气环流的动力机制，研究冰川演变历史为冰川的综合科学考察研究提供科学依据［4］.此外，认识冰川运动速度和速率变化的规律，对冰川灾害的预测预报及冰川变形条件的研究都具有重要的意义［5］.

中国发育有大量的山地冰川，在全球冰川研究中占据重要的地位，中国从冰川学创建的初期就把冰川运动的观测作为重要的研究内容［6］.自20世纪50年代以来，我国科学工作者对天山、祁连山、喜马拉雅山、念青唐古拉山、横断山等地区部分冰川进行了冰川运动的观测研究，总结了不同环境，不同形态和不同类型冰川的运动特征.

本文依据笔者的实际工作与目前为止的观测研究结果，就中国冰川运动速度分布进行概括，对中国冰川运动研究中存在的问题进行讨论.

1 冰川运动速度研究发展过程

中国西部具有世界上最高最大的山地和高原，提供了冰川发育的有利条件，成为世界上山谷冰川最发达的国家之一［7］.从20世纪50年代的中国西部登山队的科学考察到60年代中国科学院兰州冰川冻土研究所成立，再到2007年冰冻圈科学国家重点实验室成立，中国的冰川学研究在各个领域蓬勃发展.

中国的冰川运动观测研究开始较晚，回顾中国冰川观测研究的发展历史，可以从时间上分为四个阶段：1958－1961年的草创阶段，这个阶段以大协作的方式进行冰川资源调查；1962－1965年的巩固提高阶段，组建小规模的专业研究队伍在天山乌鲁木齐着重冰川物理方面的研究，培养了一批青年冰川工作者，完成了一些阶段性文章成果，把中国冰川学水平提高了一步；1966－1977年的停滞和复苏阶段，这一阶段后期中国的科学事业逐步走向正轨，冰川工作也开始复苏；1978年至今是稳定发展的新时期［8］.

2 冰川运动速度研究的现状

2.1 天山山区

天山乌鲁木齐河源1号冰川（以下简称1号冰川）是我国境内观测资料最完善、连续性最好的冰川，运动速度观测始于1959年［9］，连续观测始于1980年［10］.2006年开始了月间运动速度观测［11］，并进行了冰川运动速度的动力学模式研究［12］.1999年开始对天山奎屯河哈希勒根51号冰川的运动速度进行持续观测研究［13］.对1号冰川的研究发现（图1a），时间上看运动速度在观测期间持续减小，速度值变化在4.4～8.6m·a－1间［14］；速度的季节变化主要发生在春末到夏末期间.月间运动速度的观测研究表明，运动速度最大值出现在5－7月间，7月份以后运动速度开始减小，冰川厚度的改变是速度时间变化的原因.高度变化上，表现出山谷冰川的特点，即中间断面运动快而两端断面速度慢，越靠近冰体两端运动速度越低，其原因是冰川厚度、冰面坡度及冰川基岩形态等综合作用的结果［11－15］.哈希勒根51号冰川的年平均运动速度不大（图1b），其速度值在1.5～3.1m·a－1之间，最大速度出现在冰川中间断面，冰川厚度的减薄是运动速度逐渐减小的原因.该冰川运动速度的水平分布表现为速度矢量基本向主流线幅合，或平行于主流线［13－16］.研究发现，1号冰川的运动速度是持续降低的，而奎屯河哈希勒根51号冰川表面运动速度的年际变化不大但整体也呈现逐渐降低的趋势（图1）.总结1号冰川和奎屯河哈希勒根51号冰川运动速度变化的特点可以得出，天山山区冰川的运动速度保持着比较缓慢地逐渐减小的运动特征，冰川厚度持续减薄是速度改变的原因，冰川规模的不同是速度差异的主要影响因素.

2.2 祁连山山区

20世纪60、70年代对祁连山山区的大雪山老虎沟12号冰川、七一冰川、羊龙河5号冰川、水管河4号冰川进行了运动速度的观测研究，2005起对老虎沟12号冰川、七一冰川恢复运动速度观测.其中，七一冰川是中国第一条进行冰川运动系统研究的冰川.2009年中国科学院祁连山冰川与生态研究站成立为祁连山区冰川运动速度观测研究提供了更加有利的条件.

研究发现（表1），自1958年以来，祁连山区的冰川运动速度均在减小，不同规模的冰川“老虎沟12号冰川”与“七一”冰川运动速度的变化趋势是一致的.根据观测记录，冰川运动速度的最大值出现在冰川运动观测的初期，此后逐渐减小.大雪山老虎沟12号冰川的最大运动速度为1960－1961年的36.0m·a－1，七一冰川最大运动速度为1958年的16m·a－1，羊龙河5号冰川最大运动速度1977－1978年9.0m·a－1，水管河4号冰川最大运动速度发生在1963年18.7m·a－1（表1）.与同期的天山山区冰川比较，老虎沟12号冰川的运动速度明显大于1号冰川与奎屯51号冰川，这与冰川规模相关.祁连山山区的冰川，其表面运动速度的分布符合于一般山谷冰川的运动模式，即在冰川中部快，两侧慢，流速最快处在冰舌的上中部.

2.3 喜马拉雅山山区

20世纪50—60年代有过珠穆朗玛峰绒布冰川的运动速度观测资料，1997—1999年和2004—2006年又进行了观测.喜马拉雅山枪勇冰川在20世纪70年代中国科学院青藏高原综合考察队就有观测记录，2005年至今持续观测研究.

研究发现，珠穆朗玛峰绒布冰川的运动速度持续降低，20世纪60年代后期至90年代末，其运动速度变化有一个较大的减缓过程.枪勇冰川的运动速度也是在逐渐减小，近年来运动速度减缓缓慢.

2.4 念青唐古拉山山区

2006—2007年，对帕隆4号和帕隆94号冰川进行了运动速度的观测.结果表明，帕隆4号冰川年最大运动速度为86.3m·a－1，向冰舌末端方向的15.1m·a－1是逐渐减小的；帕隆94号冰川的年最大表面运动速度值18.4m·a－1，也在冰舌的中上部，向冰舌末端方向的7.5m·a－1逐渐减小.运动速度的方向与冰川主流线的方向是一致向下的，表现为一般山谷冰川的运动特征.两条冰川所在地区相同，造成运动速度差别的原因是冰川的规模大小不同，帕隆4号冰川的规模大于帕隆94号冰川.2008年对冬克玛底冰川的雷达干涉测量发现［17］，该冰川的冰流模式十分复杂，由于冰流受周围地形的影响，冰流的运动方向和大小都会有比较大的变化.冰川表面冰流的运动大体上是沿着高山的走势来运动的，但是由于冰川表面地形的不规则性，也会使冰流的速度在局部发生改变.冬克玛底冰川平均运动速度3.1m·a－1.

2.5 横断山山区

与前面所述的大陆型冰川不同，海螺沟冰川是贡嘎山地区一条具有代表性的典型的温性冰川.在1981—1983年间对该冰川进行了运动速度的观测，1990—1991年和1996—1997年又分别在冰舌上进行了约一年的观测，得到了冰舌表面的年流速.该冰川冰舌中部（海拔3 550m）的平均流速为155.3 m·a－1，最大速度达188.8m·a－1，远大于同规模的大陆型冰川.表面速度分布符合一般山谷冰川的规律，即在横断面中央最大，两侧较小，并向下游递减.与20世纪80年代初的观测结果相比，运动速度有所衰减.同一时期不同断面的运动速度既有增大又有减小，整体运动速度较大.该冰川运动速度要比同等规模的冷性冰川快，是一条活动性很强的冰川［18－19］.

2.6 冰原冰帽

2000年对位于青藏高原腹地的普若岗日冰原进行了运动速度观测研究［20］.与青藏高原其它大陆性冰川的运动速度相比，普若岗日冰原的运动速度是较小的，最大值为3.7m·a－1，而珠穆朗玛峰东绒布冰川1998—1999年的最大运动速度为32.3 m·a－1.普若岗日冰原反映出极大陆型冰帽的运动特征：运动速度值自顶部向冰川边沿方向逐渐增大，至平衡线附近运动速度到最大，自平衡线向边沿方向运动速度又逐渐减小，运动方向发散，指向低处.

3 冰川运动速度研究取得的成果

3.1 冰川运动规律的认识

根据对我国不同区域山谷冰川的运动速度观测研究，我们发现：虽然各山区的冰川运动速度不同，但运动速度都是在逐渐减小的.这与冰川规模大小关系明显，规模大的冰川运动速度值大，规模小的冰川运动速度值小.天山山区冰川运动速度整体保持着比较缓慢地逐渐减小的运动特征，祁连山区冰川运动速度整体上比天山山区冰川大，这与冰川规模相关.喜马拉雅山区冰川自1990年代以来运动速度减幅较小，运动相对平稳.念青唐古拉山山区冰川规模对运动速度差异影响较大，横断山区的海洋性冰川运动速度较大.冰原运动速度自平衡线向边沿方向减小，运动方向发散指向低处，整体上运动速度值较小.

1982年黄茂桓等［2］就对我国大陆性冰川运动的特征作了规律总结：1）积累区为拉伸运动区，消融区为压缩运动区，平衡线附近运动速度最高.但某些大冰川由于槽谷坡度变化复杂，槽谷拐弯，支冰川汇入等因素的作用，运动速度场的分布要比上述分析情况复杂.凡是断面缩窄，纵坡变陡，都会促使运动加速，反之则运动减慢；2）冰川主流线（最大速度线）接近冰川几何中心线，但比几何中心线更为弯曲，在弯道上主流线偏于中心线外侧；3）冰川积累区UZ（沿竖直方向的运动速度）为下降流，运动矢量向主流线辐合；在消融区UZ为上升流，运动矢量相对主流线辐散；4）运动矢量方向年际变化不大，在祁连山、天山冰川运动资料中，发现各时段测得的运动方向之差，一般不超过10°.

此外，根据施雅风等［7］对中国冰川的划分，黄茂桓等［2］认为：1）大陆型冰川和海洋型冰川相比，大陆性冰川流速显著低于海洋型冰川；2）极大陆型冰川与亚大陆型冰川相比，亚大陆型冰川运动速度较高；3）对地理位置大致相同并且类型相同的冰川而言，大冰川比小冰川的运动速度要大.

3.2 冰川运动监测方法的掌握

实地测量方法，由经纬仪到GPS在我国冰川运动速度研究中广泛应用［13－16］.光学遥感数据通过使用一定大小的格网对图像进行分割，分割出的子图像到另一幅图像中做相关分析，获取最大相关点，以解算冰川运动，该方法已经应用于天山与青藏高原等地区［21－23］.近年来由于雷达数据和短时间间隔的ERS tandem数据在冰流速度提取中的优势明显［24］，2009年周建民等［17］采用一对L波段ALOS／PALSAR雷达数据利用两轨法差分干涉测量技术首次提取山谷冰川运动速度，并根据提取的冰川流速分析冰川表面冰流运动的特点.

4 总结与讨论

（1）在不同区域冰川运动速度的分布与大小都有一定的差异.山谷冰川运动速度的大小是冰川规模、冰川厚度、冰面坡度及冰川基岩形态等因素综合作用的结果.怎样定量的解释冰川运动速度的大小与分布，深入冰川运动的机理研究是冰川运动速度研究的一个重点问题，从冰川表面向冰川内部和底部的运动状态的研究应是今后冰川运动研究丞待解决的问题.

（2）在冰川运动监测方法方面，由传统的实地测量向空间测量（光学遥感、雷达干涉）方向发展.实地测量方法虽然精度高但受气候与地理环境的影响较大，空间遥感测量方法能提供大尺度数据覆盖和高分辨率影像但受云量、冰面反射率及成像季节的影响较大，此外解译者的数据处理能力也会影响研究的精度.因此，多种方法的组合应用在冰川运动监测中是非常重要.如，实地的运动速度测量可以为遥感分析提供基准，多光谱影像可以辅助雷达影像分析等.

（3）冰川连续观测记录的数量少，年份短，实测资料不足（与冰川运动相关的资料如冰川地形、冰川厚度、冰川物质平衡、气温降水等）.我国冰川监测始于20世纪50年代末，监测的数量也较少，实测资料的缺乏使得我国的冰川运动研究在时间上大多局限于近几十年，在空间上主要集中于几个典型的冰川区域.因此，实测资料不足是冰川运动研究的一个重要制约点，今后应加强支持若干典型冰川的长期监测.

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Progress of the Research on Glacier Velocities in China

JING Zhe－fan1， ZHOU Zai－ming2， LIU Li1
（1.State Key Laboratory of Cryosphereic Sciences，Cold and Arid Regions Environmental and Engineering Research Institute，Chinese Academy of Sciences，Lanzhou Gansu 730000，China；2.Chinese Academy of Geological Sciences，Beijing100037，China）

Abstract：Glacier velocities have been researched for nearly 50years in China.But there is no scientific summarization about glacier velocities.In this paper，the current study status，research achievements，and surveying technology about glacier velocities are summed up.In general，China＇s valley glacier velocities are decreasing，with a local difference，which is related to the difference in glacier size.Land－based survey is the basic monitoring method，and advanced aerial methods are adopted by degrees.It is necessary to strengthen ice movement mechanism study，to use ground and aerial observation methods synthetically to monitor glacier movement，and to ensure the continuity and integrality of the surveyed data.

Key words：development history；glacier velocity；flow law；surveying methods

中图分类号：P343.6

文献标识码：A

文章编号：1000－0240（2010）04－0749－06

收稿日期：2009－11－11；

修订日期：2010－03－02

基金项目：国家重点基础研究发展计划（973计划）项目（2007CB411501）；中国科学院创新团队国际合作伙伴计划项目（CXTD－Z2005－2）资助

作者简介：井哲帆（1963－），男，陕西浦城人，副研究员，2007年在中国科学院寒区旱区环境与工程研究所获博士学位，主要从事冰川变化研究.E－mail：jingzf＠lzb.ac.cn