基于MODIS数据的近20年青藏高原冰川表面温度与反照率时空变化特征研究

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全球变暖背景下,中国青藏高原冰川出现不同程度的退缩趋势,冰川表面温度与反照率的反馈机制被认为是冰川加速退缩的主要原因之一。冰川表面温度决定着冰川表面热力状况分布和消融状态,冰川表面反照率是控制冰川表面能量收支过程的关键性参数,二者对研究气候变化下冰川的响应和建立冰川能量-物质平衡模型具有重要意义。因此有必要开展青藏高原冰川表面温度和反照率的时空变化特征和影响因素的研究,为青藏高原冰川变化和物质平衡研究提供科学依据。目前,卫星遥感数据具有易获取、时间长、范围广的特点,已广泛的应用于冰川表面温度和反照率时空变化研究。本文以EOS-MODIS卫星MOD11A1地表温度数据和MOD10A1积雪反照率数据为主要数据源,基于中国第二次冰川编目资料提取青藏高原冰川表面温度和反照率,对2001-2018年青藏高原冰川表面温度和冰川反照率分别通过像元尺度和流域尺度分析的年、季节和月时空分布特征,并分析冰川表面温度和反照率之间关系。主要得出以下结论:(1)2001-2018年青藏高原冰川表面温度年际变化呈升高趋势,速率为0.41℃/10a,2002年是表面温度相对最低的年份,2017年为相对最高的年份;2001-2018年青藏高原冰川反照率呈降低趋势,速率为-0.012/10a。青藏高原冰川表面温度和反照率呈显著负相关,2001-2018年期间年际相关系数为-0.62(p<0.05),春季相关系数为-0.82(p<0.05),夏季相关系数为-0.79(p<0.05),秋季相关系数为-0.85(p<0.05),冬季相关系数为-0.27。(2)基于像元尺度的青藏高原冰川表面温度和反照率空间分布存在明显差异。整体上,青藏高原南部冰川表面温度升温速率高于北部冰川,北部冰川反照率降低速率低于青藏高原南部冰川。不同季节冰川表面温度和反照率同样具有明显的空间分布差异,其中冬季表面温度和春季反照率空间分布差异最为明显。青藏高原北部、南部冰川的表面温度和反照率有不同的月变化特征。(3)选取10条典型冰川分析其表面温度和反照率时空变化特征。不同类型及区域冰川的表面温度和反照率的平均值和年际变化速率存在明显空间分布特征。青藏高原北部的极大陆型冰川反照率较高,反照率年际降低速率较小,冰川表面温度低于南部的海洋型冰川;青藏高原东南部的海洋型冰川其反照率较低,其反照率年际降低速率较大,同时冰川表面温度大部分较高,而且升温速率远高于北部冰川。(4)基于流域尺度将青藏高原分为11个流域,分别计算各流域冰川表面温度和反照率的年际及季节变化速率。冰川物质平衡与冰川反照率之间有一定正相关关系,冰川反照率降低速率较高的流域,其物质平衡亏损往往严重,例如位于青藏高原东南部的雅鲁藏布江流域和萨尔温江流域。(5)根据不同类型冰川,统计青藏高原冰川表面温度和反照率随海拔的变化速率。在4000-7000m海拔区间,海洋型冰川、亚大陆型冰川和极大陆型冰川表面温度主要呈升温趋势,随海拔增加,表面温度升温速率逐渐降低;各类型冰川反照率均呈降低趋势,随海拔增加,反照率降低速率逐渐减缓。冬季不仅是各海拔带表面温度升温速率最高季节,也是反照率降低速率最大季节。
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