基于多源遥感数据的格拉丹东冰川变化监测

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山地冰川是气候与地形共同作用的产物,作为冰冻圈的主要组成部分,对气候的反应非常敏感。在全球变暖的背景下,我国冰冻圈内的山地冰川已经显著萎缩。位于唐古拉山西段的格拉丹东区域,是我国三江源地区山地冰川的主要发育地区之一,其发展变化对该地区水资源循环和生态环境变化等产生重要影响。利用遥感手段监测冰川时空变化,探究其变化趋势与驱动机制,能够为该区域生态资源的可持续开发提供科学依据和决策支持。本文以格拉丹东冰川作为研究区,基于光学遥感数据Landsat、微波遥感数据Sentinel-1A、数字高程模型等多源遥感数据,结合GIS手段,对该区域冰川的面积、物质平衡和运动速率等关键参数变化进行监测。论文的主要内容和成果如下:(1)提取了格拉丹东冰川的边界与面积。基于Landsat光学影像和波段比值法提取了格拉丹东冰川边界,通过目视解译和冰川编目数据对提取结果进行修正,得到1999、2010、2020年三期冰川边界和面积。结果表明:2020年格拉丹东共有冰川251条,总面积为887.46km~2。研究时段格拉丹东冰川整体呈退缩趋势,面积共减少53.86km~2,占1999年冰川面积的5.72%,年均退缩率为0.27%/a。1999~2010年与2010~2020年冰川年均退缩率分别为0.23%/a、0.30%/a,呈现出明显的加速退缩趋势。研究区冰川退缩主要发生在面积规模2-50km~2、坡度0~15°和海拔5900m以下的区域,且偏东朝向的冰川退缩率要大于偏西朝向。(2)估算了格拉丹东冰川的厚度变化和物质平衡。基于多源DEM数据和大地测量法估算了该区域冰川在1999-2010年间厚度变化和物质平衡。结果显示:格拉丹东冰川在1999-2010年间整体一直处于消融状态,冰川厚度平均减薄量为4.31±0.56m,平均物质平衡为-0.33±0.04m w.e.·a-1,冰川整体上处于明显的负平衡状态。格拉丹东地区冰川物质平衡空间差异性较大,北、西、东北和西北朝向的冰川负物质平衡要强于南、西南、东南和东朝向,可能与冰川冰舌长度和区域降水有关。(3)获取了格拉丹东冰川的表面流速。基于Sentinel-1A数据和偏移跟踪法获取了格拉丹东冰川2017-2020年表面运动速度分布特征。结果表明:格拉丹东冰川在四个时间段的表面运动速率分别为:2017年0~492.32m/a、2018年0~495.17m/a、2019年0~489.52m/a、2020年0~467.12m/a,各年份冰川表面流速平均值分别为93.29m/a、92.51m/a、90.62m/a、89.05m/a,呈逐年递减趋势。在空间分布上,冰川表面流速高值区基本都集中在海拔及坡度变化剧烈的冰川上游区域,流速低值区多分布在地势比较平坦的冰川下游冰舌区域。(4)结合气候变化特征,探讨冰川变化与气候响应关系。近20年来,格拉丹东地区气温显著上升,而降水增加趋势并不明显,微弱的降水并不能抵消气温上升对冰川变化的影响。因此,分析认为气温上升很可能是导致格拉丹东冰川加速退缩、物质亏损及表面流速降低等变化的主要气候因素。
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