冰川作为地球表层自然系统的重要组成要素之一,冰川变化反映了地球气候系统五大圈层间密切而复杂的相关联系和相互作用,被认为是天然的气候指示计。受全球气候变暖影响,进入21世纪以来,世界各地出现了史无前例的冰川退缩。冰川物质平衡作为定量刻画冰川消融的重要指标,代表了冰川上物质收入与支出之间的关系,是冰川对气候变化即时的响应,目前对于冰川物质平衡的评估主要基于冰川学方法和大地测量法进行,其中精确的冰川空间范围是准确测算物质平衡的基础,为此本文首先选用2017年最新编制的Randolph Glacier Inventory(RGI6.0)来衡量全球山地冰川资源分布及变化,其次大尺度的冰川物质平衡评估还需要高分辨率的DEM产品来支撑,机载三维激光扫描技术是当前高精度点云数据获取的不二选择,但由于机载激光扫描成本高昂,本文研究中仅以2012年黑河计划项目中取得的祁连山葫芦沟流域激光点云数据为样本来论述其在冰川物质平衡监测中的应用,从而在全球与流域两种不同空间尺度上围绕冰川对于气候变化响应的核心环节——冰川物质平衡开展了冰川变化方面的研究工作,取得了以下结论:(1)基于2017发布的RGI6.0全球山地冰川编目数据,系统阐释了山地冰川资源分布的现状特征。全球范围内共发育山地冰川约215547条,总面积达705739±4.2%km~2,分布在19个一级冰川区域,冰川数量和面积分别以面积等级<1 km~2的冰川(79.15%)和面积等级>100 km~2的冰川(54.87%)为主。全球尺度上冰川面积随海拔分布的高程曲线受南极周边岛屿区庞大体量影响而偏向于低海拔地带,约80%分布在海拔2000 m以下,最大面积高度带仅为300 m左右。平均坡度在30°以内的冰川数量和面积达到全球总量的76.6%和97.8%,冰川朝向上半球差异十分显著,北半球冰川区面积以朝N向为主,而南半球冰川区面积则以朝S向为主。(2)结合IPCC第五次评估报告及近期冰川变化文献,初步量化了全球山地冰川面积退缩量。近半个世纪以来全球山地冰川区面积经历了强烈亏损,退缩率达11.3%,1960年以来的年均退缩率约0.35%,区域间退缩幅度差异显著,退缩速率最快的低纬度地区超出最慢的加拿大北极北部地区达30倍。同时,全球尺度上山地冰川空间结构稳定性已十分脆弱,未来相当长一段时间内冰川仍极有可能维持消融退缩趋势。(3)基于2012年运12飞机航空遥感所测机载激光点云数据,在LIDAR DEM生成基础上,通过与SRTM DEM进行空间配准和垂直分辨率的校正,采用大地测量法完成了葫芦沟流域冰川物质平衡计算及误差评估。2000-2012年流域冰川表面高程平均下降9.55 m,进行密度转化后得到冰川累积物质平衡为-8.12±1.59 m w.e.,折合水当量(860.72±168.54)×10~4 m~3。通过参照冰川上的对比表明,基于机载激光点云数据的大地测量法冰川物质平衡同实测冰川学结果相差仅0.1 m w.e,证实了机载激光点云数据在冰川物质平衡监测中的高精度优势。进一步分析相邻气象台站监测资料,发现上世纪60年代以来气温的持续上升,特别是2000年后的加速升高和同期降水量的减少是导致流域冰川退缩的主要原因。本文研究通过探索全球山地冰川编目和机载激光点云数据在冰川变化中的应用,为相关研究提供了新的数据支撑和方法参考,但由于目前缺乏多期冰川编目可供比较,尚不能对全球山地冰川变化做出权威性评估,通过总结典型冰川区研究结果从而更加科学地衡量全球尺度冰川变化仍将是本文今后研究的重点,另一方面,考虑到机载激光点云数据获取成本高昂,开展地基三维激光扫描和高精度星载微波雷达数据的引入将成为今后大地测量法监测冰川物质平衡的主要数据源。而进一步从冰川学研究的本质来看,尽管遥感技术可以取得针对冰川变化结果的准确认知,但却无法全面揭示冰川变化的内在机制,遥感方法与能量—物质平衡模型的结合是本文后续的研究方向。