基于高时空分辨率遥感资料的祁连山冰川物质平衡过程研究

Research on the process of glacier mass balance is one of the most basic issues in glaciology, which, however, was previously carried out on individual glaciers via field observations, making it difficult to evaluate the effect of glacier-fed water resources at the basin scale. This project combines high-resolved remote sensing data (including ZY-3, TanDEM-X, and SOPT 7) and field observations in order to establish a practical remote sensing based approach to analyzing the process of glacier mass balance at the basin scale. The instance glaciers involve the ones in Shiyang River Basin, Heihe River Basin, and Shule River Basin of Qilian Mountains, where the seasonal (winter and summer) and interannual variations in the process of glacier mass balance during 2010 and 2020 will be reconstructed. With the addition of the instrumental meteorological data, this project will also analyze the response mechanism of the process of glacier mass balance to climate change, thereby providing scientific support for the research on the variation of glacier water resources at basin scale.

冰川物质平衡过程研究是冰川学研究的基础问题之一。过去关于冰川物质平衡过程研究主要是通过实地观测资料针对单条冰川开展的，难以评价流域尺度的冰川水资源效应。本项目将利用ZY-3号、TanDEM-X和SPOT 7等高时空分辨率的遥感资料，以祁连山石羊河流域、黑河流域和疏勒河流域的冰川为研究对象，结合实地观测，建立适用于冰川物质平衡过程的遥感分析方法；进而开展流域尺度的冰川物质平衡过程研究，重建2010-2020年祁连山石羊河流域、黑河流域和疏勒河流域冰川的冬、夏及年物质平衡变化过程；再结合气象站点资料分析冰川物质平衡过程对气候变化的响应机制，为开展变化环境下流域尺度的冰川水资源效应研究提供科学支持。

祁连山地处我国西北干旱半干旱区，山区冰川融水是周边地区径流的重要补给。因此，明确变暖背景下祁连山流域尺度冰川变化特征对下游社会经济发展具有重要现实意义。近年来随时遥感技术的不断进步，通过遥感资料进行冰川变化反演成为当前进行流域尺度冰川变化研究的主要手段。通过本项目的实施，我们基于遥感资料完成了2015年新一期的祁连山冰川编目工作，基本明确了祁连山冰川近五十年来的时空变化，得出主要结论如下：（1）2015年祁连山共有冰川2693条，总面积为1539.30±49.50 km2；与第一次冰川编目（1960s）相比，祁连山冰川面积萎缩了399.42±116.90 km2（即萎缩了20.5％±6.04％），冰储量减少了约25.7 km3（即减少了23.9%）；近期（第二次冰川编目至2015）的冰储量亏损速率（8.15%·10a-1）是第一次编目（1960s）至第二次冰川编目（2007）的损速率（~4.15%·10a-1）的1倍；（2）流域尺度的物质平衡估算结果显示：2000-2014年间整个祁连山冰川表面高程平均减薄速率为 0.44±0.02 m a-1，相当于 0.37±0.03 m w.e. a-1，其中东段石羊河流域冰川物质损失速率高达 0.63±0.06 m w.e. a-1；（3）七一冰川的监测结果显示该冰川平衡线高度在近五十年内升高超过300 m，2016年和2018的平衡线高度已经高于该冰川的最高海拔（5145 m），冰川全部处于消融状态，这预示着在变暖背景下祁连山地区冰川面临着严峻的威胁；（4）初步明确了近60年来全球气候变暖背景下祁连山区的气候变化趋势。1960-2017年祁连山地区整体均呈现升温趋势，年平均气温升温率约为0.16℃·10a-1；冬季升温幅度最为明显，在祁连山西部可达0.4℃·10a-1，并呈现出由西北向东南递减的规律；降水量在同时间段内整体呈增加趋势，其中夏季降水量变化的增加趋势显著。