应用多源遥感及气象模式改进对西昆仑内流区冰川及湖泊冰量水量平衡的观测

Glacier volumes dynamic is a proxy of regional and/or global climate changes. Glacier’s melting is also vital to irrigation for arid and semi-arid regions. Despite the common degradation of glaciers, glaciers in the Western Kunlun Shan Mountains presented positive mass balances in recent decades, named as ‘Karakoram anomaly’, when its adjacent lakes presented expansion as well. Current studies to glacier mass balance usually applied single platform of space-borne observation, and mostly focus at decadal scale. Besides, it seldom reported the contribution rates of glaciers’ melting to lake volume increasing in this area. This study aims at developing algorithm for providing annual scale glacier mass balance by data fusion of multi-sensors. Then, we seek to derive water volume changes of endorheic lakes by applying flooding algorithm to optical satellite images and DEM data. Plus, a medium scale Weather Research and Forecasting Model will be employed for obtaining the spatial heterogeneity of precipitation induced by ragged terrain. Finally, we will improve glacial-hydrological model for the analyzing glacier mass accumulating and melting changes, and the melting’s contribution rates to lake volume changes. This study will quantitatively answer if glacier melting was increasing or decreasing at the center of the ‘Karakoram anomaly’ area and to find the reasons for inducing such anomaly.

冰川储量变化是区域及全球气候变化的重要指示器，冰川融水也是干旱半干旱区域灌溉的重要水源。在全球冰川普遍退缩的情况下，我国西昆仑地区近数十年来呈现出冰川储量增加的趋势,称为‘喀喇昆仑异常’，同时该地区也呈现出内陆湖泊水量增加。目前对该地区冰川物质储量变化的观测受限于传感器单一，以及观测时间大多为十年尺度等问题，另外也缺乏冰川融水对湖泊增长贡献率的分析。针对存在的问题，本课题将探索开发一套融合激光测高与双站雷达干涉观测的算法，针对西昆仑地区冰川跃动与停滞现象多发的情况，提取年尺度冰川物质平衡;利用光学影像观测资料与数字地形重构西昆仑地区内陆湖泊水量变化。我们将采用中尺度气象模式模拟区域内由地形起伏引起降水空间不均一性。对每一内陆湖泊流域定量分析流域内冰川物质累积、消融量变化及其对湖泊水量变化的贡献率。本研究将定量分析在‘喀喇昆仑异常’核心区域是否存在冰川消融增速及探索异常产生的原因。

冰川储量变化是全球变暖背景下冰冻圈监测的重要议题，近年来在全球各冰川集中区域出现了不同程度的冰川消融；然而其中西昆仑山-喀喇昆仑山区域却出现了冰川储量增加的趋势，称为‘喀喇昆仑异常’，同时该地区也呈现出内陆湖泊水量增加的趋势。为了监测并定量分析该地区出现正冰川物质平衡的原因，本研究利用了激光测高、双站雷达干涉测量、偏移量追踪、光学影像分类、水淹模型等遥感及GIS分析方法提取了西昆仑地区的冰川物质平衡、以及内陆湖泊（流域）水量平衡序列；而后同时利用了中尺度区域气候模式所产出的降水空间不均一模型，在一定假设下针对西昆仑山冰川南麓以及内流区的降水收入以及各自冰-水物质平衡进行分析。研究结果表明，双站雷达干涉测量精度可至少满足5年尺度的冰川物质平衡监测，对比立体光学影像，该方法在冰川累积区具有更高的检测有效率，更能服务于跃动频发区域的冰川物质平衡监测。水淹模型结合光学测高数据进行高时间分辨率湖泊水量监测，但需要良好的低水位时获取的地形产品支持。对哨兵-2影像偏移量追踪表明该地区跃动频发，跃动期通常在两年内。哨兵-1影像表明西昆仑冰川累积区在夏季后向散射系数整体下下降，表明累积区大部分为湿雪带，表明夏季该地区任何海拔的冰川带都存在显著消融。综合分析表明该地区冰川物质呈现持续增加现象，同时内陆湖泊水量也表现出增加趋势。再假设降水在空间上仅等比例增减，可以得出结论，西昆仑山地区冰面降水量增多，冰面融水减少，进而造成冰川正物质平衡；而冰川融水径流的少量减少与区域降水增多导致了该地区内陆湖泊的快速扩张与水位上涨。冰川降水增多结果与此前de Kok等采用修改下垫面的区域气候模式认为‘喀喇昆仑异常’由咸海流域灌溉面积及用水增加造成结果吻合。本研究利用了近年来主流遥感数据源，综合了遥感分析与气候模式分析，丰富了对‘喀喇昆仑异常’现象机理的认知。