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贡嘎山地区现代冰川变化研究

作　者: 张国梁
导　师: 潘保田; 王杰
学　校: 兰州大学
专　业: 第四纪地质学
关键词: 贡嘎山冰川变化遥感监测气候变化响应
分类号: P343.6
类　型: 博士论文
年　份: 2012年
下　载: 323次
引　用: 2次
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内容摘要

冰川被认为是气候变化的最好指示器和存储器。冰川也与海平面变化、淡水资源供给、自然灾害及地貌演化等有密切关系。在全球气候变暖的背景之下,中国西部地区的绝大部分冰川处于退缩状态,20世纪80年代以来冰川退缩呈现加剧趋势,直接影响到冰川补给河流的径流变化,这势必对中国西部尤其是干旱地区的可持续发展带来极大影响。遥感技术的发展为冰川监测及冰川变化研究提供了更多的有效手段,本文以典型季风温冰川一贡嘎山地区冰川为研究对象,基于地形图、遥感影像、GPS测量、DEM以及消融观测等数据,结合GIS技术,从冰川面积、体积、运动速率及冰川消融等方面分析冰川的现状及其变化规律,初步得出以下结论：1)2009年,贡嘎山地区共有76条冰川,总面积为228.5±1.1km2,其中最大和最小冰川的面积分别为25.5km2和0.05km2;1～5km2冰川数量最多,而>10km2的冰川数量(6.5%)较少但贡献的面积却最大(45.7%)：按中值高度统计,冰川主要集中在4700-5700m,其中5300-5500m冰川数量和面积所占比例都最大；按冰川朝向统计,东南朝向的冰川总面积最大,西南朝向的数量最多,而无北朝向的冰川；该地区冰川坡度介于15～45°,其中坡度为25～30°的冰川所占数量和面积都最多。2)1966～2009年,贡嘎山冰川总体处于退缩状态,冰川总面积减少率为11.3%,年均减小面积0.7±0.02km2。西坡冰川由41条减少到39条,面积减小15.0km2,减小率为14.6%；东坡冰川由33条增加到36条,但冰川面积减少15.2km2,减小率为9.8%。东西坡冰川面积退缩率的不同可能是由冰川规模的差异引起。海螺沟、燕子沟、磨子沟和大贡巴冰川末端分别退缩约1146±42.7m、725±42.7m、502±42.7m和1002±42.7m m。东朝向冰川的面积退缩率最大(25.5%),东南朝向冰川的退缩率最小(7.2%)。中值高度超过5700m的冰川面积退缩率最大(15.2%),其次是5100～5300m的冰川(14.4%)。坡度为30-35°的冰川面积退缩最快(15.5%),25～30°的冰川退缩率最慢。1～5km2的冰川面积退缩率最大(34.8%),其次是>10km2的冰川(26.8%),<0.5km2的冰川退缩率最小。近43年中,6个时段(1966、1974、1989、1994、2005和2009年)冰川的退缩速率又有所差异,其中2005-2009年面积退缩速率最大(1.3km2/yr),其次是1989～1994年(0.8km2/yr),而1994～2005年最小(0.4km2/yr)。3)花杆观测数据显示,燕子沟冰川冰舌段,消融期平均日消融深为3.25cm,年消融深为424cm,最大消融出现在海拔3800～3900m。海螺沟冰川冰舌段的冰面消融,较燕子沟冰川要强,最大值出现在3200～3500m,且消融有近期加速的趋势。西坡的大、小贡巴冰川冰舌段冰面的消融强度相对较小。贡嘎山地区冰川冰舌段冰面消融总趋势为：东坡大于西坡,消融区海拔较低的冰川大于海拔较高的冰川,且最大值通常不是出现在冰川末端。4)燕子沟冰川花杆的GPS测量数据显示,冰舌区平均年运动速度为41.7m/yr,最大为49m/yr,出现于海拔约3950m处；消融期平均运动速度为0.31m/d。与已有观测数据对比,燕子沟冰川运动速度近期略增,但远小于海螺沟冰川(41～205m/yr),而大于西坡大贡巴冰川(33m/yr)和小贡巴冰川(36m/yr),且它们冰面运动速度最大值都出现于消融区的上端。5)不同时期冰川冰舌段(距离末端约3～4km) DEM差值的结果表明,1966～2009年海螺沟、燕子沟和大贡巴冰川消融区平均减薄速率分别为1.23±0.55、1.02±0.55和0.93±0.55m/yr；相应的体积减小0.076、0.073和0.057km3。1966～1989年3条冰川的高程及体积变化速率远小于1989～2009年的变化。6)初步探讨冰川对气候变化的响应。a)近50年来,横断山地区与青藏高原具有相似的气候变化趋势,以增温为主,降水量略有增加。根据贡嘎山西坡九龙气象站数据计算,19662009年,该区域气温升高率为0.18℃/10a,而降水量增加不足1%。基于冰川敏感性模型可推断出,降水的增加量难以弥补气温升高引起的冰川消融量,导致该地区的冰川长期处于负物质平衡状态,进而引起冰川的大规模的消融退缩。多时段冰川面积与年平均气温、降水的对比,发现气温逐渐升高,冰川面积逐渐变小；而冰川面积退缩速率与相应时段的年平均降水的量也有较好的对应关系,即在气温升高的背景下,总降水量大时,冰川退缩速率小,总降水量小时,冰川退缩速率大。b)贡嘎山地区规模在1～5km2的冰川退缩速率最大,更大面积的冰川次之,而面积<0.5km2的冰川退缩速率最小。这一规律表明规模较小冰川对气候变化较为敏感,但面积<0.5km2的冰川因受地形保护影响较大而不能作为反映气候变化的指示器。c)气温升高幅度和表碛覆盖厚度是导致1966～1989年与1989～2009年两个时段三条观测冰川,以及东坡与西坡冰川减薄速率差异的主要因素。d)三条观测冰川坡度和末端高度的不同是导致其冰川运动速度差异的主要原因。冰川的变化不仅受气候因子的控制,也受到地形、冰川规模和类型等因素的影响。

全文目录

摘要  3-5
Abstract  5-11
第一章绪论  11-31
  1.1 选题背景及研究意义  11-18
    1.1.1 冰冻圈  12-13
    1.1.2 冰川与海平面  13-14
    1.1.3 冰川与水资源  14-15
    1.1.4 冰川与自然灾害  15
    1.1.5 冰川与气候  15-16
    1.1.6 冰川与地貌  16-18
  1.2 冰川变化监测研究进展  18-27
    1.2.1 国际冰川变化研究  18-20
    1.2.2 中国冰川变化研究  20-23
    1.2.3 冰川遥感监测进展  23-25
    1.2.4 冰川高程体积变化遥感监测进展  25-26
    1.2.5 冰川运动速度变化监测进展  26-27
  1.3 贡嘎山地区冰川变化研究进展  27-29
  1.4 论文研究目的、内容及技术线路  29-30
    1.4.1 研究目的  29
    1.4.2 研究内容  29
    1.4.3 论文技术路线  29-30
  1.5 文章结构  30-31
第二章研究区概况  31-47
  2.1 研究区概述  31-32
  2.2 区域地质构造背景  32-33
  2.3 地形地貌  33-36
  2.4 气候  36-43
    2.4.1 大气环流形势  37-38
    2.4.2 太阳辐射  38-39
    2.4.3 温度  39-40
    2.4.4 降水  40-43
  2.5 贡嘎山地区冰川发育条件及特点  43-47
    2.5.1 降水  43-44
    2.5.2 气温  44-45
    2.5.3 贡嘎山冰川分布  45-46
    2.5.4 贡嘎山地区冰川特点  46-47
第三章贡嘎山冰川面积调查  47-77
  3.1 遥感数据选取  47-50
    3.1.1 冰川调查常用遥感数据简介  47-49
    3.1.2 遥感影像的选取  49-50
  3.2 数据处理  50-53
    3.2.1 地形图处理  50-51
    3.2.2 遥感影像处理  51-53
  3.3 冰川制图  53-66
    3.3.1 冰雪波谱信息  53-54
    3.3.2 冰川边界提取方法  54-56
    3.3.3 表碛覆盖冰川边界研究  56-57
    3.3.4 冰川属性数据  57-64
      3.3.4.1 冰川流域水系及山脊线  57-59
      3.3.4.2 冰川中流线  59-60
      3.3.4.3 冰川坡度坡向及朝向  60-62
      3.3.4.4 冰川高度数据  62-63
      3.3.4.5 地理坐标  63-64
      3.3.4.6 冰川长度  64
    3.3.5 误差分析  64-66
  3.4 冰川调查结果  66-76
    3.4.1 1966年冰川边界数字化  66-68
    3.4.2 2009年冰川结果  68
    3.4.3 贡嘎山地区冰川变化  68-76
      3.4.3.1 1966～2009 冰川变化  68-70
      3.4.3.2 多时相冰川变化  70-71
      3.4.3.3 典型冰川的变化  71-76
  3.5 本章小结  76-77
第四章贡嘎山地区冰川消融与运动  77-93
  4.1 燕子沟冰川消融观测  78-82
  4.2 贡嘎山地区已有的消融观测资料  82-85
    4.2.1 海螺沟冰川消融  82-84
    4.2.2 大小贡巴冰川消融  84-85
  4.3 不同冰川消融比较  85
  4.4 燕子沟冰川运动  85-91
    4.4.1 燕子沟冰川运动观测  86-88
    4.4.2 贡嘎山冰川运动早期观测记录  88-91
  4.5 不同冰川运动比较  91
  4.6 本章小结  91-93
第五章贡嘎山地区冰川高程与体积变化研究  93-105
  5.1 引言  93
  5.2 冰川高程变化监测的发展  93-96
    5.2.1 数据简介  93-96
    5.2.2 方法  96
  5.3 贡嘎山地区冰川消融区高程体积变化研究  96-104
    5.3.1 数据  96-99
    5.3.2 冰川表面高程及体积变化计算方法  99-100
    5.3.3 误差分析  100-101
    5.3.4 结果  101-103
      5.3.4.1 冰川表面高程变化  101-103
      5.3.4.2 冰川消融区体积变化  103
    5.3.5 三条冰川消融区变化比较  103-104
  5.4 本章小结  104-105
第六章冰川与气候变化  105-127
  6.1 气候变化  105-108
    6.1.1 青藏高原的气候变化  105-107
    6.1.2 横断山地区近50年的气候变化  107-108
  6.2 冰川对气候变化的响应  108-119
    6.2.1 冰川面积对气候变化的响应  108-111
    6.2.2 不同地形、规模的冰川面积变化  111-112
    6.2.3 冰川高程和体积对气候变化的响应  112-114
    6.2.4 冰川消融特征  114-117
    6.2.5 冰川运动特征  117-119
  6.3 不同地区冰川变化对比  119-127
    6.3.1 冰川面积变化比较  119-120
    6.3.2 冰川末端变化比较  120-123
    6.3.3 冰川运动速度比较  123-127
第七章结论与展望  127-131
  7.1 主要结论  127-129
  7.2 展望  129-131
参考文献  131-152
在学期间的科研成果  152-153
个人简历  153-155
致谢  155-156

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