冰川运动速度

冰川运动是冰川区别于其他自然冰体的主要标志。冰川运动与冰川物质平衡、温度状态、冰川的热力特征等有密切关系,与气候和环境的变化密切相关。开展冰川运动速度观测至关重要,不仅可以为冰川动力学研究提供所需参数,而且对于分析冰川运动机理、揭示冰川变化规律、预测其未来变化趋势以及冰川灾害预警具有非常重要的意义。

观测规范

冰川表面运动速度观测网点布设

要获得准确的流速资料,绘出正确细致的等值线图及应变图,流速测点的选择布设非常重要,以便通过流速资料分析能反映冰川运动的特征。一般情况下,冰川流速测点就是冰川物质平衡观测点。通常要注意两个问题:

1)流速点要有代表性。一般冰川的表面运动,从纵剖面看,粒雪盆区冰川的流速小于雪线附近的流速;而从雪线至冰舌,流速又是呈递减状态。从横剖面看,中间比两侧运动快。因此要取得冰川各部位流动速度的数量概念,就必须采取纵横断面法均匀布点。还应根据山谷形态、冰面形态,适当补加流速点。

2)测点标志的设立要有利于测量精度的提高,尽可能排除造成误差的因素。由于安插流速点测杆的非垂直性和冰体在竖面方向流动的非均匀性,都会导致测杆倾斜所引起的测量误差。为了减少安插流速点测杆的非垂直性所引起的误差最好照准测杆的底部。

运动速度测量及注意事项

(1)观测与仪器

测量冰川表面运动速度的方法包括横断面法、前方交会法、地面立体摄影测量法、全球导航定位系统(GNSS)测量法。其中,前方交会法和GNSS是目前应用最为广泛的方法。前方交会法是通过三角形前方交会法及三角形测高法来确定标志点的平面坐标与竖直坐标,通常采用经纬仪和全站仪。与前方交会法相比,GNSS测量精度更高,操作更加高效、便捷,成为目前冰川表面运动速度观测最实用的方法。GNSS以RTK(Real Time Kinematic)技术(载波相位差分)观测冰川运动速度,是一种将GPS与数传技术相结合,实时解算进行数据处理,在1～2秒内得到高精度位置信息的技术,是目前GPS测量中精度最高的一种定位方法(平面精度:1cm+1ppm*D,高程精度:2cm+1ppm*D),完全满足冰川运动速度测量的精度要求。测量冰川表面运动速度时,在基准站上安置一台GPS接收机,对所有可见GPS卫星进行连续观测,并将其观测数据通过无线电传输设备实时地发送到用户观测站。在冰川表面流动站上,GPS接收机在接收卫星信号的同时,通过无线电接收设备接收基准站传输的观测数据,然后根据相对定位的原理,实时地计算并显示流动站的三维坐标及其精度。一段时间内开展重复观测,通过两次流速点的坐标信息对比,便可计算出来各流速点此期间的运动速度和方向。乌鲁木齐河源1号冰川早期主要使用经纬仪和全站仪通过前方交会法测量运动,2007年和2017年分别引进合众思壮E650 GPS和Trimble R10 GNSS,使得冰川运动速度的观测精度高达1～2 cm,特别是Trimble R10 GNSS引进,进一步提高运动速度观测效率和精度。

(2)观测注意事项

为了保证运动速度资料的精度,必须注意如下几点:①必须严格遵守测绘规范要求,无论是经纬仪、全站仪和GNSS,均需架设在具有高精度和可靠性的控制点上,控制点周围应该视野开阔,观测条件较好,然后仔细对中,精确瞄准,凡超限者要一律重测;②要正确辨认各流速点,防止错测;③流速点上插入冰内的花杆,因冰川消融必须更换时一定要重栽在原花杆位置上,尽量避免因更换不及时,花杆消融倒掉,原位置无法找到的现象发生;④由于冰川在不断地运动,为了保证精度从冰川流速和观测误差分析,观测最好在一天之内完成。

观测冰川

乌鲁木齐河源1号冰川运动速度观测始于1959年,连续观测始于1980年(每年4月底和8月底各观测1次)。其余7条参照冰川观测时间20～4年不等,运动速度的观测频率每年2次或1次。

观测数据说明

数据集中应包含:“测量时间”、“流速点(花杆点)编号”、“空间坐标信息(X,Y,Z)”、“测点高程”、“测量误差”及“流速点说明(如花杆点是否重新布设)”等基本信息。数据精度达到1～2 c m。

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数据库链接

国内数据平台(冰冻圈科学数据平台:http://data.sklcs.ac.cn、国家特殊环境特殊功能研究台站共享平台:http://www.crensed.ac.cn)