冰川变化

气候变化引起冰川上积累量和消融量的变化,导致冰川物质平衡盈亏,最终导致末端位置进退(反应长度变化)和冰川面积增减。观测研究冰川末端及面积的变化有助于阐明不同区域冰川变化幅度,同时对于反映冰川变化及其影响方面具有重要的科学与现实意义。同时面积和长度是冰川的重要几何形态参数,在冰川消融模拟、冰川几何形态变化模拟、冰川水文等各类研究中,均充当不可或缺的基础参数和边界限制条件。也是遥感资料不可或缺的验证数据。

观测规范

冰川末端(长度)变化测量及注意事项

(1)直接测量法

又称标志点测量法,是确定末端(长度)变化的简单、有效的方法,该方法主要通过卷尺、经纬仪、全站仪和GNSS等仪器重复测量冰舌末端到标志点的距离和角度来确定冰川末端的变化。需要注意的是“冰舌末端”一般认为是冰川主流线与地面的交点R。在测量时工作人员由于无法看到冰川全貌,有时不能准确判断主流线位置。这种情况下,在R 点可能存在的区域选择奇数个点(3、5 或7 个)进行测量,将几个点与标志点的平均距离作为测量结果。无法判断R 点区域的冰川,可以在整个冰舌边缘平均选择若干点(奇数个)进行测量,取平均距离。点位选定后,应按要求埋置标石,以便长期稳定保存,同时应在标志点上做明显的标记以便在雨雾天气也能清晰可辨。

测量时对同一标志点,应多次测量求平均值,以减小偶然误差。标志点遭自然或认为因素破坏后,应及时补充且应分布在原来标志点附近。最理想的测量时间是每年冰川消融期末,只有这时测量冰川冰舌区域为裸冰,从而反映冰川的真实变化。此外末端(长度)变化必须与之前的观测数据进行对比才能获取,因此需要进行长期的定位观测,才能分析冰川变化规律。测量时间的间隔,应根据不同冰川区交通可达性、冰川近期变化量级和测量精度的具体要求确定。根据WGMS的建议,对于参照冰川最好每年在消融期末对冰川末端的位置进行一次重复测量,以便获取每年一次的、能够进行比较的全照参照冰川末端进退资。中国境内的天山乌鲁木齐河源1号冰川系全球参照冰川,采用标志点测量法观测获取了该冰川40多年的末端变化资料。

(2)间接测量法

把不同时期的航测图、卫星影像数据或不同时期的大地测量地形图进行比较来获取冰川长度的长期变化量。使用地理信息系统和遥感软件会使这一方法变得简单快捷。冰川末端的变化,即长度变化量是量算冰川最长轴线距离,以m 为单位。

冰川面积变化测量及注意事项

冰川面积观测主要依据平板仪、航空摄影测量、地面立体摄影测量、大地测量、GPS测量及遥感技术等测绘的冰川图。多期测量数据即可计算出冰川面积变化。

(1)平板仪测量法

用平板仪和经纬仪等测绘仪器,将冰川区测绘成大比例尺地形图,从而获得冰川面积及其变化的资料。该方法耗时耗力,适用性差,仅在在早期冰川测绘中被使用,如1962年用平板仪测量法绘制成1:10 000乌鲁木齐河源冰川地形图。随着测绘和卫星遥感技术的发展,该方法已很少用于冰川变化观测,关于其观测规范在此不再详述。

(2)地面立体和航空摄影测量

用重复地面立体摄影测量冰川变化的方法,是在固定的摄影基线上,用摄影经纬仪对冰川进行周期性的重复立体摄影,然后在室内利用立体自动测图仪绘制的大比例尺冰川地形图上。与航空摄影测量和卫星遥感影像相比,地面立体摄影精度高。但在一些具有特殊困难地区,单独采用地面摄影测量有困难,可采用地面立体摄影与航空摄影测量联合成图方法。

基于冰川区地形图,测量影像上冰川面积面积有两种方法。一种是,有已知面积的三角形或正方形的线条构成的网格覆盖在相片上。另一种是,使用坐标数字化仪或数字化板跟踪感兴趣区域的边界来确定面积。随着地理信息的不断发展,目前通过第二种方法更能高效、准确地获取冰川边界和面积。基本规范包括:①按照600dpi在大幅面扫描仪上扫描扫描地形图;②在GIS软件的支持下,将扫描的地形图进行几何纠正,保证纠正精度在半个像元以内;③ 采用人工目视解绎的方法提取冰川轮廓,并辅助DEM或Google earth提取山脊线以确定分冰岭,然后经有冰川解绎的专家修正。

(3)卫星遥感技术

卫星遥感技术是目前应用最为普遍的数字摄影测量技术,这一技术使得大范围冰川监测成为可能,冰雪在可见光波段具有高反射率,因而在遥感图像中的冰雪表面比其它物体有更明显的反射差。在图像亮度直方图上,冰雪亮度高值区与周围地物之间,常常出现低谷区。因此,冰川与周围地物容易区分,由此可以获得大范围的冰川分布信息。不同时期的遥感影像的对比,还能获取大范围的冰川变化资料。

观测冰川

乌鲁木齐河源1号冰川长度(末端)变化观测始于1959年,连续观测始于1980年(每年观测两次);面积观测始于1962年,1981年之后每3～5年观测1次,2015年始利用地基三维激光扫描仪每年1次连续观测,目前已开展过10多次冰川地形图测量。其余7条参照冰川观测时间20～4年不等,运动速度、长度(末端)的观测频率每年2次或1次。面积和表面高程每2-3年观测1次。

观测数据说明

冰川末端和面积变化数据集应包含:“测量始末时间”、“末端变化距离和面积变化大小”及“测量误差”等基本信息。实地测量所得的数据精度应达到0.1 m。通过地形图或遥感影像方法研究时,数据精度应达到1 m。

数据下载

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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、寒区旱区科学数据中心:http://westdc.westgis.ac.cn);国际数据平台(世界冰川监测服务处WGMS:https://wgms.ch、全球冰冻圈数据库GCW:http://globalcryospherewatch.org、国家冰雪数据中心:https://nsidc.org/data)。