冰川厚度

冰川厚度是唯一无法通过卫星遥感手段获取的冰川几何参数,在各类研究中发挥着重要作用—它是冰川储量计算的必备输入参数,在冰川消融与冰川水文研究中是重要的限制条件,对冰川变化模拟研究来说是不可或缺的初始条件与验证参数。以冰川厚度为基本输入的冰川体积,在干旱半干旱地区是个尤为重要的指标,不仅体现冰川保有固体水资源的量值,也一定程度上反映了冰川对局地水循环的调节能力。

观测规范

冰川厚度测量剖面布设

理想的厚度测量轨迹应均匀分布于冰川表面。在不易到达的冰面区,厚度测量点应尽量与物质平衡花杆的布设断面保持一致。冰川主流线与横断面的交点往往是断面中厚度最大点,体现冰川受力的上限信息,因此应首先沿主流线布设测厚点,然后沿垂直于主流线方向布设数个横断面,主流线上测点密度略高于横断面。对于不太大的冰川(≤3 km2),各断面中测厚点距离尽量保持在4 m以内。面积较大的冰川,主流线上测厚点距离也应尽量保持在4 m左右,横断面中点间距可以据情况略疏。

对于由支流汇成的冰川,例如复式山谷冰川,支流交汇处往往是表面形态、受力状况及速度分布发生突变的区域,对冰川不同部分之间的衔接有重要作用,因此应在交汇处加设测厚剖面。

冰川厚度测量及注意事项

冰川雷达测厚开始于20 世纪60 年代初,是通过电磁技术确定冰—岩界面位置从而获得冰体厚度的一种方法。由于无线电波在冰川冰介质中的传播衰减相当小,所以雷达电磁波在冰川中具有良好的穿透能力。中国冰川的厚度资料大多来自前冰川冻土研究所自制的专利产品B-1型冰雷达测量结果。2001 年以后,加拿大Sensors&software Inc.生产的Pulse EKKO PRO 型探地雷达也被引入。实践证明,这两种雷达都能达到较为满意的精度,观测误差在10 % 以内。

(1)观测与仪器

测量方法一般使用剖面法,即探地雷达的发射天线和接收天线以固定的间距(天线距)沿测线同步移动的测量。仪器使用包括下面步骤:

① 测厚范围的设置,在雷达数字视频记录装置(Digital Video Logger)中通过调节时窗长度(Time Window)进行设置。

② 采样时间间隔的选取,对于不同的雷达天线中心频率,采样间隔均有默认值,该项不需修改。

③ 冰川中雷达电磁波传播速度的取值,如果该速度已知,直接在雷达数字视频记录装置中设定;如果该速度未知,取雷达电磁波在该类型冰川中的平均传播速度进行设定,例如:对山地冰川而言,电磁波在其中的平均传播速度为0.169 m/ns。

④ 发射天线与接收天线间距的选取,两天线的最小间距不能小于天线板的长度,例如:对于中心频率为100 MHz 的天线,天线板长度为1 m,天线的最小间距就为1 m,选取合适的天线距,需要在最小间距的基础上将天线距调整,使得雷达采样图像能清晰地反映所测对象的厚度,此时的天线距便能满足测厚要求。

⑤ 测量点间距(即道间距)的选取:对于不同的雷达天线中心频率,该间距均有默认值,选取合适的道间距,需要在默认值的基础上,考虑地下被探测目标体的最小空间尺度,通常情况下,道间距应小于所要探测的最小目标体水平方向延伸长度的1/3。

⑥ 测厚结果获取:雷达测厚的结果一般以图像形式输出,要对其进行数字化。之后,可以结合测绘数据或者遥感DEM 数据进行冰川表面高程校正。

(2)观测与仪器

1) 电磁波在冰川中传播速度的取值对结果影响很大,而该值的选取对于不同类型的冰川是有差别的,选取准确的值需要进行钻孔实测深度的验证。

2) 实际测厚工作中,发现PulseEKKO PRO 型探地雷达在有表碛覆盖的冰川上(表碛厚度1～2 m)操作能够获得可信的冰川厚度数据。

3) 对于海洋型冰川厚度的测量,目前还存在冰与基岩分辨不清等问题,需要进行各种野外试验。

4) 对于观测结果的解释需要以试验为基础。许多研究证明,尽管冰下地形有时候是比较复杂的,但一般不会出现很突兀的地形特征,遇此情况要进行具体分析。

观测冰川

8条参照冰川5～10年开展1次厚度实地测量,半定位监测冰川开展1～2次测厚。天山冰川站共实施冰川厚度测量30余次。针对1号冰川共开展过4次完整的雷达测厚,分别是在1981、2001、2006和2012年。针对其它参照冰川和半定位观测冰川均开展过1～2次厚度实地测量。

观测数据说明

数据集中应包括:“测点经纬度”、“测点所在处冰川表面高程”及“测点冰川厚度”等信息。厚度数据的精度达到1 m。

数据下载

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、全球陆地监测网络:https://www.gtn-g.ch/data_catalogue_glathida/)。