近20 a中国天山东段典型冰川变化及其气候响应

冰川作为重要的淡水资源的存储体,也是气候变化的敏感"指示器"。在干旱半干旱区,冰川变化对人们的生产、生活和生态产生重要的影响。本文基于1990—2015年Landsat TM及ETM+遥感影像数据,利用雪盖指数法(NDSI)和阈值法,分析博格达峰及喀尔力克山的冰川面积变化,结合长时间序列的气温、降水数据分析天山东段典型冰川的气候响应。结果表明:(1)博格达峰与喀尔力克山的冰川均呈现退缩趋势,与气温和降水的变化趋势一致。(2)博格达峰和喀尔力克山冰川面积变化在东南坡向有波动增加趋势,其他坡向则未出现该现象。(3)从两个冰川不同坡向的面积和面积重心分布变化分析,博格达峰冰川面积在东坡方向退缩速率最大,而喀尔力克山的冰川在东北坡方向退缩速率最大。(4)根据栅格气象资料分析,近四五十年博格达地区冰川面积退缩速率大于喀尔力克山地区,并且博格达峰降水量的增加对冰川的退缩起到的作用不大,喀尔力克山的降水量对冰川面积的退缩起到了一定的抑制作用。(5)通过对博格达峰地区和喀尔力克山地区不同坡向的冰川面积与年均气温、年均降水量进行Person相关性分析,博格达峰地区、喀尔力克山地区各个坡向的冰川面积变化与降水相关系数均很小。但博格达峰地区北、东北、东南坡向的冰川面积与区域气温变化相关系数较高,喀尔力克山地区东南、东北坡向的冰川面积与区域气温的相关系数高且显著性明显。分析其原因,在年内尺度上,博格达峰地区、喀尔力克山地区是湿季气温升高所致,干湿两季降水量的增多,并没有使得冰川整体的退缩有所减缓。     

中国大陆型冰川和海洋型冰川变化比较分析——以天山乌鲁木齐河源1号冰川和玉龙雪山白水河1号冰川为例

以天山乌鲁木齐河源1号冰川和玉龙雪山白水河1号冰川为例,比较分析了全球变暖背景下中国大陆型冰川和海洋型冰川自20世纪中期以来的变化。结果表明：物质平衡亏损、平衡线高度上升、活动层温度升高、厚度减薄、运动速度降低、末端退缩、面积和冰储量减少是两类冰川的主要变化趋势;大陆型冰川变率有加大或者大于海洋型冰川的表现,并且两类冰川的变化幅度差距有逐渐缩小或趋稳的迹象。进一步分析认为：两类冰川消融退缩的主要原因是气温上升,重要因素是冰面反照率降低,而气候环境、响应气候变化的敏感性、加速消融机理等差异,是造成两者变化差异性的主要原因。     

近40年东帕米尔高原冰川变化及其对气候的响应

以1972年、2000年和2011年Landsat Mss/TM/ETM+遥感影像处理和目视解译结果为依据,分析了东帕米尔高原1972～2011年冰川变化情况。结果表明:1972～2011年研究区冰川面积、储量减少了103.97km2和8.04km3,分别占1972年冰川总面积、储量的5.79%和6.69%。但冰川退缩具有不等速性,1972～2000年面积、储量年退缩百分比分别为0.182%和0.212%,而2000～2011年仅为0.045%和0.048%。对流域内两个气象站气候资料的分析表明:1972～2000年冰川快速退缩与1970～1980年气温偏高而降水偏少有关,2000～2011年冰川退缩趋缓与80年代以后相对低温和湿润气候相关。     

近23年来北天山冰川面积变化对气候的响应

利用1989、1998、2011年的Landsat TM、ETM+遥感影像为数据源,运用比值阈值法(b3/b5)结合目视解译方法,提取了北天山3个时段的冰川边界,并在地理信息系统技术支持下分析了该区域冰川的变化情况。研究表明:北天山整体变化幅度较大,冰川表现为萎缩的趋势,近23年来冰川面积减小了14.93%。分析认为,较大的变化率是由于研究区面积<1km2的冰川数量占总数的比重较大(近80%)造成的。同时分析了北天山冰川空间结构特征,<0.5km2面积的冰川对气候变化最为敏感,消融率最高,1～5km2面积的冰川对消融总量贡献比例最大。依据分形理论对未来冰川变化进行初步预测,分析认为研究区冰川的消融率仍保持比较高的状态。     

近50 a天山乌鲁木齐河源1号冰川变化分析

乌鲁木齐河源1号冰川是我国监测时间最长、资料最为完备的一条冰川.1962年以来,采用5种观测方法共开展过9次地形图测量和3次乌鲁木齐河源区的航空摄影测量.通过对乌鲁木齐河源1号冰川已有观测数据的分析,结合2012年最新观测资料对该冰川近50 a的变化特征进行了深入研究.结果发现,乌鲁木齐河源1号冰川1962年和1980年的面积数据存在偏差.对原始测图重新数字化后,得到1962年和1980年该冰川面积分别为1.91 km2和1.86 km2.2012年采用GPS-RTK测量技术,对乌鲁木齐河源1号冰川进行详细的地形测绘和末端变化观测,结果显示,冰川面积为1.59 km2,其中东支和西支面积分别为1.02 km2和0.57 km2.近50 a来,该冰川退缩率为16.8％.冰川整体处于消融状态,但冰面消融程度存在显著差异.冰面坡度10°区域消融最为强烈.东支南北坡退缩普遍较强,西支北坡退缩快,东北坡面积有所增加,消融速度加快主要受气温和地形共同影响.     

黄土高原气候与气候生产力对全球气候变化的响应

应用黄土高原7省51个代表性气象站1961～2000年主要气象要素观测资料,采用EOF和其他数理统计方法研究了黄土高原气候与气候生产力对全球气候变化的响应,结果表明：中国黄土高原年和各季节的平均气温均呈明显的上升趋势,增温速度大于全国同期增温速度;年降水量和作物生长季节降水量均呈下降的趋势;气候生产力呈递减趋势;未来“暖湿型”气候对作物生产最有利,平均增产幅度为5．9％,而“冷湿型”气候对作物生产最不利,平均减产幅度为6．3％。     

近40年来托木尔峰南坡三条监测冰川对气候变暖的响应

托木尔峰地区是中国现代冰川最大的作用中心之一。近四十年来,冰川消融加剧,退缩趋势明显,冰川融水径流增加。对托木尔峰南坡三条不同规模冰川的研究表明,面积减小厚度减薄是该区域冰川变化的主要趋势。受表碛覆盖影响,厚度减薄趋势显著,但末端退缩幅度差异很大。基于遥感监测资料以及实地考察数据,三条冰川自1964年以来面积分别减小了21.4%,15.8%和0.3%,末端平均退缩速率分别为41m·a~(-1)、30m·a~(-1)、1.5m·a~(-1)。大冰川大幅退缩对该区域水资源的短期和长期影响作用不容忽视。地形及表碛是影响冰川差异化消融的重要因子,温度升高是造成冰川退缩的重要驱动因素。     

高山冰川前缘地带景观生态的发育与演替：以天山1号冰川前缘为例

高山冰川前缘地带长寿上于高寒的冰缘环境背景之下，其生态发展的发育具有原始性和简单性，随着冰川作用时间长短的变化，其冰碛母质，植被和土壤同步演替，并表现为一定的演替模式；在景观上也呈现出明显的生态分异特征。     

祁连山低云量对气候变暖的响应

利用祁连山区周围34个测站,1961—2000年历年1—12月平均低云量资料,采用线性回归分析、合成分析、相关分析等方法,分析了40年来祁连山区低云量与气温变化的关系。结果表明:云量变化与气温变化存在一定的对应关系。在平均气温升高1℃的情况下,祁连山区年平均低云量减少1%—6%,其中祁连山东南部减少最多达22%,而柴达木盆地和河西走廊增加10%—40%。低云量对气温响应较好的区域秋、冬季是柴达木盆地,春季是祁连山区,夏季是河西走廊地区。     

天山乌鲁木齐河源1号冰川表层雪微生物多样性分析

为探究天山乌鲁木齐河源1号冰川(简称“乌源1号冰川”)积雪微生物群落特征及其与气候环境的关系,采集该区域2021年春季(4月)海拔3549 m处(TSX1)以及夏季(6月)海拔3770 m处(TSX2)和海拔3800 m处(TSX3)表层雪样,针对细菌16S rDNA V3-V4区、古菌16S rDNA V4-V5区和真菌ITS2区分别进行高通量测序,分析雪样中细菌、古菌和真菌的多样性。结果表明:(1)乌源1号冰川表层雪微生物多样性具有季节性差异,细菌多样性春季较高夏季较低,而真菌多样性则相反。(2)在物种组成上,细菌优势门为Proteobacteria(58.13%～89.10%)和Bacteroidetes(4.24%～40.74%),优势属为Flavobacterium(2.32%～33.64%)和Polaromonas(0.01%～24.72%);古菌优势门为Thaumarchaeota(38.10%～97.55%),其次为Nanoarchaeaeota(0%～61.90%)和Euryarchaeota(0%～2.82%);真菌优势门为Ascomycota(7.06%～88.4...     

Effect of topography on the changes of Urumqi Glacier No. 1 in the Chinese Tianshan Mountains

Topography plays an important role in determining the glacier changes. However, topography has often been oversimplified in the studies of the glacier changes. No systematic studies have been conducted to evaluate the relationship between the glacier changes and topographic features. The present study provided a detailed insight into the changes in the two branches (east branch and west branch) of Urumqi Glacier No. 1 in the Chinese Tianshan Mountains since 1993 and systematically discussed the effect of topography on the glacier parameters. This study analyzed comprehensive recently observed data (from 1992/1993 to 2018/2019), including mass balance, ice thickness, surface elevation, ice velocity, terminus, and area, and then determined the differences in the changes of the two branches and explored the effect of topography on the glacier changes. We also applied a topographic solar radiation model to analyze the influence of topography on the incoming shortwave radiation (SW_in) across the entire glacier, focusing on the difference in the SW_in between the two branches. The glacier mass balance of the east branch was more negative than that of the west branch from 1992/1993 to 2018/2019, and this was mainly attributed to the lower average altitude of the east branch. Compared with the west branch, the decrease rate of the ice velocity was lower in the east branch owing to its relatively increased slope. The narrow shape of the west branch and its southeast aspect in the earlier period resulted in a larger glacier terminus retreat of the west branch. The spatial variability of the SW_in across the glacier surface became much larger as altitude increased. The SW_in received by the east branch was slightly larger than that received by the west branch, and the northern aspect could receive more SW_in, leading to glacier melting. In the future, the difference of the glacier changes between the two branches will continue to exist due to their topographic differences. This work is fundamental to understanding how topographic features affect the glacier changes, and provides information for building different types of relationship between the glacier area and ice volume to promote further studies on the basin-scale glacier classification.     

Multi-decadal variations in glacier flow velocity and the influencing factors of Urumqi Glacier No.1 in Tianshan Mountains,Northwest China

Urumqi Glacier No. 1 is a representative glacier in the inland areas of Central Asia and is the only Chinese reference glacier in the World Glacier Monitoring Service. In this study, we explored multi-decadal variations in the flow velocity of the glacier and the influencing factors based on continuous field observations and path coefficient analysis. Results show that the glacier flow velocity decreased from 5.5 m/a in 1980/1981 to 3.3 m/a in 2010/2011. The annual variation in the direction of glacier flow velocity in the western branch and eastern branch was less than 1°–3°, and the change of glacier flow velocity in the western branch was more dramatic than that in the eastern branch. Glacier flow velocity was influenced by glacier morphology(including glacier area, glacier length, and ice thickness), glacier mass balance and local climate conditions(air temperature and precipitation), the glacier morphology being the leading factor. The long-term flow velocity data set of Urumqi Glacier No. 1 contributes to a better understanding of glacier dynamics within the context of climatic warming.     

1960-2009年中国天山现代冰川末端变化特征

基于冰川定位观测、野外考察、航空摄影、遥感影像和地形图分析方法,研究了1960-2009年中国天山8条冰川末端变化特征。结果表明：1960-2009年,在天山地区气温与降水呈上升趋势的背景下,8条冰川均处于退缩状态,退缩速率由西向东逐渐减缓,其变化幅度因气候环境、地理位置、冰川规模和冰川形态等的不同而存在明显的区域性与阶段性差异。其中,乌鲁木齐河源1号冰川1962-1973年冰川末端退缩速率为5.96 m•a^-1,1973-1980年为3.28 m•a^-1,1980-1993年为3.93 m•a^-1,在1993年完全分离成东、西两支独立的冰川;博格达峰四工河4号冰川末端1962-1981年退缩速率为6 m•a^-1,1981-2006年为8.9 m•a^-1,2006-2009年为13.3 m•a^-1。表碛覆盖的青冰滩72号冰川和74号冰川末端1964-2009年退缩速率分别为41 m•a^-1和30 m•a^-1,远较无表碛覆盖的庙儿沟平顶冰川退缩迅速（1972-2007年冰川末端退缩速率为2.32 m•a^-1）。表面特征（表碛）亦是造成冰川变化差异的一个主要原因。     

祁连山北大河流域冰川变化遥感监测

基于1956年地形图和2003年ASTER影像数据,在RS和GIS技术支持下,确定了1956年和2003年的冰川边界,对祁连山北大河流域冰川近47 a来的变化进行了研究。结果表明：该流域372条冰川面积在47 a间共减小了33.56 km²,平均每条减小0.09 km²,变化率-15.42%,冰川末端累计退缩51 015 m。分析显示,小冰川比大冰川消融的更快。对研究区附近气象站近年来的年平均气温、夏季平均气温和年降水量进行分析,认为气温升高是北大河流域冰川快速萎缩的主要原因。与中国西部其他冰川进行对比研究发现,北大河流域冰川消融速率比新疆要快,但较黑河流域及其他子流域要慢,初步推测是由冰川所在区域的气候及冰川自身因素共同作用的结果。     

1959-2009年乌鲁木齐河源1号冰川零平衡线高度变化研究

基于1959-2009年间天山乌鲁木齐河源1号冰川观测资料,研究了该冰川零平衡线高度变化特征,并建立了零平衡线高度与夏季气温和夏季降水量之间的统计关系。研究表明:近51年来,1号冰川零平衡线高度呈缓慢上升、缓慢下降、急剧上升、急剧下降的变化趋势,但总体呈上升趋势,且该冰川零平衡线高度上升了约45m。1号冰川零平衡线高度和年净物质平衡有良好的线性关系,冰川处于稳定状态时的零平衡线高度为4018m。此外,对1号冰川零平衡线高度的气候敏感性研究表明,如果夏季气温升高(或降低)1℃,那么该冰川零平衡线高度将上升(或下降)约64m;如果夏季降水量增加(或减少)100mm,那么该冰川零平衡线高度将下降(上升)约21m,夏季气温是影响冰川零平衡线高度变化的主要气候因素。     

锡林河流域径流量变化对气候变化与人类活动的响应

选取锡林河集水区域为研究区,基于1968-2015年水文和气象数据序列,采用Mann-Kendall趋势检验进行趋势分析,采用Mann-Kendall突变检验和双累积曲线法进行突变分析,继而利用双累积曲线法、累积量斜率变化率比较法及弹性分析法定量研究气候变化和人类活动对径流量影响的贡献率。研究表明:1968-2015年,锡林河流域年径流量呈显著下降趋势,且在1984年和2000年发生突变。基于此,将1968-1984年作为基准期、1985-2000年和2001-2015年则作为突变期;双累积曲线法得出的人类活动对径流影响贡献率介于86%~88%,与其他方法所得结果相差较大,而累积量变化率比较法则同时考虑降雨和蒸发对径流的影响,与弹性系数法得出的结果基本一致,贡献率分别介于52.44%~69.02%(1985-2000年)和42.39%~43.64%(2001-2015年)。综合而言,不同定量方法具有不同的基础和结构,使用包含多方法集成的弹性系数法相对于经验性统计法而言更可靠,且更适于锡林河流域径流量的定量响应研究。     

乌鲁木齐河源1号冰川东西支变化特征研究

利用乌鲁木齐河源区气温、降水资料以及1号冰川变化数据,分析了1号冰川东支和西支冰川变化特征的异同,并运用物质和能量平衡理论对1号冰川加速消融和特征变化进行解释。研究表明:1号冰川东支和西支冰川变化特征的差异是由各自冰川形态、海拔、地形、面积规模等不同所导致的,而气温升高和太阳短波辐射吸收率增加是1号冰川加速消融和特征变化的两个重要原因。