1970—2000年青藏高原內(nèi)流區(qū)冰川儲(chǔ)量變化的初探

崔志勇，李志偉，李佳，汪長城，周文明

中南大學(xué)地球科學(xué)與信息物理學(xué)院，長沙 410083

1 引言

青藏高原內(nèi)流區(qū)發(fā)育了大量冰川，這些冰川是區(qū)域內(nèi)最重要的水源補(bǔ)給之一.同時(shí)因?yàn)楸▽?duì)氣候的變化很敏感，所以研究青藏高原內(nèi)流區(qū)冰川對(duì)氣候的變化產(chǎn)生了怎樣的響應(yīng)，了解和掌握冰川時(shí)空變化的規(guī)律和特點(diǎn)，對(duì)當(dāng)?shù)氐纳鐣?huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生態(tài)環(huán)境有著重要的現(xiàn)實(shí)意義.在研究冰川的變化時(shí)，冰川體積變化信息比冰川面積、長度變化信息更具實(shí)際意義：一方面，它直接反映了冰川的儲(chǔ)量變化，這種儲(chǔ)量變化通過水循環(huán)的方式可以轉(zhuǎn)換為對(duì)海平面變化的貢獻(xiàn)；另一方面，冰川體積變化對(duì)區(qū)域水資源有著直接的影響（Adhikari and Marshall，2012）.但由于體積提取的難度更大，成本也更高，所以目前關(guān)于體積變化的研究遠(yuǎn)沒有冰川面積和長度變化的研究豐富（Hansen etal.，2006），青藏高原內(nèi)流區(qū)特別是區(qū)域內(nèi)各更小流域內(nèi)的冰川體積時(shí)空變化規(guī)律特點(diǎn)是本區(qū)域迫切要獲知的重要環(huán)境變化信息.

利用探冰雷達(dá)直接測量冰川厚度是較早用來研究川體積及其變化的手段（Dowdeswel etal.，2002），雖然精度較高，但其耗費(fèi)大量的人力物力資源，且適用區(qū)域有限.通過差分不同時(shí)段DEM來獲取冰川厚度及體積變化是近年來發(fā)展的一種新方法（Muskett etal.，2003；Sauber etal.，2005；K ɑɑb，2008），其最大優(yōu)勢是數(shù)據(jù)來源豐富 （IceSat-DEM、STRM-DEM、GDEM、InSAR技術(shù)提取的DEM、以及由具有立體成像的光學(xué)遙感影像提供的其他DEM），數(shù)據(jù)覆蓋范圍廣，可直接獲取冰川的儲(chǔ)量變化信息，但目前DEM數(shù)據(jù)在冰川區(qū)的驗(yàn)證研究尚不足，精度難以得到保證.通過測量冰川物質(zhì)平衡，間接估計(jì)體積變化是一種很好的手段，但該方法不太適用于大量陸地山岳冰川（Chinn etal.，2012；Dyurgerov etal.，2009）.2012年，Chinn等提出了利用監(jiān)測雪線的變化來估計(jì)冰川物質(zhì)平衡變化進(jìn)而探討冰川體積變化的方法，但該方法仍在應(yīng)用范圍上受到限制.因?yàn)榭梢岳秘S富的冰川面積資料反演冰川的體積及其變化信息，同時(shí)不受地域背景的限制，冰川體積-面積（V-A）統(tǒng)計(jì)關(guān)系模型方法在進(jìn)行冰川體積的時(shí)空變化研究中有較大優(yōu)勢，而且其應(yīng)用研究已很多（Bahr etal.，1997；姚檀棟等，2004；Meier etal.，2007；Adhikari and Marshall，2012）.

根據(jù)青藏高原內(nèi)流區(qū)冰川研究的現(xiàn)狀和獲取冰川體積變化的技術(shù)條件及方法，本文所開展的主要研究內(nèi)容包括：第一，基于RS、GIS技術(shù)平臺(tái)提取冰川面積變化數(shù)據(jù)，結(jié)合冰川目錄數(shù)據(jù)、本區(qū)域冰川面積變化的研究資料，現(xiàn)有技術(shù)、條件，應(yīng)用V-A統(tǒng)計(jì)模型方法，提取青藏高原內(nèi)流區(qū)自1970年至2000年的冰川體積變化；第二，結(jié)合氣候變化的區(qū)域差異以及冰川的發(fā)育特點(diǎn)和規(guī)模等，對(duì)青藏高原內(nèi)流區(qū)六個(gè)二級(jí)流域內(nèi)冰川面積、體積變化的特點(diǎn)進(jìn)行分析，并對(duì)面積和體積的變化趨勢進(jìn)行對(duì)比分析；第三，根據(jù)得到的結(jié)果，討論冰川體積變化對(duì)區(qū)域生態(tài)環(huán)境的影響.

2 青藏高原內(nèi)流區(qū)概況

青藏高原內(nèi)流區(qū)位于青藏高原中西部，如圖1所示.整個(gè)青藏高原內(nèi)流區(qū)就像一個(gè)被高大山系圍成的大盆地，其南面是岡底斯山脈，北側(cè)是昆侖山，西側(cè)被喀喇昆侖山包圍，東邊則是唐古拉山脈和念青唐古拉山（施雅風(fēng)，2005）.區(qū)域的氣候環(huán)境呈現(xiàn)酷寒、多風(fēng)、干旱的特點(diǎn)（董玉祥等，2001；楊富裕等，2003）.作為內(nèi)流區(qū)主體的羌塘高原（也稱藏北高原），海拔在4600～5100m之間，是全球中低緯度區(qū)域多年凍土最發(fā)育的區(qū)域（李明森，1993），因其形成于晚第三紀(jì)的夷平面，受強(qiáng)烈構(gòu)造活動(dòng)影響被抬升，構(gòu)成了遼闊而完好的高原平面，地勢起伏較小，無海拔超過7000m的山脈，這些地形條件不利于第四紀(jì)冰川的發(fā)育，故而這里是青藏高原冰川面積最小的區(qū)域，僅1986.93km2（李吉均等，1986；施雅風(fēng)，2005）.但整個(gè)青藏高原內(nèi)流區(qū)的冰川規(guī)模很大，一共有5341條，總面積達(dá)7836.10km2，總儲(chǔ)量為777.48km3.在我國冰川目錄中，青藏高原內(nèi)流區(qū)的冰川數(shù)量僅比雅魯藏布江水系和塔里木內(nèi)流區(qū)少.青藏高原內(nèi)流區(qū)的水系編號(hào)為5Z，內(nèi)流區(qū)下面又分成6個(gè)二級(jí)流域（圖1中標(biāo)示的概略位置），依次命名為5Z1～5Z6.該區(qū)域的冰川都屬于極大陸型.大量的懸冰川、冰斗冰川以及懸—冰斗冰川在此發(fā)育，山谷冰川盡管從數(shù)量上只占本區(qū)冰川總數(shù)的5.4%，但面積和儲(chǔ)量分別占到了各自總量的44.4%和60.6%（施雅風(fēng)，2005）.

3 青藏高原內(nèi)流區(qū)V-A模型建立及冰川體積變化提取流程

3.1 研究區(qū)V-A統(tǒng)計(jì)關(guān)系模型的建立

V-A統(tǒng)計(jì)模型可以簡單表示為：V＝C×Aγ，其中V代表冰川體積，A代表冰川面積，γ是指數(shù)因子，C是比例常數(shù)（Radiéetal.，2008）.在建立冰川面積-體積統(tǒng)計(jì)關(guān)系模型時(shí)，采用中國冰川編目中提供的1970s的冰川面積和體積數(shù)據(jù).根據(jù)模型的參數(shù)估計(jì)要求，首先對(duì)整理的冰川目錄數(shù)據(jù)進(jìn)行了初步處理，把所有冰川編目數(shù)據(jù)按冰川命名規(guī)則及各冰川在編目中的編號(hào)，將它們分別劃入5Z1、5Z2、5Z3、5Z4、5Z5、5Z6各區(qū)域中，各區(qū)域冰川的面積體積數(shù)據(jù)所處時(shí)段都在1970年左右，年代跨度最大不超過6年.各二級(jí)區(qū)域的統(tǒng)計(jì)關(guān)系見圖2.

3.2 青藏高原內(nèi)流區(qū)冰川體積變化提取流程

在得到本區(qū)域冰川體積與冰川面積冪指數(shù)比例關(guān)系的參數(shù)（即冪指數(shù)和比例常數(shù)）后，再根據(jù)統(tǒng)計(jì)關(guān)系模型利用已有冰川編目中的冰川面積和體積數(shù)據(jù)以及獲取得到的區(qū)域冰川的平均變化率獲取冰川的體積變化.

表1 青藏高原內(nèi)流區(qū)各二級(jí)區(qū)擬合的模型參數(shù)Table 1 The model parameters for each sub-catchment in the Qinghai-Tibetan Plateau Interior Area

2000s的冰川面積數(shù)據(jù)是通過各區(qū)域的冰川年均變化率推算得到，2000s的冰川體積數(shù)據(jù)是通過1970s的冰川數(shù)據(jù)得到的統(tǒng)計(jì)模型和推算得到的2000s的冰川面積計(jì)算得到.其中在獲取2000s的冰川面積數(shù)據(jù)時(shí)，利用1970s的冰川面積數(shù)據(jù)和表2中所獲取到的各二級(jí)區(qū)域從1970s至2000s年近30年間的冰川面積年均變化率推算得到.對(duì)于5Z1區(qū)域分別選擇了馬蘭冰帽及其附近區(qū)域、新青峰冰帽、木孜塔格峰冰川和布喀塔格峰等5個(gè)典型冰川區(qū)的冰川面積變化數(shù)據(jù)計(jì)算整個(gè)區(qū)域冰川年均變化率，以上5個(gè)典型冰川區(qū)冰川的變化除布喀塔格峰區(qū)的冰川變化在1973—1994時(shí)段外，其余都在1970—2000s時(shí)段.5Z2區(qū)域，選擇了念青唐古拉山西段、申扎杰崗、納木錯(cuò)流域、各拉丹冬等5個(gè)典型冰川區(qū)，冰川變化的時(shí)段都是1970—2000s.5Z3區(qū)域，選擇的是瑪旁雍錯(cuò)流域、納木那尼峰、隆格爾山、夏康堅(jiān)、青扒貢壟山、波波噶屋峰等6個(gè)典型冰川區(qū)1970—2000s時(shí)段的冰川面積變化數(shù)據(jù).5Z4區(qū)域，選用是西昆侖山昆侖峰和土則崗日兩個(gè)區(qū)域的冰川面積變化數(shù)據(jù).5Z5和5Z6區(qū)域分別選擇了冬布勒山、聳峙嶺和崗扎日峰3個(gè)冰川區(qū)和藏色—布若崗日、普若崗日、瑪依崗日、都古爾—西雅而山地四個(gè)冰川區(qū)的冰川面積變化數(shù)據(jù)，這些冰川的變化時(shí)段都是1970—2000s的近30年時(shí)間.

具體的步驟如下：

（1）收集并整理中國冰川目錄中關(guān)于青藏高原內(nèi)流區(qū)的所有冰川資料，并對(duì)六個(gè)二級(jí)區(qū)的冰川基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行分類整理，再通過非線性最小二乘擬合的方法，對(duì)六個(gè)二級(jí)區(qū)的冰川數(shù)據(jù)分別進(jìn)行擬合分析，獲取各區(qū)域?qū)?yīng)的兩個(gè)最佳擬合參數(shù).

（2）收集和整理關(guān)于本區(qū)域自1970年代以來至2000年代的冰川面積時(shí)空變化數(shù)據(jù)（主要因?yàn)橐延嘘P(guān)于面積時(shí)空變化的研究資料大部分集中于這個(gè)時(shí)間段，而且這個(gè)時(shí)間段也是氣候變化較為強(qiáng)烈的時(shí)期），對(duì)于沒有冰川面積時(shí)空變化的小區(qū)域，利用RS和GIS技術(shù)進(jìn)行提取.

圖1 青藏高原內(nèi)流區(qū)位置及各二級(jí)流域分布Fig.1 Geographical location of the Qinghai-Tibetan Plateau Interior Area and geographical distribution of six sub-catchments

圖2 各二級(jí)區(qū)域冰川體積、面積比例關(guān)系擬合圖Fig.2 Fitting results of V-A statistical model

文章在提取冰川面積時(shí)采用了基于TM／ETM光學(xué)遙感影像的波段比值閾值法.冰川在光學(xué)遙感影像的可見光波段有較強(qiáng)的反射特性而在近紅外波段反射特性較弱，利用3波段（屬可見光波段）和5波段（屬近紅外波段）的比值圖像可以增大冰川與其他地物的區(qū)別從而初步獲取冰川的邊界.為了得到冰川邊界還要設(shè)定一定的閾值，而閾值的選擇有一定的經(jīng)驗(yàn)性，在利用比值方法中閾值通常選擇2較為適宜，但針對(duì)不同區(qū)域閾值會(huì)有所不同，對(duì)于本區(qū)域閾值選擇3時(shí)冰川分類的結(jié)果最理想，然后將得到的冰川分類結(jié)果在GIS平臺(tái)下進(jìn)行矢量化，在此階段為保證結(jié)果的準(zhǔn)確性又基于相應(yīng)時(shí)段的5、4、3假彩色影像對(duì)冰川分類結(jié)果進(jìn)行了人工校正，最后得到冰川的面積數(shù)據(jù).

（3）對(duì)整理好的面積變化數(shù)據(jù)通過加權(quán)平均的方法估算各二級(jí)區(qū)冰川面積的整體年均變化率.

（4）利用第（3）步中得到的冰川年均變化率和冰川目錄數(shù)據(jù)把各個(gè)二級(jí)區(qū)的冰川面積統(tǒng)一歸化成1970年的面積.

（5）根據(jù)第（3）、（4）步中的結(jié)果計(jì)算出到2000年時(shí)各冰川的面積.

（6）利用第（1）歩中得到的模型參數(shù)計(jì)算2000年時(shí)的冰川體積.最后，對(duì)得到的結(jié)果進(jìn)行分析評(píng)價(jià).

整個(gè)流程可概括為圖3.

圖3 （V-A）統(tǒng)計(jì)模型法提取冰川體積變化流程（APAC表示年均變化率）Fig.3 Process of extracting glacial volume by V-A statistical model

4 青藏高原內(nèi)流區(qū)冰川面積時(shí)空變化及分析

4.1 冰川面積時(shí)空變化提取

青藏高原內(nèi)流區(qū)各二級(jí)流域內(nèi)代表性冰川系統(tǒng)1970—2000s時(shí)間段的冰川面積時(shí)空變化數(shù)據(jù)列于表2中.表中區(qū)域年均變化率是通過加權(quán)平均代表性冰川系統(tǒng)的冰川面積年均變化率獲取.而各冰川系統(tǒng)的年均變化率＝（某年冰川面積-參考年份冰川面積）／參考年份冰川面積／間隔時(shí)間×100%.

所有二級(jí)內(nèi)流區(qū)中，5Z3區(qū)冰川數(shù)目最多，面積比例也較大，為了盡量保證后續(xù)研究結(jié)果的合理性，針對(duì)該區(qū)域選擇的代表性冰川系統(tǒng)數(shù)最多.5Z4區(qū)冰川面積變化資料最少，針對(duì)該區(qū)只選擇了昆侖峰和土則崗日兩個(gè)代表性冰川系統(tǒng)，但這兩個(gè)小區(qū)域的冰川變化對(duì)于5Z4區(qū)的冰川有很大代表性.5Z5區(qū)冰川數(shù)目較少，但冰川分布相對(duì)集中，選擇了三個(gè)代表性冰川分布區(qū).5Z6區(qū)代表性冰川系統(tǒng)的冰川面積之和大于本區(qū)域的總和，主要是因?yàn)椴厣珝徣?、布若崗日、普若崗日三個(gè)區(qū)域的冰川分屬于不同的二級(jí)區(qū)，但分布于這些高山周圍的冰川所處的氣候和地理環(huán)境是相同的，故不影響對(duì)整個(gè)二級(jí)區(qū)冰川年均變化率的計(jì)算.5Z1和5Z2的情況與5Z6情況形似，不再贅述.各二級(jí)區(qū)冰川的整體面積變化采用冰川面積大小加權(quán)平均的方法獲取.內(nèi)流區(qū)整體的冰川面積變化則參考冰川目錄中已有的數(shù)據(jù)，結(jié)合各二級(jí)區(qū)冰川整體面積的年均變化率算得.

表2 青藏高原內(nèi)流區(qū)二級(jí)流域代表性冰川系統(tǒng)冰川面積時(shí)空變化資料Table 2 Temporal and spatial variation information of representative galcier system at each sub-catchment

4.2 冰川面積時(shí)空變化特點(diǎn)分析

通過表2可以發(fā)現(xiàn)，在選擇的所有代表性冰川系統(tǒng)中，1970年至2000年左右時(shí)段，5Z3二級(jí)流域青扒貢壟山區(qū)域的冰川相對(duì)其他冰川系統(tǒng)表現(xiàn)出更快的退縮速率，年均變化率達(dá)到-0.555%；5Z3區(qū)域退縮最慢的冰川系統(tǒng)是夏康堅(jiān)山區(qū)，年均變化率為-0.1%.從二級(jí)流域角度看，5Z3二級(jí)流域區(qū)域是整個(gè)青藏高原內(nèi)流區(qū)退縮幅度最大的二級(jí)區(qū)域，年均變化率為-0.28%.整個(gè)內(nèi)流區(qū)退縮最慢的二級(jí)區(qū)是5Z1區(qū)，年均變化率僅約為-0.02%，同區(qū)域的馬蘭冰帽及其附近區(qū)域和布喀塔格峰山區(qū)的冰川甚至都有微弱的擴(kuò)大.5Z4和5Z6區(qū)域冰川的退縮速率也不大，但這兩個(gè)區(qū)域冰川退縮不大的原因不同：5Z4區(qū)域山谷冰川發(fā)育較多，但這些冰川都屬于屬于極地冰川，這類冰川對(duì)氣溫變化的敏感性較低；而5Z6區(qū)域則主要以規(guī)模較大的冰原或冰帽為主，這類冰川由于規(guī)模龐大，自身動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)復(fù)雜，對(duì)環(huán)境變化的“免疫力”較強(qiáng)，所以表現(xiàn)出了較小的退縮.5Z1區(qū)域的冰川兼具以上兩方面的特點(diǎn)，所以這也可能是本區(qū)冰川面積退縮最慢的原因.另外還可以看到5Z2區(qū)域的納木錯(cuò)流域的冰川也呈現(xiàn)了較大的退縮速率，其變化原因可能與該區(qū)域冰川接近于季風(fēng)海洋型冰川有關(guān).從總體上看青藏高原內(nèi)流區(qū)冰川面積的時(shí)空變化呈現(xiàn)出如下特點(diǎn)：首先，內(nèi)流區(qū)冰川面積在1970—2000年左右的時(shí)間內(nèi)，整體退縮趨勢較為緩慢；其次，各二級(jí)流域冰川面積的變化程度不同，反映了冰川對(duì)氣候變化響應(yīng)的地域差異；第三，在二級(jí)流域內(nèi)更小區(qū)域的冰川面積變化也有較大差異，反映了冰川系統(tǒng)本身對(duì)環(huán)境變化響應(yīng)的差異性.而面積變化的這種特點(diǎn)也表明：在用VA模型研究某一大的區(qū)域的冰川體積變化時(shí)，應(yīng)當(dāng)盡量選擇更多小尺度區(qū)域的冰川變化計(jì)算大尺度區(qū)域冰川變化的平均值，這樣才會(huì)使結(jié)果更為準(zhǔn)確.

5 青藏高原內(nèi)流區(qū)冰川體積時(shí)空變化及分析

5.1 冰川體積變化的提取

基于V-A統(tǒng)計(jì)模型的方法，我們獲取了1970—2000s時(shí)段青藏高原內(nèi)流區(qū)冰川的體積變化，內(nèi)流區(qū)冰川體積在研究時(shí)段整體減少量約為-36.25km3，整體平均減少率是-4.66%.6個(gè)二級(jí)流域冰川體積的變化量各不相同，5Z1區(qū)域無論從冰川體積減少量（-0.87km3）還是退縮率（-0.79%）角度，都是最少的；5Z3區(qū)域冰川體積減少量是-8.38km3，變化率是-11.19%，是冰川體積變化幅度相對(duì)最大的區(qū)域；5Z4區(qū)域盡管冰川體積減少量最大，達(dá)-13.83km3，但是其冰川的減少率并不是很大，減少量最大主要原因還是因?yàn)?Z4是冰川儲(chǔ)量最大的區(qū)域.5Z2和5Z5兩個(gè)區(qū)域冰川體積的變化量最接近，分別是-5.74km3和-5.25km3，同時(shí)這兩個(gè)區(qū)域的冰川退縮率也比較接近.5Z6區(qū)域冰川體積的退縮率與5Z4區(qū)域十分接近，分別是-3.97%和-3.93%，但冰川的絕對(duì)減少量僅為-2.18km3.

5.2 本文結(jié)果的可靠性分析

為了對(duì)得到的內(nèi)流區(qū)冰川體積變化結(jié)果進(jìn)行評(píng)定，我們又將經(jīng)驗(yàn)公式方法、比例關(guān)系Ⅰ、比例關(guān)系Ⅱ、比例關(guān)系Ⅲ等四種不同的統(tǒng)計(jì)模型應(yīng)用于本研究區(qū).經(jīng)驗(yàn)公式方法是劉時(shí)銀等（2002）通過對(duì)大量冰川測量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析時(shí)提出的，認(rèn)為與中國西部冰川系統(tǒng)冰川面積體積變化較為相符的大尺度的經(jīng)驗(yàn)公式：V＝0.034×S1.43，V和S分別代表冰川體積和面積.比例關(guān)系Ⅰ是姚檀棟和施雅風(fēng)（1988）對(duì)烏魯木齊河源1號(hào)冰川分析時(shí)，根據(jù)冰川長度、面積、體積各自的變化值得到的簡單比例關(guān)系.比例關(guān)系Ⅱ是施雅風(fēng)等（2002）同樣在對(duì)烏魯木齊河源1號(hào)冰川的研究中所得到的簡單比例關(guān)系，比例關(guān)系Ⅲ則是劉時(shí)銀等（2002）對(duì)祁連山地區(qū)冰川的變化情況得到的關(guān)于冰川體積、面積、長度變化的一個(gè)極端比例關(guān)系.姚檀棟等（2004）用經(jīng)驗(yàn)公式方法、比例關(guān)系Ⅰ、比例關(guān)系Ⅱ、比例關(guān)系Ⅲ等四種方法初步估計(jì)了整個(gè)高亞洲地區(qū)冰川的儲(chǔ)量變化，認(rèn)為所得結(jié)果具有參考意義.上述四種方法和本文方法（V-A模型法）所得到的結(jié)果列于表4.

從表4中的結(jié)果可以看到幾種方法得到的結(jié)果之間還是有一定可比性的.比例關(guān)系Ⅰ得到的冰川體積退縮量最大，比例關(guān)系Ⅲ得到的結(jié)果最小.他們之間的差異，推測最主要是因?yàn)殛P(guān)系Ⅰ是由烏魯木齊河源一號(hào)冰川的測量數(shù)據(jù)所得，關(guān)系Ⅲ則反映的是祁連山西段冰川各形態(tài)參數(shù)的變化關(guān)系，而這兩個(gè)區(qū)域的冰川變化本身就存在區(qū)域性差異.關(guān)系Ⅰ和Ⅱ雖都反映了河源一號(hào)冰川各形態(tài)參數(shù)之間的變化關(guān)系，但從時(shí)段上看關(guān)系Ⅰ反應(yīng)的是1964—1992時(shí)段一號(hào)冰川的形態(tài)變化關(guān)系，關(guān)系Ⅱ反應(yīng)的時(shí)段則是小冰期到20世紀(jì)80年代，因此推測獲取比例關(guān)系的時(shí)段是造成兩者結(jié)果不同的主要原因.關(guān)系Ⅰ反應(yīng)的冰川變化期與本文的研究時(shí)段接近，但其結(jié)果與本文中的計(jì)算也有一定差異，推測可能與兩區(qū)域冰川對(duì)氣候變化的響應(yīng)不同有關(guān).利用經(jīng)驗(yàn)公式得到的結(jié)果與比例關(guān)系Ⅰ的結(jié)果契合度很好，但與關(guān)系Ⅲ得到的結(jié)果差異較大，而經(jīng)驗(yàn)公式最主要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)源自祁連山西段冰川的變化數(shù)據(jù)，理論上應(yīng)該與比例關(guān)系Ⅲ的計(jì)算結(jié)果最接近，說明這些方法得到的結(jié)果都不夠穩(wěn)定.從冰川形態(tài)對(duì)氣候變化的響應(yīng)角度來看，冰川體積要比冰川長度對(duì)氣候變化的敏感性更高（Klok and Olermans，2004），且冰川在體積方面的減少比例也確實(shí)要比面積減少比例大（姚檀棟等，2004），根據(jù)現(xiàn)有對(duì)青藏高原氣候的研究來看（李生辰等，2007；李林等，2010），在研究時(shí)段區(qū)域內(nèi)的氣溫是在緩慢上升的，那么冰川的體積應(yīng)該表現(xiàn)出更快的退縮，所以與經(jīng)驗(yàn)公式方法相比比例關(guān)系Ⅲ的結(jié)果更可靠些.本文的結(jié)果是在30年的時(shí)間內(nèi)，內(nèi)流區(qū)冰川體積減少了36.25km3，比經(jīng)驗(yàn)公式方法和比例關(guān)系Ⅰ的計(jì)算結(jié)果都略小，這一結(jié)果在意料之中，因?yàn)闊o論祁連山西段還是河源一號(hào)冰川區(qū)域，其冰川的退縮幅度都高于青藏高原內(nèi)流區(qū)冰川的退縮幅度，所以利用他們得到的統(tǒng)計(jì)關(guān)系模型探討本區(qū)域的冰川時(shí)，得到的結(jié)果很可能會(huì)有所高估.關(guān)系Ⅱ因?yàn)轶w現(xiàn)的冰川變化時(shí)段與本文不同，但因?yàn)楸▽?duì)氣候變化的響應(yīng)機(jī)制的存在，所以與本文計(jì)算得到的結(jié)果接近也是可能的.綜上分析認(rèn)為本文結(jié)果還是相對(duì)較為理想的.

表3 各二級(jí)流域1970—2000s時(shí)段冰川面積和體積變化Table 3 The area variation and volume variation of glaciers′from 1970sto 2000sat each sub-catchment

表4 不同方法所獲取的研究區(qū)域1970—2000s時(shí)段30年的冰川體積變化Table 4 Results of glacier volume variation during 1970s to 2000sobtaing by different ways

5.3 冰川體積變化特點(diǎn)及變化原因探討

近幾十年青藏高原地區(qū)氣候變化的總體特點(diǎn)是，1970—2000s的30多年時(shí)間內(nèi)區(qū)域氣溫上升幅度為0.28℃／10a，期間經(jīng)歷了由先下降到緩慢上升再到90年代以后快速上升的變化過程（李生辰等，2006；李林等，2010），而降水變化的整體趨勢是70年代至90年初變化不大，90年代至21世紀(jì)時(shí)段明顯增加，且降水主要發(fā)生在春夏季（李生辰等，2007）.在這種區(qū)域氣候變化的大背景下，由圖4（a，b）可以明顯看出，內(nèi)流區(qū)冰川呈現(xiàn)整體退縮的狀態(tài)，這說明氣溫對(duì)區(qū)域冰川的影響要大于降水的影響.分析認(rèn)為春夏季是冰川主要的消融期，在春夏季降水雖然也會(huì)增多，但抵消氣溫上升對(duì)冰川影響的能力并沒有相應(yīng)的提高.各二級(jí)流域的冰川雖然退縮幅度不同，但是都呈現(xiàn)出體積減少比例大于面積減少比例的情況，說明本區(qū)域冰川體積的變化對(duì)氣候變化的響應(yīng)表現(xiàn)的更快一些.另外，從1970年到2000的30年中內(nèi)流區(qū)冰川體積的退縮率為-4.66%，小于整個(gè)高亞洲區(qū)域冰儲(chǔ)量在1960—2000s近40年約-8.1%的退縮率（姚檀棟等，2004），進(jìn)一步證明青藏高原內(nèi)流區(qū)冰川系統(tǒng)相比其他區(qū)域的冰川退縮更為緩慢.

圖4 各二級(jí)流域1970—2000s時(shí)段冰川面積和體積變化對(duì)比圖（a）圖為實(shí)際變化值；（b）圖為變化率；（“-”表示冰川退縮）.Fig.4 Glacier area and volume changes contrast during 1970sto 2000sof 6sub-catchments（a）Variation value；（b）Variation rate.

內(nèi)流區(qū)冰川的體積變化在上述一致性變化的情況下，在各二級(jí)流域中又表現(xiàn)出明顯的區(qū)域性差異.盡管5Z4區(qū)域冰川系統(tǒng)無論是冰川面積還是冰川體積都是內(nèi)流區(qū)最大的，但由圖4a可以看到，相比其他二級(jí)流域，該流域冰川體積的絕對(duì)變化和相對(duì)變化都不是最大的，相反除了5Z1區(qū)域外，其冰川系統(tǒng)表現(xiàn)的最穩(wěn)定，推測主要與本區(qū)域氣候變化的特點(diǎn)有關(guān).因?yàn)楸緟^(qū)域在1970—1990s期間存在一個(gè)降溫時(shí)段，表現(xiàn)為從1970—1980s氣溫驟降0.6℃，且降溫趨勢延續(xù)到了1990s，降水的變化則沒有氣溫變化那么明顯（Wang etal.，2003；施雅風(fēng)等，2006）.5Z6和5Z5流域的冰川儲(chǔ)量是內(nèi)流區(qū)最小和次最小的，他們?cè)谙嗨频臍夂虮尘跋?，體積變化的應(yīng)該更劇烈，這似乎與本文的結(jié)果不符.分析原因認(rèn)為與這兩個(gè)區(qū)域的冰川個(gè)體規(guī)模主要以極地型冰原為主有關(guān)，一方面他們對(duì)氣候的變化尤其是氣溫的變化并不敏感，另一方面由于有著較為寬廣的高原平面，使得降水特別是固體降水不易被排泄掉利于冰川的積累，另外這兩個(gè)區(qū)域主要位于羌塘高原上，該區(qū)域1955—2004年期間氣候變化的特點(diǎn)是氣溫升高的同時(shí)氣候趨于濕潤（王景升等，2008），以上原因減弱了氣溫上升對(duì)冰川的影響.5Z3區(qū)域是冰川體積變化幅度最劇烈的二級(jí)流域，這可能與該區(qū)域冰川發(fā)育特點(diǎn)和區(qū)域性的氣候變化有關(guān).該區(qū)以小冰川居多，冰川的平均面積僅為0.78km2（施雅風(fēng)等，2005）.同時(shí)本區(qū)域70年代之后的30多年，氣溫表現(xiàn)為連續(xù)波動(dòng)上升，且升溫比青藏高原在相同時(shí)段的平均升溫趨勢快2—3倍，成為內(nèi)流區(qū)升溫較快的區(qū)域，相應(yīng)的降水只有少量增加（吳紹洪等，2005），這一地區(qū)還是青藏高原最早進(jìn)入暖期的區(qū)域（林振耀和趙昕奕，1996）.5Z1流域體積退縮最小，與面積的對(duì)應(yīng)變化一致，反映了該區(qū)域冰川在當(dāng)前氣候背景下是整個(gè)內(nèi)流區(qū)中最穩(wěn)定的區(qū)域.

5.4 冰川儲(chǔ)量變化對(duì)區(qū)域生態(tài)環(huán)境的影響

冰川退縮對(duì)于當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境會(huì)產(chǎn)生重要的影響，對(duì)于本區(qū)域而言這種影響最主要體現(xiàn)為對(duì)天然湖泊的影響.因?yàn)楸緟^(qū)河流都屬內(nèi)流河，氣候變暖背景下的冰川退縮會(huì)打破已有的區(qū)域水循環(huán)系統(tǒng)的平衡狀態(tài)，這些異于正常狀態(tài)的冰川融水，除了被蒸發(fā)和下滲外，會(huì)經(jīng)內(nèi)流河流入湖泊中，一方面使湖泊面積擴(kuò)大，另一方面使湖泊的水位上升，且冰川融水對(duì)湖泊水位的貢獻(xiàn)可超過50%（Yao etal.，2010），隨著湖水的升高，部分湖泊的湖水溢出淹沒周圍草場，嚴(yán)重影響畜牧業(yè).隨著冰川融水的注入，湖水鹽度也會(huì)降低，出現(xiàn)鹽湖結(jié)冰現(xiàn)象（達(dá)瓦次仁，2010）.

冰儲(chǔ)量的減少對(duì)區(qū)域內(nèi)的濕地會(huì)帶來正、反兩方面的影響，短期內(nèi)隨著冰雪融水的激增可能會(huì)使得臨近濕地有擴(kuò)大趨勢，甚至有可能會(huì)出現(xiàn)新的濕地，而在遠(yuǎn)離冰川區(qū)的區(qū)域，在氣候變化的背景下卻可能出現(xiàn)濕地的退化、沙化，從長期的角度看，冰川退縮造成的短期內(nèi)區(qū)域水量增多的趨勢會(huì)隨著冰川的持續(xù)退縮逐漸弱.

冰川變化還會(huì)造成區(qū)域內(nèi)水系改道，甚至斷流.另外，本區(qū)域內(nèi)冰川儲(chǔ)量的變化還可能會(huì)影響到內(nèi)流區(qū)以外的區(qū)域.根據(jù)陳建生等（2009）的研究推斷，青藏高原內(nèi)流區(qū)的滲漏水不少于500km3，這些水會(huì)通過深度為122～200km的水循環(huán)帶輸送到鄂爾多斯、內(nèi)蒙高原及華北平原等地區(qū)，而滲漏水主要來自區(qū)域內(nèi)的天然湖泊，冰川融水正是這些湖泊的主要水源之一.盡管從我們的結(jié)果看70年代至20世紀(jì)末的30年里，本區(qū)冰川儲(chǔ)量減少了不到40km3，但是在氣候持續(xù)變化的情況下，區(qū)域內(nèi)冰川儲(chǔ)量的擾動(dòng)對(duì)湖泊變化的影響有可能會(huì)增大.從更長遠(yuǎn)的角度看，會(huì)對(duì)可能存在的地下水循環(huán)產(chǎn)生重要影響.

6 結(jié)論

文章基于冰川體積面積之間的統(tǒng)計(jì)模型，首次嘗試估算20世紀(jì)70年代至21世紀(jì)初的30年時(shí)間內(nèi)青藏高原內(nèi)流區(qū)的冰儲(chǔ)量，結(jié)果顯示減少了約36.25億m3.將本研究區(qū)冰川體積的減少比例與用類似方法得到的整個(gè)高亞洲區(qū)域的冰川儲(chǔ)量變化比例對(duì)比，本區(qū)域冰川的退縮表現(xiàn)的更緩慢一些.在分析已有類似方法的應(yīng)用研究基礎(chǔ)上，對(duì)得到的結(jié)果進(jìn)行了評(píng)定，認(rèn)為本文結(jié)果是可以作為本區(qū)冰川儲(chǔ)量變化的參考的.通過詳細(xì)分析內(nèi)流區(qū)各二級(jí)區(qū)域冰川儲(chǔ)量變化的異同，探討了氣候變化對(duì)整個(gè)青藏高原內(nèi)流區(qū)冰川體積變化的影響以及氣候變化的區(qū)域差異性對(duì)冰川變化差異性的影響，并認(rèn)為氣候變化的區(qū)域差異性是影響各二級(jí)流域冰川體積變化特點(diǎn)的主因.最后通過已有關(guān)于青藏高原內(nèi)流區(qū)的研究資料的分析，推斷氣候變化冰對(duì)冰川儲(chǔ)量變化和區(qū)域生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生了影響.

致謝 感謝美國地址調(diào)查局（USGS）提供的Landsat MSS／TM／ETM+數(shù)據(jù)、相關(guān)研究作者提供的冰川面積變化資料、中國氣象科學(xué)數(shù)據(jù)網(wǎng)站提供的氣溫降水?dāng)?shù)據(jù)以及中國西部環(huán)境與生態(tài)科學(xué)數(shù)據(jù)中心（WESTDC）提供的冰川編目數(shù)據(jù).

Adhikari A，Marshall S J.2012.Glacier volume-area relation for high-order mechanics and transient glacier states.Geophysical Research Letters，39（16）：doi：10.1029／2012GL052712.

Bahr D B，Meier M F，Peckham S D.1997.The physical basis of volume-area scaling.Journal of Geophysical Research，102（B9）：355-362.

Chen J S，Rao W B，Ding H W，etal.2009.Deep-circulation and geo-environmental Impact of glacier melt water on the Tibetan Plateau.Science ＆Technology Review（in Chinese），27（14）：118-119.

Chinn T，F(xiàn)itzharris B B，Willsman A，etal.2012.Annual ice volume changes 1976—2008for the New Zealand Southern Alps.Global and Planetary Change，92-93：105-118.

Cui Z Y，Li Z W，Li J，etal.2014.A preliminary study of the volume variation of the glaciers in the Qinghai-Tibetan Plateau Interior Area between 1970and 2000.Chinese J.Geophys.（in Chinese），57（5）：1440-1450，doi：10.6038／cjg20140509.

Dawa T S.2010.Impacts of global warming on the water resources of Tibetan Plateau.Tibetan Studies（in Chinese），（4）：90-99.Dong Y X.2001.Driving mechanism and status of sandy desetification in the Northern Tibet Plateau.Journal of Mountain Science（in Chinese），19（5）：385-391.

Dowdeswell J A，Bassford R P，Gorman M R，etal.2002.Form and flow of the Academy of Sciences Ice Cap，Severnaya Zemlya，Russian High Arctic.Journal of Geophysical Research，107（B4）：doi：10.1029／2000JB000129.

Dyurgerov M B，Meier M F，Bahr D B.2009.A new index of glacier area change：a tool for glacier monitoring.Journal of Glaciology，55（192）：710-716.

Guo L P，Ye Q H，Yao T D，etal.2007.The glacial landforms and the changes of glacier and lake area in the Mapam Yumco Basin in Tibetan Plateau based on GIS.JournalofGlaciologyand Geocryology（in Chinese），29（4）：517-524.

Hansen J，Sato M，Ruedy K，etal.2006.Global temperature change.Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America，103（39）：288-293.

K??b A.2008.Glacier volume changes using ASTER satellite stereo and ICESat GLAS laser altimetry a test study on Edge?ya，Eastern Svalbard.IEEE Transaction on Geoscience Remote Sensing，46（10）：2823-2830.

Klok E J，Oerlemans J.2004.Climate reconstructions derived from global glacier length signals.Arctic，Antarctic and Alpine Research，36（4）：575-583.

Li J J，Zheng B X，Yang X J，etal.1986.Tibet Glacier（in Chinese）.Beijing：Science Press.

Li L，Chen X G，Wang Z Y，etal.2010.Climate change and its regional differences over the Tibetan plateau.Advances in Climate Change Research（in Chinese），6（3）：181-186.

Li M S.1993.The Utilization utilization and Protection protection of the natural resources of the Northern northern Tibet Plateauplateau.Journal of Natural Resources（in Chinese），8（1）：32-37.

Li S C，Xu L，Guo Y X，etal.2007.Change of annual precipitation over Qinghai-Xizang Plateau and sub-regions in recent 34years.Journal of Desert Research（in Chinese），27（2）：307-314.

Li Z，Sun W X，Zeng Q Z.1999.Deriving glacier change information on the Tibetan Plateauby by intergrating Rs and GIS tecniques.Acta Geographica Sinica（in Chinese），54（3）：263-268.

Lin Z Y，Zhao X Y.1996.Spatial characteristics of temperature and precipitation change in the Tibet Plateau.Science in China（Series D）（in Chinese），26（4）：354-358.

Liu S Y，Shen Y P，Sun W X，etal.2002.Glacier variation since the Maximum of the Little Ice Age in the Western Qilian Mountains，Northwest China.Journal of Glaciology and Geocryology（in Chinese），24（3）：227-233.

Liu S Y，Shang G D H，Ding Y J，etal.2004.Variation ofglaciersstudied on the basis of RS and GIS—A reassessment of the changes of the Xinqingfeng and Malan ice caps in the Northern Tibetan Plateau.Journal of Glaciology and Geocryology（in Chinese），26（3）：244-252.

Lu A X，Yao T D，Liu S Y，etal.2002.Glacier change in the Geladandong area of the Tibetan Plateau Monitored by remote sensing.Journal of Glaciology and Geocryology（in Chinese），24（5）：559-562.

Meier M F，Dyurgerov M B，Rick U K，etal.2007.Glaciers dominate eustatic sea-level rise in the 21st century.Science，317（5841）：1064-1067.

Muskett R R，Lingle C S，Tangborn W V，etal.2003.Multidecadal elevation changes on Bagley Ice Valley and Malaspina Glacier，Alaska.Geophysical Research Letters，30（16）：doi：10.1029／2003GL017707.

RadiéV，Hock R，Oerlemans J.2008.Analysis of scaling methods in deriving future volume evolutions of valley glaciers.Journal of Glaciology，54（187）：601-612.

Sauber J M，Molnia B F，Carabajal C，etal.2005.Ice elevations and surface change on the Malaspina glacier，Alaska.Geophysical Research Letters，32（23）：L23S01，doi：10.1029／2005GL023943.

Shangguan D H，Liu S Y，Ding L F，etal.2008.Variation of glaciers in the western Nyainqêntanglha range of Tibetan Plateau during 1970—2000.Journal of Glaciology and Geocryology（in Chinese），30（2）：204-210.

Shi Y F，Shen Y P，Hu R J.2002.Preliminary study on signal，impact and foreground of climatic shift from warm-dry to warmhumid in Northwest China.Journal of Glaciology and Geocryology（in Chinese），24（3）：219-225.

Shi Y F.2005.Concise Glacier Inventory of China（in Chinese）.Shanghai：Shanghai Popolar Science Press.

Shi Y F，Liu S Y，Shangguan D H，etal.2006.Two peculiar phenomena of climatic and glacial variations in the Tibetan Plateau.Advances in Climate Change Research（in Chinese），2（4）：154-160.

Wang J S，Zhang X Z，Zhao Y P，etal.2008.Spatio-temporal pattern of climate changes in Northern Tibet′s Qiangtang Plateau.Resources Science（in Chinese），30（12）：1852-1856.

Wang L P，Xie Z C，Wang X，etal.2011.The glacier area changes in the Qangtang Plateau based on the Multi-temporal grid method and its sensitivity to climate change.Journal of Mountain Sciences，8（6）：882-893.

Wang N L，Yao T D，Pu J C，etal.2003.Variations in air temperature during Past l00years revealed by delta l80in the Ma Ianieeeore from the Tibetan Plateau.Chinese Science Bulletin，48（19）：2134-2138.

Wu S H，Yin Y H，Zheng D，etal.2005.Climate changes in the Tibetan Plateau during the Last Three Decades.Acta Geographica Sinica（in Chinese），60（1）：3-11.

Wu Y H，Zhu L P.2008.The response of lake-glacier variations to climate change in Nam Co Catchment，central Tibetan Plateau，during 1970—2000.Journal of Geographical Sciences，18（2）：177-189.

Yang F Y，Zhang Y W，Miao Y J，etal.2003.Main limiting factors for deteriorated grasslands vegetation restoration of Northern Tibet Plateau.Bulletin of Soil and Water Conservation（in Chinese），2003，23（4）：17-20.

Yao T D，Shi Y F.1988.Climate，glacier and stream Water change and their projection in Rumqi River.Science in China（Series B）（in Chinese），（6）：657-666.

Yao T D，Liu S Y，Pu J C，etal.2004.Recent glacial retreat in High Asia in China and its impact on water resource in Northwest China.Science in China（Series D）（in Chinese），2004，34（6）：535-543.

Yao T D，Li Z G，Yang W，etal.2010.Glacial distribution and mass balance in the Yarlung Zangbo River and its influence onlakes.Chinese Science Bulletin，55（20）：2072-2078.

Ye Q H，Chen F，Yao T D，etal.2007.Tupu of glacier variations in the Mt.Naimona′Nyi Region，Western Himalayas，in the Last Three Decades.Journal of Remote Sensing（in Chinese），11（4）：511-520.

附中文參考文獻(xiàn)

陳建生，饒文波，丁宏偉等.2009.青藏高原冰川融水深循環(huán)及其地質(zhì)環(huán)境效應(yīng).科技導(dǎo)報(bào)，27（14）：118-119.

崔志勇，李志偉，李佳等.2014.1970—2000年青藏高原內(nèi)流區(qū)冰川儲(chǔ)量變化的初探.地球物理學(xué)報(bào)，57（5）：1440-1450，doi：10.6038／cjg20140509.

達(dá)瓦次仁.2010.全球氣候變化對(duì)青藏高原水資源的影響.西藏研究，（4）：90-99.

董玉祥.2001.藏北高原土地沙漠化現(xiàn)狀及其驅(qū)動(dòng)機(jī)制.山地學(xué)報(bào)，19（5）：385-391.

郭柳平，葉慶華，姚檀棟等.2007.基于GIS的瑪旁雍錯(cuò)流域冰川地貌及現(xiàn)代冰川湖泊變化研究.冰川凍土，29（4）：517-524.

李吉均，鄭本興，楊錫金等.1986.西藏冰川.北京：科學(xué)出版社.

李林，陳曉光，王振宇等.2010.青藏高原區(qū)域氣候變化及其差異性研究.氣候變化研究進(jìn)展，6（3）：181-186.

李明森.1993.藏北高原自然資源的利用與保護(hù).自然資源學(xué)報(bào)，8（1）：32-37.

李生辰，徐亮，郭英香等.2007.近34a青藏高原年降水變化及其分區(qū).中國沙漠，27（2）：307-314.

李震，孫文新，曾群柱.1999.綜合RS與GIS方法提取青藏高原冰川變化信息—以布喀塔格峰為例.地理學(xué)報(bào)，54（3）：263-268.

林振耀，趙昕奕.1996.青藏高原氣溫降水變化的空間特征.中國科學(xué)D輯，26（4）：354-358.

劉時(shí)銀，沈永平，孫文新等.2002.祁連山西段小冰期以來的冰川變化研究.冰川凍土，24（3）：227-233.

劉時(shí)銀，上官冬輝，丁永建等.2004.基于RS與GIS的冰川變化研究-青藏高原北側(cè)新青峰與馬蘭冰帽變化的再評(píng)估.冰川凍土，26（3）：244-252.

魯安新，姚檀棟，劉時(shí)銀等.2002.青藏高原格拉丹冬地區(qū)冰川變化的遙感監(jiān)測.冰川凍土，24（5）：559-562.

上官冬輝，劉時(shí)銀，丁良福等.2008.1970—2000年念青唐古拉山脈西段冰川變化.冰川凍土，30（2）：204-210.

施雅風(fēng)，沈永平，胡汝驥.2002.西北氣候由暖干向暖濕轉(zhuǎn)型的信號(hào)、影響和前景初步探討.冰川凍土，24（3）：219-225.

施雅風(fēng).2005.簡明中國冰川目錄.上海：上?？茖W(xué)普及出版社.

施雅風(fēng)，劉時(shí)銀，上官冬輝等.2006.近30a青藏高原氣候與冰川變化中的兩種特殊現(xiàn)象.氣候變化研究進(jìn)展，2（4）：154-160.

王景升，張憲洲，趙玉萍等.2008.藏北羌塘高原氣候變化的時(shí)空格局.資源科學(xué)，30（12）：1852-18569.

吳紹洪，尹云鶴，鄭度等.2005.青藏高原近30年氣候變化趨勢.地理學(xué)報(bào)，60（1）：3-11.

楊富裕，張?zhí)N薇，苗彥軍等.2003.藏北高寒退化草地植被恢復(fù)過程的障礙因子初探.水土保持通報(bào)，23（4）：17-20.

姚檀棟，施雅風(fēng).1988.烏魯木齊河氣候、冰川、徑流變化及未來趨勢.中國科學(xué)B輯，（6）：657-666.

姚檀棟，劉時(shí)銀，蒲健辰等.2004.高亞洲冰川的近期退縮及其對(duì)西北水資源的影響.中國科學(xué)D輯，34（6）：535-543.

葉慶華，陳鋒，姚檀棟等.2007.近30年來喜馬拉雅山脈西段納木那尼峰地區(qū)冰川變化的遙感監(jiān)測研究.遙感學(xué)報(bào)，11（4）：511-520.