1986—2007年祁連山八一冰川變化分析

涂植鳳++劉亮++魏業(yè)奇

摘 要：基于1986年7月和2007年6月的兩期TM遙感影像數(shù)據(jù)和DEM數(shù)據(jù)，利用遙感（RS）和地理信息系統(tǒng)（GIS）技術(shù)，繪制出祁連山八一冰川的消融情況變化圖，并對(duì)冰川消融的原因進(jìn)行分析。結(jié)果表明：由于20世紀(jì)80年代以來人類活動(dòng)導(dǎo)致的溫室效應(yīng)嚴(yán)重影響了冰川的發(fā)展，祁連山八一冰川在1986年至2007年間冰川面積減少約59 km2，草地面積減少約129 km2。預(yù)計(jì)從70年代開始的冰川發(fā)展期沒有完全到來就停止了，取而代之的是冰川的大面積消融。

關(guān)鍵詞：冰川 祁連山 RS 遙感

中圖分類號(hào)：P343.6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2014）12（c）-0006-04

冰川是我國西北干旱區(qū)重要的地表水資源，對(duì)高山地區(qū)現(xiàn)代冰川變化趨勢(shì)的研究及其變化主因的探討有助于宏觀地預(yù)測該地區(qū)的冰川發(fā)展趨勢(shì)，為冰川周圍地區(qū)國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)及相關(guān)政策的制定提供重要的現(xiàn)實(shí)依據(jù)。一般來說，冰川分布情況可通過遙感等方法相對(duì)容易地獲得，而冰川表面積的大小則需要選用合適的方法提取。該文通過遙感影像計(jì)算機(jī)解譯方法中的監(jiān)督分類方法呈現(xiàn)八一冰川的分布情況，通過柵格轉(zhuǎn)矢量的方法提取冰川表面積大小，從而對(duì)冰川的消融情況有更清楚直觀的體現(xiàn)。

1 研究區(qū)概況

八一冰川（39°01.00′N，98°53.53′E，冰川編號(hào)為5Y425L2）又稱小沙龍冰川，位于祁連山中段疏勒南山的南坡，是我國第二大內(nèi)陸河黑河流域的源頭。該冰川是一個(gè)發(fā)育于平緩山頂?shù)谋毙捅?，根?jù)冰川編目資料，八一冰川是黑河干流河源區(qū)最大的冰川，長度為2.2 km，面積為2.81 km2，冰川末端海拔為4520 m，最高點(diǎn)海拔為4828 m。

八一冰川平均年降水量為150～200 mm，海拔400 m層年平均溫度-6～-5 ℃，雪峰平均高度5100 m，具有孕育冰川的氣候條件。

2 研究方法與技術(shù)路線

現(xiàn)行的遙感影像計(jì)算機(jī)解譯方法有非監(jiān)督分類和監(jiān)督分類兩種。非監(jiān)督分類是以不同影像地物在特征空間中類別特征的差別為依據(jù)的一種無先驗(yàn)（已知）類別標(biāo)準(zhǔn)的圖像分類，是以集群為理論基礎(chǔ)，通過計(jì)算機(jī)對(duì)圖像進(jìn)行集聚統(tǒng)計(jì)分析的方法。根據(jù)待分類樣本特征參數(shù)的統(tǒng)計(jì)特征，建立決策規(guī)則來進(jìn)行分類。監(jiān)督分類是根據(jù)判讀者對(duì)研究區(qū)的了解情況或者實(shí)際野外考察，選擇訓(xùn)練區(qū)和樣本，對(duì)樣本進(jìn)行訓(xùn)練，運(yùn)用確定的地物類別來識(shí)別其他未知類別的過程。常用算法有：平行管道法、最小距離法、最大似然法等。

最大似然比分類法又稱為貝葉斯（Bayes）分類。貝葉斯分類是根據(jù)Bayes準(zhǔn)則對(duì)遙感影像進(jìn)行分類，是一種典型的、應(yīng)用最廣的監(jiān)督分類方法——最大似然判別法。這種監(jiān)督分類方法，首先假定訓(xùn)練樣本數(shù)據(jù)在光譜空間的分布是服從高斯正態(tài)分布規(guī)律的。其次根據(jù)訓(xùn)練樣本的均值和方差來評(píng)價(jià)其他像元和訓(xùn)練類別之間的相似性。Bayes判別分類是建立在Bayes準(zhǔn)則基礎(chǔ)上的，它是通過計(jì)算標(biāo)本（像元）屬于各組（類）的概率（或稱歸屬概率），將該標(biāo)本歸屬于概率最大的一組來進(jìn)行分類的。Bayes判別分類是一種最好的分類方法，分類錯(cuò)誤最小而精度最高。技術(shù)路線如圖1所示。

3 圖像解譯

3.1 數(shù)據(jù)源

該文采用的遙感影像資料來源于1986年7月（LT51350331986206BJC00）和2007年6月（LT51350332007152IKR00）的LANDSAT-TM影像圖。

3.2 最大似然法分類

根據(jù)《第二次全國土地調(diào)查土地分類標(biāo)準(zhǔn)》，參照谷歌影像，聯(lián)系地物特征，通過目視解譯，對(duì)土地利用類型進(jìn)行劃分，分為冰川及永久積雪、草地、裸地、水域四種地物類別，如表1，表2，圖2，圖3所示。

3.3 分類后處理

無論監(jiān)督分類還是非監(jiān)督分類，都是按照光譜特征進(jìn)行聚類分析的，因此，都帶有一定的盲目性。所以，對(duì)獲得的分類結(jié)果需要進(jìn)行一些處理工作才能得到最終相對(duì)理想的分類結(jié)果，這些處理操作統(tǒng)稱為分類后處理。分類后處理功能包括：設(shè)置類別顏色、規(guī)則影像分類、聚類類別、過濾類別、分類圖轉(zhuǎn)為矢量等。

3.4 可視化結(jié)果

如圖4～圖6所示。

4 數(shù)據(jù)提取分析

由圖7，圖8，和表3可得出，八一冰川在1986年至2007年間冰川面積減少約59 km2，草地面積減少約129 km2。而與之相對(duì)應(yīng)的是水域面積增加約10 km2，裸地面積增加約177 km2，冰川調(diào)節(jié)控制水量的作用已漸漸失去，相反會(huì)成為河流水量的不穩(wěn)定因素，可能引發(fā)冰湖潰決、洪水、冰川泥石流、海平面上升等自然災(zāi)害。冰川變化對(duì)全球地表熱量平衡、大氣環(huán)流和海洋洋流也有重要影響。由于冰雪對(duì)太陽輻射有強(qiáng)烈的反射效應(yīng)，冰川面積大規(guī)模變化會(huì)引起地表輻射和熱量失衡，從而導(dǎo)致大氣環(huán)流的改變。極地冰蓋大量融化產(chǎn)生的冷水注入海洋將使原來洋流格局發(fā)生變化，以至于改變海洋和大氣的相互作用狀態(tài)，進(jìn)而影響全球氣候。

5 結(jié)語

觀察圖9可得，20年來八一冰川的消融較為嚴(yán)重的部分在其東南部和北部，冰川消融總面積達(dá)59.005478 km2，平均每年退縮約0.58%。盡管八一冰川面積變化與氣候狀況、冰川規(guī)模等因素都存在一定關(guān)系，但近20年升溫是導(dǎo)致冰川加速消融的主要原因。

1960—2009年夏季的氣象資料表明，中國冰川區(qū)總體呈暖濕化趨勢(shì)。由中國氣象局國家氣象信息中心提供的氣候變化資料中可得，各個(gè)地面站的平均氣溫傾向率為0.22 ℃·（10a）-1，相當(dāng)于近50年夏季氣溫升高了1.1℃；平均降水量傾向率為1.1 mm·（10a）-1，相當(dāng)于近50年增加了5.7 mm。氣溫在20世紀(jì)80年代之后處于持續(xù)增加的狀態(tài)，1960年以來的氣溫年代際平均值分別為16℃（1960—1969年）、16℃（1970—1979年）、16.1℃（1980—1989年）、16.4℃（1990—1999年）與16.9℃（2000—2009年）。與之對(duì)應(yīng)，降水量的年代際平均值分別為214.6 mm、203.6 mm、210.1 mm、217.4 mm與213.9 mm，呈現(xiàn)出較為微弱的波動(dòng)。endprint

大氣0℃層受到觀測場環(huán)境影響較少，其變化能較好地反映該區(qū)域氣候變化特征。資料表明，1960～2009年間0℃層高度總體呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，傾向率為8.3 m·（10a）-1。具體說來，20世紀(jì)60～70年代大致呈下降趨勢(shì)，其中，60年代平均值4880 m，70年代則降低至4838.4 m。20世紀(jì)80年代以后0℃層高度開始持續(xù)回升，80年代為4852.1 m，90年代為4887.7 m，2000年以后則上升至4898.8 m。若以1960—1989年的30年作為基準(zhǔn)，1990—2009年間0℃層高度比基準(zhǔn)值升高了36.4 m。

總的來說，八一冰川的消融主要原因是全球氣候變暖，冰川面積顯著減少，裸地與水域面積顯著增加，冰川周邊的生態(tài)系統(tǒng)遭受破壞，隨之而來的災(zāi)害會(huì)越來越明顯。冰川作為冰凍圈系統(tǒng)的主要組成部分之一，是淡水資源的固體水庫，專家預(yù)測未來50年我國冰川面積將減少27.20%。諸多研究表明冰川變化在本世紀(jì)對(duì)全球氣候變化的指示性作用愈加明顯，且對(duì)水資源也有明顯的影響，因此冰川變化研究備受關(guān)注。適時(shí)正確評(píng)估冰川變化，揭示八一冰川變化從而窺視祁連山冰川的變化對(duì)西北地區(qū)河流徑流量的影響十分重要，其變化特征對(duì)該地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生活有著極其重要的意義。

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