四姑娘山國家級自然保護(hù)區(qū)冰川時空變化動態(tài)研究

王曄 徐網(wǎng)谷

摘要 利用GF-1號2013年8月12日、2015年2月18日、2019年8月16日、2020年3月8日共4期衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)，美國國家冰雪數(shù)據(jù)中心（National Snow and Ice Data Center）2010年1月—2018年12月的MODIS積雪產(chǎn)品數(shù)據(jù)以及小金縣氣象站氣候要素數(shù)據(jù)，通過人工目視解譯、統(tǒng)計分析等方法對保護(hù)區(qū)內(nèi)的冰川開展長時間序列綜合分析。結(jié)果顯示，2013年8月—2019年8月四姑娘山夏季冰川覆蓋率下降了2.48百分點，2015年2月—2020年3月四姑娘山冬季冰川覆蓋率下降了2.09百分點，因此夏季、冬季四姑娘山保護(hù)區(qū)冰川面積均呈下降趨勢。其中核心區(qū)冰川覆蓋面積夏季均大于70%，冬季均大于50%，因此核心區(qū)的劃分對冰川保護(hù)具有重要意義。

關(guān)鍵詞 冰川;時空變化;衛(wèi)星遙感;氣候變化;人類活動;四姑娘山國家級自然保護(hù)區(qū)

中圖分類號 P343.6? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A

文章編號 0517-6611（2022）05-0066-06

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2022.05.017

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）：

Study on Spatial-temporal Dynamics of Glaciers in Mount Siguniang National Nature Reserve

WANG Ye，XU Wang-gu

（Nanjing Institute of Environmental Sciences， Ministry of Ecology and Environment， Nanjing，Jiangsu 210042）

Abstract Using GF-1 satellite remote sensing data on August 12， 2013， February 18， 2015， August 16， 2019 and March 8， 2020， the US National Snow and Ice Data Center （National Snow and Ice Data Center） MODIS snow product data and climatic element data from Xiaojin County meteorological station from January 2010 to December 2018，a comprehensive analysis of the long-term sequence of glaciers in the protected area was carried out by means of manual visual interpretation， statistical analysis and other methods.The results showed that the summer glacier coverage rate of Mount Siguniang dropped by 2.48% from August 2013 to August 2019， and the winter glacier coverage rate of Mount Siguniang fell by 2.09% from February 2015 to March 2020.Therefore， the glacier areas in Mount Siguniang National Nature Reserve in both summer and winter showed a downward trend.Among them， the glacier coverage area in the core area was greater than 70% in summer and greater than 50% in winter. Therefore， the division of the core area was of great significance to glacier protection.

Key words Glacier;Spatial-temporal changes;Satellite remote sensing;Climate change;Human activities;Mount Siguniang National Nature Reserve

作者簡介 王曄（1990—），女，江蘇儀征人，工程師，碩士，從事自然保護(hù)地遙感監(jiān)測研究。*通信作者，副研究員，碩士，從事自然保護(hù)地管理研究。

收稿日期 2021-05-19

全球大環(huán)境變暖背景下，世界冰川呈加速消融之勢，嚴(yán)重影響冰雪儲量，對局地環(huán)境產(chǎn)生了巨大影響[1]。冰川是氣候系統(tǒng)的產(chǎn)物，是冰凍圈的重要組成部分，在諸多環(huán)境系統(tǒng)中，受氣候變化影響最為直接，對全球變暖指示性最為敏感，被認(rèn)為是氣候系統(tǒng)多圈層相互作用的關(guān)鍵紐帶[2]。冰川變化情況與河流徑流量、氣候、降水、土壤蓄水量以及人類生活生產(chǎn)活動等密切相關(guān)。尤其是在干旱、半干旱地區(qū)，冰川變化對人們的生產(chǎn)、生活、生態(tài)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展都產(chǎn)生了非常重要的影響[2-5]。

四姑娘山國家級自然保護(hù)區(qū)（以下簡稱四姑娘山保護(hù)區(qū)）內(nèi)蘊藏的大量冰川資源，不僅是四姑娘山秀美景觀的核心組成部分，也是生態(tài)系統(tǒng)發(fā)揮正常功能的重要保障。研究表明，冰川消融導(dǎo)致雪線上移，區(qū)域環(huán)境隨之發(fā)生變化，部分物種的棲息地惡化，對保護(hù)區(qū)流石灘植被和適應(yīng)高山生境植物的分布區(qū)域產(chǎn)生影響，不僅危害自然生態(tài)系統(tǒng)的平衡，同時也威脅了人類的食物供給和生存環(huán)境[6-7]。因此，四姑娘山保護(hù)區(qū)具有重要的生態(tài)保護(hù)價值，該研究選取了夏季、冬季共4期的遙感影像，通過遙感影像解譯，結(jié)合積雪產(chǎn)品數(shù)據(jù)，對其冰雪時空變化進(jìn)行研究，為進(jìn)一步促進(jìn)保護(hù)區(qū)生態(tài)環(huán)境保護(hù)提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況 研究區(qū)域僅限于四姑娘山保護(hù)區(qū)內(nèi)，其位于四川省阿壩藏族羌族自治州小金縣境內(nèi)，是我國橫斷山陸生生物多樣性保護(hù)的重點區(qū)域，總面積560 km2，其中核心區(qū)185 km2、緩沖區(qū)156 km2、實驗區(qū)219 km2（圖1），主要保護(hù)對象為高山森林生態(tài)系統(tǒng)、珍稀瀕危野生動植物資源以及冰川等自然景觀，具有極高的保護(hù)和科研價值。

保護(hù)區(qū)始建于1995年，1996年國務(wù)院以國函〔1996〕113號文批準(zhǔn)成為國家級保護(hù)區(qū)，2006年作為大熊貓棲息地的重要組成部分被聯(lián)合國教科文組織列入世界自然遺產(chǎn)地名錄。同時，四姑娘山保護(hù)區(qū)與四姑娘山國家級風(fēng)景名勝區(qū)、四姑娘山國家地質(zhì)公園存在交叉重疊。

1.2 數(shù)據(jù)來源

1.2.1 遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)。該研究所采用的遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)為2010年1月—2018年12月的MODIS積雪產(chǎn)品數(shù)據(jù)

（http：//modis.gsfc.nasa.gov/data/-dataprod/pdf/MODISdataflowdiag.pdf）。該產(chǎn)品提供了8 d合成已進(jìn)行大氣校正的7個波段的地表光譜反射率，分別為藍(lán)光波段（459～479 nm）、綠光波段（545～565 nm）、紅光波段（620～670 nm）、近紅外波段（841～875、1 230～1 250 nm）和短波紅外波段（1 628～1 652、2 105～2 155 nm），空間分辨率為500 m，并包含了其他輔助信息（如太陽角、傳感器角度）[8]。

GF-1號衛(wèi)星于2013年4月26日成功發(fā)射，是我國高分系列的第一顆衛(wèi)星，攜帶了空間分辨率為2 m的全色高分辨率相機(jī)、8 m多光譜的高分辨率相機(jī)、4臺16 m分辨率的多光譜相機(jī)（GF-1 WFV），回訪周期為4 d（不側(cè)擺為41 d），寬幅達(dá)800 km2。因此對比傳統(tǒng)的Landsat 等常用的中分辨率遙感數(shù)據(jù)，高分?jǐn)?shù)據(jù)具有高分辨率、寬幅度和高頻率的數(shù)據(jù)優(yōu)勢。目前GF-1數(shù)據(jù)在城市土地變化監(jiān)測、礦山監(jiān)測、冰雪遙感、大氣環(huán)境質(zhì)量、地物精細(xì)識別均有涉及。該研究所采用的遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)為GF-1號2013年8月12日、2015年2月18日、2019年8月16日、2020年3月8日共4期，分辨率為8 m多光譜數(shù)據(jù)。

1.2.2 氣象數(shù)據(jù)。選取距離四姑娘山保護(hù)區(qū)最近的小金縣氣象站2013—2020年數(shù)據(jù)，分析氣溫和降水對冰川變化的影響。

1.2.3 客流量數(shù)據(jù)。該研究選取了《四川小金四姑娘山國家級自然保護(hù)區(qū)總體規(guī)劃》2013—2015年客流量數(shù)據(jù)，2016—2020年客流量數(shù)據(jù)來自四姑娘山旅游官方網(wǎng)站發(fā)布的每日客流量數(shù)據(jù)。

1.3 研究方法

1.3.1 統(tǒng)計學(xué)方法。該研究利用2010—2018年去云后的MOY10A1/MOD10A1逐日積雪產(chǎn)品數(shù)據(jù)，分別統(tǒng)計出研究區(qū)內(nèi)夏季、冬季每年平均積雪面積。通過此方法進(jìn)一步驗證研究區(qū)遙感影像目視解譯結(jié)果的準(zhǔn)確性。

1.3.2 冰川覆蓋率。

冰川覆蓋率表示研究區(qū)相對冰川面積，是冰川面積占研究區(qū)總面積的百分比[9]，其計算公式為：P=S aS×100%，式中，P為冰川覆蓋率;S a為研究區(qū)冰川面積;S為研究區(qū)總面積。

1.3.3 相關(guān)性分析方法。相關(guān)性分析主要是相關(guān)系數(shù)與顯著性檢驗。通過分析冰川面積變化與氣候變化的相關(guān)性，能夠發(fā)現(xiàn)他們之間的密切程度及響應(yīng)。

2 結(jié)果與分析

2.1 保護(hù)區(qū)內(nèi)冰川覆蓋情況 四姑娘山保護(hù)區(qū)內(nèi)冰雪資源豐富，其構(gòu)成保護(hù)區(qū)秀美景觀的同時，也能有效地涵養(yǎng)水源、調(diào)節(jié)水文等，并與大面積森林一起在調(diào)節(jié)氣候方面發(fā)揮重要作用。面積是冰雪變化最直接的反映和最容易觀測的參量，其監(jiān)測對區(qū)域水資源、氣候變化、生態(tài)環(huán)境、災(zāi)害預(yù)警等方面都具有重大意義。

通過對GF-1號2013年8月12日、2015年2月18日、2019年8月16日、2020年3月8日共4期8 m多光譜數(shù)據(jù)解譯分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)（表1和圖2～3）2013年和2019年四姑娘山保護(hù)區(qū)夏季冰川覆蓋率分別為17.20%、14.72%，下降了2.48百分點，2015年2月和2020年3月四姑娘山保護(hù)區(qū)冬季冰川覆蓋率分別為48.17%、46.08%，下降了2.09百分點。因此夏季、冬季四姑娘山保護(hù)區(qū)冰川面積均呈下降趨勢。

根據(jù)《國家級自然保護(hù)區(qū)總體規(guī)劃大綱》（環(huán)辦〔2002〕76號）的規(guī)定，對自然保護(hù)區(qū)劃分功能區(qū)以適應(yīng)科學(xué)管理的需要，既是自然保護(hù)區(qū)保護(hù)目標(biāo)的體現(xiàn)，也是為了更好地實現(xiàn)保護(hù)目標(biāo)。按現(xiàn)行《中華人民共和國自然保護(hù)區(qū)條例》的

規(guī)定，自然保護(hù)區(qū)劃分為核心區(qū)、緩沖區(qū)和實驗區(qū)。該研究采用疊加分析法，對四姑娘山保護(hù)區(qū)不同功能區(qū)內(nèi)的冰川面積進(jìn)行統(tǒng)計分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)（表2和圖4～5），各個功能區(qū)內(nèi)的冰川近年來均有不同程度的退縮之勢，核心區(qū)冰川覆蓋面積2013和2019年夏季分別為71%、72%，2015和2020年冬季分別為50%、51%，因此核心區(qū)的劃分對冰川保護(hù)具有重要意義。實驗區(qū)冰川覆蓋面積夏季均小于1%;冬季均小于16%，因此實驗區(qū)進(jìn)行分區(qū)保護(hù)，對于減緩冰川融化具有積極作用。

根據(jù)美國國家冰雪數(shù)據(jù)中心（National Snow and Ice Data Center）官方網(wǎng)站（http：//nsidc.org）上下載2010年1月—2018年12月的MODIS積雪產(chǎn)品數(shù)據(jù)，在保持積雪分類精度的情況下，完成數(shù)據(jù)積雪的云量消除，通過對2010—2018年冬夏兩組數(shù)據(jù)統(tǒng)計，得出冰川覆蓋面積在9年中呈波動下降趨勢（圖6），再次驗證目視解譯結(jié)果較為準(zhǔn)確。

2.2 冰雪面積變化原因初析

2.2.1 自然原因。

冰川變化的影響因素有很多，其中氣溫、降水占重要比重。近年四姑娘山保護(hù)區(qū)夏季、冬季平均降水呈波動上升趨勢，但夏季、冬季平均氣溫總體呈波動下降趨勢（圖7～8），氣溫對保護(hù)區(qū)冰川的影響不足以彌補降水對冰川的消融，由于冰川對氣候響應(yīng)的滯后性，面積的變化不能反映年度的氣溫狀況，而是反映整體氣候情況，因此在該研究區(qū)氣溫與冰川變化具有不平衡性。對2013—2018年夏季和冬季平均氣溫、降水量以及冰川面積的相關(guān)性進(jìn)行檢驗，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，冬季降水量和平均氣溫與冰川面積的相關(guān)系數(shù)分別為0.264 804、-0.377 790，夏季降水量和平均氣溫與冰川面積的相關(guān)系數(shù)分別為0.126 006、0.250 375，可見兩者對冰川變化的影響相關(guān)性較弱。

2.2.2 人類活動。

四姑娘山作為國家級自然保護(hù)區(qū)、國家級風(fēng)景名勝區(qū)、國家地質(zhì)公園、世界自然遺產(chǎn)地和國家AAAA 景區(qū)，山地戶外運動和各種旅游活動逐年增多：①攀冰資源。冬季四姑娘山小溝、人參果坪、五色山、攆魚壩等冰瀑，上百條冰瀑攀爬難度各不相同，并且通往此處的交通便利。②高山滑雪、滑翔資源。冬季四姑娘山積雪期長，高山滑雪資源十分豐富，大峰、二峰、三峰和駱駝峰都可以進(jìn)行滑翔運動。③登山資源。有大峰、二峰、三峰、幺妹峰、五色山、野人峰、駱駝峰、玉兔峰、婆繆峰、日月寶鏡山等[10]。

2013—2018年旅游人數(shù)逐年增加，2016年更是井噴式增長，2019—2020年受新冠肺炎疫情的影響有所下跌，但四姑娘山保護(hù)區(qū)整體旅游人數(shù)仍將呈增長趨勢（圖9）。這一系列活動對保護(hù)區(qū)內(nèi)的冰川將會造成不可逆的傷害，故保護(hù)區(qū)管理局需嚴(yán)格控制區(qū)內(nèi)的各項人類活動。

3 結(jié)論

山地冰川變化及其影響是當(dāng)今的關(guān)注熱點，氣候因素依靠全球大環(huán)境的改變，但對四姑娘山保護(hù)區(qū)冰川時空變化研究成果進(jìn)行系統(tǒng)梳理和總結(jié)，認(rèn)為保護(hù)區(qū)2013—2020年的冰川退縮情況與自然因素相關(guān)性不顯著，與逐年人類活動的增加相關(guān)性較高，因此提出以下建議與對策：

（1）合理控制登山活動，避免人類活動對冰川的直接破壞。四姑娘山保護(hù)區(qū)的山地戶外資源和旅游資源相當(dāng)豐富，被譽為“東方圣山，戶外天堂”[10]。近年來，隨著山地戶外運動關(guān)注度的逐年提高，保護(hù)區(qū)旅游人數(shù)呈井噴式增長，帶來旅游收入的同時也會對保護(hù)區(qū)脆弱的生態(tài)環(huán)境造成不可逆的傷害，因此保護(hù)區(qū)管理部門要增強(qiáng)管理意識。

（2）在保護(hù)區(qū)內(nèi)盡量采用清潔能源，例如太陽能、風(fēng)能等，來減少溫室氣體排放。同時，保護(hù)區(qū)管理部門可在規(guī)劃區(qū)內(nèi)設(shè)置冰川防護(hù)堤，減緩冰川融化。

（3）在保護(hù)區(qū)內(nèi)設(shè)置冰川長期定位監(jiān)測系統(tǒng)，安裝相關(guān)設(shè)備，為開展長期監(jiān)測提供技術(shù)支持。

（4）培養(yǎng)專業(yè)人才。對四姑娘山保護(hù)區(qū)內(nèi)的動植物、冰川等進(jìn)行科學(xué)研究，深化對保護(hù)區(qū)自然環(huán)境的認(rèn)識，努力提高保護(hù)區(qū)的科研監(jiān)測水平，為實現(xiàn)保護(hù)區(qū)的可持續(xù)發(fā)展提供助力。

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