基于遙感反照率的青藏高原冰川年際物質(zhì)平衡估算研究

張志敏

1. 河南城建學(xué)院測(cè)繪與城市空間信息學(xué)院，河南 平頂山 467036； 2. 中國(guó)科學(xué)院精密測(cè)量科學(xué)與技術(shù)創(chuàng)新研究院大地測(cè)量與地球動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢 430077

冰川反照率指冰川表面反射輻射能量與入射輻射能量的比值，是連接冰川表面能量平衡與物質(zhì)平衡的紐帶，可作為冰川表面物質(zhì)平衡變化的指示因子。目前，采用冰川反照率估算年際物質(zhì)平衡的反照率法，已經(jīng)在阿爾卑斯山、喜馬拉雅山脈和青藏高原內(nèi)陸等冰川上都取得了顯著成果，該方法數(shù)據(jù)獲取簡(jiǎn)便、時(shí)空分辨率高，能用于某條冰川物質(zhì)平衡的估算，也可用于大中尺度的冰川研究。論文利用MODIS (Terra、Aqua)逐日反照率和MODImLab反照率產(chǎn)品，構(gòu)建了反照率-物質(zhì)平衡經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，針?duì)經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ捅旧泶嬖诘膯栴}提出了一種改進(jìn)后的反照率經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ头椒?，選擇青藏高原典型冰川進(jìn)行了冰川年際物質(zhì)平衡估算及對(duì)氣候變化響應(yīng)關(guān)系的研究。論文主要研究成果如下。

(1) 采用反照率經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ退惴ㄊ状潍@得了普若崗日和格拉丹東2000—2016年年際物質(zhì)平衡時(shí)間序列，驗(yàn)證了該算法在青藏高原內(nèi)陸冰川的適用性。首先以MODIS (Terra、Aqua)逐日反照率和小冬克瑪?shù)妆▽?shí)測(cè)物質(zhì)平衡為基礎(chǔ)，構(gòu)建了反照率-物質(zhì)平衡經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ停扑懔搜芯繀^(qū)2000—2016年年際物質(zhì)平衡；然后利用構(gòu)建的物質(zhì)平衡經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，首次獲取了普若崗日和格拉丹東2000—2016年年際物質(zhì)平衡時(shí)間序列；最后將估算的17 a年際物質(zhì)平衡和目前已發(fā)表的年均物質(zhì)平衡/雪線海拔高度結(jié)果作比較，對(duì)該算法進(jìn)行了定量和定性分析，驗(yàn)證了反照率經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ驮诖箨懶捅ǖ膽?yīng)用潛力。

(2) 基于年均物質(zhì)平衡和物質(zhì)平衡-反照率梯度，提出了一種改進(jìn)的冰川物質(zhì)平衡估算方法。針對(duì)反照率經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ瓦^度依賴冰川實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)數(shù)量和精度的問題，在之前工作基礎(chǔ)上對(duì)反照率經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ瓦M(jìn)行了改進(jìn)，提出了一種改進(jìn)的冰川物質(zhì)平衡估算算法。該算法可利用精度高、數(shù)量多、獲取相對(duì)簡(jiǎn)便的年均物質(zhì)平衡和物質(zhì)平衡-反照率梯度得到可靠的冰川年際物質(zhì)平衡。論文詳細(xì)介紹了改進(jìn)算法的計(jì)算流程，包括年均物質(zhì)平衡、物質(zhì)平衡-反照率梯度和MODImLab冰川平均反照率的計(jì)算方法，以及物質(zhì)平衡誤差評(píng)估的誤差源分析、所需參數(shù)的敏感性分析等，從而完善了冰川物質(zhì)平衡估算的各個(gè)細(xì)節(jié)。

(3) 采用改進(jìn)后的反照率經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ头椒ü浪懔饲嗖馗咴湫捅ǖ奈镔|(zhì)平衡，并揭示了不同區(qū)域冰川在氣溫和降水影響下的空間變化特征?；贛ODImLab算法計(jì)算的消融季平均反照率，采用改進(jìn)的反照率經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ退惴ǚ謩e估算了冬克瑪?shù)妆?001—2010年和Chhota Shigri冰川2003—2014年年際物質(zhì)平衡時(shí)間序列。與實(shí)測(cè)資料的對(duì)比結(jié)果表明，該算法估算精度較高，總體均方根誤差分別為117.95 mm w.e.a-1和275.04 mm w.e.a-1。在此基礎(chǔ)上，利用月均HAR資料進(jìn)行了冰川物質(zhì)平衡與氣候變化響應(yīng)關(guān)系的研究，結(jié)果表明：在冬克瑪?shù)妆?，夏季氣溫的升高是?dǎo)致冰川消融的主要原因；而在Chhota Shigri冰川，夏季降水和年均降水則是導(dǎo)致冰川變化的主要因素。