乌鲁木齐河流域小冰期以来的冰川变化研究

摘要

冰川作为固体水库，是降水，降雪等其他固态降水演化形成的处于流动状态的巨大冰体，其从大气圈中获得固体降水，冰川融水又增加了河水径流。冰川不仅与大气有物质交换和能量交换，而且是河流重要的水资源补给来源。中国西部冰川在全球气候变暖的背景下，呈现出不同程度的退缩，乌鲁木齐河流域位于天山中段北坡，其上发育了107条冰川(2014年)，冰川是乌鲁木齐河水系和东山水系径流补给的主要来源，也是乌鲁木齐市重要的水源地。研究该流域冰川自小冰期以来的冰川变化，可以更好地了解冰川的过去和现在，有效利用水资源，预防冰川灾害发生。该流域内的乌鲁木齐河源1号冰川(以下简称乌源1号冰川)是我国唯一收录到WGMS中的冰川，也是我国监测最久，资料最完善的一条冰川，具有重要的研究意义。乌源1号冰川开展了众多观测项目：冰舌末端变化、面积变化、运动速度、物质平衡、冰川储量及其变化等。对乌鲁木齐河流域冰川变化的研究主要集中在近五十年，小冰期以来的冰川变化的研究很少，本文主要研究乌鲁木齐河流域小冰期以来的冰川变化特征。论文分为两部分：一是结合实测冰碛垄数据利用spot5和Google Earth通过人工目视解译的方法研究1号冰川自小冰期以来的冰川长度，面积和储量的变化，并与实测数据交互验证；二是研究乌鲁木齐河流域能观测到冰碛垄的73条冰川自小冰期以来的变化，包括面积、长度、朝向、不同海拔高度冰川面积的变化，并与其它山地冰川退缩对比分析。
　　本研究主要内容包括：⑴在小冰期300a间，乌源1号冰川有三次冰进，留下了三道终碛垄，依据野外测量数据和遥感数据得到，乌源1号冰川的面积从1538±20年的2.48km2减小为1871±20年的2.15km2，面积退速率为13.31％，乌源1号冰川从1964年的1.95km2退缩为2014年的1.56km2，这50a的面积退缩率为25%，得到乌源1号冰川面积在小冰期的300 a间变化速率缓慢，1964年到2014年冰川退缩速率加快，尤其是1989年后冰川退缩速率更快。⑵乌源1号冰川在小冰期时期长度的变化是从1538±20年的2760.59m退缩为1871±20年的2608.33m，长度退缩率为5.51%；1964年到2014年乌源1号冰川长度退缩274.14m，长度退缩率为14.20%；乌源1号冰川从小冰期冰盛时期最长时到2014年，冰川共退缩1103.75m。乌源1号冰川在小冰期时期冰储量的变化并不大，从1538±20年的0.136 km3减少为1871±20年的0.112km3，减少了0.024km3，冰储量的减少率是21.43%，小冰期末期到2014年冰储量减少非常大， 变化量为0.039km3，1964年到2014年冰储量的减少率是26.26%。可见，近50年冰川退缩速率加快。同时论证了遥感方法提取冰川变化参数的准确性：遥感所得乌源1号冰川累积退缩长度与实测累积退缩长度对比得到，本文通过遥感方法得到冰川变化参数准确，遥感所得乌源1号冰川面积与前人立体摄影测量所得面积及地形图所得面积相比较，得到本文遥感方法提取冰川面积准确。⑶对乌鲁木齐河流域能够观察到冰碛垄的73条冰川研究得到：该流域冰川从小冰期时期到2014年面积减少，退缩明显，从小冰期最盛期到2014年，面积共退缩37.22km2，退缩率为64.84%；总长度共退缩了52878.67m，退缩率为49.83%。小冰期以来，随着全球气候变暖，冰川消融加剧，退缩更加剧烈，以100m为海拔梯度，分析不同海拔梯度冰川变化特征发现，流域末端海拔整体上升，海拔3400~3600 m之间的冰川消失，海拔在4200~4500 m之间的冰川面积变化不大。⑷冰川朝向分析显示，各朝向冰川面积退缩率从高到低依次为：E(86.98%)、ES(83.11%)、EN(75.74%)、W(73.20%)、S(71.61%)、WN(65.86%)、N(54.47%)、WS(53.97%)，冰川发育的首要条件是降水充足，西南方向正迎西风带水汽输送的方向，因此该方向冰川面积变化较其他方向小，正东方向冰川面积退缩最严重，该流域冰川多处于朝北向。乌鲁木齐河流域在小冰期冰盛时期冰川面积<1km2的冰川数量达55条，与大冰川相比，小冰川通常有较小的绝对变化量和较大的绝对变化率，因此该流域冰川大幅度退缩。在研究时段相同的情况下，本文还对比了前人所研究的祁连山西段五个流域小冰期以来的冰川变化，对比发现，乌鲁木齐河流域小冰期以来冰川变化幅度较其他流域大。

目录

声明

西北师范大学研究生学位论文作者信息

1 引言

1.1 选题背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 乌鲁木齐河流域冰川变化及监测现状

1.4 研究内容及框架结构

2 研究区概况

2.1 乌鲁木齐河流域

2.2 乌源1号冰川

3 数据与方法

3.1 冰碛垄信息提取

3.2 数据源

3.3 地形图和遥感影像数据预处理

3.4 冰川信息提取

4 乌源1号冰川小冰期以来的变化特征

4.1 乌源1号冰川变化特征

4.2 变化结果的验证

4.3 本章小结

5 乌鲁木齐河流域小冰期以来的冰川变化特征

5.1 小冰期冰盛时期到2014年冰川面积的变化

5.2 小冰期冰盛时期到2014年冰川长度的变化

5.3 不同海拔梯度冰川变化特征

5.4 冰川朝向变化

5.5 典型山地冰川退缩对比分析

5.6 本章小结

6 结论与展望

6.1 主要结论

6.2 不足与展望

参考文献

附录

致谢