1986—2015年长江源各拉丹冬地区冰川变化遥感监测研究

doi:10.7522/j.issn.1000-0240.2021.0136

冰川冻土 ›› 2021, Vol. 43 ›› Issue (2): 405-416.doi: 10.7522/j.issn.1000-0240.2021.0136

1986—2015年长江源各拉丹冬地区冰川变化遥感监测研究

李晨毓¹^,³(), 井哲帆¹(), 何晓波¹^,²

^1.中国科学院西北生态环境资源研究院冰冻圈科学国家重点实验室，甘肃兰州 730000
^2.中国科学院西北生态环境资源研究院内陆河流域生态水文重点实验室，甘肃兰州 730000
^3.中国科学院大学，北京 100049

收稿日期:2020-11-19 修回日期:2021-03-24 出版日期:2021-04-30 发布日期:2022-08-11
通讯作者: 井哲帆 E-mail:lichenyu@lzb.ac.cn;jingzhefan@nieer.ac.cn
作者简介:李晨毓，博士研究生，主要从事冰川变化与冰冻圈资源利用研究. E-mail： lichenyu@lzb.ac.cn
基金资助:
国家自然科学基金项目(41671071);冰冻圈科学国家重点实验室开放基金项目(SKLCS-OP-2019-04)

Remote sensing monitoring of glacier variation in Geladandong， source regions of the Yangtze River from 1986 to 2015

Chenyu LI¹^,³(), Zhefan JING¹(), Xiaobo HE¹^,²

^1.State Key Laboratory of Cryospheric Science，Northwest Institute of Eco-Environment and Resources，Chinese Academy of Sciences，Lanzhou 730000，China
^2.Key Laboratory of Ecohydrology of Inland River Basin，Northwest Institute of Eco-Environment and Resources，Chinese Academy of Sciences，Lanzhou 730000，China
^3.University of Chinese Academy of Sciences，Beijing 100049，China

Received:2020-11-19 Revised:2021-03-24 Online:2021-04-30 Published:2022-08-11
Contact: Zhefan JING E-mail:lichenyu@lzb.ac.cn;jingzhefan@nieer.ac.cn

摘要/Abstract

摘要：

以长江源各拉丹冬为研究区，针对该地区地物特点，选取了1986—2015年间云量较少、成像质量较高的相关卫星影像作为数据源，在充分了解环境特征与影像特点的基础上，基于“波段阈值比值法”，通过人机交互调整阈值，对大范围冰川区域进行快速边界提取，并基于提取结果，结合数字高程数据、气象数据等相关数据展开了分析。结果表明：1986—2015年间研究区冰川面积减小92.06 km²，减少速率为0.33%·a^-1；其中1986—1994年、1994—2001年、2001—2009年、2009—2015年分别减少32.95 km²、27.37 km²、13.11 km²和18.63 km²，减少速率分别为0.47%·a^-1、0.41%·a^-1、0.17%·a^-1和0.34%·a^-1。同时，依据空间组织方式进行了研究区冰川变化的分区分析，结果表明在不同分区、不同规模上该地区冰川变化呈现出不同的趋势；部分区域内冰川的降级、分裂现象较为明显，对不同等级规模冰川的变化趋势有一定影响。研究区冰川面积的坡向变化以东南向退缩最剧烈，西向增加最多。典型冰川方面，岗陇加玛冰川2001—2009年为面积退缩最为剧烈，1994—2001年面积略有增加。研究时段内冬季降水量逐年减少，不足以弥补因为气温升高导致的快速消融。

关键词: 长江源, 各拉丹冬, 冰川变化, 遥感监测, 气候变化

Abstract:

Due to global warming， glaciers in the source regions of Yangtze River faced the risks of rapid melting. Considering that， the satellite images with less cloud cover and higher imaging quality from 1986 to 2015 were selected to analyze the changes of glaciers in this area. On the basis of comprehensive understanding of local environment and image features， the boundaries of the large-scale glaciers were extracted by using band ratio method and adjusting the threshold by human-machine interaction. Additionally， the meteorological and other related datasets were used to investigate the factors affecting the glaciers changes further. The results showed that the area of glaciers decreased by 92.06 km² during 1986—2015， and the decrease rate was 0.33%·a^-1. Specifically， the area of glaciers decreased by 32.95 km²， 27.37 km²， 13.11 km²， and 18.63 km² during 1986—1994， 1994—2001， 2001—2009 and 2009—2015， respectively， and the corresponding decrease rates were 0.47%·a^-1， 0.41%·a^-1， 0.17%·a^-1 and 0.34%·a^-1. Moreover， it can be found that the variation trends of glaciers in different subareas and various sizes were different. Particularly， the degradation and splitting phenomenon of glaciers were obvious in some parts of the study area， which could have impacts on glacier changes. The area of glaciers shrank obviously in aspect of southeast， and increased in aspect of west. As a typical glacier， the area of Ganglongjiama glacier shrank severely from 2001 to 2009， and increased slightly from 1994 to 2001. In addition， the winter precipitation decreased annually during study period， which cannot compensate the rapid melting caused by the increasing temperature.

Key words: source regions of Yangtze River, Geladandong, glacier change, remote sensing monitoring, climate change

中图分类号:

P343.6

李晨毓, 井哲帆, 何晓波. 1986—2015年长江源各拉丹冬地区冰川变化遥感监测研究[J]. 冰川冻土, 2021, 43(2): 405-416.

Chenyu LI, Zhefan JING, Xiaobo HE. Remote sensing monitoring of glacier variation in Geladandong， source regions of the Yangtze River from 1986 to 2015[J]. Journal of Glaciology and Geocryology, 2021, 43(2): 405-416.

图/表 15

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表1

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表4

参考文献 37

1	Yao Tandong， Wu Guangjian， Xu Baiqing， et al. Asian water tower change and its impacts［J］. Bulletin of Chinese Academy of Sciences， 2019， 34（11）： 1203-1209.
	姚檀栋，邬光剑，徐柏青，等. "亚洲水塔"变化与影响［J］. 中国科学院院刊， 2019， 34（11）： 1203-1209.
2	Immerzeel W W， Lutz A F， Andrade M， et al. Importance and vulnerability of the world’s water towers［J］. Nature， 2020， 577（7790）： 364-369.
3	Wang Kang， Zhang Tingjun， Mu Cuicui， et al. From the Third Pole to the Arctic： changes and impacts of the climate and cryosphere［J］. Journal of Glaciology and Geocryology， 2020， 42（1）： 104-123.
	王康，张廷军，牟翠翠，等. 从第三极到北极：气候与冰冻圈变化及其影响［J］. 冰川冻土， 2020， 42（1）： 104-123.
4	Ying Xue， Wu Tonghua， Su Bo， et al. Discussion on the evaluation method of cryosphere services［J］. Journal of Glaciology and Geocryology， 2019， 41（5）： 1271-1280.
	应雪，吴通华，苏勃，等. 冰冻圈服务评估方法探讨［J］. 冰川冻土， 2019， 41（5）： 1271-1280.
5	Pu J C， Yao T D， Yang M X， et al. Rapid decrease of mass balance observed in the Xiao （Lesser） Dongkemadi Glacier， in the central Tibetan Plateau［J］. Hydrological Processes， 2010， 22（16）： 2953-2958.
6	Shangguan D H， Liu S Y， Ding Y J， et al. Thinning and retreat of Xiao Dongkemadi glacier， Tibetan Plateau， since 1993［J］. Journal of Glaciology， 2008， 54（188）： 949-951.
7	Yao Z J， Liu Z F， Huang H Q， et al. Statistical estimation of the impacts of glaciers and climate change on river runoff in the headwaters of the Yangtze River［J］. Quaternary International， 2014， 336： 89-97.
8	Liu L， Jiang L， Zhang Z， et al. Recent accelerating glacier mass loss of the Geladandong Mountain， Inner Tibetan Plateau， estimated from ZiYuan-3 and TanDEM-X measurements［J］. Remote Sensing， 2020， 12（3）： 472.
9	Chao N， Wang Z， Hwang C， et al. Decline of Geladandong Glacier elevation in Yangtze River’s Source Region： detection by ICESat and assessment by hydroclimatic data［J］. Remote Sensing， 2017， 9（1）： 75.
10	Zhang Liyun， Tang Ya， Yang Xin. Overall and local changing patterns of main glaciers and their responses to climate change in Geladandong area of Yangtze Headwater region during 1969—2012［J］. Arid Land Geography， 2014， 37（2）： 212-221.
	张立芸，唐亚，杨欣. 1969—2012年长江源各拉丹冬地区主要冰川整体和局部变化及其对气候变化的响应［J］. 干旱区地理， 2014， 37（2）： 212-221.
11	Jin Shanshan， Zhang Yonghong， Wu Hong’an. Study on glacial advancement and retreatment in Geladandong region of Changjiangyuan in recent 40 years［J］. Journal of Natural Resources， 2013， 28（12）： 2095-2104.
	金姗姗，张永红，吴宏安. 近40 a长江源各拉丹冬冰川进退变化研究［J］. 自然资源学报， 2013， 28（12）： 2095-2104.
12	Xu Junli， Zhang Shiqiang， Shangguan Donghui. Glacier change in headwaters of the Yangtze River in recent three decades［J］. Arid Zone Research， 2013， 30（5）： 919-926.
	许君利，张世强，上官冬辉. 30 a来长江源区冰川变化遥感监测［J］. 干旱区研究， 2013， 30（5）： 919-926.
13	Xu J， Shangguan D， Wang J. Three-dimensional glacier changes in geladandong peak region in the central tibetan plateau［J］. Water， 2018， 10（12）： 1749.
14	Zhang Z， Jiang L， Liu L， et al. Annual glacier-wide mass balance （2000—2016） of the interior Tibetan Plateau reconstructed from MODIS albedo products［J］. Remote Sensing， 2018， 10（7）： 1031.
15	Zheng Wei. Study on the climatic and environmental records in the central Tibetan Plateau’s Tanggula’s ice core［D］. Beijing： Institute of Qinghai Xizang Plateau， Chinese Academy of Sciences， 2008.
	郑伟. 青藏高原中部唐古拉冰芯气候环境记录研究［D］. 北京：中国科学院青藏高原研究所， 2008.
16	Zhao Q， Ding Y， Wang J， et al. Projecting climate change impacts on hydrological processes on the Tibetan Plateau with model calibration against the glacier inventory data and observed streamflow［J］. Journal of Hydrology， 2019， 573： 60-81.
17	Yang Jianping， Ding Yongjian， Liu Shiyin， et al. Glacier change and its effect on surface runoff in the source regions of the Yangtze and Yellow river［J］. Journal of Natural Resources， 2003， 18（5）： 595-602.
	杨建平，丁永建，刘时银，等. 长江黄河源区冰川变化及其对河川径流的影响［J］. 自然资源学报， 2003， 18（5）： 595-602.
18	Luo Yu， Qin Ningsheng， Pang Yishu， et al. Effect of climate warming on the runoff of source regions of the Yangtze River：take Tuotuo River basin［J］. Journal of Glaciology and Geocryology， 2020， 42（3）： 952-964.
	罗玉，秦宁生，庞轶舒，等. 气候变暖对长江源径流变化的影响分析——以沱沱河为例［J］. 冰川冻土， 2020， 42（3）： 952-964.
19	Qi Dongmei， Li Yueqing， Chen Yongren， et al. Changing characteristics and cause analysis of the runoff in the source regions of the Yangtze River［J］. Journal of Glaciology and Geocryology， 2015， 37（4）： 1075-1086.
	齐冬梅，李跃清，陈永仁，等. 气候变化背景下长江源区径流变化特征及其成因分析［J］. 冰川冻土， 2015， 37（4）： 1075-1086.
20	Bolch T. Climate change and glacier retreat in northern Tien Shan （Kazakhstan/Kyrgyzstan） using remote sensing data［J］. Global & Planetary Change， 2007， 56（1）： 1-12.
21	Hall D， Bayr K， Bindschadler R， et al. Changes in the Pasterze Glacier， Austria， as measured from the ground and space［C］//The 58th Eastern Snow Conference， 2001： 197-193.
22	Ye Qinghua， Chen Feng， Yao Tandong， et al. Tupu of glacier variations in the Mt. Naimonanyi region， western Himalayas， in the last three decades［J］. Journal of Remote Sensing， 2007， 11（4）： 511-520.
	叶庆华，陈锋，姚檀栋，等. 近30年来喜马拉雅山脉西段纳木那尼峰地区冰川变化的遥感监测研究［J］. 遥感学报， 2007， 11（4）： 511-520.
23	Zhang Minghua. Extracting the temperate glacier information in the Mount Namjagbarwa， Tibet Autonomous Region， based on ETM+ image［J］. Journal of Glaciology and Geocryology， 2005， 27（2）： 226-232.
	张明华. 基于ETM+影像的西藏南迦巴瓦峰地区海洋性冰川信息提取［J］. 冰川冻土， 2005， 27（2）： 226-232.
24	Rossana S B， Riccardo R， Elisabetta B， et al. Glacial retreat in the 1980s in the Breonie， Aurine and Pusteresi groups （eastern Alps， Italy） in Landsat TM images［J］. International Association of Scientific Hydrology Bulletin， 1999， 44（2）： 279-296.
25	Nie Yong， Zhang Yili， Liu Linshan， et al. Monitoring glacier change based on remote sensing in the Mt. Qomolangma National Nature Preserve， 1976—2006［J］. Acta Geographica Sinica， 2010， 65（1）： 13-28.
	聂勇，张镱锂，刘林山，等. 近30年珠穆朗玛峰国家自然保护区冰川变化的遥感监测［J］. 地理学报， 2010， 65（1）： 13-28.
26	Brandt O， Langley K， Kohler J， et al. Detection of buried ice and sediment layers in permafrost using multi-frequency ground penetrating radar： a case examination on Svalbard［J］. Remote Sensing of Environment， 2007， 111（2/3）： 212-227.
27	Jacobs J， Élizabeth S， Alvin S. Recession of the southern part of Barnes Ice Cap， Baffin Island， Canada， between 1961 and 1993， determined from digital mapping of Landsat TM［J］. Journal of Glaciology， 1997， 43（143）： 98-102.
28	Guo W， Liu S， Xu J， et al. The second Chinese glacier inventory： data， methods and results［J］. Journal of Glaciology， 2015， 61（226）： 357-372.
29	He Yi， Yang Taibao， Du Juan， et al. Glacier variation of past 22 Years in Alatau Mountains of Central Asia based on GIS and RS［J］. Research of Soil and Water Conservation， 2013， 20（6）： 130-134.
	何毅，杨太保，杜鹃，等. 基于GIS和RS的中亚阿拉套山脉近22年来冰川变化［J］. 水土保持研究， 2013， 20（6）： 130-134.
30	Duan Hongyu， Yao Xiaojun， Liu Shiyin， et al. A dataset of glacier boundary in the Tanggula Mountains in 1991 and 2015［J］. China Scientific Data， 2020， 5（2）： 157-165.
	段红玉，姚晓军，刘时银，等. 1991年和2015年唐古拉山冰川边界/范围矢量数据集［J］. 中国科学数据， 2020， 5（2）： 157-165.
31	Li Zhongqin， Li Kaiming， Wang Lin. Study on recent glacier changes and their impact on water resources in Xinjiang， north western China［J］. Quaternary Sciences， 2010， 30（1）： 96-106.
	李忠勤，李开明，王林. 新疆冰川近期变化及其对水资源的影响研究［J］. 第四纪研究， 2010， 30（1）： 96-106.
32	Cai Baolin， Xie Zichu， Huang Maopan. The effect of melt-water percolation on the temperature of a glacier［J］. Journal of Glaciology and Geocryology， 1987， 9（2）： 123-130.
	蔡保林，谢自楚，黄茂桓. 融水渗透对冰川温度的影响［J］. 冰川冻土， 1987， 9（2）： 123-130.
33	Xu J， Chen Y， Ji M， et al. Climate change and its effects on runoff of Kaidu River， Xinjiang， China： a multiple time-scale analysis［J］. Chinese Geographical Science， 2008， 18（4）： 331-339.
34	Zhang J， Braaten D， Li X， et al. An inventory of glacier changes between 1973 and 2011 for the Geladandong Mountain area， China［J］. The Cryosphere Discussions， 2013， 7（1）： 507-531.
35	Che Y， Zhang M， Li Z， et al. Quantitative evaluation of glacier change and its response to climate change in the Chinese Tien Shan［J］. Cold Regions Science and Technology， 2018， 153： 144-155.
36	Sun M， Liu S， Yao X， et al. Glacier changes in the Qilian Mountains in the past half-century： based on the revised First and Second Chinese Glacier Inventory［J］. Journal of Geographical Sciences， 2018， 28（2）： 206-220.
37	Ji Qin， Dong Jun， Liu Rui， et al. Glacier changes in response to climate change in the Himalayas in 1990—2015［J］. Scientia Geographica Sinica， 2020， 40（3）： 486-496.
	冀琴，董军，刘睿，等. 1990—2015年喜马拉雅山冰川变化的遥感监测及动因分析［J］. 地理科学， 2020， 40（3）： 486-496.

数据标识	成像日期	平均云量/%	传感器	分辨率/m
LT51380371986211BJC00	1986-07-30	0.31	TM	30
LT51380371994217ISP00	1994-08-05	0.24	TM	30
LT51380372001300BJC00	2001-10-27	18.80	TM	30
LT51380372009242BJC01	2009-08-30	0.29	TM	30
LC81380372015275LGN00	2015-10-12	0.13	OLI	30

时间	冰川数目/条	冰川面积/km²	冰川面积及数量变化
时间	冰川数目/条	冰川面积/km²	时段	数量变化/条	面积变化/km²	变化速率/（km²·a^-1）
均值	263	945.71	1986—2015年	-4	-23.01	-3.51
1986年	267	997.47	-	-	-	-
1994年	274	964.52	1986—1994年	+7	-32.95	-4.12
2001年	277	937.15	1994—2001年	+3	-27.37	-3.91
2009年	250	924.04	2001—2009年	-27	-13.11	-1.64
2015年	249	905.41	2009—2015年	-1	-18.63	-4.37

年份	海拔分区/m
年份	≤5 300	5 300~5 400	5 400~5 500	5 500~5 600	5 600~5 700	5 700~5 800	合计
1986年	0.325	0.759	1.275	1.693	2.688	2.487	9.227
1994年	0.290	0.731	1.258	1.656	2.671	2.463	9.071
1986—1994年	-0.035	-0.028	-0.016	-0.037	-0.017	-0.024	-0.157
2001年	0.242	0.717	1.286	1.687	2.675	2.491	9.097
1994—2001年	-0.048	-0.014	0.028	0.031	0.004	0.027	0.027
2009年	0.153	0.640	1.205	1.471	2.640	2.454	8.564
2001—2009年	-0.089	-0.077	-0.081	-0.216	-0.034	-0.036	-0.534
2015年	0.090	0.601	1.183	1.579	2.608	2.414	8.475
2009—2015年	-0.063	-0.040	-0.022	0.108	-0.032	-0.040	-0.089
1986—2015年	-0.235	-0.159	-0.092	-0.114	-0.080	-0.073	-0.752

监测区域	变化率/%	变化速率/（%·a^-1）	时间段	文献来源
各拉丹冬地区	-9.8	-0.33	1986—2015年	本研究
	-7.5±3.4	-0.18±0.085	1973—2013年	Xu等^［13］，2018
	-12	-0.31	1973—2011年	Zhang等^［34］，2013
长江源区	-10.1	-0.43	1986—2009年	Yao等^［7］，2014
长江源区	-5.3	-0.16	1969—2002年	许君利等^［12］，2013
天山地区（中国境内）	-35±30	-0.7±0.6	1960—2010年	Che等^［35］，2018
祁连山	-20.88	-0.41	1956—2010年	Sun等^［36］，2018
喜马拉雅山	-10.99	-0.43	1990—2015年	冀琴等^［37］，2020

[1]	尹国安, 牛富俊, 林战举, 罗京, 刘明浩. 青藏高原热喀斯特湖演化及其对多年冻土的热影响模型计算研究[J]. 冰川冻土, 2022, 44(2): 355-365.
[2]	孙美平, 张磊, 姚晓军, 彭莉斌, 张浩, 牛舒婷. 1954—2016年疏勒河上游径流变化特征及影响因素[J]. 冰川冻土, 2022, 44(2): 657-666.
[3]	李艳, 金会军, 温智, 赵子龙, 金晓颖. 多年冻土区斜坡稳定性研究综述[J]. 冰川冻土, 2022, 44(1): 203-216.
[4]	刘金平, 任艳群, 张万昌, 陶辉, 易路. 雅鲁藏布江流域气候和下垫面变化对径流的影响研究[J]. 冰川冻土, 2022, 44(1): 275-287.
[5]	李宗杰, 段然, 柯浩成, 刘晓颖, 谢庚淼, 高文德, 宋玲玲, 张百娟, 桂娟, 薛健, 南富森, 梁鹏飞, 李玉辰. 基于水化学特征的长江源区生态水文学研究进展[J]. 冰川冻土, 2022, 44(1): 288-298.
[6]	达伟, 王书峰, 沈永平, 陈安安, 毛炜峄, 张伟. 1957—2019年昆仑山北麓车尔臣河流域水文情势及其对气候变化的响应[J]. 冰川冻土, 2022, 44(1): 46-55.
[7]	刘广岳, 邹德富, 杨斌, 杜二计, 周华云, 肖瑶, 赵林, 谭昌海, 胡国杰, 庞强强, 王武, 孙哲, 朱小凡, 殷秀峰, 汪凌霄, 李智斌, 谢昌卫. 青藏高原腹地各拉丹冬南北坡多年冻土考察初步结果[J]. 冰川冻土, 2022, 44(1): 83-95.
[8]	陈龙飞, 张万昌, 高会然. 三江源地区1980—2019年积雪时空动态特征及其对气候变化的响应[J]. 冰川冻土, 2022, 44(1): 133-146.
[9]	高文德,王昱,李宗省,王文胜,杨盛梅. 高寒内流区极端降水的气候变化特征分析[J]. 冰川冻土, 2021, 43(6): 1693-1703.
[10]	唐志光,邓刚,胡国杰,王欣,蒋宗立,桑国庆. 亚洲高山区积雪物候时空动态及其对气候变化的响应[J]. 冰川冻土, 2021, 43(5): 1400-1411.
[11]	姚俊强,陈静,迪丽努尔·托列吾别克null,韩雪云,毛炜峄. 新疆气候水文变化趋势及面临问题思考[J]. 冰川冻土, 2021, 43(5): 1498-1511.
[12]	罗谨,王军邦,杨永胜,张光茹,祝景彬,贺慧丹,李英年. 1991—2015年三江源河曲高寒草甸干湿状况及牧草产量变化的气候归因研究[J]. 冰川冻土, 2021, 43(5): 1542-1550.
[13]	张齐民,闫世勇,吕明阳,张露,刘广. 高分三号山地冰川表面运动提取与分析[J]. 冰川冻土, 2021, 43(5): 1594-1605.
[14]	韩婷, 雷向杰, 李亚丽, 王毅勇. 秦岭区域性高山积雪事件变化特征分析[J]. 冰川冻土, 2021, 43(4): 1040-1048.
[15]	李宏亮, 王璞玉, 李忠勤, 王盼盼, 徐春海, 刘爽爽, 金爽, 张正勇, 徐丽萍. 基于多源数据的天山乌鲁木齐河源1号冰川变化研究[J]. 冰川冻土, 2021, 43(4): 1018-1026.

1986—2015年长江源各拉丹冬地区冰川变化遥感监测研究

Remote sensing monitoring of glacier variation in Geladandong， source regions of the Yangtze River from 1986 to 2015

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