祁连山区雪冰反照率变化及其对冰川物质平衡的影响

doi:10.7522/j.issn.1000-0240.2021.0038

冰川冻土 ›› 2021, Vol. 43 ›› Issue (1): 145-157.doi: 10.7522/j.issn.1000-0240.2021.0038

所属专题：第二次青藏科考论文集1

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祁连山区雪冰反照率变化及其对冰川物质平衡的影响

张太刚¹(), 高坛光¹^,²(), 刁文钦¹, 张玉兰²^,³()

^1.兰州大学资源环境学院西部环境教育部重点实验室，甘肃兰州 730000
^2.中国科学院西北生态环境资源研究院冰冻圈科学国家重点实验室，甘肃兰州 730000
^3.中国科学院青藏高原地球科学卓越创新中心，北京 100101

收稿日期:2019-12-14 修回日期:2020-08-28 出版日期:2021-02-28 发布日期:2021-04-06
通讯作者: 高坛光,张玉兰 E-mail:zhangtg16@lzu.edu.cn;gaotg@lzu.edu.cn;yulan.zhang@lzb.ac.cn
作者简介:张太刚，硕士研究生，主要从事冰湖研究. E-mail： zhangtg16@lzu.edu.cn
基金资助:
第二次青藏高原综合科学考察研究项目(2019QZKK0605);国家自然科学基金项目(41671067);中国科学院“西部之光”人才培养计划项目（张玉兰）;冰冻圈科学国家重点实验室自主课题(SKLCS-ZZ-2020)

Snow/ice albedo variation and its impact on glacier mass balance in the Qilian Mountains

Taigang ZHANG¹(), Tanguang GAO¹^,²(), Wenqin DIAO¹, Yulan ZHANG²^,³()

^1.Key Laboratory of Western China’s Environmental Systems （Ministry of Education），College of Earth and Environmental Sciences，Lanzhou University，Lanzhou 730000，China
^2.State Key Laboratory of Cryospheric Science，Northwest Institute of Eco-Environment and Resources，Chinese Academy of Sciences，Lanzhou 730000，China
^3.CAS Center for Excellence in Tibetan Plateau Earth Sciences，Beijing 100101，China

Received:2019-12-14 Revised:2020-08-28 Online:2021-02-28 Published:2021-04-06
Contact: Tanguang GAO, Yulan ZHANG E-mail:zhangtg16@lzu.edu.cn;gaotg@lzu.edu.cn;yulan.zhang@lzb.ac.cn

摘要/Abstract

摘要：

雪冰反照率能够改变冰川表面能量收支平衡，是影响冰川消融的重要因素之一。利用祁连山地区冰川面积矢量数据、MODIS逐日积雪反照率、气温和降水以及冰川物质平衡等数据，探讨了祁连山典型冰川区雪冰反照率特征及其对冰川物质平衡的影响。结果表明：祁连山地区冰川多年平均反照率为0.532，冰川区面积大小与其多年平均反照率之间呈显著正相关（R²=0.16，P<0.05，N=91），即冰川面积缩减1 km²，对应的平均反照率下降0.0025。祁连山老虎沟12号冰川反照率在夏季有明显的海拔效应，且强于其他时段，达到0.047?（100m）^-1。典型冰川年均物质平衡量与冰川表面夏季（6—8月）平均反照率之间存在显著的正相关关系，老虎沟12号冰川和七一冰川决定系数R²分别达到了0.48（P<0.05）和0.66（P <0.05）。冰川表面夏季平均反照率这一指标能够较好地衡量青藏高原北部祁连山地区冰川物质平衡的变化。

关键词: 雪冰反照率, 冰川变化, 冰川物质平衡, 祁连山

Abstract:

Snow/ice albedo can affect the glacier surface energy budget， making it an important factor to impact glacier melt. Based on vector data of glacierized areas， MODIS daily snow albedo， air temperature and precipitation， and glacier mass balance in the Qilian Mountains， this study addressed the spatial-temporal characteristics of snow/ice albedo， and the relationship between glacier mass balance and snow/ice albedos. The results indicated an average albedo in the study area was 0.532. A positive correlation existed between glacierized area and annual averaged albedo， namely the glacierized area decreased by 1 km² will cause a reduction of albedo by 0.0025. For the typical glaciers of Laohugou Glacier No.12 and Qiyi Glacier， average albedo during summer （June to August） was significantly positive correlated with annual glacier mass balance， coefficient of determination reaching 0.48 （P<0.05） and 0.66 （P<0.05）， respectively. Such result indicated that variation of albedo played a great impact on smaller glaciers， which will further enhance the retreat of smaller glaciers. The average albedo during summer can be considered as an effective proxy for changes of glacier mass balance.

Key words: snow/ice albedo, glacier change, glacier mass balance, Qilian Mountains

中图分类号:

P343.6

张太刚, 高坛光, 刁文钦, 张玉兰. 祁连山区雪冰反照率变化及其对冰川物质平衡的影响[J]. 冰川冻土, 2021, 43(1): 145-157.

Taigang ZHANG, Tanguang GAO, Wenqin DIAO, Yulan ZHANG. Snow/ice albedo variation and its impact on glacier mass balance in the Qilian Mountains[J]. Journal of Glaciology and Geocryology, 2021, 43(1): 145-157.

图/表 9

图1

图2

图3

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表1

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图8

参考文献 45

1	Shi Yafeng. Glaciers and their environment in China： the present， past and future［M］. Beijing： Science Press， 2000： 101-105.
	施雅风. 中国冰川与环境：现在、过去和未来［M］. 北京：科学出版社， 2000： 101-105.
2	Huss M， Hock R. Global-scale hydrological response to future glacier mass loss［J］. Nature Climate Change， 2018， 8（2）： 135-140.
3	Yao Tandong， Thompson L， Yang Wei， et al. Different glacier status with atmospheric circulations in Tibetan Plateau and surroundings［J］. Nature Climate Change， 2012， 2（9）： 663-667.
4	Shi Yafeng. Concise glacier inventory of China［M］. Shanghai： Shanghai Popular Science Press， 2005.
	施雅风. 简明中国冰川目录［M］. 上海：上海科学普及出版社， 2005.
5	Immerzeel W W， van Beek L P H， Bierkens M F P. Climate change will affect the Asian water towers［J］. Science， 2010， 328： 1382-1385.
6	Yao Tandong， Thompson L， Mosbrugger V， et al. Third Pole Environment （TPE）［J］. Environmental Development， 2012， 3： 52-64.
7	Jacob T， Wahr J， Pfeffer W T， et al. Recent contributions of glaciers and ice caps to sea level rise［J］. Nature， 2012， 482： 514-518.
8	Neckel N， Kropáček J， Bolch T， et al. Glacier mass changes on the Tibetan Plateau 2003-2009 derived from ICESat laser altimetry measurements［J/OL］. Environmental Research Letters， 2014， 9（1）［2021-02-06］. .
9	Flanner M G， Zander C S， Randerson J T， et al. Present-day climate forcing and response from black carbon in snow［J/OL］. Journal of Geophysical Research： Atmospheres， 2007， 112（D11）［2021-02-06］. .
10	Zhang Yulan， Kang Shichang， Cong Zhiyuan， et al. Light-absorbing impurities enhance glacier albedo reduction in the southeastern Tibetan Plateau［J］. Journal of Geophysical Research： Atmospheres， 2017， 122（13）： 6915-6933.
11	Bond T C， Doherty S J， Fahey D W， et al. Bounding the role of black carbon in the climate system： a scientific assessment［J］. Journal of Geophysical Research： Atmospheres， 2013， 118（11）： 5380-5552.
12	Chen Jizu， Qin Xiang， Kang Shichang， et al. Potential effects of black carbon on glacier mass balance during the past 55 years of Laohugou Glacier No.12， western Qilian Mountains［J］. Journal of Earth Science， 2020， 31： 410-418.
13	Qian Yun， Yasunari T J， Doherty S J， et al. Light-absorbing particles in snow and ice： measurement and modeling of climatic and hydrological impact［J］. Advances in Atmospheric Sciences， 2015， 32（1）： 64-91.
14	Schmale J， Flanner M， Kang Shichang， et al. Modulation of snow reflectance and snowmelt from Central Asian glaciers by anthropogenic black carbon［J/OL］. Scientific Reports， 2017， 7 ［2021-02-06］. .
15	Skiles S M K， Flanner M， Cook J M， et al. Radiative forcing by light-absorbing particles in snow［J］. Nature Climate Change， 2018， 8（11）： 964-971.
16	Xu Baiqing， Cao Junji， Hansen J， et al. Black soot and the survival of Tibetan glaciers［J］. Proceedings of the National Academy of Sciences， 2009， 106（52）： 22114-22118.
17	Sarangi C， Qian Yun， Rittger K， et al. Impact of light-absorbing particles on snow albedo darkening and associated radiative forcing over high-mountain Asia： high-resolution WRF-Chem modeling and new satellite observations［J］. Atmospheric Chemistry and Physics， 2019， 19（10）： 7105-7128.
18	Thind P S， Chandel K K， Sharma S K， et al. Light-absorbing impurities in snow of the Indian Western Himalayas： impact on snow albedo， radiative forcing and enhanced melting［J］. Environmental Science and Pollution Research， 2019， 26： 7566-7578.
19	Du Wentao， Qin Xiang， Liu Yushuo， et al. Variations of the Laohugou Glacier No.12 in the Qilian Mountains［J］. Journal of Glaciology and Geocryology， 2008， 30（3）： 373-379.
	杜文涛，秦翔，刘宇硕，等. 1958-2005年祁连山老虎沟12号冰川变化特征研究［J］. 冰川冻土， 2008， 30（3）： 373-379.
20	Zhang Qibing， Kang Shichang， Wang Jing. Elevation change of the Laohugou Glacier No.12 in the western Qilian Mountains from 2000 to 2014［J］. Journal of Glaciology and Geocryology， 2017， 39（4）： 733-740.
	张其兵，康世昌，王晶. 2000-2014年祁连山西段老虎沟12号冰川高程变化［J］. 冰川冻土， 2017， 39（4）： 733-740.
21	Chen Jizu， Qin Xiang， Wu Jinkui， et al. Simulating the energy and mass balance on the Laohugou Glacier No.12 in the Qilian Mountains［J］. Journal of Glaciology and Geocryology， 2014， 36（1）： 38-47.
	陈记祖，秦翔，吴锦奎，等. 祁连山老虎沟12号冰川表面能量和物质平衡模拟［J］. 冰川冻土， 2014， 36（1）： 38-47.
22	Liu Shiyin， Ding Yongjian， Li Jing， et al. Glaciers in response to recent climate warming in western China［J］. Quaternary Sciences， 2006， 26（5）： 762-771.
	刘时银，丁永建，李晶，等. 中国西部冰川对近期气候变暖的响应［J］. 第四纪研究， 2006， 26（5）： 762-771.
23	Liu Shiyin， Yao Xiaojun， Guo Wanqin， et al. The contemporary glaciers in China based on the Second Chinese Glacier Inventory［J］. Acta Geographica Sinica， 2015， 70（1）： 3-16.
	刘时银，姚晓军，郭万钦，等. 基于第二次冰川编目的中国冰川现状［J］. 地理学报， 2015， 70（1）： 3-16.
24	Yang Zhenniang. Glacier water resources in China［M］. Lanzhou： Gansu Science and Technology Press， 1991： 135-158.
	杨针娘. 中国冰川水资源［M］. 兰州：甘肃科学技术出版社， 1991： 135-158.
25	Pritchard H D. Asia’s shrinking glaciers protect large populations from drought stress［J］. Nature， 2019， 569（7758）： 649-654.
26	Zhang Qiang， Sun Zhaoxuan， Chen Lihua， et al. Reviews on studies of exploitation and utilization of cloud-water resource in the Qilian Mountains region［J］. Arid Land Geography， 2009， 32（3）： 381-390.
	张强，孙昭萱，陈丽华，等. 祁连山空中云水资源开发利用研究综述［J］. 干旱区地理， 2009， 32（3）： 381-390.
27	Wang Zhongwu， Qi Weixiu， Bai Lin， et al. Reanalysis of climate change characteristics in Qilian Mountain area［J］. Qinghai Prataculture， 2018， 27（2）： 42-48.
	王忠武，祁维秀，白林，等. 祁连山地区气候变化特征再分析［J］. 青海草业， 2018， 27（2）： 42-48.
28	Liu Yushuo， Qin Xiang， Chen Jizu， et al. Variation of Laohugou Glacier No.12 in the western Qilian Mountains， China， from 1957 to 2015［J］. Journal of Mountain Science， 2018， 15（1）： 25-32.
29	Chen Jizu， Kang Shichang， Qin Xiang， et al. The mass-balance characteristics and sensitivities to climate variables of Laohugou Glacier No.12， western Qilian Mountains， China［J］. Sciences in Cold and Arid Regions， 2018， 9（6）： 543-553.
30	Cao Bo， Pan Baotian， Gao Hongshan， et al. Glacier variation in the Lenglongling Range of Eastern Qilian Mountains from 1972 to 2007［J］. Journal of Glaciology and Geocryology， 2010， 32（2）： 242-248.
	曹泊，潘保田，高红山，等. 1972-2007年祁连山东段冷龙岭现代冰川变化研究［J］. 冰川冻土， 2010， 32（2）： 242-248.
31	Liu Shiyin， Shen Yongping， Sun Wenxin， et al. Glacier variation since the maximum of the Little Ice Age in the Western Qilian Mountains， Northwest China［J］. Journal of Glaciology and Geocryology， 2002， 24（3）： 227-233.
	刘时银，沈永平，孙文新，等. 祁连山西段小冰期以来的冰川变化研究［J］. 冰川冻土， 2002， 24（3）： 227-233.
32	Sun Meiping， Liu Shiyin， Yao Xiaojun， 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.
33	Pu Jianchen， Yao Tandong， Duan Keqin， et al. Mass balance of the Qiyi Glacier in the Qilian Mountains： a new observation［J］. Journal of Glaciology and Geocryology， 2005， 27（2）： 199-204.
	蒲建辰，姚檀栋，段克勤，等. 祁连山七一冰川物质平衡的最新观测结果［J］. 冰川冻土， 2005， 27（2）： 199-204.
34	Zhang Shuai， Shi Chunxiang， Liang Xiao， et al. Assessment of FY-3 snow cover product［J］. Remote Sensing Technology and Application， 2018， 33（1）： 35-46.
	张帅，师春香，梁晓，等. 风云三号积雪覆盖产品评估［J］. 遥感技术与应用， 2018， 33（1）： 35-46.
35	Wu Xuejiao， Wang Ninglian， Lu Anxin， et al. Variations in albedo on Dongkemadi Glacier in Tanggula Range on the Tibetan Plateau during 2002-2012 and its linkage with mass balance［J］. Arctic， Antarctic， and Alpine Research， 2015， 47（2）： 281-292.
36	Sun Weijun， Qin Xiang， Wang Yetang， et al. The response of surface mass and energy balance of a continental glacier to climate variability， western Qilian Mountains， China［J］. Climate Dynamics， 2018， 50（9/10）： 3557-3570.
37	Yang Wei， Yao Tandong， Guo Xiaofeng， et al. Mass balance of a maritime glacier on the southeast Tibetan Plateau and its climatic sensitivity［J］. Journal of Geophysical Research： Atmospheres， 2013， 118（17）： 9579-9594.
38	Kapnick S B， Delworth T L， Ashfaq M， et al. Snowfall less sensitive to warming in Karakoram than in Himalayas due to a unique seasonal cycle［J］. Nature Geoscience， 2014， 7： 834-840.
39	Kääb A， Treichler D， Nuth C， et al. Brief communication： contending estimates of 2003-2008 glacier mass balance over the Pamir-Karakoram-Himalaya［J］. The Cryosphere， 2015， 9（2）： 557-564.
40	Zhang Yulan， Kang Shichang， Li Chaoliu， et al. Characteristics of black carbon in snow from Laohugou No.12 Glacier on the northern Tibetan Plateau［J］. Science of the Total Environment， 2017， 607： 1237-1249.
41	Li Xiaofei， Kang Shichang， He Xiaobo， et al. Light-absorbing impurities accelerate glacier melt in the central Tibetan Plateau［J］. Science of the Total Environment， 2017， 587： 482-490.
42	Kang Shichang， Zhang Qianggong， Qian Yun， et al. Linking atmospheric pollution to cryospheric change in the Third Pole region： current progress and future prospects［J］. National Science Review， 2019， 6（4）： 796-809.
43	Dumont M， Gardelle J， Sirguey P， et al. Linking glacier annual mass balance and glacier albedo retrieved from MODIS data［J］. The Cryosphere， 2012， 6（6）： 1527-1539.
44	Brun F， Dumont M， Wagnon P， et al. Seasonal changes in surface albedo of Himalayan glaciers from MODIS data and links with the annual mass balance［J］. The Cryosphere， 2014， 9（1）： 341-355.
45	Zhang Zhimin， Jiang Liming， Liu Lin， et al. Annual glacier-wide mass balance （2000-2016） of the interior Tibetan Plateau reconstructed from MODIS albedo products［J/OL］. Remote Sensing， 2018， 10（7）［2021-02-06］. .

月份	老虎沟12号冰川		七一冰川
月份	多年平均反照率	变化趋势	多年平均反照率	变化趋势
1	0.747	无（P>0.05）	0.385	下降（R²=0.16，P=0.1）
2	0.732	无（P>0.05）	0.313	无（P>0.05）
3	0.700	无（P>0.05）	0.436	无（P>0.05）
4	0.659	无（P>0.05）	0.481	无（P>0.05）
5	0.652	无（P>0.05）	0.537	无（P>0.05）
6	0.619	上升（R²=0.18，P=0.1）	0.529	无（P>0.05）
7	0.557	无（P>0.05）	0.453	无（P>0.05）
8	0.514	无（P>0.05）	0.393	无（P>0.05）
9	0.627	无（P>0.05）	0.489	无（P>0.05）
10	0.665	无（P>0.05）	0.478	无（P>0.05）
11	0.718	无（P>0.05）	0.413	无（P>0.05）
12	0.743	无（P>0.05）	0.359	无（P>0.05）

[1]	杜苗苗, 张芬, 勾晓华, 刘兰娅, 夏敬清, 吴秀平. 祁连山中东部青海云杉径向生长对气候变暖的响应差异[J]. 冰川冻土, 2022, 44(1): 14-23.
[2]	薛健, 李宗省, 冯起, 缪驰远, 邓晓红, 狄振华, 叶爱中, 龚伟, 张百娟, 桂娟, 高文德. 1980—2017年祁连山水源涵养量时空变化特征[J]. 冰川冻土, 2022, 44(1): 1-13.
[3]	骆建伟, 柯长青, 喻薛凝. 2000—2020年兴都库什东部冰川区物质平衡变化及其影响因素[J]. 冰川冻土, 2022, 44(1): 159-170.
[4]	杜冉, 彭小清, 金浩东, 魏庆, 孙文, 贾诗超, 范成彦, 王昆, 魏思浩, 赵耀华, FRAUENFELD Oliver W.. 祁连山俄博岭地区热融洼地与冻胀草丘活动层融化深度差异性对比研究[J]. 冰川冻土, 2022, 44(1): 188-202.
[5]	张凤, 范成彦, 牟翠翠, 孙文, 彭小清, 张廷军. 积雪对祁连山区黑河上游活动层热状态的影响研究[J]. 冰川冻土, 2021, 43(6): 1628-1640.
[6]	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.
[7]	潘保田,曹泊,管伟瑾. 2010—2020年祁连山东段冷龙岭宁缠河1号冰川变化综合观测研究[J]. 冰川冻土, 2021, 43(3): 864-873.
[8]	吕荣芳,赵文鹏,田晓磊,张建明. 祁连山地区生态系统服务间权衡的社会-生态环境响应机制研究[J]. 冰川冻土, 2021, 43(3): 928-938.
[9]	邹小伟,孙维君,杨堤益,王英珊,李延召,晋子振,杜文涛,秦翔. 云量对祁连山老虎沟12号冰川表面能量平衡的影响[J]. 冰川冻土, 2021, 43(2): 342-356.
[10]	陈艳辉, 田立德, 宗继彪, 朱大运, 汪诚, 靳胜强. 西藏阿里地区大、小昂龙冰川变化观测研究[J]. 冰川冻土, 2021, 43(1): 14-23.
[11]	彭晨阳, 盛煜, 吴吉春, 曹伟, 何彬彬. 祁连山区多年冻土空间分布模拟[J]. 冰川冻土, 2021, 43(1): 158-169.
[12]	吴坤鹏, 刘时银, 郭万钦. 1980 - 2015年南迦巴瓦峰地区冰川变化及其对气候变化的响应[J]. 冰川冻土, 2020, 42(4): 1115-1125.
[13]	赵求东, 赵传成, 秦艳, 苌亚平, 王建. 天山南坡高冰川覆盖率的木扎提河流域水文过程对气候变化的响应[J]. 冰川冻土, 2020, 42(4): 1285-1298.
[14]	贾博文, 侯书贵, 王叶堂. 1971 - 2015年羌塘高原藏色岗日冰川变化[J]. 冰川冻土, 2020, 42(2): 307-317.
[15]	汪赢政, 李佳, 吴立新, 郭磊, 李建江. 1987 - 2018年祁连山冰川变化遥感监测及影响因子分析[J]. 冰川冻土, 2020, 42(2): 344-356.

祁连山区雪冰反照率变化及其对冰川物质平衡的影响

Snow/ice albedo variation and its impact on glacier mass balance in the Qilian Mountains

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