文摘
伊犁河发源于中国西北的天山山脉流入哈萨克斯坦和Balkash湖。融化的冰雪是它的主要贡献者。我们分析了伊犁上游流域冰川变化之间的1960年代和2007/2009使用地形图和从陆地卫星TM卫星图像。冰川变化和冰川规模之间的关系,地形因素,和碎片覆盖检查。我们的研究结果发现,冰川面积减少了485±177.3公里2(24.2%±8.8%)在研究期间,并没有推进冰川。此外,331年冰川消失了,18分解成两个或三个小冰川。本研究证明了冰川面积变化与海拔之间的线性关系。冰川的变化小于1公里2冰川面积和地形因素的影响,而较大的影响大小。地区残存在冰川损失较小的2.5%到7.5%相比,清洁在这个盆地相同大小的冰。像其他冻结成冰的区域,在伊犁流域冰川退缩归因于全球变暖。稍微增加降水在研究期间不能抵消冰融化。
1。介绍
政府间气候变化专门委员会(IPCC)报道,高山冰川对区域气候的几十年,因此作为指标的区域气候变化(1]。世界上最高山冰川显示萎缩区域自19世纪后期以来,天山山脉的冰川一样(1- - - - - -3]。然而,推进或飙升喀喇昆仑喜马拉雅冰川被发现,在喜马拉雅的西北部,祁连山同期(4- - - - - -6]。
Global-warming-induced冰雪冰冻圈影响社会经济发展的损失因为海平面上升导致沿海洪水、冰川融化导致从快速融化,冰川湖突发洪水,和冰川收缩减少供应可靠的灌溉7- - - - - -10]。Cryosphere-related灾害如冰川/融雪洪水、冰川湖突发洪水,冰塞洪水和雪崩经常被观察到在天山地区(11]。在这些山脉,危害飘雪、雪崩、冰川融化冰塞洪水和洪水发生(11,12]。没有报道称,冰川湖突发洪水在研究区,和许多冰川湖继续扩大在伊犁流域冰川融化的结果(13]。因此,重要的是要知道这个地区冰川已经改变了。然而,没有研究量化冰川的实际变化14,15]。
变化长度、面积、厚度和体积响应温度和降水的变化不均匀在冰川时期多年几十年(6,16- - - - - -19]。这个变量的模式应对气候变化预计将受到冰川面积和地形因素的影响。冰川在面积较小的经历更大的收缩(16- - - - - -18]。然而,没有信息冰川变化和地形因子之间的关系。此外,还有看似相互矛盾的研究有关影响,碎片覆盖在冰川表面高程变化,区域,和长度(20.,21]。残存有冰川没有可见的或只有小面积变化但重要的质量变化。
冰川在伊犁河流域有一个广泛的表面区域,海拔,碎片覆盖。这次考试伊犁河流域冰川的变化,从1960年代到2009年,利用地形图和卫星图像(TM)从陆地卫星专题成像仪记录冰川规模、地形因素影响冰川面积变化,和碎片。
2。研究区域
伊犁河,源于中央西北天山山脉和从中国流入哈萨克斯坦(巴尔喀什湖),是由融化的冰雪22]。其总排水面积是4.2×105公里2,包括中国和哈萨克斯坦的部分。因为这个地区位于西边的山,它收到比其他地区的降水天山山脉;它向西开放允许西风隆起(22]。全年降水在雪线每年约为800 - 1000毫米。降雪,在冬季和春季,占年降水量的-50% 40% (22]。这是不同于其他冻结成冰的天山山脉地区的降水发生在夏天。虽然伊犁河大多是在哈萨克斯坦,77.5%的冰川,它在中国23]。我们的研究集中在冰川在中国(图1)。世界冰川库存(http://nsidc.org/data/docs/noaa/g01130_glacier_inventory/)编码的伊犁流域5 x04五支流流域源自中国(5 x042, 5 x043 5 x044 5 x045,和5 x046)。第一个伊犁流域冰川库存,在1960年代,发现2373个冰川总计2022.66公里2和占据约127.96公里3在中国(24]。雪线海拔范围从海拔3630到3840米(asl)。
3所示。数据和方法
3.1。冰川在1960年代
中国第一个库存的冰川(FCI)编译使用主要地形地图缩放1:50000或1:100000。几乎没有冰川从地图缩放1:1000000,因为数据质量22]。尽管冰川边界是手动修正使用1:43000年和60000年1:航拍照片和解析摄影测量方法(22),著名的错误仍在冰川的映射描述。没有包含在该矢量化冰川边界库存编译。相反,冰川边界确定的属性表或通过手动测量地图上的区域。我们重新审视了早期的地图描绘了冰川的尺度1:50000和1:100000(表1)。第一个中国库存使用地图缩放1:1000000年,我们使用三个陆地卫星多光谱扫描仪(MSS)卫星图像。这些早期的地图,从1959年至1968年,被中国军方大地与摄影测量方法产生的服务。MSS图像获得的美国地质调查局(USGS)在1972年和1977年国家航空和宇宙航行局,在一级orthorectified t。在这项研究中,这些地图第一次扫描分辨率为300点/英寸然后二维地理坐标纠正使用全局坐标网格的几何失真期间获得长期储存。利用ERDAS公司想象9.1软件,这些地图是地理坐标的映射坐标1954年北京大地坐标系统大地水准面,称为BJ54,基准面在青岛黄海平均海平面潮汐天文台。这些地图然后转置到通用横轴墨卡托投影坐标系统引用世界大地系统1984椭球面高度(WGS84)使用一个seven-parameter变换。变化和变形发生BJ54和WGS84坐标系统之间在东西方向和南北方向(25]。详细信息从seven-parameter转换了王et al。26]。每个地图的七参数计算利用国家三角参考点。错误引入这种方法被证明是不大于0.5米(6,27,28]。陆地卫星MSS图像是由美国地质调查局orthorectified使用通用横轴墨卡托投影坐标系统引用WGS84椭球面高度。最后,冰川边界在地图和MSS图像数字化手动使用ArcMap软件为一个图形文件格式。冰川是白人和容易区分其他表面特性在乐队4中,3和2的复合MSS图像。冰川测量至少0.01公里2被纳入本研究。详细信息中发现了1:50000地形图30%的冰川,在1:100000地图35%的冰川,和在海量存储系统(MSS)中图像的剩余35%的冰川,大于2公里2。这些冰川形成的基本数据来源地区冰川变化的伊犁。
3.2。冰川在2007年和2009年
开发新的冰川库存和伊犁河流域的最新的卫星图像,本研究获得八个陆地卫星TM场景从美国地质调查局(https://lpdaac.usgs.gov/get_data/),30米(表的空间分辨率1)。陆地卫星的场景都是在1级t orthorectified美国地质调查局使用全球地面控制点(gcp)从2005年全球土地调查数据集。TM图像的质量报告文件是可用的,但是这些MSS图像。表2显示了GCP剩余工资,最多4.6,平均4.1米。GCP文件海量存储系统(MSS)中没有数据,我们比较领带的MSS图像与TM图像评估的准确性。平均误差为13.2 m。
冰川映射方法利用陆地卫星数据包括(1)手册描述冰川轮廓的假彩色图像复合材料(16,29日),(2)与反射率比值图像分割阈值(30.雪),(3)归一化指数(NDSI) [31日,32),和(4)监督分类技术(33]。在这项研究中,从TM波段比值的原始数字图像数字3和TM波段5阈值为2.1被用来获得表面伊犁的冰川流域的面具。这个主题方法常用的和被证明是有效的提取冰川信息(30.- - - - - -32,34]。这种方法的缺点是它不能识别冰川碎片覆盖,它无法确定部分冰川覆盖的碎片,必须通过手工数字化。当前自动方法描述冰川碎片覆盖继续需要手动修改35- - - - - -38]。80年冰川碎片覆盖他们的终点站的伊犁分水岭地区,与陆地卫星TM手册描述应用于提取碎片边界。手工数字化残存的冰川的识别主要基于独特的表面特性,比如supraglacial湖泊和冰川表面的颜色和纹理的差异在不同的红绿蓝陆地卫星图像的复合材料。这些特殊特性使它更容易区分碎片从周围的冰缘地貌(39]。本手册数字化是由经验丰富的冰川学家。碎片终端结束冰川末端附近的冰川下的流媒体。最后,合成连续的冰覆盖进一步分为个人冰川多边形,基于地形的山脊,使用ASTER GDEM数据(http://gdem.ersdac.jspacesystems.or.jp/)[40]。
碎片覆盖百分比计算使用以下基于当前的冰川。我们的目的不是研究碎片覆盖的变化;因此,碎片覆盖面积在1960年代没有提取。
4所示。错误的评估
两种方法被用来评估误差的测量冰川变化:一个主要基于图像分辨率和coregistration精度多映像(41)和其他计算使用给定的缓冲区(冰川数据的不确定性42,43]。后者是应用在这项研究中,因为前者缺乏残存的错误评估领域。
1960年代冰川从地形图中提取和陆地卫星MSS图像。因此,出现在冰川边界的不确定性描述需要评估的地图数据和MSS图像的准确性。在地形图,冰川边界描述的准确性依赖于扫描分辨率,地图质量和地图。先前的研究表明,这些地图的准确性可以使用的数据进一步证实了全球定位卫星(GPS) (25,44]。然而,而不是使用GPS数据,我们使用几何纠正的均方根和数字化精度确认冰川边界。每个地图的均方根计算从地面控制点(gcp)和平均4.2米和9.8米的错误被发现的1:50000和1:100000地图,分别。数字化地图时,错误是一个像素左右,或5米和10米1:50000和1:分别为100000地图(45]。我们应用的法律错误(1),发现总误差分别为6.5米和14.2米的1:50000和1:100000地图,分别 在卫星图像,导致冰川描述不确定性的主要因素包括云和积雪,传感器空间分辨率,山的阴影6,43,46]。此外,提取冰川边界也带来了错误(34,47]。没有与云图像和季节性积雪被使用在我们的研究中除了一个MSS图像显示1%的季节性雪盖。我们修改了阴影区域使用从谷歌地球图片导出KML工具。此外,分割的方法使用TM波段3和TM波段5也可以辨别阴影部分(32]。我们执行这些修改之后,从云层阻碍,雪,和阴影变得微不足道。不到半像素精度通常是可实现的冰川没有碎片,云,和季节性积雪(42]。因此,我们决定不确定性为陆地卫星MSS图像28.5米和14.3米在干净的冰地区TM图像。然而,碎片覆盖造成的误差较大(39]。我们的合作伙伴将碎片边界与GPS点和发现错误残存在冰是31.3年的陆地卫星TM图像(48),这几乎是一个像素。因此,残存一个像素缓冲区用于冰川在TM图像和冰川在海量存储系统(MSS)中数据的57米。这种分析的不确定性决定7.6%的冰川映射使用数据从1960年代,6%的冰川映射使用从2007年和2009年TM数据。
5。结果
5.1。冰川在1960年代
第一个库存的冰川,它发生在1960年代,发现2373个冰川与冰川总面积为2022.7公里2。我们更准确的研究导致了1960年代的地图识别2119个冰川总面积为2002.9±152.2公里2。细节的区别如表所示3。大冰川数量和地区的差异这个更新的结果可能是一个错误的结果1:1000000年FCI所使用的地图。一些冰川地区很可能错过了一些季节性积雪被误认为是冰川冰。没有其他数据来验证FCI的准确性,我们使用地形图和MSS旨在冰川发现于1960年代。最大的区别是在冰川的面积5 x046g0048,原本是不准确测量是36.5公里2使用1:1000000规模的地图。使用MSS图像,它的面积是88.9公里2(图2),使其成为研究区最大的冰川。另一个问题发现在1960年代库存是33.5公里2最初被描述为冰川冰,但它实际上是季节性雪。此外,9.3公里2没有公认的冰川冰。
修正后的1960年代的地图显示,平均冰川海拔范围从3158到4567的美国手语(图3),最低海拔的冰川的终点站是2635美国手语;97%的冰川总面积是位于3500至4200美国手语。
在1960年代,有23伊犁的冰川流域大于10公里2。尽管96.7%的冰川在盆地被认为是小(≤5公里2),这些冰川总面积的57.6%盆地(表3)。只有残存80年冰川的盆地,但这些冰川占总冰川面积的34%(686.7公里2),包括两个盆地最大的冰川。个人冰川表面的碎片覆盖1.3%至26.4%。碎片覆盖16.2%的表面的两个最大的冰川。发现大部分的碎片覆盖3500米和4300米之间的美国手语(图3),峰值碎片区域被发现在3900年和4000年之间美国手语。
5.2。冰川变化
当比较冰川面积从1960年代到2007年和2009年,我们发现几乎所有的伊犁流域后退;三个小冰川保持稳定。在同一时期,冰川面积减少了485±177.3公里2,或24.2%±8.8% ~ 0.6%·a−1)。冰川减少的数量从2119年的1960年代到1813年的2000年代末。在同一时期,意味着冰川规模降低了0.94公里20.72公里2。冰川消融的速度似乎依赖于次盆地是位于(表4)。最激烈的铸件在库恩河次盆地47.2%±5.7%和42.6%±9.4% Huoerguosi河。Kax的冰川河流和Kuksu河次盆地经历了温和衰退率27.5%±5.0%和29.2%±9.0%,分别。最少的收缩,泰克河次盆地中发现,18.3%±10.8%。
1960年代至2000年代末,331年冰川完全消失,和18冰川分解成两个或三个小冰川。所有那些被debris-free消失了。这些冰川的面积是34.8公里2,占总数的1.7%在伊犁流域冰川地区。的消失,59.4%是小于0.1公里20.1公里之间,有30.3%的人2和0.2公里2,剩下的10%的人超过0.2公里2。散点图的平均高度和冰川消失的冰川面积图所示4。大多数人在3100到4200的美国手语,而中等高度降低了线性与冰川地区。此外,近60%的人小于0.1公里2,独立于它们的位置和高度。然而,更大的(> 0.3公里2)通常以非常低的高度(低于3600美国手语),表明这些冰川消失,因为气温变暖。
解体冰川(表5),那些破裂成小块,存在于所有次盆地除了库恩河流域。十七岁分手成两个冰川,一分成三个冰川分手了。分裂发生在海拔3015米和3970米之间,在冰川上分支终端或关节。其中大多数(14)3400米和3800米海拔之间瓦解。
5.3。冰川面积变化与地形相关的变量
分析地形的影响面积的变化,平均海拔高度和平均每个冰川的表面坡度盆地使用SRTM DEM计算。有必要指出,ASTER GDEM并不适合地形因子提取冰川变化表面上因为它获得日期是不确定的。图5(一个)显示了比较冰川收缩的结果除以所有冰川分成了八个组根据意味着地面坡度。组除以5自由度增加(例如,一个部门可能代表冰川5°10°意味着表面斜率)。图5 (b)比较冰川海拔收缩。冰川被分成15 100米海拔组。例如,所有冰川表面平均海拔2900至3000米3000米班分组在一起。图5 (c)组相似规模的冰川比较冰川规模收缩。
(一)
(b)
(c)
图5(一个)显示了冰川收缩大于小于0.08公里2。它还表明,山坡上的大冰川(> 0.08公里2对收缩)几乎没有影响。冰川小于0.08公里2没有显示出冰川面积和收缩之间的关系。
图5 (b)显示了冰川的对数收缩和面积之间的关系在平均海拔高度相似。例如,在平均海拔3700米,大(> 1公里2)冰川经验不如较小的收缩。
图5 (c)表明,冰川收缩和面积之间的关系是更为明显的大于1公里2。它还表明,收缩在小冰川(< 1公里2)是更大的在较低海拔而收缩在较大的冰川被高度的影响较小。我们的结果与先前的研究一致发现,降低平均海拔导致相对更多的损失区域(42]。Bolch的研究没有删除冰川的影响大小,和确切的关系并不明显被发现在我们的研究(42]。
总之,在冰川小于0.08公里2,冰河衰退似乎主要是由平均高程控制(数字5(一个)和5 (c))。之间的0.08公里2和1公里2显示尺寸和平均海拔之间的线性关系(数据5 (b)和5 (c))。收缩是不受冰川的平均海拔超过1公里2(数据5 (b)和5 (c))。
表6表明大多数的整体冰川面积集中在冰川超过1公里2。冰川超过5公里2占一半以上的冰川总面积泰克河次盆地。冰川超过1公里2占74.3%的冰川总面积Kax河次盆地和冰川总面积的70% Kuksu河次盆地。五次盆地,库恩河流域最小的冰川。冰川面积的五次盆地的分布与他们的冰川变化是相一致的。更大的比例大冰川(> 10公里2),冰川面积损失越小。例如,泰克流域冰川,冰川的最大比例大于10公里2最小的面积收缩。因此,冰川面积的分布可能是一个盆地规模变化的主要因素。
大多数冰川在研究期间在海拔较低地区消失了。例如,80%的人在平均海拔不到3400米(图消失了6)。通过回归分析,图6演示了一个指数的百分比之间的关系消失的冰川和冰川海拔。所有冰川3300米以下美国手语消失,38%的3300米和3400米之间消失了。只有1%的冰川在平均海拔3800米的消失了。正如所料,小冰川面积在海拔较低地区是最可能会失去或消失。
5.4。冰川面积变化与碎片覆盖
2007年和2009年的地图显示,80个冰川覆盖着碎片。与debris-free冰川相比,这些萎缩(图7(一))。失去了残存的冰川面积在7.5%和20%之间,明显低于该地区失去了从debris-free冰川。残存面积损失由冰川以2.5%对7.5%是小于清洁相同大小的冰。这种差异变得越来越小在大冰川。一般的结果是,冰川碎片覆盖大于25%失去表面积比其他人(图7 (b))。
(一)
(b)
6。讨论
没有推进或飙升伊犁的冰川流域在测量时间。它不同于阿克苏流域在天山中央山脉10推进冰川被发现在1990年和2010年之间(49]。我们的结果类似于这些发现冰川Nyainqentanglha范围和南公司盆地西部,西藏,也没有发现推进/激增从1976年到2009年(42]。Sorg等人报道,天山的整个范围内,外部范围有最强的年度自二十世纪中叶面积缩率;他们在0.38%和0.76%之间−1(50]。因此,伊犁的冰川流域应该显示最大的区域收缩(0.6%−1)的范围内,一样大的冰川Naryn盆地(天山中部),收缩了23.4%(0.6%的面积−1从20世纪中期到2007年。
在许多山区,各种冰川以不同的速率增长和收缩,一些冰川将提前或激增而其他萎缩(6,20.,31日]。一些研究指出,不同规模的冰川对气候变化的反应是不同的,因为时间差(17,42,51]。先前的研究发现,大冰川收缩少,总面积的比例,比小冰川(42,51,52];我们的研究结果一致。这些研究也暗示小冰川(< 0.4公里2)很容易受地形影响,冰川萎缩在平均海拔较低区域或失踪53]。然而,这个研究显示只有地形设置之间的关系和冰川小于0.4公里2。我们的结果不仅表明,冰川变化小(< 1公里2)一起受地形影响和规模,但是还显示,大冰川被地形因素影响较小。这些不同的因素导致现实世界的情况是很难与水文模拟或地表模型。
碎片覆盖影响冰川对气候变化的响应通过改变表面烧蚀率(54,55]。先前的研究指出,残存大量冰川,停滞不前的坡度不大终点站地区,通常在喜马拉雅山脉(稳定方面20.]。我们的研究结果认为,残存冰川已经不如debris-free冰川收缩。因此,我们建议绝大碎片覆盖泰克的冰川流域的一个因素是负责低收缩而不是其他盆地。然而,以前Tomur山峰上残存的冰川的研究表明,稀释残存的冰不是统计不同debris-free冰(19,56]。这与我们的结果不应该冲突。研究表明,冰崖和supraglacial湖泊总是残存的发展领域,而这些悬崖导致69%的融化残存的喜马拉雅山地区(57]。这些快速消融的冰崖可能导致广泛的薄残存的冰,但是冰崖的比例很小,他们不能影响整个区域收缩残存在冰川。这需要研究残存的冰层厚度变化和冰川debris-free同时观察冰崖在废墟地区分布。
研究表明,冰川衰退主要是受全球变暖影响(42,44,49,52]。从Zhaosu气象站获得气象数据(43.15°N, 81.133°E;1851美国手语)被用来分析变化的司机在伊犁流域冰川(图8)。本站记录1956年和2012年之间的显著的温度升高。温度已经上升了1.4°C 56年来,气候变暖趋势的加速,在十年平均气温就证明了这一点。同期降水略有增加,但在1978年和1998年有所下降。因此,我们建议冰川衰退之间的1960年代,2007/2009可以主要归因于温度增加,即使同时降水略有增加。这种更大的降水不能抵消冰损失产生的表面由高温融化。
7所示。摘要和结论
本研究采用多瞬时遥感和历史地形图分析冰川伊犁河的面积的变化。我们的结果更新第一个冰川库存从1960年代采用附加的数据来源和增强的分析方法。使用卫星数据显示,研究区域的冰川萎缩了24.2%±8.8% 1960年代至2007/2009。没有扩大或推进冰川中确定研究区在同一时期。最大的冰川收缩发生在库恩河流域,里面大部分的小冰川。在40年的研究期间,331个冰川消失了,和18解体成两个或三个冰川。
气温上升导致全球气候变化被认为是冰川衰退的主要原因。冰川大小和海拔高度确定为控制因素,确定的大小,冰川对气候变化的反应。冰川的平均斜率与冰川衰退和消失没有关系。增加碎片覆盖似乎有轻微影响冰川的融化,影响更加明显在更小的冰川。我们发现小冰川损失比例更高的表面积的融化。
利益冲突
作者宣称没有利益冲突有关的出版。
确认
这项工作得到了中国科学院的主要研究项目(批准号KZZD-EW-12-1),中国国家自然科学基金(批准号41401084),中国科技部(最多;格兰特dfa92720-23 2010和2013号fy111400),和战略重点研究Program-Climate变化:碳预算和有关问题(批准号XDA05090302)。数据应用导致立即过去项目从最(批准号2006 fy110200)。作者的升值也扩展到NASA提供的陆地卫星TM数据和SRTM数据,以及中国气象局气候数据。