研究论文 正式出版 版本 2 Vol 10 (6) : 567-578 2019
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念青唐古拉山西段小冰期以来冰川变化研究
Glacier change in the western Nyainqentanglha Range, southern Tibet, since the Little Ice Age
: 2019 - 01 - 04
: 2019 - 03 - 05
: 2019 - 03 - 12
443 3 0
摘要&关键词
摘要:小冰期是指15世纪到20世纪早期之间一系列相对寒冷的气候波动阶段,研究小冰期以来的冰川规模变化,对于了解百年尺度上冰川变化及其气候指示意义具有重要意义。利用Google Earth和ArcGIS 10.3研究了念青唐古拉山西段的现代冰川和小冰期冰川,统计了冰川的基本信息和小冰期以来的变化情况,分析了面积、高程、坡度和坡向因素对冰川变化的影响,探讨了平衡线高度变化的气候指示意义。结果表明:念青唐古拉山西段共发育现代冰川847条,总面积约689.71 km2,共识别出小冰期冰川306条,总面积约746.12 km2。小冰期以来冰川面积减少约31%,平衡线高度平均上升约58 m,冰川的面积、坡度和高程对冰川面积变化的解释率为71%,平衡线高度变化与印度季风关系密切。
关键词:小冰期;念青唐古拉山西段;冰川变化;印度季风
Abstract & Keywords
Abstract: Background, aim, and scope The Little Ice Age (LIA) is the latest cold climatic event during the Holocene. Delineating glacier change since the LIA is of great importance to understand the character of glacier change and climate change. However, such knowledge is still lacking for some critical regions of the Tibetan Plateau (TP), such as the western Nyainqentanglha Range. This study aims to reconstruct glacier retreat of this mountain and discuss implications for the climate. Materials and methods This paper use Google Earth and ArcGIS 10.3 to reconstruct the extents for 306 LIA glaciers and obtain each glacial area and topographic information. The toe‑to‑headwall altitude ratio (THAR) method is used to estimated glacial equilibrium line altitudes (ELA) and their changes (∆ELA). The Partial Least Squares (PLS) is used to analyze the influence of glacial area and topographic factors on glacier change since the LIA. We also applied ordinary kriging interpolations to ∆ELA and mean annual precipitation to investigate their spatial distribution patterns. Results (1) 847 modern glacier were identified, and the total area was calculated to be ~689.71 km2. 306 LIA glaciers boundaries were delineated, covering a total area of ~746.12 km2. In the study area, glacier area has lost ~31%, and the mean ∆ELA has risen ~58 m since the LIA. (2) PLS regression models suggest that ~71% of the glacier area loss could be explained by glacier area, slope and elevation, and only ~6% of ∆ELA values could be explained by glacial area and topographic factors. (3) The spatial distribution pattern of ∆ELA was the same as precipitation, exhibiting a rising trend from east to west. Discussion Area and topography, especially area, can have a significant impact on the area changes. Glaciers with larger area tended to have lost more area since the LIA, and this result may be due to the larger magnitude of glacier mass balance of the lager glaciers. The change of ELA does not show a strong relationship with local factors, suggesting that it may be controlled mainly by climatic factors. The spatial distribution pattern of ∆ELA is closely related to the Indian Monsoon. Conclusions Glacial area, slope, and elevation have a remarkable influence on glacial area change. The spatial distribution of ∆LIA shows a pronounced relationship with the Indian Monsoon. Recommendations and perspectives Reconstructing the temperature and precipitation during the LIA in the western Nyainqentanglha Range, even in the southern Tibetan Plateau is helpful to understand the paleoclimate and predict the future climate.
Keywords:  Little Ice Age; western Nyainqentanglha Range; Glacier change; Indian Monsoon
冰川能够指示气候变化(秦大河和康世昌,1997),是宝贵的淡水资源(杨针娘,1987)。气候变化会显著的影响区域的冰川规模、水资源和社会民生。青藏高原发育有大量的山地冰川,被誉为“亚洲水塔”和“地球的第三极”(姚檀栋等,2017)。研究青藏高原冰川变化,对于了解冰川变化机制和反演气候特征都有十分积极的作用。
念青唐古拉山西段是青藏高原中部最重要的冰川分布区,也是一条重要的地理界线,与冈底斯山脉相同,不仅是内外流水系分水岭,也是高原上寒冷气候带与温暖气候带的界线。20世纪以来,一些学者针对这一区域的冰川和湖泊变化做了一些研究:吴艳红等(2007)和上官冬辉等(2008)研究了念青唐古拉山西段19702000年的冰川变化,王旭等(2012a,2012b)将研究的时间尺度扩展到了2010年,并研究了冰湖的变化。他们指出,气温急剧升高导致了该地区的冰川退缩、冰湖扩张。随后,冀琴等(2014)和张其兵等(2016)的研究也得到了相同的结论。但是现有的研究仅停留在近几十年,对更长时间尺度,如小冰期以来的冰川变化情况还没有可供参考的研究。
小冰期(Little Ice AgeLIA)是指温暖的中世纪以后到20世纪早期之间,一系列百年尺度相对寒冷的气候波动阶段,是全新世期间距今最近的全球性寒冷气候事件(Shi and Liu,2000;吴永红,2013)。研究念青唐古拉山西段小冰期以来冰川规模变化可以了解该地区百年尺度上的冰川变化和气候指示意义。本文利用Google Earth遥感影像和ArcGIS 10.3软件重建了该地区306条小冰期冰川的冰川范围,以此为样本评估了该区域自小冰期最盛时以来冰川面积和平衡线高度的变化情况,分析了冰川的面积、地形因素对冰川变化的影响,探讨了冰川变化的气候指示意义。
1   研究区概况
念青唐古拉山西段位于青藏高原中南部(图),呈东北西南走向,平均海拔5500 m(王旭等,2012a),主峰念青唐古拉峰(东经90°33ʹ33ʺ,北纬30°23ʹ21ʺ)海拔7117 m(Xu et al,2013);多发育小型冰斗冰川和山谷冰川。念青唐古拉山西段受印度洋西南季风和大陆西风的交替影响(王旭等,2012a),但由于山体对季风的阻挡作用,山脊东南侧为温暖半干旱高原季风气候区,山脊西北侧为寒冷半干旱高原季风气候区(王旭等,2012b)。夏季,来自印度洋的西南季风为该地区带来丰富的降水,但季风影响自东向西逐渐减弱;冬季,受干冷西风的控制,使得该区域干燥、寒冷、多风(Rees and Collins,2010;Liu et al,2008)。从中国气象数据服务中心(http://data.cma.cn/)获取的当雄、那曲、班戈气象站的气温、降水资料表明(图2),该区域平均年降水量(MAP)大致在317477 mm,年平均气温(MAAT)约为−0.7651.878℃,降水主要发生在每年的68月。


图1   研究区位置
Fig.1 Location of the study area


图2   班戈(a)、当雄(b)、那曲(c)气象站月平均降水量和月平均气温
Fig.2 Mean monthly air temperature and mean monthly precipitation values for Bange(a), Dangxiong(b), and Naqu(c)
2   数据和方法
2.1数据
Google Earth(GE)是Landsat、SPOT、IKONOS、GeoEye和DigitalGlobe等多类遥感影像的3D交互可视化平台(Sun et al,2012;Yu and Gong,2012),是地形制图和冰川识别的常用工具。GE还提供历史影像供用户参考使用(Zhang et al,2018)。本文利用GE来识别和获取小冰期最盛时的冰碛垄。现代冰川数据来源于GLIMS数据集(http://www.glims.org/),并在GE中进行手工检查和调整,确保数据更新至最新。气象数据来源于中国气象数据服务中心。利用90m分辨率的Shuttle Radar Topography Mission(SRTM)数字高程模型(Digital Elevation Model,DEM)(http://srtm.csi.cgiar.org)计算冰川的地形信息。
2.2   方法
2.2.1   恢复小冰期冰川范围
Li and Li(2014)、Li et al(2016,2017)、Zhang et al(2018)、Loibl et al(2014)、Loibl and Lehmkuhl(2015)和Qiao and Yi(2017)在研究天山、冈底斯山、念青唐古拉山东段和喜马拉雅山小冰期冰川时,根据已有的小冰期定年结果认为:小冰期最盛时形成的冰碛垄大多保存较好、垄形明显、鲜有植被覆盖、与周围环境之间有清晰的区别,并且在现代冰川冰碛垄和小冰期终碛垄之间多形成冰碛堰塞湖,并由此总结出一套判别小冰期冰碛垄的方法,即:位于现代冰川末端,几百到上千米、新生、巨大、顶部陡峭的冰碛垄为小冰期最盛时形成的冰碛垄,并依据这些冰碛垄的位置恢复小冰期最盛时的冰川范围。鉴于念青唐古拉山西段缺失小冰期定年数据,本文将沿用上述判断原则重建该地区小冰期最盛时的冰川范围。利用GE中“添加多边形”命令画出小冰期最盛时的冰川范围(图),用“添加路径”命令画出冰川主流线。将得到的小冰期冰川范围和主流线保存为Keyhole Markup Language(KML)格式文件,与下载的现代冰川数据一起导入到ArcGIS 10.3中,在Albers等积圆锥投影下,计算现代冰川和小冰期冰川的面积。
2.2.2   地形信息提取
将获得的冰川范围导入ArcGIS 10.3之后,基于SRTM DEM提取冰川的高程(Elevation)、坡度(Slope)和坡向(Aspect)信息。其中,高程是冰川范围内所有DEM像元的中位数高程;坡度是冰川主流线的平均坡度。坡向采用如下方法计算:先分别计算冰川范围内所有DEM像元坡度的正弦值和余弦值,然后用所有的正弦值和余弦值的平均值计算出正切值,反正切值即为冰川的坡向(Davis,2002)。
2.2.3   冰川变化指标
冰川物质平衡线高度(Equilibriumline altitude,ELA)指在非遮荫的平面上一个平衡年内冰川物质的积累量和消融量正好相等的点连线的海拔高度(或附加冰带下限的海拔高度)(鞠远江等,2004)。ELA对气候变化十分敏感,尤其是与固态降水和大气温度间存在密切的相关性(崔航和王杰,2013)。因此ELA的波动是气候变化的一个重要的指标,可用于重建古气候和预测未来的冰川变化(Benn and Lehmkuhl,2000)。冰川的面积是反映冰川规模的一个最基本的统计量,具有直观和易于测量的特点。本文利用面积和物质平衡线高度两个指标来度量小冰期以来冰川的变化情况,计算方法如下:
(1)面积变化(∆Area/km2):
 
∆Area=ALIA−∑AM(1)
式中ALIA表示小冰期冰川面积,∑AM为现代冰川面积。
(2)冰川物质平衡线高度变化(∆ELA/m):
利用末端至冰斗后壁比率法(toe‑to‑headwall altitude ratio,THAR)(崔航和王杰,2013)估计冰川的物质平衡线高度。冰川主流线的最小高程和最大高程分别代表冰川末端和后壁高程,比率设定为0.5,利用公式(2)计算冰川的物质平衡线高度,然后用式(3)得到∆ELA。
 
ELA=Elevtoe+THAR*(Elevheadwall−Elevtoe)(2)
∆ELA=ELAM−ELALIA(3)
式中Elevtoe表示冰川末端高程,Elevheadwall表示冰斗后壁高程,ELAM和ELALIA分别表示计算出来的现代冰川和小冰期冰川平衡线高度。
2.2.4   统计分析
Loibl et al(2014)将青藏高原东南部的冰川按照其形态特征分为5类,按照这一分类思想,本文将研究区的冰川分冰斗冰川、山谷冰川、悬冰川、冰帽和重建冰川,利用Excel 2016软件分类统计现代冰川和小冰期冰川的数量和面积等特征。利用K–means分类方法,在R语言平台下将现代冰川和小冰期冰川的面积、坡度和高程分类,统计不同面积、坡度、高程和坡向上冰川的分布情况和变化情况。
为了便于统计分析,本文引入坡向的正弦(sine(Aspect))和坡向的余弦(cosine(Aspect))将坡向数值化处理(Evans,2006),其原理为:坡向的取值为范围为[0°360°],取值规则是从正北方向按顺时针旋转一周,sine(Aspect)取值范围为[−1,1],当取[−1,0]时,坡向的分布范围为[0°,180°],指示偏东方向,当取[0,1]时,坡向的分布范围为[180°,360°],指示偏西方向。同理,cosine(Aspect)的取值指示了南北坡向,两者结合可指示冰川坡向。利用Origin 2017软件,统计∆Area、∆ELA、Area、Elevation、Slope、sine(Aspect)和cosine(Aspect)7个因素之间的皮尔逊相关系数,分析它们两两之间的相关性。分别以∆Area和∆ELA为因变量,其余为自变量,在R语言平台下利用“pls”包做偏最小二乘回归(Partial least squares regression,PLS)(Li et al,2017;齐琛和方秋莲,2013),分析这些因素对冰川变化的影响,回归过程中,利用预测标准差确定参与最终回归的成分个数。
在ArcGIS 10.3软件中对∆ELA进行空间自相关检验和普通kriging插值;利用反距离权重法对距研究区最近的9个气象站:当雄(19632014),那曲(19552014),班戈(19572014),申扎(19612014),南木林(19912014),尼木(19742014),贡嘎(19912014),拉萨(19552014),墨竹贡卡(19912014)的多年平均降水量进行空间插值。
3   结果
3.1   现代冰川和小冰期冰川统计结果
研究区共有现代冰川847条(表1),总面积689.71 km2,最小的冰川0.01 km2,最大27.35 km2,平均面积0.81 km2。冰斗冰川数量最多(397),山谷冰川数量最少(193),但山谷冰川面积最多(342.8 km2),占总面积的50%,平均面积为1.78 km2,远大于冰斗冰川(0.71 km2)和悬冰川(0.21 km2)。约63%的冰川是˂0.5 km2的冰川(图3A)。冰川分布的坡度介于4.5°41.7°,冰川的数量随着坡度的增大先增加后减少,面积随坡度的增大有减小趋势,坡度在10°15°发育的冰川面积最多约37%,在15°20°发育的冰川数量最多占26%(图3B)。冰川在不同坡向分布的数量差别不大,分布的面积略有差别,南坡发育的冰川面积明显多于其他坡向(图3C)。现代冰川分布的海拔范围为53836321 m,冰川的数量和面积随着海拔的上升先增后减少(图3D),海拔在58005900 m分布的冰川数量和面积最多。


图3   念青唐古拉山西段现代冰川分布
Fig.3 The characteristics of Modern glaciers in the western Nainqentanglha Range
研究区内共识别出小冰期冰川306条(表1),总面积746.12 km2,最小0.06 km2,最大33.89 km2,平均面积2.44 km2。主要是山谷冰川(159)和冰斗冰川(141),冰斗冰川总面积为171.6 km2,占总面积的23%;山谷冰川面积最大568.79 km2,占总面积的76%,平均面积为3.58 km2。<1 km2的冰川数量最多,占总数的44%(图4A)。冰川分布的坡度范围为5°31°,随着坡度的增大,冰川发育的数量先增多后减少,10°15°发育的小冰期冰川数量和面积最多(图4B)。不同坡向冰川发育的数量差别不大,发育的面积有所不同,南、北坡向发育的冰川面积明显多于东、西坡向(图4C)。冰川发育的数量和面积随海拔的上升先增后减少,海拔58005900 m分布的冰川面积最多,海拔57005800 m分布的冰川数量最多(图4D)。


图4   念青唐古拉山西段小冰期冰川分布
Fig.4 The characteristics of LIA glaciers in the western Nainqentanglha Range
表1   冰川分类统计表
类型
Type
冰斗冰川
Cirque glaciers
悬冰川
Hanging glaciers
山谷冰川
Valley glaciers
总计/平均
Total/Mean
现代冰川
Modern glaciers
数量
Number
397257193847
面积
Area/km2
294.3452.57342.80689.71
平均面积
Mean/km2
0.740.201.780.81
小冰期冰川
LIA glaciers
数量
Number
1416159306
面积
Area/km2
171.605.73568.79746.12
平均面积
Mean/km2
1.220.953.582.44
3.2   小冰期以来冰川变化
小冰期以来研究区冰川面积共减少了231.79 km2,占总面积的31%,平衡线高度平均上升约58 m。随着面积增大,∆Area呈近似线性的增加,但∆ELA没有明显的变化趋势(图5A),面积为79 km2的冰川,∆ELA最大约77 m。∆Area与坡度有很好的相关性,随着坡度的增大,∆Area逐渐减小,∆ELA呈先增大后减小的趋势(图5B)。不同坡向上冰川的面积变化相差不大,东南坡∆Area最大,平均变化约1 km2,西坡最小约0.6 km2,∆ELA略有差别,西坡和西南坡变化最小约51 m(图5C)。随着海拔的升高,面积和平衡线高度变化均没有很大的差别,海拔在56005700 m面积变化最小、平衡线高度变化最大(图5D)。


图5   小冰期以来念青唐古拉山西段冰川面积和平衡线高度变化
Fig.5 Change of glacier area and ELA in the western Nainqentanglha Rang since the LIA
3.3   冰川变化与地形因素之间的相关关系
表2展示了∆Area、∆ELA、Area、Elevation、Slope、sine(Aspect)和cosine(Aspect)7个因素之间的皮尔逊相关系数。在0.05显著性水平下,∆Area与Area相关关系最强,相关系数为0.836,与Slope之间的相关系数为−0.502,与ΔELA之间的相关系数为0.29。∆ELA与Area相关系数为0.146。Area与Elevation和Slope之间显著相关,相关系数分别为0.211和−0.497。Elevation和Slope呈显著负相关,相关系数为−0.209。
表2   皮尔逊相关系数统计表
∆Area/km2ΔELA/mArea/km2Elevation/mSlope/°sine(Asp.)cosine(Asp.)
面积变化
∆Area/km2
1
平衡线高度变化
ΔELA/m
0.290*1
面积
Area/km2
0.836*0.146*1
高程
Elevation/m
0.103−0.0020.211*1
坡度
Slope/°
−0.502*0.068−0.497*−0.209*1
坡向的正弦
sine(Asp.)
−0.0080.097−0.0040.0760.0401
坡向的余弦
cosine(Asp.)
−0.049−0.046−0.019−0.0060.0500.0171
‘*’表示在0.05的水平下显著相关。Asp.为坡向(Aspect)。
‘*’Indicates significance at the 0.05 level. Asp. = Aspect
3.4   偏最小二乘回归
利用R语言的“pls”包对∆Area和∆ELA做回归分析,首先得到留一交叉验证表(表3),表中展示了不同成分个数对应的标准差及其对自变量(X)和因变量(Y)的累计贡献率。挑选预测标准差最小或几乎不再变化的成分个数作为最终模型选取的成分个数(齐琛和方秋莲,2013),因此分别挑选2个和3个成分参与∆Area、ΔELA的最终回归,得到各自的回归系数(表4)和回归模型(式4和式5)以及模型的预测效果图(图6)。
 
∆Area = 0.752*Area−0.138*Elevation−0.193*Slope(4)
ΔELA = 0.241*Area − 0.179*Slope + 0.093*sin(Aspect)(5)
回归结果显示,冰川的面积、高程、坡度和坡向因素对∆Area和ΔELA的累积解释率分别为71%和5.9%(表3),其中面积、坡度和高程对冰川面积变化影响显著,面积、坡度和坡向的正弦对平衡线高度变化影响显著。图6中虚线表示预测值与实测值相等的点的连线,散点分布在虚线周围的趋势越强说明模型的预测效果越好(齐琛和方秋莲,2013)。可以看到模型(4)的预测效果(图6A)明显优于模型(5)(图6B)。
表3   留一交叉验证表
成分 components截距Intercept12345
面积变化
ΔArea
CV1.0020.6070.5850.5950.5950.595
adjCV1.0020.6070.5850.5950.5950.595
累计贡献率
Variance explained/%
X31.4746.8160.9380.09100
Y64.3971.2471.7571.7671.76
平衡线高度变化
ΔELA
CV1.0020.9930.9920.9900.9900.990
adjCV1.0020.9930.9920.9900.9900.990
累计贡献率
Variance explained/%
X17.84141.5562.32980.081100
Y5.0495.7795.8775.8785.878
CV和adjCV分别表示预测标准差和调整的预测标准差。
CV = root mean squared error of prediction; adjCV = adjusted root mean squared error of prediction
表4   回归系数和显著性检验
自变量
Independent variable
面积
Area
高程
Elevation
坡度
Slope
坡向的正弦
sine(Asp.)
坡向的余弦
cosine(Asp.)
面积变化
ΔArea
0.752***−0.138*−0.193***0.006−0.021
平衡线高度变化
ΔELA
0.241*−0.0260.179**0.093*−0.053
不同显著性水平表示方法:0.0001:‘***’;0.001:‘**’;0.01:‘*’
Representation at different significance levels: 0.0001:‘***’;0.001:‘**’;0.01:‘*’


图6   模型4(6A)和模型5(6B)预测效果
Fig.6 The predictive capability of the model 4(6A) and 5(6B)
3.5   ΔELA和降水的空间分布
小冰期以来,研究区冰川平衡线高度变化的范围约为26110 m,平均升高约58 m。∆ELA的高值集中分布在研究区的东部地区,低值主要分布在西部,分布特征呈现出明显的东西向差别,自东向西,∆ELA逐渐减小(图)。年平均降水的空间分布也呈现出明显的东西向差别(图),研究区东部降水量明显多于西部,自东向西,降水量逐渐减小。


图7   念青唐古拉山西段∆ELA和年均降水量的空间分布
Fig.7 The distribution of ∆ELA and annual mean precipitation in the western Nainqentanglha Range
4   讨论
4.1   误差分析
冰川的面积误差主要由遥感影像分辨率误差和人工目视解译误差两方面造成(Bolch et al,2010)。分辨率误差ε可由公式(6)进行估计,其中N为冰川轮廓线所经过的像元数,A为半个像元的面积(刘时银等,2015)。人工误差是不可估计的,因为这与参与者的经验有关(Xiang et al,2014)。经计算,本文中涉及的现代冰川的分辨率误差为0.046 km2(0.007%),小冰期冰川的为0.033 km2(0.004%)。
 
ε=N*A(6)
冰川物质平衡线高度的间接估算方法有很多,THAR是其中一种。该方法是基于冰川平衡线必处于冰川最高点与最低点之间的某个高度这一事实(崔航和王杰,2013),其常用与估算古冰川和现代冰川的平衡线高度。Manley(2010)认为冰川末端到最高点之间的高程的平均值为冰川的平衡线高度(THAR=0.5),研究现代冰川时常用此方法(张威等,2008)。本文用THAR计算现代冰川和小冰期冰川的平衡线高度,并将两者相减得到平衡线高度变化量,做差的过程消去了THAR的估算误差,得到较为准确的∆ELA。
根据Rodriguez et al(2006)的研究,SRTM DEM在亚欧大陆的水平和垂直误差分别为8.8 m和6.2 m。Frey and Paul(2012)在瑞士阿尔卑斯山脉的研究表明SRTM DEM十分适宜于提取冰川的海拔、坡度、坡向等地形参数。Zhang et al(2018)分别利用ASTER GDEM(Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection Radiometer global digital elevation model)和SRTM DEM计算现代冰川的ELA和∆ELA值,发现这两种DEM算出来的结果十分接近。因此,选择SRTM DEM进行冰川几何、地形信息提取是可取的。
4.2   面积、地形因素对冰川变化的影响
小冰期以来,念青唐古拉山西段冰川面积减少了约31%,平衡线高度平均上升58 m。不同面积、海拔、坡度和坡向上的冰川分布和变化(图35)以及这些因素两两之间的相关系数(表2)均表明,冰川的面积、地形因素对冰川的发育和变化有显著的影响,偏最小二乘回归量化了这一影响,这些因素对∆Area的解释率约为71%,对∆ELA的解释率约为6%。面积和地形因素对∆ELA的解释率很低,说明平衡线高度变化主要受气候因素的影响。Li and Li(2014)、Li et al(2017)和Zhang et al(2018)在天山中部、天山东部和冈底斯山的研究也得出了相同的结论。
冰川的面积对∆Area和∆ELA都有显著的影响。面积与∆Area呈近似线性的正相关,相关系数为0.836(表2),即冰川的面积越大小冰期以来冰川退缩的就越多,这可能是因为大冰川的物质平衡量级要大于小冰川,所以在面临相同或相似的外界强迫时,体型大的冰川变化的量就大于体型小的冰川。小冰期以来,念青唐古拉山西段冰川整体处于负物质平衡状态,面积大的冰川在相同的时间内消退的更多。
冰川的坡度与∆Area呈负相关关系,相关系数为−0.502(表2),即冰川的坡度越大,退缩的面积就越少。可能有两方面的原因:一是坡度大的冰川一般是悬冰川,面积较小(表1),根据冰川面积与∆Area的相关关系,冰川变化就小;二是坡度大的冰川大多发育在海拔较高的山顶或山腰处,那里长年温度较低,冰川末端消融缓慢。但是也有一些研究指出冰川的面积损失与坡度之间没有相关关系(e.g.,Granshaw and Fountain 2006;Paul and Andreassen,2009)。
冰川的高程与∆Area在0.05显著性水平下没有显著的相关关系(表2),但偏最小二乘回归结果(表4)显示,两者在0.01的显著性水平下呈十分微弱的负相关关系。图5D显示,冰川的∆Area随海拔的升高没有明显的规律。说明冰川的高程对冰川的面积变化没有显著的影响。
冰川的坡向对冰川变化影响显著,它通过影响冰川表面接收的降水量和太阳辐射影响冰川的发育(Qureshi et al,2017)。图5C显示,研究区东南坡的平均∆Area最大,西坡的∆Area最小,这可能是东南坡的降水量大于西坡引起的。
4.3   ∆ELA与气候之间的关系
小冰期以来,研究区∆ELA的空间分布与年平均降水量相同,都呈自东向西逐渐减小的趋势。研究区的降水主要来源于印度季风带来的水汽,其强度自西向东逐渐减弱。因此可以推测,∆ELA的空间分布主要由研究区东、西部地区的降水量不同引起的,小冰期以来,受印度季风影响大、降水多的东部地区冰川平衡线高度上升快,受印度季风影响小、降水少的西部地区平衡线高度上升慢。
Loibl et al(2014))和Zhang et al(2018)分别研究了与本研究区毗邻的念青唐古拉山东段和冈底斯山(图1B)小冰期以来的冰川变化情况,Loibl et al(2014)研究指出,小冰期以来念青唐古拉山东段冰川平衡线高度平均上升了约136 m,大于本研究得到的58 m,Zhang et al(2018)的研究结果指出小冰期以来冈底斯山冰川平衡线高度平均上升约45 m。三个研究中,∆ELA呈从东到西逐渐减小的趋势,这一结果与本研究中∆ELA的空间分布一致(图),这一趋势与降水量的空间分布密不可分(图)。
6   结论
通过对念青唐古拉山西段现代冰川和小冰期冰川的对比和分析得出以下结论:小冰期以来念青唐古拉山西段冰川面积共减少约31%,平衡线高度平均上升约58 m。冰川的面积、坡度和高程对冰川面积变化的解释率为71%,平衡线高度变化与印度季风关系密切。重建念青唐古拉山西段小冰期时的气温和降水、估计现代冰储量以及小冰期以来冰储量的变化量,对于了解该地区小冰期时的气候、推测未来气候变化趋势和合理进行水资源配置具有十分重要的意义。
致谢
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稿件与作者信息
张廉卿
ZHANG Lianqing
许向科
XU Xiangke
许向科,E-mail: xkxu@itpcas.ac.cn
张骞
ZHANG Qian
易朝路
YI Chaolu
朱永娇
ZHU Yongjiao
国家自然科学基金项目(41771019)
National Natural Science Foundation of China (41771019)
出版历史
出版时间: 2019年3月12日 (版本2
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地球环境学报
Journal of Earth Environment