1960-2020年高加索山地冰川变化研究

作     者：侯姗姗 

作者单位：西北大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王宁练

授予年度：2022年

学科分类：07[理学] 0705[理学-地理学] 070501[理学-自然地理学] 

主      题：高加索山脉 冰川 物质平衡 气候变化 

摘      要：冰川对气候变化极为敏感,随着气候变暖,近百年来绝大多数冰川地区均处于持续退缩状态,21世纪以来退缩更为显著。作为世界上冰川集中分布地区之一的高加索山脉,其区域内冰川面积在过去几十年经历了显著变化。冰川融水是高加索重要的淡水资源、对于农业灌溉、水力发电等工农业生产具有重要意义。目前高加索山地冰川研究的基础冰川边界数据繁多,但受数据源、气候、地形等因素制约,高加索地区现存冰川编目存在覆盖范围不全面、冰川边界不完全准确、数据源获取时间跨度大等诸多问题,引发了对现有高加索冰川编目准确性的争议,且区域时空变化趋势研究有待进一步探究,明晰冰川对气候变化的响应规律。因此,完善并提高该地区的冰川编目数据并在此基础上研究近几十年冰川变化情况有利于了解近期高加索山地冰川的时空分布特征,进而认识冰川分布与气候、地形之间的关系,为水资源的评估提供科学根据。本研究采用43景Landsat TM/ETM+/OLI光学遥感影像和6景Sentinel-1雷达影像生成的干涉图,通过目视解译提取了高加索山脉2000年和2020年的冰川边界,结合GLIMS中高加索山脉1960和1986年冰川编目,对不同阶段内的山地冰川变化特征进行分析对比;基于SRTM DEM和ASTER DEM通过大地测量法对高加索山地冰川物质平衡进行估算;利用WGMS提供的物质平衡通报分析高加索山脉的代表冰川Djankuat和Garabashi的长时间序列的物质平衡变化;使用1961-2020年的CRU格点数据分析高加索山地冰川所在区域的年均气温和年均降水量变化趋势,从气候角度分析高加索山脉冰川时空分布特征的原因。主要结论如下:(1)2020年高加索山脉内分布冰川共计1912条,冰川总面积为1087.36±45.91 km。在地形和气候双重影响下,高加索山地冰川在空间上呈现东部和西部以小规模冰川为主,绝大多数中大规模冰川分布在山脉中部,并且山脉北坡发育的冰川数量、面积远胜于南坡。时间上,1960-2020年高加索山地冰川面积减少587.36 km,年均冰川面积变化率为-0.58%·a,其中1960-1986、1986-2000和2000-2020年的年平均冰川萎缩率分别为:-0.44%·a、-0.66%·a和-0.96%a,即冰川正处于加速萎缩状态;在空间上,山脉内冰川面积萎缩率表现为自西向东先减小后增加;山脉内的冰川面积萎缩率随着冰川面积规模和高程带的递增表现出逐渐下降的趋势;此外,面积萎缩率最大的为正北朝向的冰川。在众多流域中捷列克河流域的冰川萎缩面积最大,库萨雷区河流域的冰川相对面积萎缩率最大。(2)2000-2020年高加索山地冰川整体物质平衡水平为-0.36±0.003 m w.e.·a。在本研究所选择的四个区域内,物质平衡水平自西向东依次为:-0.50±0.002 m w.e.·a、-0.45±0.002 m w.e.·a、-0.28±0.005 m w.e.·a、-0.24±0.002 m w.e.·a,总体上,冰川处于物质亏损状态,且冰川物质亏损幅度自西向东逐渐下降;2000-2017年参照冰川Djankuat和Garabashi物质平衡实测值分别为:-0.69 m w.e.·a、-0.60 m w.e.·a,通过大地测量法得到的物质平衡分别为:-0.49±0.002 m w.e.·a、-0.52±0.003 m w.e.·a,比实测数据高8%、20%。参照冰川Djankuat与Garabashi在研究时段内物质亏损显著、平衡线高度波动上升、积累区面积比率逐渐下降。近60年间,Djankuat冰川物质平衡介于-2010～1540 mm w.e.,年平均物质平衡为-276 mm w.e.,累积物质平衡为–13790mm w.e.(减薄了15.3 m);1983-2020年,Garabashi年物质平衡变化范围介于-1510～410 mm w.e.,年平均物质平衡为-393 mm w.e.,累积物质平衡达–14148mm w.e.,冰川减薄(15.7 m);自1990s后Djankuat与Garabashi冰川的累积物质平衡出现了急速下降;研究时段内Djankuat与Garabashi冰川的ELA分别上升了360 m、300 m;通过分析冰川累积区面积比率可知,Djankuat与Garabashi冰川均处于退缩状态。(3)在1961-2020年,高加索山地冰川所在区域的气温持续上升,年降水量则表现为基本稳定状态;在空间分布上,气温变化速率表现出中部低,东部和西部高的特征,与冰川面积萎缩率的空间分布呈现出高度的负相关;1990s之后高加索山地冰川所在区域的气温上升速率加快,冰川累积物质平衡出现剧烈下降,因此推断导致高加索山地冰川物质亏损的主要原因是区域内气温的持续升高,同时即使未来气