青藏高原西部冰川、湖泊的动态变化及其对气候变化的响应研究

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冰冻圈是地球科学研究的五大圈层之一。冰川作为气候的产物,是气候变化的灵敏指示器。青藏高原是全球海拔最高的一个独特的地域单元,是中纬度地区现代冰川最发育的地带。全球变化(总体上变暖趋势)是当今地球科学研究的热点问题,而全球变暖背景下的区域性气候响应是目前气候学研究的焦点。全球变化与青藏高原的现代地表过程变化,特别是冰川与湖泊变化密切相关。气温升高将会导致冰川的融化,而作为干旱半干旱区水资源重要组成部分的冰川不仅对区域生态环境的平衡起着至关重要的作用,而且是区域重要的淡水资源的固体水库。湖泊是自然综合体,是大气圈、生物圈、土壤圈和陆地水圈相互作用的连接点。青藏高原的湖泊大部分属于内陆湖泊,处于自然状态,受人类活动影响较小,能够较真实地反映气候状况,是湖区气候变化、环境变异的指示器,因此是全球气候变化研究的理想区域。因此,研究青藏高原冰川、湖泊的动态变化及它们对气候变化的响应对研究全球气候变化具有重要的理论和实际意义。本文以青藏高原西部为研究区,运用遥感和GIS技术,以地形图(1:250000)、Landsat TM、Landsat ETM+以及数字高程模型(DEM)为基础数据,通过对Landsat数字影像进行投影校正、几何校正、图像拼接以及波段融合,提取冰川、湖泊边界。在此基础上,进行冰川与湖泊总体变化趋势的研究、冰川与湖泊面积变化的区域性比较以及探讨冰川变化与海拔高程之间的关系。最后,本文还分析了三十年来研究区的气候变化特征以及冰川、湖泊变化对气候变化的响应。论文的主要研究成果和结论如下:1.以研究区1960年的地形图和1990、2000年的数字遥感影像为基础,进行统一坐标、几何校正、图像拼接等处理,分别提取不同时期冰川、湖泊的矢量数据。通过对三个时期研究区内冰川、湖泊的面积进行统计,反映冰川、湖泊的动态变化,分析冰川、湖泊时空变化的不同特征。2.研究揭示,冰川资源的多少,主要取决于冰川面积,特别是体积的大小,而不只是条数的多少,大冰川在水资源总量和冰水循环中占有重要地位。1960~2000年,研究区内的冰川总体呈退缩趋势,四十年来,冰川面积共减少了1625.33km2,平均退缩速率为40.63km2a-1,发生较大变化的主要是面积≤0.50km2的小冰川以及面积>100km2的巨大冰川,总体变化趋势是巨大冰川的消融和小冰川的增加。同时,1960~1990年,冰川的平均退缩速率为40.13km2a-1,1990~2000年,冰川的平均退缩速率为42.13km2a-1,冰川的退缩速率出现了一定的增加。3.将研究区按主要水系分为三大片区,分别是森格藏布区(5Q1)、噶尔藏布区(5Q2)以及朗钦藏布区(5Q3)。通过对各个区域的冰川变化进行统计,发现主要的冰川变化作用区是朗钦藏布区(5Q3)。1960~2000年,朗钦藏布区(5Q3)冰川条数占相应总量的百分比都超过了50%,同时其冰川面积占相应总量的百分比也超过了70%,冰川主要分布在喜马拉雅山的西部。4.将研究区的海拔高程分为七个等级,分别是≤3000m、3000~4000m、4000~5000m、5000~5200m、5200~5400m、5400~5600m、5600~5800m、5800~6000m以及≥6000m。研究表明冰川分布的平均高程是5400~5800m,高程4000m以下,冰川极少存在,而对于高程6000m以上的区域,虽然气候严寒,但由于山脊较狭窄,反而限制了冰川的发育。从历年冰川变化情况来看,变化面积比例较大的冰川,海拔高程分别是5400~5600m、4000~5000m以及5600~5800m,相对于1960年,在2000年面积分别减少了659.34km2、554.42km2以及487.27km2、变化比例分别为-77%、-76%和-55%。而高程在5200~5400m、5800~6000m的冰川面积出现了一定的增长,分别增加了137.40km2和91.80km2。5.40年来本研究区的湖泊面积呈现先减少后增加的趋势,湖泊萎缩速率不断变化,总趋势是在不断变小;1960年,湖泊面积为176.48km2,到2000年减少为163.64km2。平均萎缩速率为0.32km2a-1。6.1960~2000年研究区内的气候变化特征是年平均气温呈波动上升趋势,年降水量呈波动变化,总体趋势表现为下降,年蒸发量也呈现波动变化,表现为平缓上升的趋势。总的来说,气温上升和降水量下降是研究区三十年来冰川退缩的主要影响因子;而湖泊面积变化是降水、蒸发和冰川消融共同作用的结果。
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