遥感图像下的阿尔金山冰川及气候变化分析

第一章绪论

1.1选题背景
据统计，我国共有冰川46298条，冰川总面积5.94X10W,冰储量达5.59xl06km3，是世界上中低讳度地区冰川数量最多、规模最大的国家，其中，冰川资源的一半分布于我国内陆干旱区冰雪融水是冰川流域内河川径流补给和生产生活用水的重要来源，对流域内生态系统演变和社会经济发展产生重要影响[4]。冰雪融水作为少受或不受污染的优质淡水资源，在目前地表水普遍遭到污染的情况下，这些冰川优质淡水就显得弥足珍贵。尤其在我国西北干旱、半干旱区，冰雪融水对下游水资源的平衡和分配更是起着举足轻重的调节作用，其重要地位日益显著。西北内陆流域占全国领土面积的40%，其水资源却不到全国水资源的4%，该区域冰川融水占河川径流总量的四分之一左右，再加上高山融雪径流，冰雪融水共占到河川径流总量的一半以上。因此，冰川作为我国西北干旱、半干旱区地表水的重要组成部分，其宝贵之处是不言而喻的。也正是由于这些冰川的存在，才使得深居我国西北内陆腹地的干旱区形成诸多人类赖以生存和发展的绿洲。可以毫不夸张地说，如果没有这些相对稳定的绿洲，我国西北干旱区将会是一番相比于现今更加荒凉的景象。全球气候变化是一个典型的全球尺度的环境问题，以气候变化为核心的环境问题已越来越受到广大科学工作者甚至民间组织的广泛关注，并且引起了各国政府的高度重视。近年来，全球气候变化已逐渐成为渗透环境、政治、经济等领域的重大国际问题，成为各国政府集团在国际事务中谈判的重要筹码，深刻影响着21世纪的世界格局和全球发展。气候变化是气候系统内部及其与其它各系统相互作用，相互影响的结果。气候除了其自身的周期性波动以外，越来越受到人为因素的干扰和影响。在过去的一个世纪中，由于人类活动的影响，全球大气中二氧化碳、甲院等温室气体浓度明显升高，导致地一气辐射平衡和地表特性发生了变化，进而改变气候系统的能量平衡，引起全球气候变化。
近几十年来，全球变暖趋势日益加剧，随之带来的是海平面上升、生态系统退化、居住环境恶化、气象灾害加剧、生物多样性锐减、人类健康受到威胁等一系列问题。这些问题都将对自然生态系统和社会经济系统产生长期深远的影响，直接关系到人类的生存和发展。因此，研究气候变化机制及其变化趋势以便有效应对气候危机成为当今科学界的热点问题。冰川是气候的产物，对气候变化十分敏感，冰川变化是气候变化的必然结果。气候变化影响冰川融水的产生，从而对冰川作用区下游水资源的变化和利用产生影响[17]。冰川变化对气候变化具有一定的指示作用，在一定程度上可以反映气候的变化，尤其在气象观测站点极少或缺乏的偏远山区，山地冰川更是不可多得的气候变化的指示器。冰川对气候环境变化的响应研究起始于1958年，最直观的反映是冰川的进退变化，这是由冰川的物质平衡决定的，初始研究的冰川类型主要是山岳冰川。根据国内外众多学者的研究[23_27]，发现冰川变化与气温和降水两大要素关系最为密切，而近几十年来大量冰川变化的研究更加表明，温度升高是导致中国冰川面积减少的根本原因，冰川面积变化对气温变化更为敏感。 IPCC2007年第四次评估报告表明：近100年(1906-2005)全球地面平均气温上升了 0.74°C，全球气候变暖是毋庸置疑的；而中国西部气温上升了约，升温幅度明显高于全球。尤其是在青藏高原地区，气温呈线性关系上升[32]。
在全球变暖的大背景下，全球冰川总体上在波动中呈现不同程度的持续退缩33-3DyurgerovM B[37]曾对全球近80条山地冰川雪线高度观测结果作过统计，结果表明，在1961~1998年期间全球监测冰川的雪线高度平均上升了约200m; Ohmura等人[38]曾对全球70多条冰川的观测资料进行过统计分析，结果也表明雪线高度呈现不同程度的持续上升趋势；而大量的小冰川在21世纪都将会消失我国西部80%以上的冰川处于后退和萎缩状态，在高缔度和高寒山区表现尤为明显。冰川退缩不仅会造成水资源变化、草地恶化和冰川旅游资源恶化等问题，同时还可能导致冰湖溃决、洪水和泥石流等山地灾害。因此，冰川变化及其对生态环境的影响以及冰川变化与气候变化的耦合关系等方面的研究已成为当今科学界炙手可热的课题，而冰川变化和水资源效应也越来越为政府部门和更多的民众所关注。由于冰川区地形复杂，环境恶劣，许多地方难以到达，冰川变化的常规观测手段在大部分冰川地区无法开展。近几十年，随着3S技术的快速发展和不断完善，尤其是具有更高分辨率的光学传感器的应用，使得许多偏远的、难以进行野外考察的冰川也能够被很好地监测[42-47]，并且可以大范围快速地计算出冰川面积、长度变化等信息。这极大地弥补了常规监测方法监测范围有限、工作量大、效率低下、风险性较高等方面的劣势，为现代冰川变化研究提供了强力高效的科学手段和技术支持。
目前，用于冰川面积变化研究的遥感数据主要有LandsatMSS/ETM系列、ASTER、 SPOT、 QuickBird, IKONOS、 FORMOSAr-2以及ALOS等。其中，Landsat MSS/TM/ETM+系列数据质量较好，监测时段较长，实时性强，覆盖面积大，部分数据还可以免费使用，因而在长时段大范围冰川变化研究中倍受青睐。目前，用于提取冰川边界的常用方法有：监督分类、非监督分类、比值阈值、雪盖指数、主成分分析、光谱角制图、基于GIS的模糊数学与DEM等方法。根据前人的经验成果，比值阈值法被认为是提取冰川边界最为有效和简单易行的，得到国内外众多学者的认可。当然，无论使用哪种冰川边界提取方法，最终都还需要目视解译的验证和修正，尽管其费时耗力，但到目前为止，目视解译仍然是冰川边界解译精度最高的方法[62]。

    1.2 研究意义 .........................12-13
    1.3 现代冰川变化研究进展 .........................13-15
    1.4 主要研究内容 .........................15-16
    1.5 技术路线 .........................16-17
第二章 研究区概况 .........................17-21
    2.1 研究区地理位置 .........................17
    2.2 研究区地形地貌 .........................17-18
    2.3 研究区气候 .........................18
    2.4 研究区水文 .........................18-19
    2.5 研究区土壤 .........................19
    2.6 研究区植被 .........................19-20
    2.7 研究区冰川 .........................20-21
第三章 数据收集与处理 .........................21-26
    3.1 数据收集 .........................21-22
        3.1.1 遥感影像收集 .........................21
        3.1.2 气象数据收集 .........................21-22
        3.1.3 DEM数据及基础地理数据收集 .........................22
    3.2 数据处理 .........................22-26
第四章 研究区冰川变化特征分析 .........................26-34
    4.1 研究区冰川总体变化 .........................26-27
    4.2 不同区域冰川变化 .........................27-29
    4.3 不同规模冰川变化 .........................29-30
    4.4 不同坡向冰川变化 .........................30-32
    4.5 不同流域冰川变化 .........................32-34
第五章 研究区周边气候变化特征分析 .........................34-45
    5.1 气温变化特征分析 .........................34-40
        5.1.1 年平均气温变化特征分析 .........................34-36
        5.1.2 季平均气温变化特征分析 .........................36-40
    5.2 降水变化特征分析 .........................40-45
        5.2.1 年降水量变化特征分析 .........................40-41
        5.2.2 季降水量变化特征分析 .........................41-45
第六章 冰川变化的影响因素研究 .........................45-51
    6.1 气候变化对冰川变化的影响 .........................45-47
    6.2 冰川空间形态对冰川变化的影响 .........................47-49
    6.3 研究区冰川变化与其他地区冰川变化对比分析 .............49-51

结论

本文利用1973年、1999年、2010年3期Landsat遥感影像数据资料以及若羌、且末、茫崖、冷湖和敦煌5个气象观测站1961~2010年的温度和降水资料，对阿尔金山地区近40年来的冰川变化及其周边地区近50年来的气候变化进行研究，得到以下结论：冰川面积减小率随着冰川面积的增大而减小并趋于稳定，且冰川面积越小，对气候变化越敏感。研究区以小规模冰川占绝大多数，小冰川数量众多是导致该区冰川对气候变化敏感而冰川面积退缩率较大的重要因素。温度显著升高而降水量变化不大是造成该区冰川持续退缩的根本原因。夏季温度显著升高造成冰川运动加强、平衡线升高、冰川积累区面积减少、夏季降水中固态降水比例减小、冰川物质平衡收入减小等一系列变化，而春、秋、冬三季温度明显升高则反映出冰川在春、秋两季的运动会有所增强而在冬季也很有可能呈现运动状态。在降水量相对较少且变化不大的情况下，冰川区物质平衡亏损将愈来愈严重，从而导致冰川持续退缩。夏季温度显著升高是引起该区冰川退缩的最主要气候因素。在全球变暖的大背景下，全球冰川总体处于持续退缩状态，阿尔金山地区冰川变化趋势与我国西部其他地区冰川所反映出来的变化趋势相吻合，即冰川面积减小，冰川条数减少，冰储量下降的趋势。

参考女献

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