冰川厚度模擬及物質(zhì)平衡線高度計(jì)算

(遼寧師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院 遼寧 大連 116029)

引言

冰川是重要的水資源，當(dāng)前青藏高原冰川退化速度加快，水資源形勢(shì)變得嚴(yán)峻。依托遙感影像和高分辨率數(shù)字高程模型(DEM)等手段研究冰川厚度特征、估算冰川儲(chǔ)量，可以反映一定時(shí)期內(nèi)冰川厚度及體積等特征。冰川物質(zhì)平衡線高度(ELA)是冰川積累區(qū)與消融區(qū)的界線，它與冰川發(fā)育氣候條件之間存在著密切關(guān)系[1]，因此平衡線高度研究在冰川與氣候關(guān)系研究方面也有重要意義。

一、研究區(qū)概況

研究區(qū)位于昌都地區(qū)八宿縣北部境內(nèi)，本文選擇該區(qū)域內(nèi)面積最大的現(xiàn)代冰川為研究對(duì)象。該冰川分東西兩支，最大長(zhǎng)度為1.4km，面積約為1.45km2，海拔分布范圍為5160～5560m，東支冰川表面平均坡度為18.6°，西支冰川表面平均坡度為17.4°。

二、研究方法

基于Nye的冰川動(dòng)力學(xué)方程1981年Schilling and Hollin提出的縱剖線模型[2-3]，假設(shè)冰川為理想塑性體，冰川厚度(h)可以表示為：

式中:ρ為冰川密度，g為重力加速度，α為冰川表面坡度，τb為基底剪應(yīng)力，f為形狀因子。依據(jù)該模型，Pellitero等在2016年開發(fā)冰川規(guī)模重建的Arcgis工具箱GLARE[4]。

冰川物質(zhì)平衡線高度的波動(dòng)是冰川響應(yīng)氣候變化的一個(gè)重要指標(biāo)。本文使用積累區(qū)面積比率法(AAR)、面積高程平衡率法(AABR)計(jì)算物質(zhì)平衡線高度。AAR法是通過確定穩(wěn)態(tài)環(huán)境下冰川積累區(qū)面積占整個(gè)冰川面積比率值得到ELA。AABR法是利用冰川消融區(qū)和積累區(qū)物質(zhì)平衡梯度的比值(BR值)計(jì)算ELA[5]。Poter(2000)認(rèn)為一般山谷冰川AAR值為0.65±0.05[6]。Rea(2009)計(jì)算全球65條冰川的物質(zhì)平衡，發(fā)現(xiàn)BR值平均為1.75±0.71[7]。在本文中基于以上經(jīng)驗(yàn)值來計(jì)算本區(qū)的冰川物質(zhì)平衡線高度。

三、結(jié)果與討論

基于landsat8遙感影像提取的冰川邊界，使用GLARE工具自動(dòng)生成中流線，并計(jì)算出中流線上冰川厚度，運(yùn)用了Kring插值法得到整條冰川厚度數(shù)據(jù)(如圖1)。結(jié)果顯示：該冰川冰川平均厚度為52m，最大厚度為150m。東支冰川冰流在海拔5300m附近匯聚，西支冰川在5400～5500m處匯聚，這些區(qū)域冰川向下侵蝕作用強(qiáng)烈，在冰川長(zhǎng)期侵蝕下，底部基巖將產(chǎn)生圍椅狀的洼地。

圖1 冰川厚度分布

表1 冰川物質(zhì)平衡線高度計(jì)算結(jié)果

基于AAR法與AABR法計(jì)算出研究區(qū)物質(zhì)平衡線高度在5355～5385m。由冰川物質(zhì)平衡線可劃分出冰川此時(shí)的積累區(qū)占冰川面積的72.4%～85.0%。平衡線高度變化反映冰川物質(zhì)平衡波動(dòng)，而較大面積的積累區(qū)有利于冰川的積累。物質(zhì)平衡線高度隨季節(jié)波動(dòng)很大，一般情況下，夏季會(huì)升高，冬季會(huì)降低。該冰川最大高程為5560m，與冰川物質(zhì)平衡線高差在200m左右，即使在夏季平衡線高度也不會(huì)超過冰川的上界。

四、結(jié)論

(1)基于遙感影像獲得該冰川邊界位置，該冰川面積為1.45 km2。利用GLARE工具模擬得到冰川平均厚度為37m，最大冰川厚度為150m，冰川儲(chǔ)量約為0.054km3。

(2)依據(jù)冰川表面高程分布，使用AAR法與AABR法計(jì)算該地現(xiàn)代冰川物質(zhì)平衡線高度為5355～5385m。