楊舒然，楊瑋琳，韓業(yè)松，楊彥敏，李夢真，崔之久，劉耕年

（北京大學(xué)城市與環(huán)境學(xué)院地表過程分析與模擬教育部重點實驗室，北京 100871）

0 引言

折多山位于青藏高原東緣的四川西部，屬于橫斷山脈大雪山一脈，整體呈梭形，走向北西-南東，位于大渡河與雅礱江之間。折多山以西是隆起的高原，以東是高山峽谷，折多山最高峰是位于研究區(qū)北部的雅拉雪山（5 884 m），康定機(jī)場東側(cè)的折多山最高峰4 962 m（圖1）。折多山在地質(zhì)構(gòu)造上屬于川滇塊體鮮水河斷裂帶［1］。氣候區(qū)劃上，該區(qū)介于亞熱帶暖濕季風(fēng)氣候向青藏高原高寒氣候區(qū)的過渡帶，山地東、西兩側(cè)的氣候差異明顯［2］。

青藏高原東緣的高山區(qū)發(fā)育有現(xiàn)代冰川，屬于海洋型冰川類型，如貢嘎山（7 556 m）、玉龍雪山（5 596 m）［2-6］；第四紀(jì)古冰川遺跡十分豐富，前人做了大量有關(guān)古冰川地貌特征、冰期系列劃分與演化、冰川年代學(xué)、沉積學(xué)等研究，對古冰川地貌特征、主要冰期系列有了較為全面的認(rèn)識［4，7-10］。前人重點研究的山地包括點蒼山［11-12］、玉龍山［13-14］、螺髻山［15-17］、貢嘎山［18-20］、稻城-海子山［21-26］、四姑娘山［27］、雪寶頂［28］等。這些研究顯示出青藏高原東緣高山區(qū)在第四紀(jì)發(fā)育出大量山谷冰川，其成因一方面是MIS 12、MIS 6、MIS 4和MIS 2等階段的半球性降溫事件或者M(jìn)IS 3b等階段的濕潤季風(fēng)氣流帶來的充沛降水促進(jìn)了規(guī)模較大的冰川擴(kuò)張；另一方面就是地貌上構(gòu)造抬升造成的高海拔提供了有利的低溫條件，而高原-山地、山地-盆地等過渡地帶的地勢差異使得季風(fēng)容易在此爬升并帶來雨水沉降。地勢高差造成的水流下切使得部分古冰川地貌在分水嶺、臺地等地勢相對較高的位置能夠得以保存，加上冰期與間冰期的多次旋回使得古冰川擴(kuò)張退縮活動交替頻繁，冰川遺跡十分豐富。隨著研究成果積累和認(rèn)識逐步深入，對冰川地貌，如冰川槽谷［15，22］、冰斗［16］、冰蝕丘陵［17］、冰磧壟［18，20，25］等現(xiàn)象進(jìn)行精細(xì)刻畫，年代進(jìn)行精準(zhǔn)確定［19-20，24-25，28］，深刻挖掘其對氣候變化過程的指示意義，已是同行的共識［29-34］。本文基于上述以分析地貌形態(tài)為基礎(chǔ)進(jìn)而推測當(dāng)時氣候的認(rèn)識，擬對川西大雪山一脈的折多山的古冰川地貌進(jìn)行恢復(fù)與重建，提取反映冰川發(fā)育的特征值，如冰川作用零平衡線（ELA），分析推測冰川發(fā)育的氣候環(huán)境。研究區(qū)范圍：29°54′～30°30′N，101°30′～101°54′E（圖1）。

圖1 研究區(qū)地理位置和地形Fig.1 Location and relief map of the study area

1 研究方法

1.1 區(qū)域年代序列

Strasky等［35］和Bai等［36］采用10Be暴露年齡法對折多山冰磧壟漂礫測年揭示了新冰期、早全新世、晚冰期和全球末次冰期最盛［global last glacial max?imum，gLGM，（21±2）ka［37］］冰川冰進(jìn)事件。其中，色拉哈（Selaha）以北江巴溝保存多道較為完好冰磧壟，東側(cè)保留完整的冰磧壟末端海拔3 920 m，10Be暴露年齡18～22 ka［36］，與gLGM擴(kuò)張事件同步。折多山東坡的楊家溝，冰磧壟10Be暴露年齡（18±2）ka［36］，西坡的觀雪臺、多日阿嘎莫的冰磧壟最大范圍均應(yīng)發(fā)生在冰消期之前。因此，根據(jù)現(xiàn)有的年代資料，折多山古冰川最大范圍（local last glacial maxi?mum，LGM）發(fā)生在gLGM時期，與全球性冰川擴(kuò)張事件同步。

1.2 地貌制圖

基于3S（Global positioning systems，GPS，全球定位系統(tǒng)；Remote sensing，RS，遙感技術(shù)；Geogra?phy information systems，GIS，地理信息系統(tǒng)）技術(shù)，本文冰川地貌調(diào)查主要采用遙感衛(wèi)星影像目視解譯、野外調(diào)查驗證和特征值推算相結(jié)合的方法。遙感影像資料選用30 m分辨率DEM數(shù)字高程數(shù)據(jù)。首先，根據(jù)野外考察記錄，確定終磧壟、側(cè)磧壟、冰磧丘陵等典型的冰川堆積地貌以及基巖冰坎、羊背石、冰川擦面等典型的冰蝕地貌（圖2）。其中，野外考察地點主要包括康定機(jī)場西側(cè)洛機(jī)普、南側(cè)318國道觀雪臺，以及機(jī)場北面的江巴溝（圖3～圖4）。其次，基于Google Earth交互式平臺并疊加野外考察記錄的特征冰川地貌點以及Strasky等［35］和Bai等［36］的gLGM時期本區(qū)冰川地貌特征點及年代學(xué)成果，根據(jù)沉積相似性原理，運用目視解譯的方法識別出形態(tài)保存較好的冰磧壟［30-32］。侵蝕地貌重點解譯冰斗、槽谷以及冰川湖泊。基于30 m分辨率DEM數(shù)字高程數(shù)據(jù)，使用ArcGIS進(jìn)行冰川地貌特征值提取，如分水嶺、水系、ELA重建、古冰川面積、朝向、坡度等。

圖2 研究區(qū)冰川地貌遺跡（位置見圖4）Fig.2 Glacial landforms and deposit in the Zheduoshan Mountains（locations see Fig.4）

然而，由于寒凍風(fēng)化以及流水侵蝕等后期改造作用，部分冰川作用遺跡保存較差，無法根據(jù)遙感影像確定冰川末端以及冰舌邊界。因此，在本文中，我們主要依據(jù)冰川特征值推算的方法，從統(tǒng)計學(xué)角度計算折多山地區(qū)gLGM時期冰川能夠達(dá)到的最低海拔下界［33］。冰斗末端至后壁比率法（toeto-headwall altitude ratio，THAR）是基于“ELA必定位于冰川最高點與最低點之間的某個高度處”這一基本假設(shè)，來統(tǒng)計確定冰川ELA的一種常用方法［38］。其中，THAR值為ELA與冰川最低點高程（At）之差與冰川最高點（Ah）和最低點高程之差的比值，如公式（1）。

THAR值常受到冰川規(guī)模、類型、表磧覆蓋以及雪崩補給等因素的影響［38］。因此，我們根據(jù)現(xiàn)代冰川特征值計算折多山地區(qū)的THAR值，并假設(shè)折多山地區(qū)現(xiàn)代和末次冰盛期THAR值并未發(fā)生變化。然而，由于折多山現(xiàn)代冰川較少，難以統(tǒng)計獲得現(xiàn)代冰川的特征值。研究表明，橫斷山區(qū)的冰川受緯度變化的影響小于經(jīng)度變化的影響，因此，可以認(rèn)為：折多山毗鄰山地的氣候環(huán)境與折多山基本相似［34］。貢嘎山緊鄰折多山南側(cè)，且現(xiàn)代冰川廣泛發(fā)育。因此，我們用貢嘎山的現(xiàn)代冰川特征值，結(jié)合發(fā)表文章的ELA，計算出THAR值［38-42］。

從上文可知，本文恢復(fù)了冰川遺跡保存較好的12條gLGM時期的古冰川范圍。因此，根據(jù)公式（1）的變形式以及THAR值，能夠重建折多山地區(qū)gLGM時期ELA［見公式（2）］。最后，根據(jù)重建的gLGM時期ELA以及古冰川Ah，根據(jù)公式（2）計算出gLGM時期古冰川最低點高程（At）。從而根據(jù)等高線分布，確定冰磧壟證據(jù)保存較差的gLGM時期古冰川下界海拔。

2 結(jié)果與分析

2.1 目視解譯結(jié)果

結(jié)合野外考察得到的認(rèn)識，槽谷最外圍的冰磧壟可代表最大古冰川作用的邊界。首先，從衛(wèi)星影像解譯出區(qū)內(nèi)冰磧壟地貌圖（圖3）。然后依據(jù)側(cè)磧壟、終磧壟保存較好的冰川谷有12條，恢復(fù)出他們的分布范圍。解譯的這12條冰川地貌將成為恢復(fù)全區(qū)冰川分布范圍、計算冰川特征值的重要依據(jù)。折多山發(fā)育眾多湖泊，主要類型為冰川湖。冰蝕基巖洼地成因的冰蝕湖最多，其次是冰磧堰塞湖（圖3）。據(jù)衛(wèi)星影像解譯統(tǒng)計，康定市-康定機(jī)場之間的山區(qū)共有冰川湖68個，分布在海拔4 180～4 570 m之間，總平均4 390 m；西坡平均4 470 m，東坡4 260 m，相差210 m。整個研究區(qū)一共有冰川湖140余個。區(qū)內(nèi)還有幾個斷層湖，最大的是木格措（圖1）。

圖3 折多山多日阿嘎莫-江巴溝一帶代表性冰川地貌（位置參見圖1江巴溝）Fig.3 Representative glacial landforms in Duoriagamo and Jiangbagou，Zheduoshan（cf.Jingbagou of the Fig.1）

2.2 冰川地貌特征值測算

現(xiàn)代冰川數(shù)據(jù)來自《中國第二次中國冰川編目》［43］，地形分析提取自從中國科學(xué)院計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息中心地理空間數(shù)據(jù)云平臺（http：//www.gs?cloud.cn）下載的30 m分辨率DEM數(shù)字高程數(shù)據(jù)，地理信息分析使用ArcGIS。

根據(jù)前人研究和第二次冰川編目數(shù)據(jù)，獲得貢嘎山現(xiàn)代冰川ELA和THAR值［8，33，40］，按“將今論古”的思路，可將貢嘎山現(xiàn)代冰川的THAR值用于古冰川ELA計算，并用于地理位置毗鄰的折多山古冰川重建。根據(jù)折多山冰川地貌保存較好的12條溝，恢復(fù)出這12條冰川的范圍，求出分水嶺高度、冰川末端高度，根據(jù)之前算出的THAR值重建出這12條冰川的ELA，其平均值代表冰川發(fā)育時研究區(qū)的ELA。用已知ELA、THAR值，以及從Google Earth提取冰斗后壁高度，推算冰磧壟保存不好的那些冰川的末端海拔高度，以完成這些冰川范圍的恢復(fù)。

2.2.1 貢嘎山現(xiàn)代冰川ELA和THAR

根據(jù)中國第二次冰川編目數(shù)據(jù)和DEM數(shù)據(jù)，提取出貢嘎山東、西坡各16條和22條冰川的分水嶺高度和末端高度。根據(jù)前人研究，貢嘎山現(xiàn)代冰川平衡線高度東坡低于西坡：東坡一般在4 800～5 000 m，西坡在5 000～5 200 m［44-45］，為便于計算，取平均值，即東坡4 900 m，西坡5 100 m。編目資料顯示，東坡冰川末端平均海拔4 165 m，海螺溝冰川末端最低，到2 974 m；西坡冰川末端平均海拔4 541 m，大貢巴冰川末端最低，到3 935 m。計算得知貢嘎山THAR值主要分布在0.23～0.54，平均0.40（表1）。

表1 貢嘎山冰川地貌特征值測算統(tǒng)計（平均值）（單位：m）Table 1 Typical glacial geomorphological characteristic values in the Mt.Gongga（average value）（unit：m）

2.2.2 折多山古ELA和古冰川末端高度At測算

按毗鄰山體地理相近性以及“將今論古”的地理學(xué)研究原則，假定折多山古冰川的THAR值也是0.40。首先在研究區(qū)東、西坡分別找到了六處終磧壟和側(cè)磧壟保存較好的山谷恢復(fù)其古冰川范圍，獲取相關(guān)參數(shù)。然后按THAR法獲得這12條古冰川的ELA（表2），東坡4 110 m、西坡4 380 m，相差270 m。

表2 折多山古冰川地貌特征值測算統(tǒng)計平均值（單位：m）Table 2 The geomorphological characteristics mean values of the glacial landforms in Zheduoshan Mountains（unit：m）

LGM古冰川末端高度At：為實現(xiàn)全域古冰川恢復(fù)，需要對那些地貌標(biāo)志（冰磧壟）不明顯的谷地作古冰川末端高度At測算。

2.2.3 折多山古冰川數(shù)量、面積和地貌類型

研究區(qū)全部冰川地貌恢復(fù)依據(jù)野外考察記錄（見3.1節(jié)）、衛(wèi)星影像解譯（見3.2節(jié)），以及冰川末端高度測算（冰磧壟保存不好的谷地）擬合（見3.3節(jié)）。共恢復(fù)出189條古冰川，其中西坡97條，東坡92條；總面積497.07 km2，其中西坡193.73 km2，東坡194.58 km2，西坡冰川面積范圍0.1～18.4 km2，平均2.0 km2，東坡面積范圍0.1～20.5 km2，平均2.1 km2（圖4）。冰川最高點高度，西坡4 497～5 278 m，平均4 736 m，東坡4 392～5 785 m，平均4 775 m，東坡比西坡平均值高39 m；冰川末端高度，西坡3 920～4 320 m，平均4 173 m；東坡3 619～3 950 m，平均3 778 m，西坡比東坡平均值高395m。山岳冰川因地形及形態(tài)不同，又可進(jìn)一步劃分為冰斗冰川、懸冰川、山谷冰川等。本文主要根據(jù)冰川長寬比（L/W）來劃分，并分出四種冰川地貌類型：冰斗冰川，冰川長寬比（L/W）小于1.47，占4%；冰舌冰川，冰川長寬比（L/W）大于1.47且小于3，占43%；山谷冰川，冰川長寬比（L/W）大于3，占23%；還有一種不好進(jìn)行形態(tài)歸類的“坡面冰川”［4］，占30%。

圖4 川西高原折多山LGM時的冰川范圍（藍(lán)色陰影覆蓋區(qū)）重建Fig.4 The glacial extent in LGM（light blue shadowed zones）of the Zheduoshan Mountains in Western Sichuan Province，SW China

關(guān)于“坡面冰川”，其積累區(qū)沒有形成明顯冰斗，ELA之下也沒有形成冰川槽谷，整個冰川在山坡上流動，其侵蝕方式也是以面狀冰蝕為主，無側(cè)磧壟發(fā)育，終磧壟不規(guī)則地分布在坡底［圖2（c）］。冰斗冰川、冰舌冰川、山谷冰川等都發(fā)育在山谷中，山坡冰川發(fā)育在面狀山坡上。

3 討論

3.1 冰川地貌特征

折多山地形切割程度和溝谷延伸方向受地質(zhì)構(gòu)造（鮮水河斷裂）控制［1］，主山脊線沿320°～330°NW（140°～150°SE）延伸。以主山脊將折多山分為東西坡。東坡以25°以上陡坡為主，溝谷切割深，高差變化大；西坡以5°～15°的斜坡為主，地勢較為平緩。東坡的溝谷（冰川谷）多數(shù)沿50°～60°NE延伸，西坡為220°～230°SW。受區(qū)域構(gòu)造和氣候控制，研究區(qū)冰川地貌在分水嶺東、西兩側(cè)存在差別，主要體現(xiàn)在以下方面：

古冰川平衡線：按THAR=0.4測算，研究區(qū)古冰川ELA平均高度4 250 m，東坡4 110 m，西坡4 380 m，相差270 m。古冰蝕湖：區(qū)內(nèi)共有140余個古冰蝕湖分布在海拔4 180～4 570 m之間，總平均4 390 m；西坡平均4 470 m，東坡4 260 m，相差210 m。古冰川末端高度：西坡在3 900 m以上，東坡在3 600 m以上，西坡比東坡高約400 m。冰川作用正差：即山峰山脊高出ELA的值，反映積累區(qū)垂直幅度，影響冰川類型。在研究區(qū)，由于最高峰雅拉雪山（5 884 m）的存在，東坡冰川作用正差比西坡要大得多，最大達(dá)1 580 m，眾值（峰值）位于500～600 m，占35%，少量不足100 m。西坡冰川作用正差最大1 300 m，中值位于200～300 m，占35%。

冰川地貌類型：冰斗冰川（4%）、冰舌冰川（43%）、山谷冰川（23%）和“坡面冰川”（30%），可見主要類型是冰舌冰川，冰川規(guī)模不大。冰川規(guī)模：東坡最長雅拉冰川12 km，西坡最長江巴溝冰川9 km。

山峰高度As、冰川平衡線高度（ELA）、冰川末端高度（At）是三個反映冰川規(guī)模、決定冰川地貌類型的重要指標(biāo)。表3為研究區(qū)與青藏高原東部邊緣幾個典型山地冰川的As、ELA和At對比。

表3反映出，ELA之上的山體高度，即冰川作用正差（As-ELA）決定冰川規(guī)模和地貌類型。末次冰期冰川作用正差大于1 500 m，形成大型山谷冰川，例如貢嘎山；冰川作用正差在1 000～1 500 m，形成中型山谷冰川，例如玉龍雪山、雪寶頂；冰川作用正差在1 000～500 m，形成小型山谷冰川和冰舌冰川，例如小相嶺、螺髻山；冰川作用正差在500 m以下的，形成冰舌冰川和冰斗冰川，例如點蒼山、拱王山、九頂山。

表3 青藏高原東部邊緣山地冰川地貌特征值對比［2-5，13，15-18，20-23，26-27，44-48］（單位：m）Table 3 Comparison of geomorphological characteristics of glacial landforms in the eastern margin of Qinghai-Tibet Plateau［2-5，13，15-18，20-23，26-27，44-48］（unit：m）

3.2 古冰川地貌的氣候指示意義

青藏高原東南部的降水由來自印度洋（孟加拉灣）、西太平洋（南中國海）及西風(fēng)環(huán)流的水汽提供，氣候上屬于東亞季風(fēng)區(qū)［50］。已有氣象觀測和模擬試驗揭示，高原周邊存在異常降水中心，其非均勻水汽輸送分布與高原小尺度“山谷群”地形效應(yīng)存在顯著相關(guān)；這種特殊的大氣-地形耦合作用使氣流受地形動力強迫抬升作用和局地動力擾動，形成“迎風(fēng)坡”和“喇叭口”效應(yīng)，例如雅安“天漏”［51-53］。這種大氣-地形耦合效應(yīng)對青藏高原周邊冰川發(fā)育提供了有利條件。就研究區(qū)而言，西太平洋暖濕季風(fēng)在向西移動到高原東側(cè)時因地形抬升導(dǎo)致溫度降低形成降水，為山區(qū)尤其迎風(fēng)坡方向的冰川發(fā)育帶來充分水量。

對比青藏高原東部點蒼山、拱王山、螺髻山、小相嶺、貢嘎山、折多山、四姑娘山、九頂山、雪寶頂?shù)龋ū?），其第四紀(jì)冰川地貌，其冰川地貌規(guī)模和類型的差異性都與地形-降水效應(yīng)相關(guān)［4，35］。這種冰川發(fā)育的地形效應(yīng)在青藏高原及周邊山地是普遍存在的，例如，喜馬拉雅山脈珠峰南坡的孔布冰川（Khumbu Glacier），天山山脈托木爾峰（Jengish Chokusu，7 433 m）-汗騰格里峰（Khan Tengri）西坡的南伊內(nèi)里切克冰川（South Inylchek Glacier），喀喇昆侖山脈塔吉克境內(nèi)的費琴科冰川（Fedchenko Gla?cier）、喬格里峰（K2）兩側(cè)的錫亞琴冰川（Siachen Glacier）和比阿佛冰川（Biafo Glacier）等等。

表4 貢嘎山和玉龍雪山冰川末端和平衡線位置溫度降水［4，51-54］Table 4 Temperature and precipitation at glacier terminal and ELA in Mt.Gongga and Mt.Yulong［4，51-54］

冰川發(fā)育區(qū)遺留著遭受強烈冰蝕的基巖地面，如康定機(jī)場東側(cè)“坡面冰川”范圍遺留的大片冰蝕面和羊背石等。140余個冰蝕湖分布在海拔4 200 m以上，構(gòu)成高原周邊冰蝕湖密度最大發(fā)生地，揭示折多山古冰川發(fā)育時存在較強的底部滑動、磨蝕，反映冰川收入多，支出也多，活動性強，侵蝕地形發(fā)育，雨水充沛，氣溫也較高，屬于海洋性冰川氣候類型，或者溫冰川［50，54］。

4 結(jié)論

通過野外考察、遙感影像數(shù)據(jù)、《中國第二次冰川編目》數(shù)據(jù)，應(yīng)用ArcGIS工具，對折多山冰川地貌及其特征參數(shù)進(jìn)行了識別、提取和計算。基于研究區(qū)已有年代學(xué)資料，本區(qū)冰川地貌主要為末次冰盛期（LGM）以來冰川作用遺存。

研究區(qū)共識別出189條古冰川，面積497 km2，主要地貌類型有冰斗冰川、冰舌冰川和山谷冰川。研究區(qū)冰川最大范圍時，ELA西坡為4 380 m、東坡為4 110 m，相差270 m，揭示出分水嶺東側(cè)的冰川發(fā)育具有較有利的水熱條件，來自東南方向的水汽沿著大河谷溯源上到東坡高山段形成較多降水；氣流翻過分水嶺到西坡已失掉大量水分，降水相對少，不利于冰川發(fā)育。冰川末端高度東坡低西坡高同樣揭示上述水熱氣候特征。冰川發(fā)育區(qū)遺留著遭受強烈冰蝕的基巖地面，以及眾多的冰蝕湖、羊背石、深切的冰川槽谷（U形谷）等揭示其海洋性冰川屬性。

青藏高原及其周邊山地大規(guī)模冰川發(fā)育中心，高峻的山脈普遍存在較大的冰川作用正差、山谷朝向水汽來向、圍椅狀積累區(qū)地形，成為發(fā)育大型冰川的有利條件。折多冰川地貌揭示積累區(qū)地形條件和水汽來源對研究區(qū)冰川發(fā)育具有重要的影響。