冰川厚度模拟及物质平衡线高度计算

2020-03-03

福建质量管理 2020年3期

(辽宁师范大学地理科学学院辽宁大连 116029)

引言

冰川是重要的水资源，当前青藏高原冰川退化速度加快，水资源形势变得严峻。依托遥感影像和高分辨率数字高程模型(DEM)等手段研究冰川厚度特征、估算冰川储量，可以反映一定时期内冰川厚度及体积等特征。冰川物质平衡线高度(ELA)是冰川积累区与消融区的界线，它与冰川发育气候条件之间存在着密切关系[1]，因此平衡线高度研究在冰川与气候关系研究方面也有重要意义。

一、研究区概况

研究区位于昌都地区八宿县北部境内，本文选择该区域内面积最大的现代冰川为研究对象。该冰川分东西两支，最大长度为1.4km，面积约为1.45km2，海拔分布范围为5160～5560m，东支冰川表面平均坡度为18.6°，西支冰川表面平均坡度为17.4°。

二、研究方法

基于Nye的冰川动力学方程1981年Schilling and Hollin提出的纵剖线模型[2-3]，假设冰川为理想塑性体，冰川厚度(h)可以表示为：

式中:ρ为冰川密度，g为重力加速度，α为冰川表面坡度，τb为基底剪应力，f为形状因子。依据该模型，Pellitero等在2016年开发冰川规模重建的Arcgis工具箱GLARE[4]。

冰川物质平衡线高度的波动是冰川响应气候变化的一个重要指标。本文使用积累区面积比率法(AAR)、面积高程平衡率法(AABR)计算物质平衡线高度。AAR法是通过确定稳态环境下冰川积累区面积占整个冰川面积比率值得到ELA。AABR法是利用冰川消融区和积累区物质平衡梯度的比值(BR值)计算ELA[5]。Poter(2000)认为一般山谷冰川AAR值为0.65±0.05[6]。Rea(2009)计算全球65条冰川的物质平衡，发现BR值平均为1.75±0.71[7]。在本文中基于以上经验值来计算本区的冰川物质平衡线高度。

三、结果与讨论

基于landsat8遥感影像提取的冰川边界，使用GLARE工具自动生成中流线，并计算出中流线上冰川厚度，运用了Kring插值法得到整条冰川厚度数据(如图1)。结果显示：该冰川冰川平均厚度为52m，最大厚度为150m。东支冰川冰流在海拔5300m附近汇聚，西支冰川在5400～5500m处汇聚，这些区域冰川向下侵蚀作用强烈，在冰川长期侵蚀下，底部基岩将产生围椅状的洼地。

图1 冰川厚度分布

表1 冰川物质平衡线高度计算结果

基于AAR法与AABR法计算出研究区物质平衡线高度在5355～5385m。由冰川物质平衡线可划分出冰川此时的积累区占冰川面积的72.4%～85.0%。平衡线高度变化反映冰川物质平衡波动，而较大面积的积累区有利于冰川的积累。物质平衡线高度随季节波动很大，一般情况下，夏季会升高，冬季会降低。该冰川最大高程为5560m，与冰川物质平衡线高差在200m左右，即使在夏季平衡线高度也不会超过冰川的上界。