基于遥感反照率的青藏高原冰川年际物质平衡估算研究

张志敏

1. 河南城建学院测绘与城市空间信息学院，河南 平顶山 467036； 2. 中国科学院精密测量科学与技术创新研究院大地测量与地球动力学国家重点实验室，湖北 武汉 430077

冰川反照率指冰川表面反射辐射能量与入射辐射能量的比值，是连接冰川表面能量平衡与物质平衡的纽带，可作为冰川表面物质平衡变化的指示因子。目前，采用冰川反照率估算年际物质平衡的反照率法，已经在阿尔卑斯山、喜马拉雅山脉和青藏高原内陆等冰川上都取得了显著成果，该方法数据获取简便、时空分辨率高，能用于某条冰川物质平衡的估算，也可用于大中尺度的冰川研究。论文利用MODIS (Terra、Aqua)逐日反照率和MODImLab反照率产品，构建了反照率-物质平衡经验模型，针对经验模型本身存在的问题提出了一种改进后的反照率经验模型方法，选择青藏高原典型冰川进行了冰川年际物质平衡估算及对气候变化响应关系的研究。论文主要研究成果如下。

(1) 采用反照率经验模型算法首次获得了普若岗日和格拉丹东2000—2016年年际物质平衡时间序列，验证了该算法在青藏高原内陆冰川的适用性。首先以MODIS (Terra、Aqua)逐日反照率和小冬克玛底冰川实测物质平衡为基础，构建了反照率-物质平衡经验模型，推算了研究区2000—2016年年际物质平衡；然后利用构建的物质平衡经验模型，首次获取了普若岗日和格拉丹东2000—2016年年际物质平衡时间序列；最后将估算的17 a年际物质平衡和目前已发表的年均物质平衡/雪线海拔高度结果作比较，对该算法进行了定量和定性分析，验证了反照率经验模型在大陆型冰川的应用潜力。

(2) 基于年均物质平衡和物质平衡-反照率梯度，提出了一种改进的冰川物质平衡估算方法。针对反照率经验模型过度依赖冰川实测数据数量和精度的问题，在之前工作基础上对反照率经验模型进行了改进，提出了一种改进的冰川物质平衡估算算法。该算法可利用精度高、数量多、获取相对简便的年均物质平衡和物质平衡-反照率梯度得到可靠的冰川年际物质平衡。论文详细介绍了改进算法的计算流程，包括年均物质平衡、物质平衡-反照率梯度和MODImLab冰川平均反照率的计算方法，以及物质平衡误差评估的误差源分析、所需参数的敏感性分析等，从而完善了冰川物质平衡估算的各个细节。

(3) 采用改进后的反照率经验模型方法估算了青藏高原典型冰川的物质平衡，并揭示了不同区域冰川在气温和降水影响下的空间变化特征。基于MODImLab算法计算的消融季平均反照率，采用改进的反照率经验模型算法分别估算了冬克玛底冰川2001—2010年和Chhota Shigri冰川2003—2014年年际物质平衡时间序列。与实测资料的对比结果表明，该算法估算精度较高，总体均方根误差分别为117.95 mm w.e.a-1和275.04 mm w.e.a-1。在此基础上，利用月均HAR资料进行了冰川物质平衡与气候变化响应关系的研究，结果表明：在冬克玛底冰川，夏季气温的升高是导致冰川消融的主要原因；而在Chhota Shigri冰川，夏季降水和年均降水则是导致冰川变化的主要因素。