西昆仑-喀喇昆仑区冰川跃动监测及物质平衡分析

Glacier surge frequently occurred in the High Mountain Asia (HMA) region since the 21st century, causing natural disasters such as ice collapse, landslides, and flood related to outburst of glacial lakes, which have attracted widespread attention from scholars and the public both at home and abroad. Due to inherent properties of glacier surge events such as irregular spatial distribution, long-term spanning periods and uncertainties in outburst time, it is rather difficult to monitor and evaluate glacier surge activities over extensive areas. At present, there is still lack of a complete inventory of glacier surge activities in the HMA as well as a comprehensive understanding of the mechanism. In view of this, this study proposes to develop a monitoring scheme that combines the advantages of high temporal and spatial resolution of multi-source remote sensing observations, taking the Westkunlun- Karakorum area (covering over 173,000 km2) - one of the pools of surging glaciers as an example. The proposed methodology consists of using MODIS snow index time series analysis and break detection techniques to detect the location and time of glacier surging, and exploring high-resolution images to obtain detailed glacial extent/length changes. In addition, to unveil debates on the mass balances of the surging glaciers, we will provide quantitative estimation of glacier mass balances over the study region by using the high-accuracy global TanDEM-X DEM dataset. By providing analysis of the spatial distribution and temporal evolution of glacier surge activities, this study will promote understanding of the glacier surge mechanisms and glacier motion characteristics over the west HMA. The resulted comprehensive inventory of surging glaciers will provide a scientific basis for monitoring and forecasting disasters associated with glacier surges.

21世纪以来亚洲高山区冰川跃动频发，引发冰崩、泥石流、冰湖溃决洪水等灾害，受到国内外学者和公众的广泛关注。由于冰川跃动空间分布不规则、时间周期长、爆发时间不确定等特征，给大范围的监测和评估带来困难。目前对亚洲高山区冰川跃动事件还缺乏完整的编目，对其发生机制的认识也存在明显不足。鉴于此，本课题以冰川跃动聚集的西昆仑-喀喇昆仑区为例（面积达17.3万平方公里），拟发展集成异源遥感高时、空分辨率组合优势的监测方案：包括利用MODIS积雪指数时间序列突变分析方法探测冰川跃动，并结合中高分辨率影像获得跃动冰川位置、时间、长度变化信息。此外，针对冰川物质平衡状况不确定性的争议，拟运用全球高空间分辨率TanDEM-X高程数据定量估算跃动冰川物质平衡。本研究将通过提供21世纪以来跃动冰川目录以及冰川跃动空间分布和时间演化特征，探讨跃动的可能机制，推进对冰川运动规律的认识，为冰川跃动灾害监测提供科学依据。

冰川跃动反映了冰川内部的不稳定性，并可能导致冰崩、冰川湖爆发等灾难性后果。21世纪来亚洲高山区冰川跃动事件聚集，其发生规律及机制并不完全清晰。为了推进对冰川跃动行为的理解以及加强灾害防御，需要对跃动发生的时空范围及关键特征进行快速有效的提取。针对目前大范围冰川跃动监测的困难以及冰川跃动观测的不足，本课题西昆仑-喀喇昆仑区为例，从方法创新、数据集研制以及格局分析上的主要工作和结果包括：1）提出了综合高时间(MODIS)-高空间分辨率(Landsat)卫星观测的区域冰川跃动监测方法，以高效获得大范围内冰川跃动的发生地点、活跃期、冰川末端变化速率及模式等特征参数，在喀喇昆仑地区该方法在对于中型和大型冰川（>10km2）的识别准确率达到80%以上，并且发现了7条新的冰川跃动记录；2）研制了一套基于TanDEM-X 和SRTM DEM数据集、覆盖率达到90%以上的亚洲高山区2000-2014s的冰川物质平衡数据集，评估和比较了复杂地形条件下山地冰川厚度和物质平衡变化的观测不确定性问题，并于此数据集进行了冰川跃动验证以及冰川物质平衡差异性研究；3）汇编了研究区冰川跃动时空范围和关键特征记录数据集，结果表明21世纪以来冰川跃动事件多达200余起，冰川跃动活跃期2-20年不等，平均末端前进速率随活跃期变长呈指数下降，发生跃动的冰川整体倾向于具有更长冰舌、更平缓坡度以及更大的高程覆盖范围；21世纪以来喀喇昆仑和西昆仑地区冰川物质平衡分别为弱损失和显著增加，其中跃动冰川与非跃动冰川在物质平衡方面差异不显著，但是由于冰物质的大量向下游转移部分跃动冰川物质损失相对较强。本研究的跃动冰川特征规律与焓平衡理论的预测基本保持一致，暗示冰川跃动的发生由多种气候地质地理条件综合决定。本课题的方法和数据集为冰冻圈灾害监测和预防提供科学依据，同时为未来对冰川行为及其对气候变化响应的研究提供基础。