长江源区冰川面积-表面形态变化及其对水资源的影响研究

Glacier mass balance change of basin or region and its impact is one of the basic issues of study on global sea level rise and regional water resource. Accurately modeling the glaciers area-volume change relationship not only provide data to support accurate assessment the contribution of glaciers in China to sea level rise, but also important to estimate regional glacial meltwater runoff change and regional sustainable development decision-making. The project intends to use high-precision satellite stereo pairs, combined with ground differential GPS ground survey on typical glaciers, to construct high-precision digital elevation model (DEM) of glaciers in the source region of Yangtze River. By using multi-temporal remote sensing data, as well as existing 1:100,000 DEM, the changes of glacier length, area and the surface elevation along the mainstream were analyzed, and the glacier area-volume change model will be established. By comparing the results simulated by one degree-day model coupled to the glacier area-volume change staticistic model, and glacier area change simulated by glacier dynamics model with glacier change monitered by remote sensing data, one glacier mass balance/runoff model considing glacier area change will be improved. Then the model will be used to simulate the process of glaciers response to climate change in the past few decades. Finally, the ensemble of outputs of Global Climate Models were used to force the degree-day model, the potential change of glacier area and its impact on water resource in source of Yangtze River basin will be projected.

流域/区域冰川物质平衡变化及其影响是全球海平面变化和区域水资源变化研究中的基本科学问题之一。建立准确的冰川面积-冰量变化模型不仅为准确评估我国冰川变化对海平面上升的贡献提供支持，而且为准确预估区域冰川融水径流变化及可持续发展决策提供支持。本项目拟利用高精度的卫星立体像对，结合对典型冰川高精度差分GPS地面调查，获取长江源区冰川区高精度的数字高程模型。利用多期遥感资料，以及现有1:100000数字高程模型，分析长江源区冰川长度、面积和沿主流线上冰面高程的变化规律，建立冰川的表面形态-面积变化模型。将冰川度日因子模型与冰川的形态-面积变化模型相结合的统计模型、冰川动力学模型的模拟结果和遥感监测结果对比，完善考虑冰川变化的物质平衡/冰川径流模型，模拟长江源区冰川对过去几十年的气候变化的响应过程。由降尺度后的全球气候模型的集合预估结果驱动冰川径流模型，预估长江源区未来冰川变化及对水资源的影响。

冰川及其径流变化是研究冰冻圈对气候变化响应的核心内容之一。基于高分辨率遥感数据反演冰面高程是目前关于冰川变化研究的新趋势。我们综合利用航测地形图、Landsat TM、ASTER影像（像对）,CORONA立体像对、SPOT5立体像对获取了长江源区的冰川面积和冰面高程变化特征，定量分析了冰面高程变化估计中的不确定性，长江源区2007年冰川面积为1108.33 ± 39.9 km2，比1970年减少了172.62 ± 56.3 km2（13.5% ± 4.4%），冰川在2000年后有加速退缩的趋势。有16条冰川处于面积扩张状态，扩张的冰川总面积为48.96 km2，有多条冰川发生了跃动。 各拉丹冬峰地区的冰川表面高程呈下降趋势，1968~2000年，2000~2005年以及2000~2013年间冰川表面高程平均变化-12.8±1.3 m（-0.4 ± 0.04 m·a-1），-2.6 ± 1.6 m（-0.52 ± 0.32 m·a-1）以及1.7 ± 0.3 m（0.13 ± 0.02 m·a-1）。该流程也被成功的将该流程应用到团结峰附近，计算了该区域的冰川变化及冰面高程变化。.在此基础上，我们改进了月尺度的度日因子模型，并将度日因子模型耦合到水文模型VIC中，将单条冰川作为子流域计算，从而可以估计冰川面积变化下的融水和河流径流的变化。遥感估算的冰川面积变化与模型计算结果较为接近，说明了模型的有效性。用GCMs输出的未来气候变化情景驱动改进后的模型预估长江源区的冰川及冰川融水变化表明，长江源区2100年冰川面积将比2007年减少62.5%，冰川径流在2060s相对1970-2013年的平均径流将减少46.1%，2090s将减少61.7%，但总径流在降水增加的背景下在2060s将增加27.6%，2090s将增加33.6%，这与2000s的变化趋势相反，预估冰川径流的贡献将大幅下降。将改进后的模型应用到阿克苏河流域，预估阿克苏河流域的冰川融水将进一步增加。对石羊河流域的预估结果则表明石羊河的冰川融水可能已经达到峰值。对蒸散发遥感反演模型SEBAL进行改进并应用到疏勒河上游的结果表明，冰面升华的量并不能被忽视，如何精确的计算升华还需要深入研究。项目共发表SCI论文4篇，EI论文1篇，CSCD论文3篇，获得甘肃省2015年自然科学一等奖1项（排名第3）。