遙感測量冰川的物質平衡、冰湖水位和容量變化對于定量化評估冰川、冰湖對氣候變化的響應至關重要。冰川是重要的固態(tài)水庫，在區(qū)域水文循環(huán)中扮演著關鍵角色，特別是在降水稀少的干旱或半干旱地區(qū)。天山作為全球干旱區(qū)中最大的山脈之一，冰川融水在區(qū)域水資源配置中占有重要地位，深刻影響著周邊地區(qū)的社會、經濟及生態(tài)的可持續(xù)發(fā)展。在當前氣候變化背景下，冰川的持續(xù)消融增加了冰前湖的不穩(wěn)定性，給下游地區(qū)安全帶來挑戰(zhàn)。因此，研究天山冰川和冰前湖的長期變化對認識冰川與冰前湖演化過程、理解其相互作用機制和評估冰前湖潰決風險等具有重要意義。
為此，蘭州大學和中科院青藏所聯培博士生汪贏政和中科院青藏所李新研究員、鄭東海研究員、蘭州大學年雁云教授、中南大學周玉杉副教授、湖南科技大學唐志光教授等，以中天山Ak-Shyirak地區(qū)冰川和冰前湖為研究對象，利用多源DEM數據（如KH-9 DEM、SRTM DEM、ASTER DEM），基于DEM差分法，量化了1973-2023年間冰川厚度變化和物質平衡。利用ICESat-2激光測高和Sentinel-3雷達測高數據，基于周期波動模型，量化了2019-2023年間Petrov冰湖的年內波動和年際變化趨勢。基于EAR5-Land再分析資料分析了冰川物質平衡與冰前湖水位變化的影響因素，并進一步量化了冰川融水和降水對冰前湖水儲量變化的貢獻。
結果發(fā)現，過去50年間（1973-2013）Ak-Shyirak區(qū)域冰川的年均面積縮減率為1.97 km?/a，物質平衡速率為-0.33 m w.e./a，且不同階段的冰川表面減薄速率存在差異（見圖1）。與此同時，Petrov冰湖的面積增加了2.78 km?（增長148.51%，下圖2）。近五年，冰湖水位年際增長率為0.30 m/a，年內波動幅度為0.67 m（下圖3），冰湖容積增加了9.39×10? m³。結合多種要素分析（如地形、氣溫、降水和降雪等）得出以下結論：（1）冰川躍動、氣溫變化和降雪是影響冰川物質平衡的主要因素；（2）湖盆地形、冰面高程和異常排水影響了冰湖擴張的速率與方向；（3）冰川融水對Petrov冰湖容積增加的貢獻為36.2%，降水貢獻為63.8%，其中僅3.3%的補給水源直接用于冰湖擴張。本研究所采用的多源數據和分析方法為后續(xù)研究冰川與冰前湖的相互作用機制提供了重要參考。
研究成果以“Glacier mass change and evolution of Petrov Lake in the Ak-Shyirak massif, central Tien Shan, from 1973 to 2023 using multisource satellite data”為題，發(fā)表于國際學術期刊Remote Sensing of Environment。蘭州大學博士生汪贏政為第一作者，李新研究員和周玉杉副教授為共同通訊作者。本研究得到了國家重點研發(fā)計劃（批準號：2021YFB3900105）和國家自然科學基金（批準號：42001381、42101406）的資助。
論文及附件鏈接：https://doi.org/10.1016/j.rse.2024.114437
數據鏈接：https://data.tpdc.ac.cn/zh-hans/data/8bd63fe6-a0c9-4078-9d10-09db5a94e9a5
圖1 1973-2023年Ak-Shyirak區(qū)域的多時段冰川厚度變化結果
圖2 1973-2023年間Petrov冰前湖演化
圖3 Petrov冰湖面積和水位隨時間變化
蘭州大學
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