冰川厚度模擬及物質平衡線高度計算

(遼寧師范大學地理科學學院 遼寧 大連 116029)

引言

冰川是重要的水資源，當前青藏高原冰川退化速度加快，水資源形勢變得嚴峻。依托遙感影像和高分辨率數字高程模型(DEM)等手段研究冰川厚度特征、估算冰川儲量，可以反映一定時期內冰川厚度及體積等特征。冰川物質平衡線高度(ELA)是冰川積累區與消融區的界線，它與冰川發育氣候條件之間存在著密切關系[1]，因此平衡線高度研究在冰川與氣候關系研究方面也有重要意義。

一、研究區概況

研究區位于昌都地區八宿縣北部境內，本文選擇該區域內面積最大的現代冰川為研究對象。該冰川分東西兩支，最大長度為1.4km，面積約為1.45km2，海拔分布范圍為5160～5560m，東支冰川表面平均坡度為18.6°，西支冰川表面平均坡度為17.4°。

二、研究方法

基于Nye的冰川動力學方程1981年Schilling and Hollin提出的縱剖線模型[2-3]，假設冰川為理想塑性體，冰川厚度(h)可以表示為：

式中:ρ為冰川密度，g為重力加速度，α為冰川表面坡度，τb為基底剪應力，f為形狀因子。依據該模型，Pellitero等在2016年開發冰川規模重建的Arcgis工具箱GLARE[4]。

冰川物質平衡線高度的波動是冰川響應氣候變化的一個重要指標。本文使用積累區面積比率法(AAR)、面積高程平衡率法(AABR)計算物質平衡線高度。AAR法是通過確定穩態環境下冰川積累區面積占整個冰川面積比率值得到ELA。AABR法是利用冰川消融區和積累區物質平衡梯度的比值(BR值)計算ELA[5]。Poter(2000)認為一般山谷冰川AAR值為0.65±0.05[6]。Rea(2009)計算全球65條冰川的物質平衡，發現BR值平均為1.75±0.71[7]。在本文中基于以上經驗值來計算本區的冰川物質平衡線高度。

三、結果與討論

基于landsat8遙感影像提取的冰川邊界，使用GLARE工具自動生成中流線，并計算出中流線上冰川厚度，運用了Kring插值法得到整條冰川厚度數據(如圖1)。結果顯示：該冰川冰川平均厚度為52m，最大厚度為150m。東支冰川冰流在海拔5300m附近匯聚，西支冰川在5400～5500m處匯聚，這些區域冰川向下侵蝕作用強烈，在冰川長期侵蝕下，底部基巖將產生圍椅狀的洼地。

圖1 冰川厚度分布

表1 冰川物質平衡線高度計算結果

基于AAR法與AABR法計算出研究區物質平衡線高度在5355～5385m。由冰川物質平衡線可劃分出冰川此時的積累區占冰川面積的72.4%～85.0%。平衡線高度變化反映冰川物質平衡波動，而較大面積的積累區有利于冰川的積累。物質平衡線高度隨季節波動很大，一般情況下，夏季會升高，冬季會降低。該冰川最大高程為5560m，與冰川物質平衡線高差在200m左右，即使在夏季平衡線高度也不會超過冰川的上界。

四、結論

(1)基于遙感影像獲得該冰川邊界位置，該冰川面積為1.45 km2。利用GLARE工具模擬得到冰川平均厚度為37m，最大冰川厚度為150m，冰川儲量約為0.054km3。

(2)依據冰川表面高程分布，使用AAR法與AABR法計算該地現代冰川物質平衡線高度為5355～5385m。