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冰川是气候的产物,对气候变化具有敏感的响应性。处于西北干旱区的新疆地区有着丰富的冰川资源,适宜人类生产和生活的区域也是依赖于高山冰川和积雪融水形成的山麓绿洲地带。近数十年来由于升温造成冰川的大幅退缩,已引起人们对区域水资源安全的忧虑和对自然灾害频发等问题的关注。区域冰川变化的研究,不仅可以掌握区域冰川分布特征和高山固态淡水资源的现状,也可以了解过去几十年全球变暖背景下冰川的退缩/前进速率,从而对区域水资源的安全性和可利用性进行评估。
在新疆长期定位监测的冰川只有乌鲁木齐河源1号冰川。由于冰川分布与变化的区域差异性很大,加之对新疆天山冰川变化了解的局限性,需要对不同区域冰川变化进一步地了解和研究,对冰川退缩量做出合理的估算,以明确冰川变化及其对区域水资源的影响。
本文应用遥感(RS)与地理信息系统(GIS)技术,对近50a新疆八个区域的冰川变化作了分析研究。其中博格达峰地区利用1962年地形图、中国冰川编目数据、1990年LandsatTM和2006年ASTER遥感影像,得到研究区不同时段的冰川信息。而其它七个区域(庙尔沟、乌鲁木齐河、头屯河、奎屯河、库克苏河、托木尔以及叶尔羌河)则通过早期的地形图与近期高精度的遥感影像(SPOT5和ASTER)对比分析,获取冰川变化的相关信息。
博格达峰地区冰川变化的详细分析结果表明,在1962~2006年间,研究区203条冰川面积从144.1±1.13km2减小为112.9±1.13km2,减小了21.6%。其中南坡冰川退缩快于北坡冰川,面积分别减小了25.3%和16.9%;冰川平均长度为1088+31 m,退缩速率为4.0 m/a,其中南坡冰川平均长度为1169±31 m,末端平均退缩200 m,年平均退缩量为4.5 m/a,北坡冰川平均长度1022±31 m,末端平均退缩160 m,年平均退缩量为3.6 m/a:南坡冰川平均最高海拔为4323m,高出北坡平均最高海拔218 m,而南坡冰川平均最低海拔仅高出北坡107 m。在过去44年,研究区共消失冰川12条,面积均小于0.2 km2。冰川退缩幅度大小与该区域冰川分布特征有关,数量众多的小冰川面积变化幅度较大,对气候变化较为敏感。随冰川消融加剧,冰川规模趋小化,增强了区域冰川对升温变化的敏感性。进一步分析表明,冰川面积变化率与其规模关系密切,大冰川面积相对变化量小而损失的绝对量大,小冰川面积相对变化量大而绝对损失量小;此外冰川退缩受地形因素影响显著,冰川类型、朝向、坡度、海拔高度等因素都是导致相邻同等规模冰川不同变化幅度的原因。
根据两期影像对比,对新疆境内的庙尔沟、博格达、乌鲁木齐河、头屯河、奎屯河、库克苏河、托木尔以及叶尔羌河在内8个区域1800条冰川在过去26~44年间退缩状况进行综合地分析研究。结果表明冰川总面积缩小了11.7%,平均每条冰川缩小0.243 km2,末端退缩速率5.8 m/a。冰川在不同区域的缩小比率为8.8~34.2%,单条冰川的平均缩小量为0.092~0.415km2,末端平均后退量为3.5~10.5m/a。不同区域,冰川退缩幅度不同,对径流影响不同。由于新疆各流域中冰川的分布、变化特征,以及冰川融水所占河川径流的比重不同,因此,未来气候变化对新疆各个区域水资源的影响程度和表现形式不同。
气候、冰川变化和水资源三者关系密切。在过去50年新疆山区和平原区温度均呈上升趋势,降水略有增加。此外,博格达山周围气温和降水变化均表明1991~2002年相比于1959~1990年日平均气温大于0℃的日数普遍有所增加,增加比较显著的是吐鲁番和七角井,增加了12天。升温主要表现为冬季温度升高显著,如乌鲁木齐、七角井和吐鲁番冬季温度分别升高了1.2℃、1.3℃和1.4℃。温度升高是冰川退缩的主要原因。在不同区域,由于冰川覆盖度和区域气候条件千差万别,冰川融水对河流径流的贡献不同。但河流径流变化的总趋势是由大冰川补给的河流,径流有所增加,但增幅趋缓,温度和降水都是径流变化的控制因素;而小冰川补给的河流,径流出现减小趋势,降水是主要控制因素。