【摘 要】
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冰川表面物质平衡反映了冰川积累与消融之间的数量关系,是连接冰川与气候的重要纽带,对区域水资源稳定具有调节作用。本研究基于Landsat遥感影像数据提取2000-2020年玛纳斯河流域冰川矢量边界,分析和对比研究期间冰川的分布和变化特征并进行归因分析;另外采用降尺度反演后的遥感气象数据驱动空间分布式度日模型,模拟并分析了近20年玛纳斯河流域冰川物质平衡的动态变化特征,结合逐年冰川投影面积(2D)和曲
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冰川表面物质平衡反映了冰川积累与消融之间的数量关系,是连接冰川与气候的重要纽带,对区域水资源稳定具有调节作用。本研究基于Landsat遥感影像数据提取2000-2020年玛纳斯河流域冰川矢量边界,分析和对比研究期间冰川的分布和变化特征并进行归因分析;另外采用降尺度反演后的遥感气象数据驱动空间分布式度日模型,模拟并分析了近20年玛纳斯河流域冰川物质平衡的动态变化特征,结合逐年冰川投影面积(2D)和曲面面积(3D)探究冰雪融水对径流的贡献程度。结果表明:(1)研究期内玛纳斯河流域温度呈波动上升趋势,降水量呈波动下降趋势,降幅极低。研究区年均温维持在-3.15~-2℃范围之间,增温率为2.1℃/a;年均降水量为371.1mm,变化率为-1.67mm/a。就年内温度分布来看,流域平均最低和最高温分别出现在1月(-15℃)和7月(10.62℃),这两个月同时也是降水量最少(2.79mm)和最多(78.7mm)的月份,5-9月平均温度均高于0℃,降水主要集中在4-9月,使得夏半年有利于降水和冰川融水径流的形成。温度和降水量随海拔呈明显的垂向分布规律,其中温度随海拔的升高而降低,其垂直递减率为-0.52℃/100m(夏季为0.68℃/100m),而降水随海拔的升高而增加,其垂直变化率为8.25mm/100m(夏季为5.34mm/100m),最大降水带位于3800m~4800m区间。(2)研究期内玛纳斯河流域冰川面积整体呈减退趋势,总面积减少了约10.9%,平均面积变化速率为-0.57%·a-~1。就其空间分布来看,92.7%的冰川集中分布在3800~4600m海拔区间,76.2%的冰川分布在10°~45°坡度范围内,且阴坡(N、NE)的冰川面积占比(48.4%)大于阳坡(S、SW)(13.7%)。就冰川面积变化来看,低海拔区域冰川消减速率远高于高海拔山区,当海拔<3500m时,海拔每降低100m冰川退缩率增大0.53%,海拔>4200m时海拔每升高100m冰川退缩率减缓(0.07%/100m);坡度与面积退缩率之间近似呈正态关系,在10~30°坡度内随坡度的增加退缩速度加快,30°~50°内的消退减缓,利于冰川的积累;正西向的冰川因其规模小使得退缩率最大(14.6%),阳坡退缩率高于阴坡(9.39%)。就冰川2D和3D时空差异性来看,冰川2D面积比3D面积约小2倍多,二者的差异随冰川表面坡度的增加而增大。(3)不同地理环境因子对冰川分布和变化的影响程度不同,其中气候因子的影响远高于地形因子。就其对冰川累积分布的贡献程度来看,年均温和年降水量的贡献率分别为53.9%和19.2%,海拔、坡向和坡度等地形因子对其总的贡献率仅为15.9%。对冰川消融变化的影响程度排序为:年平均温度>夏季平均温度>年平均降水量>海拔>坡向>坡度>地表反射率>地形起伏度,说明水热条件是影响冰川消长变化的主导因素。(4)冰川物质平衡变化综合反映了冰川系统的收支状态。研究期内玛纳斯河流域冰川持续消融且呈负平衡状态,冰川亏损严重且具有明显的垂向变化规律,随着海拔的升高物质平衡负值逐渐减小,海拔高于4500m时出现正平衡。融水径流的波动会引起河流水量的丰枯变化,研究期内冰川融水径流量呈波动增加。其中2D表面冰川融水径流量介于2.67×10~8m~3~4.42×10~8m~3之间,年均径流量约为3.56×10~8m~3,对河川径流的的补给率约为25.51%,而3D表面冰川融水径流量比2D表面高约2.22×10~8m~3,对河川径流的补给率约为41.46%,表明表明冰川融水在汇集河道的过程中存在严重的低估现象。
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