山地冰川储量估算方法研究与改进

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作为冰冻圈的重要组成部分,山地冰川是社会经济赖以生存和发展的“固体水库”。首先,冰储量的探明既是管理和利用冰川资源的基本要求,也是进行冰川及冰川水资源变化研究的前提。其次,山地冰川储量的变化不仅会影响山区径流,也是造成海平面升降变化的重要原因。再次,冰川储量数据是预测冰川未来变化,建立冰川动力模型的重要初始参数,而当前只有小部分冰川拥有相应地准确数据。对当前已有的山地冰川冰储量估算方法进行了系统总结,依据各估算方法在不同程度上存在的不足,积极寻求潜在改进点及改进思路,综合考虑现有数据资料、知识水平及已有研究基础,最终选择基于浅冰近似的地形分析估算法进行改进。  对基于浅冰近似的地形分析估算法的改进主要体现在两方面:(1)冰川主流线底部平均剪应力的模拟;(2)基于冰下地形特征的冰厚度分布估算。前者针对地形分析法中单条冰川主流线底部平均剪应力进行修正,后者利用冰川横剖面形态特征对厚度点插值方法进行优化。主要研究结果如下:  (1)将当前已有的山地冰川冰储量估算方法总结为三大类:实地测量法、经验公式法以及物理分析法。从方法原理、操作流程、适用范围、优点不足、应用现状及精度等方面对各方法进行了详细介绍和对比分析并依据各方法现存的问题及不足之处,讨论了各估算方法潜在的改进点及改进思路。实地测量法估算精度较高,同时存在效率低、成本高的问题,很难实现对整条冰川的实地测量,适用于小范围冰川的精细化常规监测。经验公式法基于统计计算,方法简单、可快速估算大范围冰储量,在缺乏大量实测资料的情况下很难得到准确的经验关系,带有显著地域色彩,更适合大范围或全球性的冰储量估算。物理分析法可在无实测数据的情况下开展工作,但需要众多高精度的参数输入,对冰储量的估算限于小范围个体冰川。  (2)基于浅冰近似原理反解计算了当前55条拥有包括冰厚度在内的详细实测资料的山地冰川主流线底部平均剪应力。采用单要素及多元线性回归模型对主流线底部平均剪应力与各影响因子间的关系进行了定量化表达,基于拟合优度最终得到用于校正单条冰川主流线底部剪应力的多元线性回归经验模型。  (3)采用幂函数对冰川横剖面两侧不对称槽谷进行拟合,并对造成不对称现象的影响因素进行了分析,选取坡向差异进行定量化处理。将横剖面分为阴阳坡向分别拟合,得到对应幂函数拟合方程。利用幂函数拟合方程中系数与指数之间满足的对数关系对幂函数拟合公式进行了简化处理。  (4)结合浅冰近似原理,利用简化的幂函数拟合公式得到若干条横剖面准确的幂函数拟合方程,等距离确定并计算横剖面上点的冰厚度,与主流线冰厚度点组成厚度插值点集合,用于冰厚度空间插值,从而达到加密插值点、提高空间插值精度的目的。  (5)借助相关RS及GIS软件将改进后的地形分析法应用到科其喀尔冰川冰舌区估算了其冰储量,与GPR实测数据得到的冰储量值相比,其绝对误差为-0.056km3,相对误差-5.5%,估算结果较理想。
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