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石羊河流域冰川系统的脆弱性评价

李林凤  
【摘要】:冰川是干旱内陆河流域重要的水资源,气候变暖势必会造成冰川的剧烈萎缩,对流域水资源和生态环境产生重要影响。石羊河是河西走廊三大内陆河之一,高山区冰雪融水是流域生产、生活和维持生态环境的重要水资源形式。受全球气候变化影响,石羊河流域的冰川退缩严重,冰川退缩导致融水径流减少,直接影响到流域水资源量,对流域生态环境安全带来不利影响。气候变化背景下,开展石羊河流域冰川系统脆弱性评价研究,厘清冰川变化现状,确定冰川变化的驱动因子,进而建立脆弱性评价指标体系,对石羊河流域冰川脆弱性进行评价,可为石羊河流域应对气候变化和水资源管理提供参考,具有重要现实意义。本文基于卫星遥感数据和气象数据,对生态系统非常脆弱的石羊河流域开展冰川变化及脆弱性评价研究,主要工作包括:(1)运用GIS和RS技术结合人工目视解译,提取1995年、2002年、2009年、2015年、2016年5期遥感影像冰川边界信息,结合1973年冰川数据资料,分析过去45间年石羊河流域冰川变化情况;(2)根据提取的冰川信息,结合DEM数据提取坡度、朝向、海拔三种地形因子。基于相关性分析与地理探测器的方法,对冰川变化与地形因子进行相关性分析,并探究冰川变化与地形因子之间的空间依赖关系;(3)基于冰川变化脆弱性三要素(暴露度、敏感性和适应能力)建立VSD函数模型,运用空间主成分分析法对流域冰川系统的脆弱性综合评价。确定影响冰川系统自身脆弱性的关键因素,解析冰川系统敏感性、暴露度和自适应性之间的关系。研究结果表明:(1)石羊河流域冰川年均面积变化率由1973—1995年的-1.27%·a-1变为2015—2016年的-2.87%·a-1,消融速度加快,面积小于0.1 km2小冰川萎缩明显。石羊河流域冰川规模较小,面积最大为3.16 km2,最小为0.06 km2。影响冰川消融的地形控制因子主要是朝向,且朝南即阳坡在数量上占据多数,这与太阳辐射量有直接关系。(2)坡度、朝向、最高海拔、最低海拔在不同程度上解释了冰川的空间分异。海拔是冰川变化空间分异的最重要的控制因素,其次是朝向,最后是坡度。任意两个地形因子对冰川变化的交互作用均大于其叠加作用,属于非线性增强关系。最高海拔和朝向这两个因子的交互作用对冰川的空间分异性影响较大。由于冰川朝向与太阳辐射量、海拔高度与气温密切相关,地形条件差异导致冰川发育程度不同。(3)在2002—2015年间,石羊河流域冰川系统的脆弱性逐渐增强,研究区大部分处于重度脆弱和极重度脆弱。其中,东部地区海拔较低,脆弱性等级较高且冰川的破碎度比较大。2009年潜在脆弱的面积较2002年相对减少了15%;2015年和2009年相比,潜在脆弱性面积比例减少了3.79%,而重度脆弱面积比例增加了16.46%。(4)冰川脆弱性受多种综合因素的影响,主要的影响因素是冰川朝向、坡度、最高海拔、冰川厚度、气温、面积和冰川类型。冰川对气候、变化异常敏感,气温和降水量变化影响不同规模冰川变化差异,从而影响其脆弱性。冰川系统脆弱程度主要取决于冰川地形的暴露度,冰川厚度的敏感性,以及冰川规模和冰川类型所决定的适应力。2002年和2015年,冰川厚度对冰川脆弱性的贡献率最大,其次是气候因子和地形因子,最后是冰川类型。2009年冰川脆弱性的贡献率最大的依然是冰川厚度,其次是地形因子,最后是面积。总体而言,地形因子对冰川变化的影响是一个不容忽视的重要方面。地形因子是在气候因子驱动下,控制冰川表面能量平衡的主要因素。冰川的脆弱性属于动态变化,不同时间段影响脆弱性的因素也随外部驱动力的变化而改变;冰川的脆弱性存在差异性,每个评价指标对评价结果都有不同的贡献率,且各个指标之间的贡献率相差比较小。冰川厚度是影响冰川系统脆弱性最重要的因素。


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