本文围绕中国第三次冰川编目展开,介绍了编目发布的相关情况,包括冰川面积、条数的变化,编目工作的过程、技术更新等,还探讨了冰川变化的原因、影响,以及相关科研人员的工作经历和对青年同行的寄语。
中国科学院西北生态环境资源研究院副研究员、第三次冰川编目技术负责人郭万钦明确指出:“全球气候变暖目前仍然是冰川快速消融的主要原因。”在过去几十年里,0℃等温线快速升高,使得我国大多数冰川处于负平衡状态,也就是说,冰川的消融量远远大于积累量。
3月21日,正值全球首个世界冰川日,中国科学院西北生态环境资源研究院发布了中国第三次冰川编目数据集。这距离2014年我国第二次冰川编目发布,已过去了整整10年,此次数据更新意义重大。
依据第三次中国冰川编目数据,2020年前后,中国最新冰川面积约为4.6万平方千米,冰川总条数约为6.9万条。和第一次中国冰川编目相比,从20世纪60年代到2020年期间,我国冰川面积整体减少了约26% ,大约有7000条小冰川完全消失。而与第二次中国冰川编目相比,在2008 – 2020年期间,我国冰川面积整体减少约6%,这清晰地表明,最近十余年我国冰川已步入快速退缩阶段。
值得一提的是,此次编目采用了分辨率更高的遥感数据,还对面积小于1万平方米、处于消亡状态的残余冰体进行了编制,其总数量约有三万条。
所谓冰川编目,指的是对冰川的分布、储量等信息进行调查。中国科学院西北生态环境资源研究院是我国最早开展冰川研究工作的科研单位,曾分别于2002年和2014年先后发布了第一次和第二次中国冰川编目。
此次中国全面完成第三次冰川编目,历时一年多。这一成果也让我国成为全球唯一完成三次冰川编目的冰川分布大国。
中国科学院西北生态环境资源研究院副研究员、第三次冰川编目技术负责人郭万钦 来源:澎湃新闻
发布会当天,澎湃新闻对中科院副研究员、第三次冰川编目技术负责人郭万钦进行了专访,与他深入交流了冰川编目背后艰苦且有趣的工作。
以下是与郭万钦的对话内容:
澎湃新闻:在第三次冰川编目工作中,您主要负责哪些方面的工作?有没有什么难忘的瞬间?
郭万钦:2023年秋季,第三次中国冰川编目工作规划编制启动后,我们召集了十几名科研人员一同开展这项工作。作为技术负责人,我主要负责一系列程序软件的开发,比如卫星影像自动下载与处理程序、冰川边界自动提取程序、冰川属性自动计算程序等。同时,我还承担着任务调度、监控相关工作进度以及检查数据质量等工作。这也是我第二次参与冰川编目工作,在之前的第二次中国冰川编目工作中,我同样担任技术负责人。
冰川编目主要运用光学遥感数据,但它存在一个明显的缺点,就是容易受到云和雪的影响,从而阻碍对冰川的准确识别。所以,我们需要从大量的影像中挑选出没有云、没有雪的数据。例如,从欧洲航天局(European Space Agency,简称“欧空局”)哨兵2号卫星在中国西部冰川区拍摄的近十万景影像中,我们要挑选出一两千景质量最好的影像,这无疑是一项工作量巨大的任务。
调试各种程序的过程让我最为难忘。如果要进行批量处理数据,我们必须把程序调试到没有任何差错,这样它才能24小时无故障不间断运行。另外,检查参与人员提交的数据也颇具挑战。当抽样检查数据发现较大偏差时,就需要重新返工,这又会花费大量的时间。由于整体工作进度十分紧张,遇到这种情况时会让人非常头疼。不过,庆幸的是,最后我们还是克服了重重困难,完成了数据的处理。
澎湃新闻:刚刚听您介绍,您也参与了第二次冰川编目工作,您觉得两次编目工作相比有哪些变化,在技术上是否有更新呢?
郭万钦:和第二次冰川编目时期相比,现在的数据资料极为丰富。我国每年都会发射众多高分辨率卫星,再加上欧美国家近几年发射的卫星提供的数据也向世界各国免费公开使用。在这次编目工作中,我们主要使用的是欧空局的哨兵2号卫星影像。
在技术方面,我们采用了空间与时间分辨率更高、质量更好的光学卫星遥感数据,其中最为关键的是数据分辨率得到了显著提高。在第二次冰川编目工作时,所用的卫星影像分辨率是30米,而这次我们所用的影像分辨率为10米。这意味着我们可以更精准地判断冰川边界的位置,实际上我们所用影像的分辨率提高了9倍。
另一方面,欧空局提供的数据每五天拍摄一次,相较于二次编目时期每16天拍摄一次的频率,我们能够获取数量更多、质量更高的数据。同时,我们编写了接近全自动的影像下载与处理程序,在数据准备方面节省了大量的时间。这也是我们第三次冰川编目工作能够在一年多时间内快速完成的重要原因之一,相比第二次冰川编目完成的时间(2007年至2014年),缩短了近六年。
澎湃新闻:第三次冰川编目工作有多少人参与,耗时多久呢?
郭万钦:本项目共有18人参与,项目负责人是康世昌研究员。其中长期深度参与本项目的共七人。第三次冰川编目工作于2023年秋季启动,历经一年多的时间,我们最终完成了第三次冰川编目的发布。
我们的主要工作是将冰川边界提取出来,并在GIS软件里对边界进行编辑,确保冰川边界正好落在冰川边上,这一项工作需要投入大量的人力。我们在2024年8月份最终得到全国的冰川边界。另外,还有一种边界叫做“冰川分冰岭”,也就是两条相邻冰川间的界线,完成这项工作也花费了大约半年的时间。
澎湃新闻:第三次冰川编目目前得出了哪些结论,相比第一次冰川编目、第二次冰川编目,我国冰川发生了哪些变化?
郭万钦:通过对三次冰川编目的比较,2020年前后我国最新冰川面积约为4.6万平方千米,冰川总条数约为6.9万条。与第一次我国冰川编目相比,20世纪60年代至2020年期间我国冰川面积整体减少约26% (每十年4.8%),约7000条小冰川完全消失。与第二次我国冰川编目相比,2008年 – 2020年期间我国冰川面积整体减少约6%(每十年5.2%),这表明最近十余年我国冰川已进入快速退缩阶段。
从这些数据可以看出,从1960年代到2020年间,我国已经有四分之一的冰川面积完全消亡。另一方面,冰川萎缩速度的区域差异十分明显。比如青藏高原南部的冈底斯山脉、喜马拉雅山脉和东南部区域,气候变化比较剧烈,冰川消融速率也很快,冰川面积萎缩率在40%左右。但藏北高原地区的冰川消融速率则慢很多,像西昆仑山主峰地区、阿尔金山、喀喇昆仑山等地区,冰川面积萎缩率都在10%及以下。总体特征是以藏北高原地区为中心,冰川面积萎缩速度以环状向外围逐渐增加,越往外围区域平均海拔越低,冰川萎缩幅度也越大。
澎湃新闻:我们注意到,第三次冰川编目数据同时还编制了面积小于1万平方米、处于消亡状态的残余冰体,总数量约3万条。为什么会将这一类冰川纳入编目呢?
郭万钦:从高分辨率遥感影像上,可以清晰地看出这些斑块是冰,而不是积雪,但它们作为冰川应该具有的特征并不明显。“冰川”的一个重要特征是“处于运动状态”,但这些“残留冰体”很快就会消亡,运动特征并不明显。秦大河院士为此提出了“残留冰”这个名词。
虽然单个“残留冰”的储量不多,但是它的数量庞大,说不定几万条“残留冰”加起来能相当于一条大冰川。把这类冰体纳入编目,可以更清晰地反映我国冰川的分布和状态。
澎湃新闻:时隔十年第三次中国冰川编目发布,您认为有什么意义?从全球视角来看,它又有什么意义呢?
郭万钦:这次的冰川编目更新工作主要是为了掌握我国冰川最新的分布状态,同时结合以前的数据,我们可以了解冰川发生了怎样的变化,这也是我们这次冰川编目工作最关键的作用。另外,冰川编目还服务于其他部门,比如自然资源部的冰川资源管理需要依赖冰川编目进行,水利部门也会以冰川编目数据为输入项之一,模拟和监控有冰川流域河流径流的变化情况。这些工作都需要以最新的冰川编目数据为参考或者输入数据。
第三次冰川编目数据下一步也会进行全球共享。在发布会上,我提到世界冰川编目发起于1955年,1989年发布首版世界冰川目录(15.9×106km2),目前最新的RGI7.0版是于2020年发布。其中的数据反映的主要是2000年左右的冰川状态,而我们的数据更新至2020年前后,也就是说,我国的冰川数据已更新到最新状态。中国的冰川面积大概是全球冰川总面积的十分之一,所以,这也给全球研究冰川、保护冰川的工作提供了重要的数据更新。
澎湃新闻:近年来,在全球气候变暖的背景下,冰川加速消融逐渐进入公众视野。从您观测的数据来看,导致冰川发生变化的主要原因是什么呢?
郭万钦:全球气候变暖目前仍然是冰川快速消融的主要原因。过去几十年间,全球气温的快速升高使大部分地区的冰川物质平衡线高度快速升高。物质平衡线高度与年均0℃等温线大致相当,过去几十年0℃等温线快速升高,这导致更大面积的冰川处于消融状态,也使我国大多数冰川处于负平衡状态,即冰川消融量大于积累量。
另外,人类活动中工业生产和日常生活排放的大量污染物落到冰川表面,使冰川表面不断污化变黑,吸收的太阳辐射能量大幅增加,也进一步提升了冰川的消融速率。“这些都是近年来冰川处于快速消融状态的主要原因”。
澎湃新闻:冰川发生变化会给人类社会带来哪些影响呢?
郭万钦:冰川距离大多数人类聚居点比较遥远,冰川消融对这些区域人类社会的影响不是特别明显。但冰川在我国西部干旱区的自然环境和社会生产生活中具有至关重要的地位。比如新疆的几个盆地、甘肃河西走廊和青海柴达木盆地等地区,冰川融水在河流径流中占比非常高,部分流域甚至能达到50%左右。
另一方面,冰川融水是这些地区河流的稳定补给源。有冰川的流域河流中夏季一直有水流存在,但没有冰川的流域经常会出现一场暴雨一场洪水,长期没有降雨的情况下河流会经常处于干涸状态。冰川的完全消失会对这些干旱区河流下游的自然生态和社会生产生活等产生巨大影响。
澎湃新闻:您是从什么时候开始进行野外科考工作的呢?
郭万钦:我本科专业是地质方面,到了硕士、博士后阶段,我便一直从事遥感、GIS相关的研究工作,实际上就是在做“遥感技术”。自2011年开始,我经常前往青海、新疆、西藏、甘肃等地进行野外科考作业。我个人主要关注的是位于青海省果洛州玛沁县西北部的阿尼玛卿雪山,我们已经在这座雪山上连续开展了十来年的冰川监测工作。每年的五至十月期间,我都会去几次,去了之后就会觉得心情格外舒畅。
在野外工作时,我经常会带着学生,包括参与冰川编目的科研人员去实地观察冰川。我需要让他们现场了解冰川的真实模样,这样他们才能在遥感影像上准确判断一些地表是不是冰川。“没有野外认识,没有野外现场经验,很多东西在脑子里是没有概念的。”
澎湃新闻:科考是一项艰苦的工作,从您自身经历出发,您对青年同行有什么寄语呢?
郭万钦:目前,秦大河院士在积极推动国内各个高校开设《冰冻圈科学概论》这门课程,希望能够以此吸引更多的年轻人投入到这门学科。我想说的是,在未来的100年,我国西部的冰川仍然会大量存在,冰川研究领域仍然大有可为,欢迎更多学子投身到这个专业,在亲身领略西部地区优美自然风光的同时,也能够做一些更有科学意义的事情。
本文围绕中国第三次冰川编目展开,详细介绍了编目数据所反映出的我国冰川面积和条数的变化情况,表明我国冰川正处于快速退缩阶段。同时,阐述了编目工作的过程、技术更新,分析了冰川变化的原因主要是全球气候变暖和人类活动排放污染物,以及冰川变化对我国西部干旱区的影响。最后,科研人员鼓励更多青年投身冰川研究领域。
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