四姑娘山国家级自然保护区冰川时空变化动态研究

摘要 利用GF-1号2013年8月12日、2015年2月18日、2019年8月16日、2020年3月8日共4期卫星遥感数据，美国国家冰雪数据中心（National Snow and Ice Data Center）2010年1月—2018年12月的MODIS积雪产品数据以及小金县气象站气候要素数据，通过人工目视解译、统计分析等方法对保护区内的冰川开展长时间序列综合分析。结果显示，2013年8月—2019年8月四姑娘山夏季冰川覆盖率下降了2.48百分点，2015年2月—2020年3月四姑娘山冬季冰川覆盖率下降了2.09百分点，因此夏季、冬季四姑娘山保护区冰川面积均呈下降趋势。其中核心区冰川覆盖面积夏季均大于70%，冬季均大于50%，因此核心区的划分对冰川保护具有重要意义。

关键词 冰川;时空变化;卫星遥感;气候变化;人类活动;四姑娘山国家级自然保护区

中图分类号 P343.6  文献标识码 A

文章编号 0517-6611（2022）05-0066-06

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2022.05.017

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Study on Spatial-temporal Dynamics of Glaciers in Mount Siguniang National Nature Reserve

WANG Ye，XU Wang-gu

（Nanjing Institute of Environmental Sciences， Ministry of Ecology and Environment， Nanjing，Jiangsu 210042）

Abstract Using GF-1 satellite remote sensing data on August 12， 2013， February 18， 2015， August 16， 2019 and March 8， 2020， the US National Snow and Ice Data Center （National Snow and Ice Data Center） MODIS snow product data and climatic element data from Xiaojin County meteorological station from January 2010 to December 2018，a comprehensive analysis of the long-term sequence of glaciers in the protected area was carried out by means of manual visual interpretation， statistical analysis and other methods.The results showed that the summer glacier coverage rate of Mount Siguniang dropped by 2.48% from August 2013 to August 2019， and the winter glacier coverage rate of Mount Siguniang fell by 2.09% from February 2015 to March 2020.Therefore， the glacier areas in Mount Siguniang National Nature Reserve in both summer and winter showed a downward trend.Among them， the glacier coverage area in the core area was greater than 70% in summer and greater than 50% in winter. Therefore， the division of the core area was of great significance to glacier protection.

Key words Glacier;Spatial-temporal changes;Satellite remote sensing;Climate change;Human activities;Mount Siguniang National Nature Reserve

作者简介 王晔（1990—），女，江苏仪征人，工程师，硕士，从事自然保护地遥感监测研究。*通信作者，副研究员，硕士，从事自然保护地管理研究。

收稿日期 2021-05-19

全球大环境变暖背景下，世界冰川呈加速消融之势，严重影响冰雪储量，对局地环境产生了巨大影响[1]。冰川是气候系统的产物，是冰冻圈的重要组成部分，在诸多环境系统中，受气候变化影响最为直接，对全球变暖指示性最为敏感，被认为是气候系统多圈层相互作用的关键纽带[2]。冰川变化情况与河流径流量、气候、降水、土壤蓄水量以及人类生活生产活动等密切相关。尤其是在干旱、半干旱地区，冰川变化对人们的生产、生活、生态和经济的发展都产生了非常重要的影响[2-5]。

四姑娘山国家级自然保护区（以下简称四姑娘山保护区）内蕴藏的大量冰川资源，不仅是四姑娘山秀美景观的核心组成部分，也是生态系统发挥正常功能的重要保障。研究表明，冰川消融导致雪线上移，区域环境随之发生变化，部分物种的栖息地恶化，对保护区流石滩植被和适应高山生境植物的分布区域产生影响，不仅危害自然生态系统的平衡，同时也威胁了人类的食物供给和生存环境[6-7]。因此，四姑娘山保护区具有重要的生态保护价值，该研究选取了夏季、冬季共4期的遥感影像，通过遥感影像解译，结合积雪产品数据，对其冰雪时空变化进行研究，为进一步促进保护区生态环境保护提供参考。

1 材料与方法

1.1 研究区概况 研究区域仅限于四姑娘山保护区内，其位于四川省阿坝藏族羌族自治州小金县境内，是我国横断山陆生生物多样性保护的重点区域，总面积560 km2，其中核心区185 km2、缓冲区156 km2、实验区219 km2（图1），主要保护对象为高山森林生态系统、珍稀濒危野生动植物资源以及冰川等自然景观，具有极高的保护和科研价值。

保护区始建于1995年，1996年国务院以国函〔1996〕113号文批准成为国家级保护区，2006年作为大熊猫栖息地的重要组成部分被联合国教科文组织列入世界自然遗产地名录。同时，四姑娘山保护区与四姑娘山国家级风景名胜区、四姑娘山国家地质公园存在交叉重叠。

1.2 数据来源

1.2.1 遥感卫星数据。该研究所采用的遥感卫星数据为2010年1月—2018年12月的MODIS积雪产品数据

（http：//modis.gsfc.nasa.gov/data/-dataprod/pdf/MODISdataflowdiag.pdf）。该产品提供了8 d合成已进行大气校正的7个波段的地表光谱反射率，分别为蓝光波段（459～479 nm）、绿光波段（545～565 nm）、红光波段（620～670 nm）、近红外波段（841～875、1 230～1 250 nm）和短波红外波段（1 628～1 652、2 105～2 155 nm），空间分辨率为500 m，并包含了其他辅助信息（如太阳角、传感器角度）[8]。

GF-1号卫星于2013年4月26日成功发射，是我国高分系列的第一颗卫星，携带了空间分辨率为2 m的全色高分辨率相机、8 m多光谱的高分辨率相机、4台16 m分辨率的多光谱相机（GF-1 WFV），回访周期为4 d（不侧摆为41 d），宽幅达800 km2。因此对比传统的Landsat 等常用的中分辨率遥感数据，高分数据具有高分辨率、宽幅度和高频率的数据优势。目前GF-1数据在城市土地变化监测、矿山监测、冰雪遥感、大气环境质量、地物精细识别均有涉及。该研究所采用的遥感卫星数据为GF-1号2013年8月12日、2015年2月18日、2019年8月16日、2020年3月8日共4期，分辨率为8 m多光谱数据。

1.2.2 气象数据。选取距离四姑娘山保护区最近的小金县气象站2013—2020年数据，分析气温和降水对冰川变化的影响。

1.2.3 客流量数据。该研究选取了《四川小金四姑娘山国家级自然保护区总体规划》2013—2015年客流量数据，2016—2020年客流量数据来自四姑娘山旅游官方网站发布的每日客流量数据。

1.3 研究方法

1.3.1 统计学方法。该研究利用2010—2018年去云后的MOY10A1/MOD10A1逐日积雪产品数据，分别统计出研究区内夏季、冬季每年平均积雪面积。通过此方法进一步验证研究区遥感影像目视解译结果的准确性。

1.3.2 冰川覆盖率。

冰川覆盖率表示研究区相对冰川面积，是冰川面积占研究区总面积的百分比[9]，其计算公式为：P=S aS×100%，式中，P为冰川覆盖率;S a为研究区冰川面积;S为研究区总面积。

1.3.3 相关性分析方法。相关性分析主要是相关系数与显著性检验。通过分析冰川面积变化与气候变化的相关性，能够发现他们之间的密切程度及响应。

2 结果与分析

2.1 保护区内冰川覆盖情况 四姑娘山保护区内冰雪资源丰富，其构成保护区秀美景观的同时，也能有效地涵养水源、调节水文等，并与大面积森林一起在调节气候方面发挥重要作用。面积是冰雪变化最直接的反映和最容易观测的参量，其监测对区域水资源、气候变化、生态环境、灾害预警等方面都具有重大意义。

通过对GF-1号2013年8月12日、2015年2月18日、2019年8月16日、2020年3月8日共4期8 m多光谱数据解译分析，结果发现（表1和图2～3）2013年和2019年四姑娘山保护区夏季冰川覆盖率分别为17.20%、14.72%，下降了2.48百分点，2015年2月和2020年3月四姑娘山保护区冬季冰川覆盖率分别为48.17%、46.08%，下降了2.09百分点。因此夏季、冬季四姑娘山保护区冰川面积均呈下降趋势。

根据《国家级自然保护区总体规划大纲》（环办〔2002〕76号）的规定，对自然保护区划分功能区以适应科学管理的需要，既是自然保护区保护目标的体现，也是为了更好地实现保护目标。按现行《中华人民共和国自然保护区条例》的

规定，自然保护区划分为核心区、缓冲区和实验区。该研究采用叠加分析法，对四姑娘山保护区不同功能区内的冰川面积进行统计分析，结果发现（表2和图4～5），各个功能区内的冰川近年来均有不同程度的退缩之势，核心区冰川覆盖面积2013和2019年夏季分别为71%、72%，2015和2020年冬季分别为50%、51%，因此核心区的划分对冰川保护具有重要意义。实验区冰川覆盖面积夏季均小于1%;冬季均小于16%，因此实验区进行分区保护，对于减缓冰川融化具有积极作用。

根据美国国家冰雪数据中心（National Snow and Ice Data Center）官方网站（http：//nsidc.org）上下载2010年1月—2018年12月的MODIS积雪产品数据，在保持积雪分类精度的情况下，完成数据积雪的云量消除，通过对2010—2018年冬夏两组数据统计，得出冰川覆盖面积在9年中呈波动下降趋势（图6），再次验证目视解译结果较为准确。

2.2 冰雪面积变化原因初析

2.2.1 自然原因。

冰川变化的影响因素有很多，其中气温、降水占重要比重。近年四姑娘山保护区夏季、冬季平均降水呈波动上升趋势，但夏季、冬季平均气温总体呈波动下降趋势（图7～8），气温对保护区冰川的影响不足以弥补降水对冰川的消融，由于冰川对气候响应的滞后性，面积的变化不能反映年度的气温状况，而是反映整体气候情况，因此在该研究区气温与冰川变化具有不平衡性。对2013—2018年夏季和冬季平均气温、降水量以及冰川面积的相关性进行检验，结果发现，冬季降水量和平均气温与冰川面积的相关系数分别为0.264 804、-0.377 790，夏季降水量和平均气温与冰川面积的相关系数分别为0.126 006、0.250 375，可见两者对冰川变化的影响相关性较弱。