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GEOGRAPHICAL RESEARCH >

2015 , Vol. 34 >Issue 2: 270 - 284

DOI: https://doi.org/10.11821/dlyj201502007

Orginal Article

The response of glacial lakes in the Altay Mountains of China to climate change during 1992-2013

  • CHEN Chen , 1, 2 ,
  • ZHENG Jianghua , 1, 2 ,
  • LIU Yongqiang 1, 2 ,
  • XU Zhonglin 1, 2
Expand
  • 1. Key Laboratory of Oasis Ecology Ministry of Education, Xinjiang University, Urumqi 830046, China
  • 2. Key Laborary of City Intellectualizing and Environment Modelling, Xinjiang University, Urumqi 830046, China

Received date: 2014-08-27

  Request revised date: 2014-11-02

  Online published: 2015-02-10

Copyright

《地理研究》编辑部
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Abstract

Glacial lakes of the Altay Mountains in China during the past 20 years were interpreted and classified based on the remote sensing images of Landsat TM(1992)/ETM+(2002)/OLI(2013) respectively, with properties including basin, altitude and slope gained from SRTM DEM by spatial overlay analysis in GIS. The features of temporal-spatial distribution and variation of glacial lakes during 1992-2013 and factors which impacted the evolution of glacial lakes in this area were discussed. The results indicate that: (1) there were 1147 glacial lakes in the Altay Mountains of China in 2013, with a total area of 101.628 km2, and both the number and area of glacial lakes increased during the past two decades. (2) The responses of ice-scour lakes and moraine-dammed lakes to climate change were totally different. (3) With temperature rising, the peak of profit and loss of ice-scour lakes reached a higher altitude, and the variation of moraine-dammed lakes became more unstable. (4) Westerly circulation had a significant influence on the glacial lakes, the precipitation on the west-facing slope was sufficient, therefore the west-facing ice-scour lakes varied little, while the west-facing moraine-dammed lakes kept expanding as the profit constantly overmatched the loss. (5) Owing to the lower elevation, glacial lakes in this region were sensitive to climate change than other alpine-plateau areas in western China over the past two decades, both surplus and deficit of water were of high quantity, resulting in few net increment after lake water balance. (6) The magnitude of temperature rise and precipitation reduction during 1992-2002 were larger compared with the period 2002-2013, and the quantity of water surplus and deficit of glacial lakes in spatial units of each size was greater compared with the 2002-2013 period. There is a positive correlation between water surplus and deficit of glacial lakes and the range of temperature rise and precipitation reduction.

Key words： climate change; glacial lakes; remote sensing; spatial analysis; the Altay Mountains of China

Cite this article

CHEN Chen , ZHENG Jianghua , LIU Yongqiang , XU Zhonglin . The response of glacial lakes in the Altay Mountains of China to climate change during 1992-2013[J]. GEOGRAPHICAL RESEARCH, 2015 , 34(2) : 270 -284 . DOI: 10.11821/dlyj201502007

1 引言

冰川湖泊是末次冰期以来山岳冰川在进退过程中形成湖盆,由现代冰川融水或由大气降水补给的湖泊[1]。中国的冰川湖泊广泛分布在横断山区、喜马拉雅山区、念青唐古拉山区、冈底斯山区、唐古拉山区、羌塘高原、祁连山区、昆仑山区、喀喇昆仑山区、帕米尔高原东部、天山山区、阿尔泰山脉中段南部山区。冰川湖泊受人类活动直接影响较少,可以用于研究气候和环境的自然变化过程[2],更是内陆干旱区重要的淡水资源[3],但也可能引起高原高山区源发或继发的冰川湖泊溃决洪水及泥石流灾害[4]。
联合国政府间气候变化专门委员会（Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC）第一工作组第五次评估报告指出,全球气候变暖的事实毋庸置疑。1880-2012年,全球平均气温已经升高0.85℃（0.65℃~1.06℃）;过去30年中,每10年地表温度的增暖幅度都高于1850年以来的任何时期;在北半球,1983-2012年可能是最近1400年来气温最高的30年[5,6]。中国西北地区气候从20世纪80年代开始有暖干向暖湿转变的趋势[7]。阿尔泰山区水文循环过程加快[8],极端水文事件出现频率增多[9],与中国西部其他高山高原相比成为冰川退缩最强烈的地区[10,11]。
当前,中国开展冰川湖泊变化遥感调查的主要有：喜马拉雅山区[12,13]及其子区域（玛旁雍错流域[14,15]、朋曲流域[16]、纳木错和色林错地区[17]、波曲流域[18]、希夏邦马峰东坡[19]、洛扎地区[20]、昂拉仁错流域[21]、那曲南部[22]）、念青唐古拉山区子区域（然乌湖流域[23]、帕隆藏布江上游[24]、念青唐古拉山西段[25]）、天山山区[26]。而纬度最高且唯一属于北冰洋水系的阿尔泰山区有待研究。古冰川和现代冰川在中国阿尔泰山区造就了众多冰湖[27],在区域气候变化显著、冰川退缩强烈的背景下,把握该区冰湖的发展态势具有实际意义。以该区1992-2013年近20年的遥感影像为基础,分析冰湖的时空分布与变化特征,探讨影响中国高纬度地区冰湖演化的因素,同时也为内陆干旱区高山高原水资源的合理开发利用提供参考。

2 研究区概况

中国阿尔泰山属中亚山系,西起西伯利亚南部,以西北—东南走向蜿蜒于中、俄、哈、蒙边境,东至外蒙古,长约500 km,主脊平均海拔3000 m以上,越向东南山地海拔越低,最高峰友谊峰4374 m[28]（图1）。该区夏季由西风环流控制,冬季和春季受沿额尔齐斯河谷侵入的北冰洋冷湿气流影响,气流经俄罗斯斋桑谷地,沿额尔齐斯河谷深入,随山体抬升产生降水,年降水量从西北往东南方向递减;同时,降水量的垂直梯度也由西北向东南方向减少,西部为40 mm/100 m,中部为30 mm/100 m,东部仅为20 mm/100 m[29]。
Fig. 1 Location and terrain of the Altay Mountains of China

图1 中国阿尔泰山区位置与地形

亚大陆性山岳冰川在中国阿尔泰山区分布广泛,其物质积累可以明显分为补给占优势的冷季与消融占优势的暖季,暖季冰川消融较强,冰温高,运动速度快[30-32]。易朝路等[3]根据冰湖形成的机械和热力方面的差异,将冰湖分为冰川侵蚀湖、冰川阻塞湖、冰碛阻塞湖及冰川热融湖,并指出中国阿尔泰山区冰川阻塞湖为数甚少,冰川热融湖分布于现代冰川前缘的冰碛层上或第四纪冰碛层中,规模极小。

3 数据来源与研究方法

3.1 数据来源

卫星遥感影像：用于提取冰湖轮廓的Landsat 5 TM（1992年）、Landsat 7 ETM+（2002年）、Landsat 8 OLI（2013年）覆盖研究区共三期跨度20年的陆地资源卫星遥感影像,空间分辨率30 m。为减少冰湖不同季节的面积差异对各期冰湖总体面积产生影响,同时避免山区云层遮盖干扰解译,选择冰湖面积稳定、山区无云或云量极少的9-10月采集的影像,获取自美国地质调查局网站（http://earthexplorer.usgs.gov/）。
数字高程模型：用于划分流域,提取海拔、坡向、山体阴影等地形因子的数字高程模型为覆盖研究区的SRTM DEM,空间分辨率90 m,获取自国际农业研究咨询组空间信息协会网站（http://srtm.csi.cgiar.org/）。
气象观测记录：由于山区缺乏观测资料,选择距离最近的哈巴河（海拔532.6 m）、阿勒泰（海拔735.3 m）、富蕴（海拔807.5 m）、青河（海拔1218.2 m）4个台站（图1）1982-2012年近30年的气温与降水逐月观测数据作为研究区气候背景参考,获取自中国气象科学数据共享服务网（http://cdc.cma.gov.cn）。

3.2 研究方法

使用遥感数字图像处理软件ENVI以能够突出水体的短波红外波段—近红外波段—红光波段（bandSWIR1-bandNIR-bandRed）对各景遥感影像进行假彩色合成（其中TM与ETM+为5-4-3,OLI为6-5-4）。使用地理信息系统软件ArcGIS对SRTM DEM进行数字地形分析,派生出与卫星过境时太阳高度角、方位角一致的山体阴影晕渲数据,将遥感影像设置有一定的透明度叠置于其上显示,降低反立体效应及山体阴影对人工目视解译的干扰。对各期冰湖进行矢量化时将提取冰湖边界的误差严格控制在1个像元之内。最终采用贝塞尔插值平滑工具对冰湖轮廓线进行处理,使其生硬节点平滑与自然真实形态相吻合,计算冰湖面积。
因为不同类型冰湖形成机理存在差异,根据遥感影像中的地貌特征、湖泊形态,能够判别出冰湖类型（图2）：① 冰川侵蚀湖：冰川及其携带的岩石在运动过程中刨蚀/磨蚀冰床形成洼地,冰川消退之后,侵蚀洼地积水成湖,前端至多仅有薄层冰碛,主要分布于冰川侵蚀作用带内,形态类似椭圆,面积通常较小;② 冰碛阻塞湖：冰川携带的岩石等固体碎屑物质在冰川消融/退缩后大量遗留堆积下来,阻塞槽谷积水成湖,主要分布于冰川堆积作用带内,多呈长条状,面积一般较大。
Fig. 2 Different types of glacial lakes interpreted in a typical area

图2 冰湖类型判别样例

使用ArcGIS将山区DEM以及由DEM经过数字地形分析派生的流域栅格数据、坡向重分类栅格数据转换为矢量数据,与冰湖矢量数据进行空间叠置分析,获取每片冰湖的海拔、流域、坡向属性。
影像数据质量、像元分辨率、空间配准技术、人工经验等因素共同决定冰川湖泊的遥感提取精度,现有条件还很难进行高精度验证。鉴于主要侧重探讨中国阿尔泰山长时间序列冰湖整体的时空分布与变化的特征和规律,而不是针对个体冰湖对比其逐个像元的变化,所以在尽可能避免和减少人为产生误差的前提下,像元级别的误差对认识区域冰湖总体演化规律的影响有限。

4 结果分析

4.1 中国阿尔泰山区冰湖总体变化特征

第四纪冰川在中国阿尔泰山区的作用强烈,冰斗、槽谷广泛分布,冰川沉积物丰富,为冰川侵蚀湖与冰碛阻塞湖发育创造了地形条件[1]。遥感调查结果显示,2013年中国阿尔泰山区共有冰湖1147片,总面积达101.63 km2（图3）。近20年,该区冰湖数量与面积变化总体表现出数量增多、面积增大的趋势,冰湖数量增加了7.90%,面积增加了2.30%,分别以0.37%/a和0.11%/a的速度增加（表1）。
位于雪线以上的现代冰川的侵蚀洼地多被冰雪覆盖,当前中国阿尔泰山区的冰川侵蚀湖主要是由第四纪冰川侵蚀作用形成的古冰斗和冰川槽谷内的洼地汇集降水或季节性积雪融水而成,其中冰斗冰蚀湖数量远多于槽谷冰蚀湖,规模很小;冰碛阻塞湖主要是第四纪各阶段冰川作用所沉积的巨大终碛垄阻塞狭长而幽深的槽谷,积滞大气降水、冰川融水或季节性积雪融水形成,呈长条状,面积普遍较大,并有喀纳斯湖（45.08 km2）、阿克湖（9.10 km2）等由强烈构造断陷、冰川侵蚀、终碛垄阻塞共同形成湖盆的大规模冰碛阻塞湖存在[33]。因此,不同类型的冰湖在整个中国阿尔泰山区所占数量和面积的比例不同。就近20年而言,冰川侵蚀湖虽然始终占总体数量的64.7%以上,面积却只占总体的29.5%以下;冰碛阻塞湖占总体数量35.3%以下,面积却占到总体的70.5%以上（表1）。
Fig. 3 Distribution of glacial lakes in the Altay Mountains of China in 2013

图3 2013年中国阿尔泰山区冰湖分布图

Tab. 1 Number and area of glacial lakes in the Altay Mountains of China during the last two decades

表1 近20年中国阿尔泰山区冰湖的数量与面积

年份 冰湖总数量（片） 冰湖总面积（km2） 冰川侵蚀湖 冰碛阻塞湖
数量
（片）		 占总数量比例（%） 面积（km2） 占总面积比例（%） 数量
（片）		 占总数量比例（%） 面积（km2） 占总数量比例（%）
1992 1063 99.38 688 64.7 28.66 28.9 375 35.3 70.68 71.1
2002 1120 100.19 741 66.2 29.42 29.5 379 33.8 70.67 70.5
2013 1147 101.63 774 67.5 29.83 29.4 373 32.5 71.73 70.6
同时,虽然中国阿尔泰山冰湖总体呈现出数量增多、面积增大的变化状态,但不同类型的冰湖在不同时期又表现出不同的变化趋势。1992-2013年冰川侵蚀湖数量和面积均呈增加趋势,而冰碛阻塞湖则先后出现数量增多、面积减少,数量减少、面积增多两个截然相反的阶段（表1）。
对比近数十年来亚洲不同地区冰湖的变化情况（表2）,中国阿尔泰山区冰湖面积是整个天山山区冰湖面积（96.50 km2）的1.05倍,约占整个中国喜马拉雅山区冰湖面积（215.30 km2）的50%。中国阿尔泰山区冰湖面积变化绝对量很小,不到东天山冰湖面积变化绝对量的50%,甚至小于喜马拉雅山和念青唐古拉山一些流域或地区的冰湖面积变化绝对量。
Tab. 2 Statistics of distribution and variation of glacial lakes in Asia during recent decades

表2 数十年来亚洲不同地区冰湖分布及变化比较

研究区 所属
山系		 时间段
（年）		 前一期
面积(km2)		 后一期
面积(km2)		 面积变化(km2) 年平均
面积变化(km2/a)		 面积
变化率
(%)		 年平均
面积变化率/(%/a)		 文献
来源
中国阿尔泰山 阿尔泰山 1992-2013 99.383 101.628 2.245 0.107 2.3 0.11 本研究
北天山 天山 1990-2010 15.890 19.195 3.305 0.165 20.8 1.04 [26]
西天山 1990-2010 7.373 9.145 1.772 0.089 24.03 1.2 [26]
中央天山 1990-2010 37.378 39.045 1.667 0.083 4.46 0.22 [26]
东天山 1990-2010 22.075 29.119 7.044 0.352 31.91 1.60 [26]
然乌湖流域 念青唐古拉山 1980-2005 29.790 33.270 3.480 0.139 11.68 0.47 [23]
帕隆藏布江上游 1988-2005 7.030 7.210 0.180 0.011 2.56 0.15 [24]
念青唐古拉山西段 1991-2009 5.350 7.177 1.827 0.102 34.15 1.90 [25]
希夏邦马峰东坡 喜马拉雅山 1977-2003 3.720 7.480 3.760 0.145 101.08 3.89 [19]
朋曲流域 1980-2001 42.032 47.509 5.477 0.261 13.03 0.62 [16]
波曲流域 1987-2001 12.014 17.606 5.592 0.399 46.55 3.32 [18]
洛扎地区 1980-2007 9.970 13.05 3.080 0.114 30.89 1.14 [20]
中国喜马拉雅山西段 1970-2008 38.554 52.793 14.239 0.375 36.93 0.97 [12]
中国喜马拉雅山中段 1970-2008 69.228 90.574 21.346 0.562 30.83 0.81 [12]
中国喜马拉雅山东段 1970-2008 58.698 71.932 13.234 0.348 22.55 0.59 [12]
已有研究表明,阿尔泰山冰川与中国其他山系相比,面积年平均减少率最大,是冰川退缩最强烈的地区[10,11],然而阿尔泰山区冰湖的面积变化率远低于绝大多数地区,年平均面积变化率最低,呈现出阿尔泰山区冰川退缩与冰湖扩张的速率差距较大的状况。
鉴于以上情形可能引起“中国阿尔泰山冰湖对气候和冰川变化响应极不敏感”的认识误区,特别需要指出的是,一定区域内的冰湖并非全体一致增长或消退,而是在不同地理因素作用下个体湖泊水量收支平衡的最终结果[26]。

4.2 中国阿尔泰山区各个流域冰湖的分布特征

中国阿尔泰山区可以划分为以下几个流域：① 隶属于额尔齐斯河水系的哈巴河、布尔津河、克兰河、喀拉额尔齐斯河、喀依尔特河流域;② 隶属于科布多河水系的科布多河上游流域;③ 隶属于乌伦古河水系的大青格里河流域。由表3可知,中国阿尔泰山区冰湖主要分布在冰川作用中心布尔津河流域,数量和面积分别占到66.5%和85.8%,其次冰湖面积分布量从大到小依次为喀依尔特河流域、大青格里河流域、克兰河流域、喀拉额尔齐斯河流域、哈巴河流域、科布多河流域。
Tab. 3 Changes of number and area of glacial lakes in each watershed in the Altay Mountains of China

表3 中国阿尔泰山区各流域近20年的冰湖变化

水系 流域 年份 冰湖数量（片） 数量净变化（片） 数量变化比例（%） 冰湖面积（km2） 面积净变化（hm2） 面积变化比例（%）
额尔齐斯河 哈巴河 1992 30 7 23.3 0.60 1.4 2.3
2013 37 0.62
布尔津河 1992 711 52 7.3 85.68 147.2 1.7
2013 763 87.15
克兰河 1992 41 4 9.8 2.34 15.9 6.8
2013 45 2.50
喀拉额尔齐斯河 1992 54 2 3.7 2.28 -8.4 -3.7
2013 56 2.20
喀依尔特河 1992 163 24 14.7 4.51 33.1 7.3
2013 187 4.84
科布多河 科布多河 1992 5 0 0.0 0.38 -1.7 -4.5
2013 5 0.36
乌伦古河 大青格里河 1992 59 -5 -8.5 3.59 37.2 10.4
2013 54 3.96
对比各流域近20年冰湖变化情况,布尔津河流域冰湖数量和面积净增加量最多,应为流域内冰川数量与面积净减少量最多的直接结果[10,11]。在冰湖数量都有所增加的情况下,山区西北部哈巴河、布尔津河、克兰河、喀依尔特河流域冰湖面积增加,而东南部的喀拉额尔齐斯河流域冰湖面积减少,这与山区冰川、降水总体由西北向东南递减的分布规律相一致;科布多河流域冰湖数量不变,面积减少,与流域本身较小且位于山脉背阴坡,冰川消退缓慢有关;大青格里河流域则出现冰湖数量减少而面积增多的情况。在同一山区的不同流域,冰湖的变化呈现出空间差异性。

4.3 不同海拔冰湖的分布特征

以100 m间距划分冰湖分布的海拔区间,对冰川侵蚀湖与冰碛阻塞湖的数量与面积进行统计。结果表明,当前中国阿尔泰山区冰川侵蚀湖分布海拔下至2000~2100 m,上至3200~3300 m,而能够形成冰碛阻塞湖的范围更广,在1300~3100 m区间内几乎都有分布（图4）。
Fig. 4 Number and area of glacial lakes at different altitudes in the Altay Mountains of China

图4 中国阿尔泰山区冰湖在不同海拔区间的分布情况

冰川侵蚀湖数量与面积以2500~2600 m区间内最多,并在垂直方向上向相邻区间递减;冰碛阻塞湖数量在2400~2500 m范围中最多,除由地质断陷、冰川侵蚀、冰碛阻塞综合作用而成的两片面积巨大的冰碛阻塞湖：喀纳斯湖（海拔1370 m,面积44.96 km2）与阿克湖（海拔1954 m,面积9.10 km2）所在的海拔区间以外,冰碛阻塞湖的面积在2300~2400 m呈单峰分布。

4.4 不同朝向冰湖的分布特征

冰湖往往形成于0°~5°的坡面上[34],按北（N）、东北（NE）、东（E）、东南（SE）、南（S）、西南（SW）、西（W）和西北（NW）8个方位对冰湖所处的坡向进行统计（图5）。结果显示,1992-2013年,SE始终是冰川侵蚀湖数量最多的坡向区间;1992年NW朝向的冰川侵蚀湖数量最少,2002年W与NW朝向的冰川侵蚀湖数量相同且最少,2013年SW朝向的冰川侵蚀湖最少（图5a）。近20年来,NE朝向的冰川侵蚀湖面积始终最大,NW朝向最小（图5b）。
Fig. 5 Number and area of glacial lakes in different aspects in the Altay Mountains of China

图5 中国阿尔泰山区各个坡向上冰湖的分布情况

冰碛阻塞湖呈现不同的分布状态,近20年,冰碛阻塞湖始终在E朝向区间数量最多;1992年W朝向数量最少,2002年与2013年,数量最少的均为SW（图5c）。20年来冰碛阻塞湖面积始终以S朝向分布面积最大,NE朝向最小（图5d）。

5 讨论

5.1 中国阿尔泰山气候变化背景

冰湖变化取决于水量收入和支出的平衡,与气候变化密切相关：暖季气温升高将引起冰川、季节性积雪融水对冰湖的补给量增多,同时也将促进湖水水量的蒸发耗散;冷季气温升高可能在一定程度上引起冰温、雪温升高,加快冰雪在暖季来临时的消融速率;降水增多,也意味着雨水直接或融雪间接通过坡面径流对冰湖的补给量增多,反之亦然。
位于阿尔泰山区雪线以下的地带,积雪和冰冻过程一般从每年10月开始,一直到次年3月,大气降水主要以季节性积雪的形式存蓄下来;中、低山带季节性积雪4月初开始消融,最迟6月结束;冰川消融期一般为5-9月,7月中下旬消融最为强烈,8月中旬消融减弱。中国阿尔泰山区4个气象台站1982-2012年冰雪积累期（10月至次年3月）与冰雪消融期（4月至9月）的气温与降水变化情况见图6。
Fig. 6 The precipitation and average temperature (from October to March and April to September) of meteorological stations near the Altay Mountains of China in the last three decades

图6 近30年中国阿尔泰山区气象站年际冰雪积累期与冰雪消融期降水总量与平均气温变化情况

1982-1991年冰雪积累期降水总量均呈上升趋势,气温在经历了两次较大的波动后整体呈上升趋势;1982-1992年冰雪消融期降水先后经历了两次大的陡降与陡升,气温则呈明显上升趋势,但至1992年发生陡降,低于之前时段的最低水平。
1991-2001年间,各站冰雪积累期降水大致有两次先下降再回升,分别在1996年和2000年出现了极端峰值后回落至平均水平,气温在波动中到这一阶段末基本维持在1981-1991年最终增长达到的水平;这一个阶段的冰雪消融期,降水出现了明显下降,虽然至该阶段中期,降水量略有回升,但没有达到1992年的水平。1992年是前一个阶段冰雪消融期气温上升的拐点,在1993年平均气温出现谷值后,冰雪消融期气温较前一阶段上升幅度增大,气温上升趋势更加明显。
最近10年,各站记录的气象资料反映出冰雪积累期降水先有小幅上升,至2005年出现一个较小的峰值后再次下降跌至近10年的一个谷值,继而陡然增加至近30年冰雪积累期的极端峰值,降水量增减的波动周期变短,冰雪积累期极端降水事件强度增加,气温经历两次降升波动之后,最终低于前10年最终的水平;近10年冰雪消融期平均气温波动周期也出现变短趋势,但在总体上升趋势中呈现出近30年的最高水平,而冰雪消融期降水则较前10年有不同程度的减少。

5.2 海拔高度在冰湖对气候与冰川变化的响应中的影响

一个特定的空间单元内冰湖面积的净变化是范围内所有冰湖面积消长盈亏的结果,因此可以将第i个空间统计单元内冰湖面积的净变化量Vi表示为：
V i = N i - D i + E i - S i （1）
式中：冰湖Ni为新生冰湖的面积;Di为消亡冰湖的面积;Ei为扩张冰湖的面积增加量;Si为退缩冰湖的面积减少量。
就所处海拔高度而言,不同类型的冰湖不同时期的面积变化情况均不相同（图7）。近20年,冰川侵蚀湖面积新生峰值自2600~2700 m上升了100 m;面积消亡峰值自2500~2600 m上升了100 m;扩张峰值自2500~2600 m上升了200 m;面积退缩峰值始终出现在2500~2600 m。
Fig. 7 Contrasted changes of different classes of glacial lakes at different altitudes in the Altay Mountains of China

图7 中国阿尔泰山区不同冰湖类型在不同海拔区间上的面积变化情况

这主要是因为中国阿尔泰山区末次冰期形成的冰斗以2600~2700 m海拔区间内数量最多,占冰斗总数的三分之二,未被现代冰川占据而积水成为冰斗冰蚀湖,一些被现代冰川占据或有永久雪斑[1],随着气候变暖,雪线高度上升,更高海拔的现代冰川退缩。一个显著特征是冰川侵蚀湖水量收支活跃的区域相应地向更高海拔上移。
近20年,冰碛阻塞湖新生面积最大海拔区间由2200~2300 m和2400~2500 m上升为2600~2700 m;冰碛阻塞湖消亡面积峰值由2300~2400 m和2500~2600 m变化为2200~2300 m和2400~2500 m;冰碛阻塞湖扩张面积峰值由2500~2600 m降至2300~2400 m;近20年,2400~2500 m始终存在冰碛阻塞湖面积的退缩峰值。
1990s较1980s冰雪积累期与冰雪消融期平均气温和降水量均显著增高（图6）,使冰湖收入水量与支出水量均比较大,净变化在大多数海拔区间以增加为主（图7）;2000s较1990s冰雪积累期降水量的增多不能抵消冰雪消融期平均气温的上升、降水量的减少,致使冰湖的退缩量比例显著增加,多数海拔区间冰湖水量盈亏平衡后净变化量较小。

5.3 坡面朝向在冰湖对气候与冰川变化的响应中的影响

不同类型冰湖在不同的坡面朝向,面积变化各有特点（图8）。近20年,冰川侵蚀湖消亡面积最多的朝向由NW变为N;冰川侵蚀湖新生面积峰值始终出现在N朝向;冰川侵蚀湖退缩面积最多的朝向由SE变为NE;冰川侵蚀湖扩张面积最多的朝向由NE变为E。
Fig. 8 Contrasted changes of different classes of glacial lakes in different aspects in the Altay Mountains of China

图8 中国阿尔泰山区不同冰湖类型在各个坡向上的面积变化情况

这主要是因为近几十年来N方向<0.5 km2的小冰川消失量最多[10,11],容易形成新生和消亡对气候变化反应敏感的小面积冰斗湖;W和SW方向的坡面是输送水汽的西风迎风坡,降水对冰川的补给优于其他方向。现代冰川占据的冰斗与槽谷出露少,引起的冰川侵蚀湖变化量相应较小,而E和NE方向的坡面为西风背风坡,降水对冰川补给量少,随着气温不断上升,区域水循环过程加快体现在冰川亏损量日益增加加快冰川侵蚀湖扩张和蒸发,进而导致冰川侵蚀湖退缩量均有增加[14]。
近20年,冰碛阻塞湖消亡量最多的朝向从SE演化为NE;冰碛阻塞湖新生量最多的朝向从SW演化为W;冰碛阻塞湖退缩量最多的朝向从SE演化为E;冰碛阻塞湖扩张面积最大的朝向从E演化为SW。SE、E、NE朝向上的冰碛阻塞湖消亡面积始终较多的原因主要是位于西风背风坡,大气降水补给不足以补偿因气温上升引起的水量蒸发散失;冰碛阻塞湖新生面积峰值始终位于西风迎风坡SW和W,但背风坡NE和E朝向的坡面上冰碛阻塞湖新生面积也比较多。近10年西风迎风坡SW坡面上的冰碛阻塞湖面积扩张量最大;阿尔泰山纬度高,山体瘦削,古冰川作用规模巨大,冰碛物质丰富,各个朝向上冰碛阻塞湖均有发育,冰碛阻塞湖间多以流水相通形成串珠状河湖网（图2）,因此,除地质断陷—冰川侵蚀—冰碛阻塞综合作用的一些大型冰碛阻塞湖（图9）以外,多数冰碛阻塞湖水量在盈亏平衡后未急剧扩张。但也注意到近20年朝向水汽输送的西风迎风坡SW、W、NW的冰碛阻塞湖收入水量持续大于支出水量,面积一直呈净增态势,因此今后还应该对一些面积增长较快的冰碛阻塞湖进行溃决风险评估与监测。
Fig. 9 Changes of typical moraine-dammed lakes during the last two decades

图9 典型冰碛阻塞湖近20年的变化情况

6 结论与讨论

通过分析中国阿尔泰山区近20年来冰川湖泊的时空变化特征,得出以下结论：
（1）目前中国阿尔泰山区共有冰湖1147片,总面积101.63 km2。近20年,该区冰湖总体表现出数量增多、面积增大的变化趋势。距冰川作用中心最近的布尔津河流域冰湖分布数量与面积最多,近20年的增加量也最多。各流域冰湖的分布和面积增量在整个中国阿尔泰山区大致与冰川、降水分布由西北向东南递减的规律一致。
（2）不同类型的冰湖对气候变化的响应不同。约占冰湖总体数量35%的冰碛阻塞湖,面积约占冰湖总面积的70%;近20年先后出现数量增多、面积减少,数量减少、面积增多两个不同阶段;数量较多、面积普遍较小的冰川侵蚀湖总数量和总面积均呈增加趋势。
（3）不同地形条件下冰川、太阳辐射、气温、降水状况不同,在冰湖分布及其对气候响应的变化过程中起重要作用。冰川侵蚀湖与冰碛阻塞湖分别在2500~2600 m与2300~2400 m海拔区间有面积分布峰值;随着气温升高,冰川侵蚀湖水量盈亏峰值上升至更高海拔,冰碛阻塞湖变化愈不稳定。冰川侵蚀湖背阴坡面积居多,冰碛阻塞湖面积向阳坡居多;西风环流对该区冰湖影响深远,偏西向坡面降水补给量较为充足,偏西向始终由冰川占据的冰斗与槽谷数量基本稳定,冰川侵蚀湖变化量小,而偏西向冰碛阻塞湖则在收入持续大于支出的情况下不断扩张。
（4）相对于西部其他高山高原区,该区海拔低,冰川湖泊对气候变化响应十分敏感：1992-2002年,气温升高与降水减少幅度大,各空间单元中冰湖收入与支出水量均比较大;2002-2013年,气温升高与降水变化幅度相对较小,各空间单元中冰湖收入与支出水量也相对减少。
（5）近20年,该区冰湖总体盈亏水量均较大,因而平衡后净增量较小,面积净增长率、年平均面积增长率均低于中国西部其他高山高原地区,呈现出冰川强烈消融与冰湖微弱扩张的显著反差。但在气候变暖、冰川持续退缩的态势下,该区冰湖对涵蓄冰川融水与山区降水、延缓区域冰川水资源亏损具有重要意义。今后可以在冰湖调查的基础上,进一步对面积扩张量多、面积增加比例较大的冰湖,深入开展潜在溃决风险评估研究,相应地加强监测、预测工作。

The authors have declared that no competing interests exist.

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