四姑娘山國家級自然保護區冰川時空變化動態研究

王曄 徐網谷

摘要 利用GF-1號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期衛星遙感數據，美國國家冰雪數據中心（National Snow and Ice Data Center）2010年1月—2018年12月的MODIS積雪產品數據以及小金縣氣象站氣候要素數據，通過人工目視解譯、統計分析等方法對保護區內的冰川開展長時間序列綜合分析。結果顯示，2013年8月—2019年8月四姑娘山夏季冰川覆蓋率下降了2.48百分點，2015年2月—2020年3月四姑娘山冬季冰川覆蓋率下降了2.09百分點，因此夏季、冬季四姑娘山保護區冰川面積均呈下降趨勢。其中核心區冰川覆蓋面積夏季均大于70%，冬季均大于50%，因此核心區的劃分對冰川保護具有重要意義。

關鍵詞 冰川;時空變化;衛星遙感;氣候變化;人類活動;四姑娘山國家級自然保護區

中圖分類號 P343.6? 文獻標識碼 A

文章編號 0517-6611（2022）05-0066-06

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2022.05.017

開放科學（資源服務）標識碼（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

作者簡介 王曄（1990—），女，江蘇儀征人，工程師，碩士，從事自然保護地遙感監測研究。*通信作者，副研究員，碩士，從事自然保護地管理研究。

收稿日期 2021-05-19

全球大環境變暖背景下，世界冰川呈加速消融之勢，嚴重影響冰雪儲量，對局地環境產生了巨大影響[1]。冰川是氣候系統的產物，是冰凍圈的重要組成部分，在諸多環境系統中，受氣候變化影響最為直接，對全球變暖指示性最為敏感，被認為是氣候系統多圈層相互作用的關鍵紐帶[2]。冰川變化情況與河流徑流量、氣候、降水、土壤蓄水量以及人類生活生產活動等密切相關。尤其是在干旱、半干旱地區，冰川變化對人們的生產、生活、生態和經濟的發展都產生了非常重要的影響[2-5]。

四姑娘山國家級自然保護區（以下簡稱四姑娘山保護區）內蘊藏的大量冰川資源，不僅是四姑娘山秀美景觀的核心組成部分，也是生態系統發揮正常功能的重要保障。研究表明，冰川消融導致雪線上移，區域環境隨之發生變化，部分物種的棲息地惡化，對保護區流石灘植被和適應高山生境植物的分布區域產生影響，不僅危害自然生態系統的平衡，同時也威脅了人類的食物供給和生存環境[6-7]。因此，四姑娘山保護區具有重要的生態保護價值，該研究選取了夏季、冬季共4期的遙感影像，通過遙感影像解譯，結合積雪產品數據，對其冰雪時空變化進行研究，為進一步促進保護區生態環境保護提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究區概況 研究區域僅限于四姑娘山保護區內，其位于四川省阿壩藏族羌族自治州小金縣境內，是我國橫斷山陸生生物多樣性保護的重點區域，總面積560 km2，其中核心區185 km2、緩沖區156 km2、實驗區219 km2（圖1），主要保護對象為高山森林生態系統、珍稀瀕危野生動植物資源以及冰川等自然景觀，具有極高的保護和科研價值。

保護區始建于1995年，1996年國務院以國函〔1996〕113號文批準成為國家級保護區，2006年作為大熊貓棲息地的重要組成部分被聯合國教科文組織列入世界自然遺產地名錄。同時，四姑娘山保護區與四姑娘山國家級風景名勝區、四姑娘山國家地質公園存在交叉重疊。

1.2 數據來源

1.2.1 遙感衛星數據。該研究所采用的遙感衛星數據為2010年1月—2018年12月的MODIS積雪產品數據

（http：//modis.gsfc.nasa.gov/data/-dataprod/pdf/MODISdataflowdiag.pdf）。該產品提供了8 d合成已進行大氣校正的7個波段的地表光譜反射率，分別為藍光波段（459～479 nm）、綠光波段（545～565 nm）、紅光波段（620～670 nm）、近紅外波段（841～875、1 230～1 250 nm）和短波紅外波段（1 628～1 652、2 105～2 155 nm），空間分辨率為500 m，并包含了其他輔助信息（如太陽角、傳感器角度）[8]。

GF-1號衛星于2013年4月26日成功發射，是我國高分系列的第一顆衛星，攜帶了空間分辨率為2 m的全色高分辨率相機、8 m多光譜的高分辨率相機、4臺16 m分辨率的多光譜相機（GF-1 WFV），回訪周期為4 d（不側擺為41 d），寬幅達800 km2。因此對比傳統的Landsat 等常用的中分辨率遙感數據，高分數據具有高分辨率、寬幅度和高頻率的數據優勢。目前GF-1數據在城市土地變化監測、礦山監測、冰雪遙感、大氣環境質量、地物精細識別均有涉及。該研究所采用的遙感衛星數據為GF-1號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，分辨率為8 m多光譜數據。

1.2.2 氣象數據。選取距離四姑娘山保護區最近的小金縣氣象站2013—2020年數據，分析氣溫和降水對冰川變化的影響。

1.2.3 客流量數據。該研究選取了《四川小金四姑娘山國家級自然保護區總體規劃》2013—2015年客流量數據，2016—2020年客流量數據來自四姑娘山旅游官方網站發布的每日客流量數據。

1.3 研究方法

1.3.1 統計學方法。該研究利用2010—2018年去云后的MOY10A1/MOD10A1逐日積雪產品數據，分別統計出研究區內夏季、冬季每年平均積雪面積。通過此方法進一步驗證研究區遙感影像目視解譯結果的準確性。

1.3.2 冰川覆蓋率。

冰川覆蓋率表示研究區相對冰川面積，是冰川面積占研究區總面積的百分比[9]，其計算公式為：P=S aS×100%，式中，P為冰川覆蓋率;S a為研究區冰川面積;S為研究區總面積。

1.3.3 相關性分析方法。相關性分析主要是相關系數與顯著性檢驗。通過分析冰川面積變化與氣候變化的相關性，能夠發現他們之間的密切程度及響應。

2 結果與分析

2.1 保護區內冰川覆蓋情況 四姑娘山保護區內冰雪資源豐富，其構成保護區秀美景觀的同時，也能有效地涵養水源、調節水文等，并與大面積森林一起在調節氣候方面發揮重要作用。面積是冰雪變化最直接的反映和最容易觀測的參量，其監測對區域水資源、氣候變化、生態環境、災害預警等方面都具有重大意義。

通過對GF-1號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多光譜數據解譯分析，結果發現（表1和圖2～3）2013年和2019年四姑娘山保護區夏季冰川覆蓋率分別為17.20%、14.72%，下降了2.48百分點，2015年2月和2020年3月四姑娘山保護區冬季冰川覆蓋率分別為48.17%、46.08%，下降了2.09百分點。因此夏季、冬季四姑娘山保護區冰川面積均呈下降趨勢。

根據《國家級自然保護區總體規劃大綱》（環辦〔2002〕76號）的規定，對自然保護區劃分功能區以適應科學管理的需要，既是自然保護區保護目標的體現，也是為了更好地實現保護目標。按現行《中華人民共和國自然保護區條例》的

規定，自然保護區劃分為核心區、緩沖區和實驗區。該研究采用疊加分析法，對四姑娘山保護區不同功能區內的冰川面積進行統計分析，結果發現（表2和圖4～5），各個功能區內的冰川近年來均有不同程度的退縮之勢，核心區冰川覆蓋面積2013和2019年夏季分別為71%、72%，2015和2020年冬季分別為50%、51%，因此核心區的劃分對冰川保護具有重要意義。實驗區冰川覆蓋面積夏季均小于1%;冬季均小于16%，因此實驗區進行分區保護，對于減緩冰川融化具有積極作用。

根據美國國家冰雪數據中心（National Snow and Ice Data Center）官方網站（http：//nsidc.org）上下載2010年1月—2018年12月的MODIS積雪產品數據，在保持積雪分類精度的情況下，完成數據積雪的云量消除，通過對2010—2018年冬夏兩組數據統計，得出冰川覆蓋面積在9年中呈波動下降趨勢（圖6），再次驗證目視解譯結果較為準確。

2.2 冰雪面積變化原因初析

2.2.1 自然原因。

冰川變化的影響因素有很多，其中氣溫、降水占重要比重。近年四姑娘山保護區夏季、冬季平均降水呈波動上升趨勢，但夏季、冬季平均氣溫總體呈波動下降趨勢（圖7～8），氣溫對保護區冰川的影響不足以彌補降水對冰川的消融，由于冰川對氣候響應的滯后性，面積的變化不能反映年度的氣溫狀況，而是反映整體氣候情況，因此在該研究區氣溫與冰川變化具有不平衡性。對2013—2018年夏季和冬季平均氣溫、降水量以及冰川面積的相關性進行檢驗，結果發現，冬季降水量和平均氣溫與冰川面積的相關系數分別為0.264 804、-0.377 790，夏季降水量和平均氣溫與冰川面積的相關系數分別為0.126 006、0.250 375，可見兩者對冰川變化的影響相關性較弱。

2.2.2 人類活動。

四姑娘山作為國家級自然保護區、國家級風景名勝區、國家地質公園、世界自然遺產地和國家AAAA 景區，山地戶外運動和各種旅游活動逐年增多：①攀冰資源。冬季四姑娘山小溝、人參果坪、五色山、攆魚壩等冰瀑，上百條冰瀑攀爬難度各不相同，并且通往此處的交通便利。②高山滑雪、滑翔資源。冬季四姑娘山積雪期長，高山滑雪資源十分豐富，大峰、二峰、三峰和駱駝峰都可以進行滑翔運動。③登山資源。有大峰、二峰、三峰、幺妹峰、五色山、野人峰、駱駝峰、玉兔峰、婆繆峰、日月寶鏡山等[10]。

2013—2018年旅游人數逐年增加，2016年更是井噴式增長，2019—2020年受新冠肺炎疫情的影響有所下跌，但四姑娘山保護區整體旅游人數仍將呈增長趨勢（圖9）。這一系列活動對保護區內的冰川將會造成不可逆的傷害，故保護區管理局需嚴格控制區內的各項人類活動。

3 結論

山地冰川變化及其影響是當今的關注熱點，氣候因素依靠全球大環境的改變，但對四姑娘山保護區冰川時空變化研究成果進行系統梳理和總結，認為保護區2013—2020年的冰川退縮情況與自然因素相關性不顯著，與逐年人類活動的增加相關性較高，因此提出以下建議與對策：

（1）合理控制登山活動，避免人類活動對冰川的直接破壞。四姑娘山保護區的山地戶外資源和旅游資源相當豐富，被譽為“東方圣山，戶外天堂”[10]。近年來，隨著山地戶外運動關注度的逐年提高，保護區旅游人數呈井噴式增長，帶來旅游收入的同時也會對保護區脆弱的生態環境造成不可逆的傷害，因此保護區管理部門要增強管理意識。

（2）在保護區內盡量采用清潔能源，例如太陽能、風能等，來減少溫室氣體排放。同時，保護區管理部門可在規劃區內設置冰川防護堤，減緩冰川融化。

（3）在保護區內設置冰川長期定位監測系統，安裝相關設備，為開展長期監測提供技術支持。

（4）培養專業人才。對四姑娘山保護區內的動植物、冰川等進行科學研究，深化對保護區自然環境的認識，努力提高保護區的科研監測水平，為實現保護區的可持續發展提供助力。

參考文獻

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