Μεταβολές στη μάζα των παγετώνων στα Όρη Lenglongling από το 1972 έως το 2016 με την χρήση δεδομένων τηλεπισκόπησης και μοντελοποίηση

Από RemoteSensing Wiki

Τίτλος άρθρου: Changes in glacier mass in the Lenglongling Mountains from 1972 to 2016 based on remote sensing data and modeling

Σύνδεσμος πρωτότυπου κειμένου: https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2019.124010

Συγγραφείς: Bo Cao, Baotian Pan, Zhenling Wen, Weijin Guan και Kaiji Li

Λέξεις-Κλειδιά: ισοζύγιο μάζας παγετώνα, υψόμετρο επιφάνειας παγετώνα, Όρη Lenglongling, γεωδαιτική μέθοδος, μέθοδος degree-day

Αντικείμενο Μελέτης

Οι παγετώνες διαδραματίζουν σημαντικό ρόλο στο κλιματικό σύστημα. Η ανάπτυξη ή η συρρίκνωση τους λόγω των μεταβολών της θερμοκρασίας και των χιονοπτώσεων έχει άμεση επίδραση στο κλίμα. Έχοντας αυτό υπόψη, στην εποχή μας, οι παγετώνες λειτουργούν ως μέσο ισορροπίας στην αλλαγή του κλίματος . Επιπλέον, τα βουνά αποτελούν μια από τις πιο σημαντικές πηγές νερού του κόσμου και ως ένα βαθμό αυτό οφείλετε στους παγετώνες που υπάρχουν σε αυτά. Με αυτά υπόψη, η παρούσα έρευνα υποστηρίζει τη σημαντικότητα της μελέτης των αλλαγών στη μάζα των παγετώνων, έτσι ώστε να κατανοηθεί καλύτερα ο τρόπος με τον οποίο θα μπορούσαν να ανταποκριθούν στην κλιματική αλλαγή.

Η μελέτη εστιάζει στους παγετώνες των βουνών Qilian, στην Κίνα. Οι παγετώνες των βουνών Qilian παρέχουν πολλές πηγές νερού και κατ’ επέκταση σημαντικές δυνατότητες χρήσης για ενέργεια, άρδευση και παροχή νερού σε ανθρώπους και ζώα. Παρ’ όλα αυτά ελάχιστα έχουν μελετηθεί και είναι γνωστά σε μακροπρόθεσμο πλαίσιο για την τάση των παγετώνων ή την συμβολή τους στις κοινωνίες της περιοχής. Έτσι, ένας στόχος της μελέτης υπήρξε ο εντοπισμός της μεταβολής της κάλυψης των παγετώνων στα Όρη Lenglongling (LLM), στο ανατολικό τμήμα των βουνών Qilian για την περίοδο από το 1972 έως το 2016. Δεύτερον, να προσδιοριστούν οι μεταβολές στη μάζα των παγετώνων στα LLM κατά την ίδια περίοδο με τη χρήση δύο διαφορετικών μεθόδων. Αρχικά με γεωδαιτικές μεθόδους βασισμένες σε τοπογραφικούς χάρτες και στη συνέχεια με δορυφορικά δεδομένα και χωρικά μοντέλα προσομοίωσης της μάζας των παγετώνων. Τρίτος στόχος της έρευνας υπήρξε η ανάλυση της επίδρασης του νερού που πηγάζει από τους παγετώνες στη γενικότερη ροή νερού στη λεκάνη απορροής Jiutiaoling Basin (JTLB). Από προηγούμενες μελέτες, αναφέρετε ότι οι παγετώνες που βρέθηκαν στα LLM είναι ιδιαίτερα ευαίσθητοι στην κλιματική αλλαγή και παρουσιάζουν υψηλότερο ρυθμό συρρίκνωσης από τους άλλους παγετώνες που μελετήθηκαν μέχρι τώρα στα βουνά Qilian (Pan et al., 2012).

Μεθοδολογία

Αρχικά σε αυτή τη μελέτη χρησιμοποιήθηκαν επτά τοπογραφικοί χάρτες, κλίμακας 1:50 000, από το 1972 για τη χαρτογράφηση των περιγραμμάτων των παγετώνων και για την ανάλυση του τοπικού ανάγλυφου. Βάση αυτούς του χάρτες ψηφιοποιήθηκαν υψομετρικές ανά 20m και έπειτα δημιουργήθηκε ένα μοντέλου εδάφους για το 1972. Επίσης συλλέχθηκαν εικόνες για τις 16 Ιουλίου 2016 από το δορυφόρο ZY-3 και με αυτές δημιουργήθηκε ένα μοντέλου εδάφους για την περιοχή, χρησιμοποιώντας το “DEM extraction” από το λογισμικό ENVI 5.0. Στη συνέχεια εφαρμόζετε στα διαχρονικά μοντέλα εδάφους συν-καταχώριση (co-registration) έτσι ώστε να αφαιρεθούν τα οριζόντια και τα κάθετα όφσετ πριν από οποιαδήποτε ανάλυση μεταβολών. Επίσης όλα τα μοντέλα εδάφους ανασυντάχθηκαν στο ίδιο μέγεθος εικονοστοιχείου, στα 30 m. Έπειτα εκτιμήθηκε η αβεβαιότητα στις διαφορές μεταξύ των μοντέλων εδάφους χρησιμοποιώντας την κανονικοποιημένη μέση απόλυτη απόκλιση (normalized median absolute deviation - NMAD) για τις περιοχές χωρίς παγετώνες. Άρα, η περιοχή των παγετώνων το 1972 λήφθηκε από τοπογραφικούς χάρτες (1: 50000) και η περιοχή των παγετώνων το 2016 εξήχθη από τις δορυφορικές εικόνες ZY-3 και την εικόνα Landsat OLI και επαληθεύθηκε στη συνέχεια χρησιμοποιώντας το Google Earth.

Οι μεταβολές της επιφάνειας των παγετώνων υπολογίστηκαν χρησιμοποιώντας το «DEM differentiation», τη διαφορά δηλαδή των μοντέλων εδάφους. Για την μετατροπή της μεταβολής της ανύψωσης σε αλλαγή μάζας, απαιτήθηκε μια παραδοχή σχετικά με την πυκνότητα. Χρησιμοποιήθηκε πυκνότητα 850 ± 60 kg m-3. Το ετήσιο ισοζύγιο μάζας των παγετώνων υπολογίστηκε για κάθε έτος με τη χρήση ενός χωρικά κατανεμημένου «degree-day» μοντέλου ημέρας (degree-day). Το μοντέλο βαθμονομήθηκε χρησιμοποιώντας τα διαθέσιμα ισοζύγια μάζας των παγετώνων που μετρήθηκαν για τον Παγετώνα NC01 για την περίοδο 2010-15.

Στη συνέχεια εξάχθηκαν τα σχετικά μετεωρολογικά δεδομένα, συμπεριλαμβανομένων των ημερήσιων θερμοκρασιών αέρα και των τιμών κατακρημνίσεων, από τα δεδομένα που καταγράφηκαν στον μετεωρολογικό σταθμό Menyuan στα LLM μεταξύ 1972 και 2017. Επίσης ένας υδρολογικός σταθμός στη JTLB που εξυπηρετεί μια συνολική έκταση απορροής 1043 km2 παρείχε ετήσια στοιχεία ροής νερού για την περίοδο 1972-2013. Οι ημερήσιες μέσες θερμοκρασίες του αέρα που εξήχθησαν από τον μετεωρολογικό σταθμό Menyuan και το AWS για την περίοδο μεταξύ 1ης Σεπτεμβρίου 2010 και 30 Ιουνίου 2017 χρησιμοποιήθηκαν για τον υπολογισμό των ημερήσιων τιμών TLR (temperature lapse rate). Σε αυτή τη μελέτη, οι ημερήσιες TLR υπολογίστηκαν για ένα ολόκληρο έτος για τον προσδιορισμό της ετήσιας χρονικής μεταβλητότητας. Επίσης, με την υπόθεση της γραμμικής αύξησης της κατακρήμνισης με την αύξηση του υψομέτρου γίνεται δυνατός ο υπολογισμός μιας βαθμίδας κατακρήμνισης. Έτσι, σύμφωνα με το σταθμό Menyuan και το σταθμό AWS κοντά στον παγετώνα, η ετήσια κλίση βροχόπτωσης ήταν 22,1 mm / 100 m-1.

Συμπεράσματα

Από το 1972 έως το 2016, η κάλυψη των παγετώνων στα LLM μειώθηκε κατά 41,1 km2, αφήνοντας μόνο το 62,1 km2 το 2016. Ο μέσος ρυθμός υποχώρησης ήταν 0,93 km2 a-1 (0,9% a-1) για την περίοδο 1972-2016. Αναφέρετε ότι μέσω των στατιστικών σχέσεων που παρατηρούνται, ανάμεσα στις περιοχές του παγετώνα και το υψόμετρο της επιφάνειας του εδάφους υποδηλώνετε ότι οι περισσότεροι παγετώνες βρίσκονται στη ζώνη 4300-4700 μέτρων. Η έκταση των παγετώνων σε αυτή την υψομετρική ζώνη αντιστοιχούσε στο 70-80% της συνολικής κάλυψης των παγετώνων τόσο στο 1972 όσο και στο 2016. Επίσης, η μεταβολή στην έκταση των παγετώνων φαίνεται πολύ μεγαλύτερη για τους παγετώνες στη ζώνη 4300-4500 μέτρων. Συγκεκριμένα, οι απώλειες στην έκταση των παγετώνων σε αυτή τη ζώνη αντιπροσώπευαν το 58,9% της συνολικής απώλειας έκτασης. Αντίθετα, στις περιοχές πάνω από 4700 μ. δεν παρατηρήθηκε κάποια εξίσου σημαντική απώλεια, αφού οι απώλειες σε αυτή την ζώνη αποτελούσαν μόλις το 12% του σύνολου απώλειας. Έχει παρατηρηθεί πως το μεγαλύτερο ποσοστό κάλυψης των παγετώνων στα LLM το 1972 βρισκόταν κοντά στα 4450m, αλλά από το 2016, το μεγαλύτερο ποσοστό στην περιοχή βρίσκετε πάνω από τα 4550m.

Επιπλέον, αναλύθηκε ο βαθμός μεταβολής των παγετώνων διαφορετικού μεγέθους και κλίσης. Από αυτό φάνηκε ότι οι μικρότεροι παγετώνες στα LLM είχαν ταχύτερη μείωση από τους μεγαλύτερους. Οι παγετώνες με περιοχές μικρότερες από 0,5 km2 το 1972 μειώθηκαν κατά 63,7%, ενώ οι μεγαλύτεροι παγετώνες (> 1 km2) έχασαν το 24,6% της συνολικής τους έκτασης. Ακόμα, από το 1972 έως το 2016, ο ετήσιος ρυθμός μεταβολής της επιφάνειας των παγετώνων προς τα νοτιοδυτικά ήταν 0,43 km2, ελαφρώς μεγαλύτερος από ό, τι για τα βορειοανατολικά (0,36 km2).

Επιπρόσθετα, η περιοχή LM εμφανίζεται να παρουσιάζει μια σημαντική υψομετρική μείωση, της κλίμακας των -18,7 ± 1,2 m (-0,43 ± 0,03 m a-1) ή μια μέση απώλεια μάζας 0,37 ± 0,03 m w.e. a-1, ισοδύναμη με μια συνολική μεταβολή μάζας 1,64 ± 0,11 Gt. κατά την περίοδο 1972-2016. Έντονη αραίωση παρατηρείται στο ανατολικό τμήμα των LLM, όπου εννέα παγετώνες αραιώνουν με μέσο ρυθμό 0,7 m ανά έτος. Γενικότερα η αραίωση των παγετώνων φαίνεται να είναι στο μέγιστο σε χαμηλά υψόμετρα και στο ελάχιστο σε μεγαλύτερα υψόμετρα. Επιπλέον διαπιστώνετε ότι σε περιοχές κάτω από τα 4800 m, κάθε μεταβολή των επιφανειών των παγετώνων παρουσιάζει μια γραμμική σχέση με το υψόμετρο. Πάνω από 4800 μ. αυτή η συσχέτιση είναι λιγότερο εμφανής.

Πριν από το 1993, οι τιμές του ισοζυγίου της μάζας των παγετώνων για τα LLM ήταν σταθερές, με την περίοδο 1982-1987 να παρουσιάζει μια συνεχής θετική τάση. Ωστόσο, μετά το 1993, στην περιοχή υπήρξαν συνεχώς αρνητικές τιμές ισοζυγίου και μετά το 2010, αυτή η αρνητική τάση επιταχύνθηκε, ιδιαίτερα το 2016, όταν έφθασε σε ετήσια αρνητική τιμή -1791 mm. Γενικά παρατηρείτε πως η διαφορά μεταξύ της γεωδαιτικής μεθόδου και της μοντελοποίησης δεν ήταν ιδιαίτερα μεγάλη αφού και οι δύο μέθοδοι παρήγαγαν σχετικά ακριβείς τιμές του ισοζυγίου της μάζας των παγετώνων για τα LLM για την περίοδο 1972-2016.

Τέλος, η χωρικά κατανεμημένη μοντελοποίηση χρησιμοποιήθηκε για τον προσδιορισμό των μέσων ετήσιων ρυθμών λιωμένου νερού από τους παγετώνες για την περίοδο 1972-2013 και για τη διερεύνηση της συμβολής του νερού από τους παγετώνες στη συνολική ροή. Η περιοχή της λεκάνης απορροής JTLB έχει κάλυψη 1043 km2 και η μέση έκταση κάλυψης των παγετώνων από το 1972 έως το 2014 είναι 14,6 km2. Έτσι διαπιστώνετε ότι η επιφάνεια των παγετώνων αντιπροσώπευε το 1,4% της επιφάνειας του JTLB και ότι η ετήσια ροή νερού από τους παγετώνες ήταν 1,4 × 107 m3 ή 4,6% της συνολικής ροής. Επίσης, σε έτη όπου η ροή ήταν σχετικά χαμηλότερη, όπως το 1972, το 1991 και το 2013, το νερό από τους παγετώνες αντιπροσώπευε μεγαλύτερο ποσοστό, άνω του 8% της ροής. Συνεπώς, αναφέρετε πως παρόλο που η κάλυψη των παγετώνων στην περιοχή συγκριτικά δεν είναι τόσο μεγάλη, ένα σημαντικό ποσοστό ροής νερού στη συγκεκριμένη περιοχή προέρχεται από αυτούς.