2016年岡底斯山冰川矢量數據集

2016年岡底斯山冰川矢量數據集
作者：劉娟　姚曉軍　曹娟　張大弘　段紅玉
2019年6月20日

本作品收錄於《中國科學數據》

劉娟, 姚曉軍, 曹娟, 等. 2016年岡底斯山冰川矢量數據集[J/OL]. 中國科學數據, 2019. (2019-06-10). DOI: 10.11922/csdata.2019.0020.zh.

摘要&關鍵詞

摘要：岡底斯山（29°14′–33°42′ N, 78°52′–90°03′ E）橫貫西藏自治區西南部，西起喀喇崑崙山東南部的薩色爾山脊，東至納木錯西南與念青唐古拉山西段銜接，山體呈西北–東南走向，大致與喜馬拉雅山平行，是青藏高原和歐亞大陸南緣最為醒目的構造單元之一。岡底斯山西段屬極大陸型冰川分布區，東段屬亞大陸型冰川分布區，該區域的冰川變化對水資源有重要影響。本數據集基於修訂後的中國第一、二次冰川編目數據、2015–2016年Landsat遙感影像和ASTER GDEM高程數據，提取2016年岡底斯山冰川矢量數據，並增加了冰川編碼、名稱、流域等相關信息。本數據集反映了2015–2016年岡底斯山的冰川分布情況，可作為該區域冰川變化、氣候變化等研究的基礎數據。

關鍵詞：冰川；2016年；岡底斯山

Abstract & Keywords

Abstract: The Gangdisê Mountains (29°14′–33°42′ N, 78°52′–90°03′ E) extend across the southeastern part of the Tibet Autonomous Region. Starting at Sassel Ridge in the south-eastern part of the Karakorum in the west and ending at the southwest part of the Namco in the east, the Gangdisê Mountains connect to the western part of the Nyainqetanglha Range. The Gangdisê Mountains are roughly parallel to the Himalayas and have a NW-SE trend. The Gangdisê Mountains are one of the most striking tectonic units in the southern margin of the Tibetan Plateau and Eurasia. The glacier types in the Gangdisê Mountains include polar glaciers in the western part and continental glaciers in the eastern part. This Gangdisê Mountains glacier dataset was developed by integrating several data sources: the revised First Chinese Glacier Inventory (FCGI), the Second Chinese Glacier Inventory (SCGI), Landsat OLI images for 2015–2016 and ASTER GDEM. At the same time, the information of glacier coding, name, basin and so on was added. The dataset reflect the glacier distributions in the Gangdisê Mountains from 2015 to 2016, and can be used for research on the glacier and climate changes in the region.

Keywords:  glacier ; 2016; Gangdisê Mountains

數據庫（集）基本信息簡介

數據庫（集）名稱	2016年岡底斯山冰川矢量數據集
數據作者	劉娟、姚曉軍、曹娟、張大弘、段紅玉
數據通信作者	姚曉軍（yaoxj_nwnu@163.com）
數據時間範圍	2016年
地理區域	地理範圍包括北緯29°14′–33°42′，東經78°52′–90°03′
數據量	1.75 MB
數據格式	ESRI shapefile文件（壓縮為*.zip格式）
數據服務系統網址	http://www.sciencedb.cn/dataSet/handle/775
基金項目	國家自然科學基金（41561016，41861013，41801052）；西北師範大學青年教師科研能力提升計劃項目（NWNU-LKQN-14-4）。
數據庫（集）組成	數據集共包括1個數據文件：glacier_outlines.zip是2016年岡底斯山冰川邊界矢量數據。

Dataset Profile

Title	A dataset of glacier in the Gangdisê Mountains in 2016
Data corresponding author	YAO Xiaojun (yaoxj_nwnu@163.com)
Data authors	LIU Juan, YAO Xiaojun, CAO Juan, ZHANG Dahong, DUAN Hongyu
Time range	2016
Geographical scope	29°14′–33°42′, 78°52′–90°03′
Data volume	1.75 MB
Data format	ESRI Shapefile file (compressed in *.zip)
Data service system	<http://www.sciencedb.cn/dataSet/handle/775>
Sources of funding	National Natural Science Foundation of China (41561016, 41861013, 41801052); Earlier Career Research Promotion Program of Northwest Normal University (NWNU-LKQN-14-4).
Dataset composition	The dataset consists of 1 subset: Glacier_ outlines.zip is the glacier outlines of the Gangdisê Mountains in 2016.

引 言

冰川作為冰凍圈的重要組成部分^[1]，是重要的固體淡水資源，對區域社會經濟發展、生態系統和環境均有重要影響^[2][3]。冰川變化與氣候變化關係密切，是區域氣候變化的「指示器」^[4]。青藏高原被譽為世界第三極，是中低緯度地區最大的現代冰川和第四紀冰川分布區，且冰川主要分布於崑崙山、喜馬拉雅山、喀喇崑崙山、祁連山、橫斷山、唐古拉山、帕米爾高原以及念青唐古拉山等高山、極高山地區^[5][6]。20世紀以來青藏高原冰川呈退縮趨勢，且近年來有加劇的態勢^[7]。在氣候變暖背景下，冰川的退縮不僅對區域水資源和海平面上升有重要影響^[8][9]，且加劇了冰湖潰決洪水和泥石流等自然災害的發生^[10][11]。岡底斯山作為我國季風區與非季風區分界線的一部分，也是青藏高原南北重要的地理界線，亦是高原外流水系與內流水系的重要分水嶺^[12]。因此，認清其岡底斯山冰川變化及其對氣候變化的響應有着重要意義。本文基於修訂後的中國第一、二次冰川編目數據和2015–2016年Landsat OLI遙感影像提取2016年岡底斯山冰川矢量數據集，可作為岡底斯山冰川變化的基礎數據，從而為認識該區域冰川水資源變化及其冰凍圈災害演化趨勢提供科學依據。

1 數據採集和處理方法

1.1 數據源

2016年岡底斯山冰川矢量數據所採用的數據源為13景Landsat OLI遙感影像（表1），由地理空間數據云（http://www.gscloud.cn）和美国地质调查局（USGS）网站（http://glovis.usgs.gov/）下载获得，其中11景遥感影像采集时间为2016年，2景为2015年。2016年冰川矢量数据所用的数字高程模型（DEM）数据是ASTER GDEM數據，空間分辨率為30 m，用於提取冰川幾何參數及單條冰川劃分，該數據從地理空間數據云下載獲得。同時，參考修訂後的中國岡底斯山第一、二次冰川編目數據、地形圖和Google Earth確定冰川的位置和名稱。

表1 2015–2016年岡底斯山冰川數據解譯所採用的Landsat OLI遙感影像

序號	軌道號		獲取日期	序號	軌道號		獲取日期
	Path	Row			Path	Row
1	138	39	2016-04-27	8	143	38	2016-10-07
2	138	40	2016-04-27	9	143	39	2016-09-05
3	139	39	2016-03-17	10	144	38	2016-06-24
4	140	39	2016-10-18	11	145	37	2016-10-15
5	141	39	2016-05-18	12	145	38	2016-09-03
6	141	40	2015-10-07	13	146	37	2016-09-10
7	142	39	2015-09-28

1.2 數據處理過程

基於Landsat OLI遙感影像，採用中國第二次冰川編目方法^[13]提取2016年岡底斯山冰川矢量數據。首先利用波段比值法並通過人工交互式方法確定閾值得到裸冰川邊界二值圖像，並轉換為矢量多邊形，然後參考第一、二次冰川編目數據和Google Earth對矢量數據進行人工修訂和質量檢查，以保證冰川能夠被準確識別。最後根據郭萬欽^[14]等提出的山脊線自動提取方法，利用ASTER GDEM數據提取山脊線矢量數據，並以此對修訂後的冰川邊界進行分割，從而得到各單條冰川的矢量數據。

圖片

圖1 岡底斯山冰川矢量數據提取技術路線

2 數據樣本描述

2.1 數據圖形樣本

已有研究表明，中國第一次冰川編目數據集存在少量冰川的邊界繪製不正確、小冰川被遺漏或部分季節性雪斑被誤判為冰川等錯誤^[15]。因此，為提高冰川數據質量，在提取2016年岡底斯山冰川矢量數據集之前，首先對兩次冰川編目數據進行交叉驗證。其中，重點檢查形狀差異較大的冰川、消失冰川（即僅在第一次冰川編目數據集中存在的冰川）和新生冰川（即僅在第二次冰川編目數據集中存在的冰川），並在尊重事實前提下對這些冰川進行人工修訂。經檢查，岡底斯山第一、二次冰川編目數據均有漏編現象。首先對岡底斯山第一、二次冰川編目數據漏編的冰川進行補充。其次基於修訂後的岡底斯山第一、二次冰川編目數據提取本數據集，並參考其相關屬性確定冰川的名稱及位置。

在全球氣候變暖背景下，岡底斯山1970–2016年冰川普遍呈退縮趨勢，冰川面積共減少854.05 km2（−39.53%），冰川面積變化相對速率高達−1.09%/a；相較於西部典型山區的冰川變化，岡底斯山是我國西部地區冰川退縮最為快速的地區^[16]。如圖2a所示的冰川是岡底斯山面積最大的冰川，1970年面積為23.20 km2，2016年面積為21.14 km2，近50年間面積減少比例為−8.88%。

1970–2016年，岡底斯山有部分冰川完全消失、發生分裂或者在冰川編目中被漏編。如圖2b的兩條冰川在1970年面積為0.55 km2，而在2009年已完全消失；圖2c所示的的冰川在退縮過程中逐漸分裂為兩條冰川，面積也由4.58 km2減少到2.91 km2；圖2d所示的冰川在第二次冰川編目中被漏編，其在1970年的冰川面積為14.58 km2。

圖片

圖2 消失冰川、分裂冰川及漏編冰川

2.2 數據屬性表

2016年岡底斯山冰川矢量數據集屬性表包含15個字段（表2），反映了各條冰川的位置、幾何和屬性信息。其中，ID為屬性表的唯一值字段；Name為冰川名稱，參考地形圖、第二次冰川編目及Google Earth確定；GLIMS_ID為冰川編碼，方法同第二次冰川編目一致；Province為冰川所在省份；Mountain為冰川所在山系；City為冰川所在市或地區；Image為提取冰川所用的遙感影像；Latitude和Longitude為冰川的經緯度，反映冰川的位置信息；Basin_1、Basin_2及Basin_3表示冰川所在的一級、二級和三級流域；Max_Elev和Min_Elev為冰川最高點與最低點的高程值；Area為冰川的面積。

表2 2016年岡底斯山冰川矢量數據集屬性表說明

序號	字段名稱	數據類型	字符長度	字段描述
1	ID	Short Integer	5	標識碼
2	Name	Text	12	冰川名稱
3	GLIMS_ID	Text	14	冰川編碼
4	Province	Text	20	冰川所在省份
5	Mountain	Text	14	冰川所在山系
6	City	Text	18	冰川所在市或地區
7	Image	Text	50	主要遙感影像
8	Latitude	Float	6	冰川的經度
9	Longitude	Float	6	冰川的緯度
10	Basin_1	Text	4	冰川所在一級流域
11	Basin_2	Text	6	冰川所在二級流域
12	Basin_3	Text	8	冰川所在三級流域
13	Max_Elev	Short Integer	4	最高點海拔
14	Min_Elev	Short Integer	4	最低點海拔
15	Area	Float	6	冰川面積

3 數據質量控制和評估

冰川邊界提取的精度主要受傳感器和圖像配准誤差的影響^[17][18]，對於冰川邊界遙感解譯結果的檢驗可以通過地面實況調查或高空間分辨率的遙感數據分類結果作為參考數據^[19]。本數據集僅考慮遙感影像空間分辨率造成的誤差，可由下式計算得出^[16]：

圖片 （1）

式中,ε為影像空間分辨率造成的冰川面積誤差；N為冰川輪廓的周長；A為半個像元的邊長（Landsat OLI為15 m）。結果表明，2015~2016年由Landsat OLI遙感影像空間分辨率造成的冰川面積誤差為±116.89 km2，占冰川總面積的±8.95%。

4 數據價值

本數據集基於中國第二次冰川編目方法提取2016年岡底斯山冰川矢量邊界，能夠與第二次冰川編目數據結合使用，可靠性較高，能夠為區域冰川變化、探討冰川變化與區域氣候變化的關係等相關研究提供基礎數據，亦可為在氣候變暖背景下探討冰川變化對氣候變化的響應規律及區域水資源合理利用提供支撐數據。

5 數據使用方法及建議

本數據集採用Shapefile矢量數據格式存儲，地理坐標係為WGS-1984，投影坐標係為Albers等積投影，可在ArcMap等GIS軟件或ENVI等軟件打開並進行查詢、編輯及統計等操作。

致 謝

感謝地理空間數據云和美國地質調查局（USGS）網站提供的Landsat遙感影像與數字高程模型（DEM）數據，感謝科技部基礎性工作專項「中國冰川資源及其變化調查」項目組提供的冰川編目數據。

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數據引用格式

劉娟, 姚曉軍, 曹娟, 等. 2016年岡底斯山冰川矢量數據集[DB/OL]. Science Data Bank, 2019. (2019-06-10). DOI: 10.11922/sciencedb.775.