2016年阿爾金山冰川邊界及長度數據集
| 2016年阿爾金山冰川邊界及長度數據集 作者：張聰 姚曉軍 張大弘 2019年11月18日 |
 張聰, 姚曉軍, 張大弘. 2016年阿爾金山冰川邊界及長度數據集[J/OL]. 中國科學數據, 2019. (2019-11-08). DOI: 10.11922/csdata.2019.0063.zh. |
摘要&關鍵詞
[編輯]摘要：阿爾金山位於青藏高原北緣，以當金山口和車爾臣河上遊河谷為界，是塔里木盆地和柴達木盆地的界山，該地區冰川屬亞大陸型冰川和極大陸型冰川。冰川邊界和長度是冰川的重要參數，其變化可直接反映冰川的進退狀態，並間接表徵區域的氣候變化規律。本數據集基於2016年Landsat OLI遙感影像和SRTM DEM數字高程模型數據，採用人工目視解譯和冰川中流線方法獲得阿爾金山2016年冰川邊界和冰川長度數據。本數據集包含兩個數據：1）2016年阿爾金山冰川邊界矢量數據；2）2016年阿爾金山冰川長度矢量數據。本數據集反映了阿爾金山2016年冰川邊界及長度狀態，可作為區域冰川變化和氣候變化等研究的基礎數據。
關鍵詞：冰川；邊界；中流線；長度；阿爾金山
Abstract & Keywords
[編輯]Abstract: TheNoneAltun mountains is located in the northern edge of the Tibet Plateau. It is the boundary of the Tarim Basin and the Qaidam Basin, which is bounded by the Dajinshan pass and the upper reaches of the Qiemo River. Glaciers in the Altun Mountains are subcontinental glaciers and polar continental glaciers. The boundary and length are two vital parameters of one glacier, whose change can directly reflect its advance and retreat, and indirectly characterize the regional climate change. Based on the Landsat OLI images and SRTM DEM, the boundary and glacier length of glaciers in the Altun mountains in 2016 were obtained by means of manual visual interpretation and glacier centerline method. The dataset contains two parts: 1) glacier boundary vector data in the Altun Mountains in 2016; 2) glacier length vector data in the Altun Mountains in 2016. This dataset reflects the boundary and length of glaciers in the Altun Mountains in 2016 and can be used as the basic data of glacier change and regional climate change research.
Keywords: glacier; boundary; centerline; length; Altun Mountains
數據庫（集）基本信息簡介
[編輯]| 數據庫（集）名稱 | 2016年阿爾金山冰川邊界及長度數據集 |
| 數據作者 | 張聰，姚曉軍，張大弘 |
| 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 | 37°30′N–39°36′N，85°52′E–94°21′E |
| 數據量 | 972.22 KB |
| 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/884 |
| 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2個數據文件：Altun_glacier_inventory_2016.zip是2016年阿爾金山冰川邊界矢量數據；Altun_glacier_centerline_2016.zip是2016年阿爾金山冰川長度數據。 |
Dataset Profile
[編輯]| Title | A dataset of boundary and length of glaciers in the Altun Mountains in 2016 |
| Data authors | Zhang Cong, Yao Xiaojun, Zhang Dahong |
| Data corresponding author | Yao Xiaojun (yaoxj_nwnu@163.com) |
| Time range | 2016 |
| Geographical scope | 37°30′N–39°36′N，85°52′E–94°21′E |
| Data volume | 972.22 KB |
| Data format | ESRI Shapefile file（compressed in *.zip） |
| Data service system | <http://www.sciencedb.cn/dataSet/handle/884> |
| 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). |
| Data composition | The dataset consists of 2 subsets: Altun_glacier_inventory_2016.zip is glacier boundary vector data in the Altun Mountains in 2016; Altun_glacier_centerline_2016.zip is the glacier length data in the Altun Mountains in 2016. |
引 言
[編輯]冰凍圈作為地球系統的五大圈層之一，由地球陸地和海洋表面及以下的積雪、冰和凍土組成[1]。冰川不僅是冰凍圈的重要組成部分[2]，而且是全球氣候變化的重要驅動因子[3]。山地冰川作為參與區域水循環的重要成員，對區域氣候和環境的變化極其敏感[4]。冰川長度是反映冰川變化的重要參數之一[5]，其提取方法包括冰川主流線提取法[6][7][8][9]和冰川中流線提取法[10][11]。前者通過水文分析提取匯水線，後者則是基於冰川邊界提取冰川最高點到冰川末端的中心線[12]。
阿爾金山（37°30′N–39°36′N，85°52′E–94°21′E）位於青藏高原北緣，是新疆、青海和甘肅三省（自治區）的界山（圖1），其西接崑崙山，東鄰祁連山，呈西南–東北走向；山體總面積約6.19×104 km2，長約750 km，最寬處約130 km[13]；平均海拔在4000 m以上，最高峰被稱為阿爾金山，海拔5798 m[14]。由於深居內陸和受地形阻隔，阿爾金山地區以溫帶大陸性氣候為主，全年乾旱少雨，四季溫差大，年平均降水量僅110 mm，是亞洲中部最乾旱的山地[15]，冰川融水是區域內塔卡薩依河、若羌河和米蘭河等河流的重要補給水源。因此，認清阿爾金山的冰川現狀和冰川長度，對研究該區域氣候變化和水資源分配均具有重要價值和意義。相關研究表明，阿爾金山冰川近年來呈不同程度的退縮趨勢[13]。本文基於2016年Landsat OLI遙感影像和SRTM DEM數據，通過波段比值法結合人工目視解譯和冰川中流線提取方法，獲得阿爾金山冰川邊界和長度數據，以期為認識該區域冰川現狀及其對全球氣候變暖的響應和水資源合理利用等研究提供基礎數據支持。
圖1 阿爾金山冰川分布
1 數據採集和處理方法
[編輯]1.1 數據源
[編輯]本數據集採用的基礎數據包括研究區2016年Landsat OLI遙感影像及SRTM DEM數字高程模型數據。其中，Landsat OLI遙感影像共5景（表1），從美國地質調查局網站（http://glovis.usgs.gov）获取，影像冰川区少云少雪，满足人工目视解译冰川要求；SRTM DEM空間分辨率為30 m，用於冰川地形參數提取。
表1 Landsat OLI遙感影像
| 序號 | 軌道號 | 獲取日期 | 雲量（%） | |
| Path | Row | |||
| 1 | 138 | 33 | 2016-08-01 | 0.03 |
| 2 | 140 | 33 | 2016-07-14 | 1.57 |
| 3 | 140 | 34 | 2016-07-14 | 0.21 |
| 4 | 142 | 34 | 2016-05-09 | 14.49 |
| 5 | 142 | 34 | 2016-06-26 | 7.96 |
1.2 數據處理
[編輯]2016年阿爾金山冰川邊界矢量數據提取採用中國第二次冰川編目方法[16]，基於Landsat OLI遙感影像，通過波段比值法與人工交互提取冰川邊界，同時參考Google Earth對冰川矢量邊界進行逐一檢查與修訂，最後根據山脊線自動提取方法提取的山脊線對修訂後的冰川邊界進行分割，得到冰川矢量數據[17][18]。2016年阿爾金山冰川長度數據提取採用姚曉軍等[19]提出的冰川中流線自動提取方法。首先依據冰川積累區和消融區的末端形態，將冰川分為單一盆地、單一出口冰川，複式盆地類型冰川和冰帽類冰川三種形態；通過DEM數據獲取冰川輪廓上的海拔最高點和最低點並基於此對冰川輪廓線進行分割，採用歐式距離方法將冰川劃分為多個區域，區域的公共邊界即為冰川中流線[11]，數據處理流程如圖2所示。
受地形因素影響，阿爾金山冰川多屬規模較小的單一盆地、單一出口類型，2016年面積小於2.0 km2的冰川數量占該山系冰川總數量的92.70%。複式盆地類型和冰帽類型冰川數量較少，且多為大規模冰川；這兩類冰川一般有多條支冰川中流線，處理時需要匯總計算其平均長度與最大長度，各支冰川或獨立冰川中流線長度的平均值即為該冰川的平均長度。
圖2 阿爾金山冰川矢量數據與冰川中流線提取技術路線
2 數據樣本描述
[編輯]2.1 數據圖形樣本
[編輯]2.1.1 阿爾金山冰川邊界矢量數據
[編輯]本數據集中的矢量文件Altun_glacier_inventory_2016是2016年阿爾金山的冰川邊界矢量數據，樣本展示如圖3。
圖3 2016年阿爾金山冰川
2.1.2 阿爾金山冰川長度矢量數據
[編輯]本數據集中的矢量文件Altun_glacier_centerline_2016是2016年阿爾金山的冰川長度矢量數據，根據冰川積累區和消融區的末端形態，將冰川分為單一盆地、單一出口類型冰川，複式盆地類型冰川和冰帽類冰川三種形態，樣本展示如圖4–6。
2.1.2.1 單一盆地、單一出口類型冰川長度數據
[編輯]圖4為單一盆地、單一出口類型冰川（GLIMS編碼為G086841E37797N）中流線提取結果。2016年該冰川面積為0.48 km2，冰川長度為1347.46 m，冰川末端海拔為5073 m。
圖4 單一盆地、單一出口類型冰川的海拔最高點、最低點和中流線
2.1.2.2 複式盆地類型冰川長度數據
[編輯]圖5為複式盆地類型冰川（GLIMS編碼為G088759E38216N）中流線提取結果。2016年該冰川面積為2.67 km2，最大冰川長度為3250.13 m，冰川平均長度為2983.16 m，冰川末端海拔為4887 m。
圖5 複式盆地類型冰川的海拔最高點、最低點和中流線
2.1.2.3 冰帽類冰川長度數據
[編輯]圖6為冰帽類冰川（GLIMS編碼為G089139E38241N）中流線提取結果。2016年該冰川面積為0.79 km2，最大冰川長度為1766.79 m，冰川平均長度為1529.06 m，冰川末端海拔為4673 m。
圖6 冰帽類冰川的海拔最高點、最低點和中流線
2.2 數據屬性表
[編輯]2.2.1 阿爾金山冰川邊界數據屬性表
[編輯]研究區冰川邊界矢量數據屬性表由6個字段組成（表2）。其中，GLIMS_ID為冰川編碼，格式為GnnnnnnEmmmmm[N|S]，nnnnnn的數值範圍為[000000，359999]，mmmmm的數值範圍為[00000,90000]，數值為冰川的經緯度坐標值（以度為單位）乘以1000，經度以本初子午線為原點，西經的數值範圍為（180，360），[N|S]中N表示北緯，S表示南緯；FCGI_ID為流域編碼，國內流域編碼體系採用10位長的代碼，阿爾金山地區屬於東亞內部流域，因此其流域代碼為5Ynnnmmmmm。其中5表示亞洲，Y表示東亞內部流域（一級），3位表示二級流域，4位表示三級流域，5位表示四級流域，10位表示五級流域，本數據集採用五級流域編碼；Mtn_Name為冰川所在山系；Pref_Name為冰川所在的省和地級市；DataSource為冰川邊界解譯所用的遙感影像信息；Area為冰川的面積。
表2 2016年阿爾金山冰川矢量數據集屬性表說明
| 序號 | 名稱 | 數據類型 | 字符長度 | 字段描述 |
| 1 | GLIMS_ID | Text | 30 | 冰川編碼 |
| 2 | FCGI_ID | Text | 20 | 流域編碼 |
| 3 | Mtn_Name | Text | 50 | 山脈名稱 |
| 4 | Pref_Name | Text | 60 | 省市名稱 |
| 5 | DataSource | Text | 50 | 數據源 |
| 6 | Area | Double | 10 | 冰川面積 |
2.2.2 阿爾金山冰川長度數據屬性表
[編輯]研究區冰川長度屬性表由10個字段組成（表3）。其中，GLIMS_ID和FCGI_ID參考中國冰川編目格式；Mean_Leng和Max_Leng反映冰川長度信息；Count反映冰川中流線的數量；Area為對應冰川的面積；Max_Elev和Min_Elev分別記錄了冰川邊界上的最大及最小高程信息。
表3 2016年阿爾金山冰川長度數據集屬性表說明
| 序號 | 名稱 | 數據類型 | 字符長度 | 字段描述 |
| 1 | GLIMS_ID | Text | 30 | 冰川編碼 |
| 2 | FCGI_ID | Text | 20 | 流域編碼 |
| 3 | Mean_Leng | Double | 10 | 平均長度 |
| 4 | Max_Leng | Double | 10 | 最大長度 |
| 5 | Count | Long Integer | 10 | 中流線數量 |
| 6 | Area | Double | 10 | 冰川面積 |
| 7 | Max_Elev | Long Integer | 10 | 最高點海拔 |
| 8 | Min_Elev | Long Integer | 10 | 最低點海拔 |
| 9 | Author | Text | 20 | 作者 |
| 10 | Year | Long Integer | 10 | 年份 |
3 數據質量控制和評估
[編輯]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[20][21]。2016年阿爾金山冰川數據基於中國第二次冰川編目方法提取[16]，採用波段比值與人工目視解譯相結合的方法，精度控制在1個像元之內。冰川長度的提取基於冰川類型的不同，採用姚曉軍等[19]提出的冰川中流線法。對於單一盆地、單一出口型冰川通常只有一個最高點和最低點，可實現自動提取，人工干預較少，效果較好；對於複式盆地類型冰川，通常由多條支冰川組成，自動提取的中流線效果較差，需要參考冰川中值面積高程和等高線形態保留子流域部分公共邊界線進行修正；對於冰帽類冰川，由於其最高點通常出現在冰川內部且末端多為裙狀，需要採用郭萬欽[18]等提出的山脊線自動提取方法提取山脊線進行修正。
4 數據價值
[編輯]基於Landsat OLI遙感影像和SRTM DEM數據獲取了2016年中國阿爾金山冰川邊界及其長度數據集。與其他冰川數據集相比較，本數據集更側重於冰川長度這一參數的提取。此外，自動提取中流線與人工修訂相結合在一定程度上保證了冰川長度數據的準確性。本數據集作為研究阿爾金山冰川現狀的基礎數據，可為揭示區域冰川面積、周長和長度之間的定量關係，以及認識該區域冰川變化提供數據支撐。
5 數據使用方法和建議
[編輯]本數據集採用了ESRI Shapefile矢量數據的文件格式，地理坐標係為WGS-1984，投影坐標係為Albers等積投影，可以在ArcGIS和ENVI等軟件下打開、顯示、編輯和統計。
致 謝
[編輯]感謝美國地質調查局（USGS）、地理空間數據云提供的Landsat OLI數據和DEM數據。
參考文獻
[編輯]- ↑ 劉時銀, 姚曉軍, 郭萬欽, 等. 基於第二次冰川編目的中國冰川現狀[J]. 地理學報, 2015, 70(1): 3-16.
- ↑ Li X, Cheng G, Jin H, et al. Cryospheric change in China[J]. Global and Planetary Change, 2008,62(3): 210-218.
- ↑ Oerlemans J. Quantifying global warming from the retreat of glaciers[J]. Science, 1994, 264(5156): 243-245.
- ↑ 姚檀棟, 劉時銀, 薄健辰, 等. 高亞洲冰川的近期退縮及其對西北水資源的影響[J]. 中國科學(D輯), 2004, 34(6): 535-543.
- ↑ Machguth H, Huss M. The length of the world’s glaciers: a new approach for the global calculation of center lines[J]. Cryosphere, 2014, 8(5): 1741-1755.
- ↑ 李珊珊. 中國天山不同地區典型冰川末端變化特徵及其空間差異研究[D]. 蘭州: 西北師範大學, 2013.
- ↑ 郭萬欽, 劉時銀, 許君利, 等. 木孜塔格西北坡魚鱗川冰川躍動遙感監測[J]. 冰川凍土, 2012, 34(4): 765-774.
- ↑ 王璞玉, 李忠勤, 曹敏, 等. 近45年來托木爾峰青冰灘72號冰川變化特徵[J]. 地理科學, 2010, 30(6): 962-967.
- ↑ Wang JZ, Zhang YJ, Zhang WM, et al. Methods for calculating glacier area and length in a mountainous area based on remote-sensing data and a digital elevation model[J]. Sciences in Cold and Arid Regions, 2010, 2(4): 298-304.
- ↑ Kienholz C, Rich J L, Arendt A A, et al. A new method for deriving glacier centerlines applied to glaciers in Alaska and northwest Canada[J]. Cryosphere, 2014, 8(2): 503-519.
- ^ 11.0 11.1 Le Bris R, Paul F. An automatic method to create flow lines for determination of glacier length: a pilot study with Alaskan glaciers[J]. Computers and Geosciences, 2013, 52(1): 234-245.
- ↑ 楊佰義, 張靈光, 高揚, 等. 基於高分衛星數據的冰川長度綜合提取方法[J]. 冰川凍土, 2016, 38(6), 1615-1623.
- ^ 13.0 13.1 祝合勇. 近40年來阿爾金山現代冰川變化的遙感監測研究[D]. 蘭州: 蘭州大學, 2012.
- ↑ 張佃民. 從阿爾金山的植被特點論柴達木盆地在植被區劃上的位置[J]. 西北植物研究, 1983, 3(2): 150-156.
- ↑ 袁國映. 阿爾金山和東崑崙山的垂直自然帶[J]. 乾旱區資源與環境, 1991, 5(1): 78-86.
- ^ 16.0 16.1 Guo W, Liu S, Xu J, et al. The second Chinese glacier inventory: data, methods and results[J]. Journal of Glaciology, 2015, 61(226): 357-372.
- ↑ 吳坤鵬, 劉時銀, 郭萬欽. 1980–2015年崗日嘎布地區冰川分布數據集[J/OL]. 中國科學數據, 2018, 3(4). (2018-06-05). DOI: 10.11922/Csdata. 2018. 0013.zh.
- ^ 18.0 18.1 郭萬欽, 劉時銀, 余蓬春, 等. 利用流域邊界和坡向差自動提取山脊線[J]. 測繪科學, 2011,36(6):191, 210-212.
- ^ 19.0 19.1 姚曉軍, 劉時銀, 朱鈺, 等. 基於GIS的冰川中流線自動提取方法設計與實現[J]. 冰川凍土, 2015, 37(6): 1563-1570.
- ↑ Williams R S, Hall D K, Sigurosson O. Comparison of satellite-derived with ground-based measurements of the fluctuations of the margins of Vatnajökull, Iceland, 1973-92[J]. Annals of Glaciology, 1997, 24(3): 72-80.
- ↑ Hall D K, Bayr K J, Schnöer W, et al. Consideration of the errors inherent in mapping historical glacier positions in Austria from ground and space (1893-2001). Remote Sensing of Environment, 2003, 86(4): 566-577.
數據引用格式
[編輯]張聰, 姚曉軍, 張大弘. 2016年阿爾金山冰川邊界及長度數據集[DB/OL]. Science Data Bank, 2019. (2019-09-03). DOI: 10.11922/sciencedb.884.
