天山科其喀尔冰川表碛识别及其表面流速特征

周卫永; 许民; 康世昌; 韩海东; 韩惠

doi:10.13203/j.whugis20220656

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天山科其喀尔冰川表碛识别及其表面流速特征

摄影测量与遥感 | 更新时间：2026-11-05

- 天山科其喀尔冰川表碛识别及其表面流速特征
- Identification of Debris-Covered Koxkar Glacier in Mt. Tianshan and Its Velocity Characteristics
- 武汉大学学报（信息科学版） 2025年50卷第12期页码：2537-2547
- 作者机构：
  
  1.兰州交通大学测绘与地理信息学院,甘肃兰州,730070
  2.中国科学院西北生态环境资源研究院冰冻圈科学与冻土工程全国重点实验室,甘肃兰州,730000
  3.中国科学院大学,北京,100049
  4.地理国情监测技术应用国家地方联合工程研究中心,甘肃兰州,730070
  5.甘肃省地理国情监测工程实验室,甘肃兰州,730070
- 作者简介：
  
  周卫永，硕士，主要研究方向为雷达遥感应用和冰冻圈水文。dayzzwy@gmail.com
  许民，博士，副研究员。xumin@lzb.ac.cn
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金(41971094;41871055);中国科学院青年创新促进会人才项目(2019414)
- DOI：10.13203/j.whugis20220656
  中图分类号： P237
- 收稿：2024-05-28，
  
  纸质出版：2025-12-05
- 稿件说明：
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周卫永,许民,康世昌，等.天山科其喀尔冰川表碛识别及其表面流速特征[J].武汉大学学报（信息科学版）,2025,50(12):2537-2547.

ZHOU Weiyong,XU Min,KANG Shichang,et al.Identification of Debris-Covered Koxkar Glacier in Mt. Tianshan and Its Velocity Characteristics[J].Geomatics and Information Science of Wuhan University,2025,50(12):2537-2547.
周卫永,许民,康世昌，等.天山科其喀尔冰川表碛识别及其表面流速特征[J].武汉大学学报（信息科学版）,2025,50(12):2537-2547. DOI：10.13203/j.whugis20220656

ZHOU Weiyong,XU Min,KANG Shichang,et al.Identification of Debris-Covered Koxkar Glacier in Mt. Tianshan and Its Velocity Characteristics[J].Geomatics and Information Science of Wuhan University,2025,50(12):2537-2547. DOI：10.13203/j.whugis20220656

摘要

表碛覆盖型冰川有其独特的物质平衡特征，冰川流速是评估物质平衡的重要指标。针对遥感方法难以区分冰川表碛和岩石的问题，利用结合纹理和地形因素的特征优选随机森林算法识别了天山科其喀尔冰川的表碛范围，比较于其他机器学习方法，识别精度有显著提升。基于表碛识别结果和2017—2021年哨兵2号影像数据，采用特征匹配及互相关计算方法对表碛覆盖冰川流速进行了估算。表碛识别结果显示，表碛覆盖面积约24.6 km

，占整个科其喀尔冰川面积的31.7%。流速估算结果表明，科其喀尔冰川年均最大流速位于东支海拔4 380 m左右位置，在2020年达到约145.9 m/a。随海拔降低，冰川末端流速递减至0~10 m/a。对研究区1989—2021年的流速变化进行长时序分析发现，在冰川中上部，冰川表面流速随气候变暖而持续加快；在冰川下部海拔3 090~3 500 m的区间内，由于冰碛积累和冰舌的不断减薄，冰川表面流速持续降低，冰川物质平衡处于亏损状态。

Abstract

Objectives

The spectral characteristics of supraglacial debris are extremely similar to those of rocks

which is difficult to retrieve by semi-automatic or automatic interpretation of remote sensing. Obtaining the extent of supraglacial debris and glacial surface flow velocity can help to understand the characteristics of glacier mass balance about debris-covered glaciers.

Methods

Random forest method based on feature optimization is used to identify the supraglacial debris of Koxkar Glacier. To increase the distinguish ability between supraglacial debris and rocks

Sentinel-2 images

remote sensing indexes

terrain features and texture features are also added for image classification. Glacial flow velocity is estimated using coregistration of optical sensed images and correlation (COSI-Corr) method

which is considered to be one of the most effective methods for small-scale and high-precision estimation of glacial flow velocity.

Results

Compared with other machine learning classification methods

random forest method based on feature optimization can effectively avoid the misclassification between supraglacial debris and rock. The result of identification shows that the area of debris is about 24.6 km

accounting for 31.7% of the total area of Koxkar Glacier. The results of glacial flow velocity show that the maximum average annual flow velocity occurs at about 4 380 m above sea level in the eastern branch and can reach 145.9 m/a in 2020. The flow velocity reduces to 0-10 m/a with the decreasing elevation. The flow velocity during the ablation period is much higher than the annual mean velocity. The differences of velocity on the glacier tongue are induced by differences of altitude

ice lake outburst

collapse of subglacial meltwater channel and other factors. The changes of flow velocity in the study area from 1989 to 2021 show that the flow velocity in the upper and middle parts of the glacier continues to accelerate with the increase of surface temperature. In the range from 3 090 m to 3 500 m above sea level located in the lower part of the glacier

the flow velocity decreases continuously due to the accumulation of debris and the continuous thinning of glacier tongue.

Conclusions

Compared with other machine learning classification methods

the accuracy of the random forest method based on feature optimization can be significantly improved in identification of supraglacial debris. In the past 30 years

the overall flow velocity of debris-covered Koxkar Glacier is slowly increasing with obviously spatiotemporal differences

and the glacier mass balance of the glacier below 3 500 m above sea level is in a continuous deficit state.

关键词

Keywords

references

秦大河，丁一汇，苏纪兰，等 . 中国气候与环境演变评估（I）：中国气候与环境变化及未来趋势［J］. 气候变化研究进展， 2005 ， 1 （ 1 ）： 4 - 9 .

QIN Dahe ， DING Yihui ， SU Jilan ， et al . Assessment of Climate and Environment Changes in China （Ⅰ）： Climate and Environment Changes in China and Their Projection ［J］. Advances in Climate Change Research ， 2005 ， 1 （ 1 ）： 4 - 9 .

SORG A ， BOLCH T ， STOFFEL M ， et al . Climate Change Impacts on Glaciers and Runoff in Tien Shan （Central Asia）［J］. Nature Climate Change ， 2012 ， 2 （ 10 ）： 725 - 731 .

张勇，刘时银 . 中国冰川区表碛厚度估算及其影响研究进展［J］. 地理学报， 2017 ， 72 （ 9 ）： 1606 - 1620 .

ZHANG Yong ， LIU Shiyin . Research Progress on Debris Thickness Estimation and Its Effect on Debris-Covered Glaciers in Western China ［J］. Acta Geographica Sinica ， 2017 ， 72 （ 9 ）： 1606 - 1620 .

王晓文，刘巧，张波，等 . 近40 a昆仑山口37号冰川冰舌滑塌多源遥感监测与分析［J］. 武汉大学学报（信息科学版）， 2020 ， 45 （ 11 ）： 1687 - 1696 .

WANG Xiaowen ， LIU Qiao ， ZHANG Bo ， et al . Monitoring and Analyzing Collapse of KLSK-37 Glacier Tongue in Recent 40 Years with Multi-source Remote Sensing ［J］. Geomatics and Information Science of Wuhan University ， 2020 ， 45 （ 11 ）： 1687 - 1696 .

李建江，龙之冠，刘立越，等 . 基于遥感影像反演的普若岗日冰原反照率比较［J］. 北京测绘， 2025 ， 39 （ 10 ）： 1496 - 1502 .

LI Jianjiang ， LONG Zhiguan ， LIU Liyue ， et al . Comparation Analysis of Albedo of Puruogangri Ice Field Based on Remote Sensing Image Inversion ［J］. Beijing Surveying and Mapping ， 2025 ， 39 （ 10 ）： 1496 - 1502 .

SHUKLA A ， ARORA M K ， GUPTA R P . Synergistic Approach for Mapping Debris-Covered Glaciers Using Optical–Thermal Remote Sensing Data with Inputs from Geomorphometric Parameters ［J］. Remote Sensing of Environment ， 2010 ， 114 （ 7 ）： 1378 - 1387 .

LIPPL S ， VIJAY S ， BRAUN M . Automatic Delineation of Debris-Covered Glaciers Using InSAR Coherence Derived from X-， C- and L-Band Radar Data： A Case Study of Yazgyl Glacier ［J］. Journal of Glaciology ， 2018 ， 64 （ 247 ）： 811 - 821 .

蒋宗立，丁永建，刘时银，等 . 基于SAR的表碛覆盖型冰川边界定位研究［J］. 地球科学进展， 2012 ， 27 （ 11 ）： 1245 - 1251 .

JIANG Zongli ， DING Yongjian ， LIU Shiyin ， et al . A Study of the Debris-Covered Glacier Limit Based on SAR ［J］. Advances in Earth Science ， 2012 ， 27 （ 11 ）： 1245 - 1251 .

BHAMBRI R ， BOLCH T ， CHAUJAR R K . Mapping of Debris-Covered Glaciers in the Garhwal Himalayas Using ASTER DEMs and Thermal Data ［J］. International Journal of Remote Sensing ， 2011 ， 32 （ 23 ）： 8095 - 8119 .

SCHERLER D ， WULF H ， GORELICK N . Global Assessment of Supraglacial Debris-Cover Extents ［J］. Geophysical Research Letters ， 2018 ， 45 （ 21 ）： 11 .

吴淼，韩用顺，张东水，等 . 表碛覆盖冰川信息提取方法：以波密县为例［J］. 山地学报， 2017 ， 35 （ 2 ）： 238 - 245 .

WU Miao ， HAN Yongshun ， ZHANG Dongshui ， et al . Information Extraction Method of Debris-Covered Glaciers in Bomi County ［J］. Mountain Research ， 2017 ， 35 （ 2 ）： 238 - 245 .

李荣兴，何美茜，葛绍仓，等 . 东南极历史冰流速过估改正［J］. 武汉大学学报（信息科学版）， 2023 ， 48 （ 10 ）： 1661 - 1669 .

LI Rongxing ， HE Meixi ， GE Shaocang ， et al . Overestimation Correction in Historical Ice Flow Velocity Mapping in East Antarctica ［J］. Geomatics and Information Science of Wuhan University ， 2023 ， 48 （ 10 ）： 1661 - 1669 .

尹谢兵，李梦华，俸彬，等 . NCC堆叠的SAR POT方法参数优化及雅弄冰川流速提取［J］. 武汉大学学报（信息科学版）， 2025 ， 50 （ 8 ）： 1705 - 1718 .

YIN Xiebing ， LI Menghua ， FENG Bin ， et al . Parameter Optimization of the SAR POT Method for NCC Stacking and the Yanong Glacier Velocity Extraction ［J］. Geomatics and Information Science of Wuhan University ， 2025 ， 50 （ 8 ）： 1705 - 1718 .

许君利，张世强，韩海东，等 . 天山托木尔峰科其喀尔巴西冰川表面运动速度特征分析［J］. 冰川冻土， 2011 ， 33 （ 2 ）： 268 - 275 .

XU Junli ， ZHANG Shiqiang ， HAN Haidong ， et al . Change of the Surface Velocity of Koxkar Baxi Glacier Interpreted from Remote Sensing Data， Tianshan Mountains ［J］. Journal of Glaciology and Geocryology ， 2011 ， 33 （ 2 ）： 268 - 275 .

ALTENA B ， SCAMBOS T ， FAHNESTOCK M ， et al . Extracting Recent Short-Term Glacier Velocity Evolution over Southern Alaska and the Yukon from a Large Collection of Landsat Data ［J］. The Cryosphere ， 2019 ， 13 （ 3 ）： 795 - 814 .

熊俊麟，范宣梅，窦向阳，等 . 藏东南然乌湖流域

雅弄冰川流速季节性变化［J］. 武汉大学学报（信息

科学版， 2021 ， 46 （ 10 ）： 1579 - 1588 .

XIONG Junlin ， FAN Xuanmei ， DOU Xiangyang ，

et al . Seasonal Variation of Yalong Glacier's Veloci⁃

ty in Ranwu Lake Basin ， Southeast Tibetan Plateau

J］. Geomatics and Information Science of Wuhan

University ， 2021 ， 46 （ 10 ）： 1579 - 1588 .

廖虹怡，柳林 . 利用Landsat8分析冬克玛底冰川表面反照率时空变化［J］. 测绘地理信息， 2024 ， 49 （ 3 ）： 19 - 24 .

LIAO Hongyi ， LIU Lin . Temporal and Spatial Variation of Surface Albedo of Dongkemadi Glacier Based on Landsat8 ［J］. Journal of Geomatics ， 2024 ， 49 （ 3 ）： 19 - 24 .

韩海东，刘时银，丁永建，等 . 科其喀尔巴西冰川的近地层基本气象特征［J］. 冰川冻土， 2008 ， 30 （ 6 ）： 967 - 975 .

HAN Haidong ， LIU Shiyin ， DING Yongjian ， et al . Near-Surface Meteorological Characteristics on the Koxkar Baxi Glacier， Tianshan ［J］. Journal of Glaciology and Geocryology ， 2008 ， 30 （ 6 ）： 967 - 975 .

HAN H D ， WANG J ， WEI J F ， et al . Backwasting Rate on Debris-Covered Koxkar Glacier， Tuomuer Mountain， China ［J］. Journal of Glaciology ， 2010 ， 56 （ 196 ）： 287 - 296 .

XU M ， HAN H D ， KANG S C ， et al . Characteristics of Climate and Melt Runoff in the Koxkar Glacier River Basin， South Slope of the Tianshan Mountains， Northwest China ［J］. Sciences in Cold and Arid Regions ， 2019 ， 11 （ 6 ）： 435 - 447 .

张博，江航，江耀，等 . 基于随机森林的汶川县土地覆盖遥感监测与生态系统功能变化分析［J］. 北京测绘， 2025 ， 39 （ 6 ）： 867 - 872 .

ZHANG Bo ， JIANG Hang ， JIANG Yao ， et al . Remote Sensing Monitoring of Land Cover and Ecosystem Function Change Analysis in Wenchuan County Based on Random Forest ［J］. Beijing Surveying and Mapping ， 2025 ， 39 （ 6 ）： 867 - 872 .

刘逸娴，刘庆生，张新，等 . 融合颜色特征的随机森林特征优选的黄河三角洲植被信息分类［J］. 武汉大学学报（信息科学版）， 2025 ， 50 （ 9 ）： 1802 - 1811 .

LIU Yixian ， LIU Qingsheng ， ZHANG Xin ， et al . Classification of Vegetation Information by Integra-ting Color Features with Multi-feature Optimization of Random Forest in the Yellow River Delta ［J］. Geomatics and Information Science of Wuhan University ， 2025 ， 50 （ 9 ）： 1802 - 1811 .

BELGIU M ， DRĂGUŢ L . Random Forest in Remote Sensing： A Review of Applications and Future Directions ［J］. ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing ， 2016 ， 114 ： 24 - 31 .

GENUER R ， POGGI J M ， TULEAU-MALOT C . Variable Selection Using Random Forests ［J］. Pattern Recognition Letters ， 2010 ， 31 （ 14 ）： 2225 - 2236 .

ZHENG X X ， HE G J ， WANG S S ， et al . Comparison of Machine Learning Methods for Potential Active Landslide Hazards Identification with Multi-source Data ［J］. ISPRS International Journal of Geo⁃Information ， 2021 ， 10 （ 4 ）： 253 .

彭博洋，周春霞，朱冬雨，等 . 利用U-Net的格陵兰冰盖冰面湖提取和面积变化分析［J］. 武汉大学学报（信息科学版）， 2024 ， 49 （ 9 ）： 1621 - 1629 .

PENG Boyang ， ZHOU Chunxia ， ZHU Dongyu ， et al . Extraction and Area Change Analysis of Supra-glacial Lakes in Greenland Ice Sheet Using U-Net Model ［J］. Geomatics and Information Science of Wuhan University ， 2024 ， 49 （ 9 ）： 1621 - 1629 .

鲁红莉，韩海东，许君利，等 . 天山南坡科其喀尔冰川消融区运动特征分析［J］. 冰川冻土， 2014 ， 36 （ 2 ）： 248 - 258 .

LU Hongli ， HAN Haidong ， XU Junli ， et al . Analysis of the Flow Features in the Ablation Zone of the Koxkar Glacier on South Slopes of the Tianshan Mountains ［J］. Journal of Glaciology and Geocryology ， 2014 ， 36 （ 2 ）： 248 - 258 .

WU Z ， ZHANG H W ， LIU S Y ， et al . Influence of Debris Cover on Glacier Response to Climate Change： Insights from Koxkar Glacier Using Dynamic Simulation ［J］. Arabian Journal of Geosciences ， 2019 ， 12 （ 16 ）： 506 .

周中正，许才军，刘洋，等 . 岗纳楼冰川表面流速时空变化特征提取及分析［J］. 武汉大学学报（信息科学版）， 2022 ， 47 （ 2 ）： 226 - 233 .

ZHOU Zhongzheng ， XU Caijun ， LIU Yang ， et al . Extraction and Analysis of Temporal-Spatial Variation Characteristics of Surface Velocity of the Gangnalou Glacier ［J］. Geomatics and Information Science of Wuhan University ， 2022 ， 47 （ 2 ）： 226 - 233 .

管伟瑾，曹泊，潘保田 . 冰川运动速度研究：方法、变化、问题与展望［J］. 冰川冻土， 2020 ， 42 （ 4 ）： 1101 - 1114 .

GUAN Weijin ， CAO Bo ， PAN Baotian . Research of Glacier Flow Velocity： Current Situation and Prospects ［J］. Journal of Glaciology and Geocryology ， 2020 ， 42 （ 4 ）： 1101 - 1114 .

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