冰川是重要的固态水库，在区域水文循环中扮演着关键角色，特别是在降水稀少的干旱或半干旱地区。天山作为全球干旱区中最大的山脉之一，冰川融水在区域水资源配置中占有重要地位，深刻影响着周边地区的社会、经济及生态的可持续发展。在当前气候变化背景下，冰川的持续消融增加了冰前湖的不稳定性，给下游地区安全带来挑战。因此，研究天山冰川和冰前湖的长期变化对认识冰川与冰前湖演化过程、理解其相互作用机制和评估冰前湖溃决风险等具有重要意义。
为此，中国科学院青藏高原研究所三极观测与大数据团队，联合兰州大学和中南大学，以中天山Ak-Shyirak地区冰川和冰前湖为研究对象，利用多源DEM数据（如KH-9 DEM、SRTM DEM、ASTER DEM），基于DEM差分法，量化了1973-2023年间冰川厚度变化和物质平衡。利用ICESat-2激光测高和Sentinel-3雷达测高数据，基于周期波动模型，量化了2019-2023年间Petrov冰湖的年内波动和年际变化趋势。基于EAR5-Land再分析资料分析了冰川物质平衡与冰前湖水位变化的影响因素，并进一步量化了冰川融水和降水对冰前湖水储量变化的贡献。
结果发现，过去50年间（1973-2013）Ak-Shyirak区域冰川的年均面积缩减率为1.97km²/a，物质平衡速率为-0.33mw.e./a，且不同阶段的冰川表面减薄速率存在差异（见图1）。与此同时，Petrov冰湖的面积增加了2.78km²（增长148.51%，下图2）。近五年，冰湖水位年际增长率为0.30m/a，年内波动幅度为0.67m（下图3），冰湖容积增加了9.39×10⁶m³。结合多种要素分析（如地形、气温、降水和降雪等）得出以下结论：（1）冰川跃动、气温变化和降雪是影响冰川物质平衡的主要因素；（2）湖盆地形、冰面高程和异常排水影响了冰湖扩张的速率与方向；（3）冰川融水对Petrov冰湖容积增加的贡献为36.2%，降水贡献为63.8%，其中仅3.3%的补给水源直接用于冰湖扩张。本研究所采用的多源数据和分析方法为后续研究冰川与冰前湖的相互作用机制提供了重要参考。
研究成果以“Glacier mass change and evolution of Petrov Lake in the Ak-Shyirak massif, central Tien Shan, from 1973 to 2023 using multisource satellite data”为题，发表于国际学术期刊Remote Sensing of Environment。兰州大学与我所联合培养的博士生汪赢政为第一作者，李新研究员和中南大学周玉杉副教授为共同通讯作者。本研究得到了国家重点研发计划（批准号：2021YFB3900105）和国家自然科学基金（批准号：42001381、42101406）的资助。
论文及附件链接：https://doi.org/10.1016/j.rse.2024.114437
数据链接：https://data.tpdc.ac.cn/zh-hans/data/8bd63fe6-a0c9-4078-9d10-09db5a94e9a5
图1 1973-2023年Ak-Shyirak区域的多时段冰川厚度变化结果
图2 1973-2023年间Petrov冰前湖演化
图3 Petrov冰湖面积和水位随时间变化
