格陵兰岛外围冰川在21世纪的加速退缩：一项基于多源遥感数据的百年尺度研究
作者及发表信息
本研究由美国西北大学（Northwestern University）、哥本哈根大学（University of Copenhagen）、丹麦与格陵兰地质调查局（GEUS）等机构的联合团队完成，通讯作者为L. J. Larocca。研究成果以题为《Greenland-wide accelerated retreat of peripheral glaciers in the twenty-first century》的简报形式发表于《Nature Climate Change》2023年12月刊（Volume 13, Pages 1324–1328）。
学术背景
研究领域与动机
格陵兰岛的外围冰川和冰帽（Peripheral Glaciers and Ice Caps, GICs）仅占全岛冰川总面积的4%，但其冰量损失贡献高达14%。然而，卫星时代之前（20世纪早期至中期）的冰川变化记录极为匮乏，导致长期变化趋势与近期加速退缩的对比缺乏科学依据。本研究旨在通过整合历史航拍照片（1930s–1960s）与现代卫星影像（2000–2022），首次建立覆盖全岛1,320条陆地终止型GICs的百年尺度长度变化序列，量化其退缩速率的时空差异，并揭示气候驱动的响应机制。
科学问题
1. 20世纪与21世纪GICs退缩速率的差异是否具有显著性？
2. 不同气候分区的GICs对气候变化的响应是否一致？
3. 近期退缩是否在百年尺度上具有“异常性”？
研究方法与流程
1. 数据来源与冰川前端数字化
- 历史数据：利用丹麦1930年代至1960年代测绘航拍照片（>20万张）及美军二战、冷战时期影像，结合1978–1987年2米分辨率正射影像（参考基准）。
- 现代数据：Landsat、Sentinel和RapidEye卫星影像（2000–2022）。
- 冰川选择标准：排除与冰盖动态连接的冰川及跃动型冰川（surge-type），最终纳入1,185条陆地终止型GICs。
2. 冰川前端变化量化
- 多中心线法（MAQIT工具）：在ArcGIS中沿冰川宽度每10米布设垂直线，计算每条线的退缩距离，再取区域平均值（补充图4）。
- 误差控制：结合数字化误差（±4–8.6米）与正射影像配准误差，通过公式√(p₁² + p₂²)/Δt计算退缩速率不确定性（Δt为观测间隔年数）。
3. 气候数据关联分析
- 气象站记录：对比1784–2020年7个丹麦气象局（DMI）站点的夏季温度与冬季降水数据。
- 区域气候模型（MAR v3.12）：提取1950–2019年各冰川流域的夏季温度、降雪量及表面物质平衡（Surface Mass Balance, SMB）数据，空间分辨率1公里。
4. 冰川形态特征统计
基于Randolph冰川编目（RGI 6.0）和ArcticDEM数据，分析冰川面积、高程、坡向等参数的区域差异（补充图13）。
主要结果
1. 退缩速率加速
- 21世纪退缩速率翻倍：全岛GICs的平均退缩速率从20世纪的−7.7±5.1米/年增至21世纪的−14.8±5.4米/年（p<0.001）。
- 区域差异：南部冰川退缩最快（21世纪损失18.5%长度），东北部最慢（4.8%），与区域气候分异一致（图1）。
2. 百年尺度的“异常性”
- 87%的冰川在21世纪达到最大退缩速率。除东北部外，其他区域21世纪退缩速率均超过或匹配小冰期（Little Ice Age, LIA）结束后的早期退缩峰值（图1）。
- 与早期变暖事件的对比：20世纪初的北极变暖（Early Twentieth Century Warming, ETCW）曾导致东南部冰川快速退缩，但当前速率已超越该时期（西北部）或与之持平（东南部）。
3. 气候驱动机制
- 温度主导：夏季温度升高（1970–2019年平均+0.04°C/年）与退缩速率显著相关（图2）。
- 降水调节作用：东北部因近年降雪增加（MAR模型显示2010–2019年积雪+49 mm w.e.），退缩速率低于西南部（积雪−67至−73 mm w.e.）。
结论与意义
科学价值
1. 填补数据空白：首次建立格陵兰岛GICs的百年尺度退缩数据库，将现有记录从500条扩展至1,320条。
2. 揭示加速机制：证实21世纪退缩速率的“异常性”与人为气候变暖的直接关联，其空间分异受温度-降水协同调控。
3. 预警未来风险：当前冰川已处于高位退缩状态，若温室气体排放持续，退缩速率可能进一步突破历史极值。
应用价值
为全球冰川模型（如IPCC评估报告）提供高分辨率验证数据，支持海平面上升预测及北极生态系统的适应性管理。
研究亮点
1. 方法创新：结合历史航拍与AI辅助数字化工具（如GEEDIT、MAQIT），突破传统遥感数据的时限瓶颈。
2. 多学科交叉：融合冰川学、气候学与历史地理学，厘清自然变率与人为强迫的贡献。
3. 政策相关性：成果被引用于联合国环境署《全球冰川变化报告》（2023），强调北极放大的气候响应亟需全球行动。
数据公开性
所有冰川退缩数据及MAR模型输出已公开于GEUS Dataverse（DOI:10.22008/fk2/eusxmi），代码发布于Zenodo（DOI:10.5281/zenodo.8377887）。