冰川在运动:卫星拍摄到了冰川数十年的变化

从太空中拍摄到的地球冰川和冰原的新延时视频——有些已有近50年历史——为科学家提供了了解地球冰冻区域变化的新视角。

从太空中拍摄的地球冰川和冰原的新延时视频跨越了近50年，为科学家们提供了了解地球冰冻区域变化的新视角。
来源：NASA / Matt Radcliff

在12月9日于旧金山举行的美国地球物理联合会年会上的一次新闻发布会上，科学家使用来自包括NASA-U.S. 地球资源探测卫星(Landsat)任务在内的卫星数据发布了阿拉斯加，格陵兰和南极洲的新时间序列图像。一系列的图片说明了阿拉斯加冰川的巨大变化，并可能警告未来哈伯德冰川的消退。在格陵兰岛，不同的卫星记录显示，从2000年开始，冰川消退速度加快，而在过去十年里，融水湖向更高的海拔蔓延，这可能会加速冰的流动。在南极的冰架上，从太空中可以看到隐藏在冬季积雪下的湖泊。

阿拉斯加费尔班克斯大学(the University of Alaska Fairbanks)的冰川学家Mark Fahnestock利用从1972年到2019年的地球资源卫星拍摄的图像，将阿拉斯加和育空地区所有冰川的6秒延时图像都拼接在一起。

“现在，我们已有如此漫长而详尽的记录，使我们能够了解阿拉斯加发生了什么。”Fahnestock说，“当您播放这些影片时，您会感觉到这些系统的动态性以及冰流的不稳定程度。”

在2019年6月的地球资源卫星图片中，格陵兰岛的彼得曼冰川表面形成了融水湖。一项新的研究发现，格陵兰岛融水湖的数量正在增加，融水湖的海拔也在增高。
影像来源：NASA / USGS

他说，这些视频清楚地说明了气候变暖对阿拉斯加冰川的影响，并强调了不同冰川如何以不同的方式做出反应。一些迹象表明，潮涌会暂停几年，或者在曾经结冰的地方形成湖泊，甚至是山体滑坡的碎片流入大海。其他冰川显示出的模式为科学家们提供了冰川变化的线索。

例如，当1972年发射第一颗陆地卫星时，哥伦比亚冰川相对稳定。但从20世纪80年代中期开始，冰川前缘开始迅速消退，到2019年，上游距离冰川12.4英里(20公里)。相比之下，哈伯德冰川在过去48年里已经前进了3英里(5公里)。但是Fahnestock的延时拍摄以一张2019年的图片结束，图片显示冰川上有一个大的凹陷，那里的冰已经断裂。

他说:“这是近50年来哈伯德冰川首次出现崩裂的迹象，它一直在打破历史记录。”他表示，如果这种冰穴在未来几年持续存在，这可能是哈伯德面临变化的一个迹象。“卫星图像还显示，在哥伦比亚冰川消退之前的10年里，就存在这种冰穴。”

陆地资源卫星提供了最长的连续的地球空间记录。美国地质调查局对旧的陆地资源卫星图像进行了重新处理，使Fahnestock能够挑选出每条冰川在夏天最清晰的陆地资源卫星图像。利用谷歌地球引擎的软件和计算能力，他创作了一系列延时视频。

科学家们也在利用长期的卫星记录来观察格陵兰冰川。俄亥俄州立大学的Michalea King分析了1985年Landsat任务的数据，研究了超过200个格陵兰岛的大型出口冰川。她研究了冰川前缘退缩了多远，冰川流动的速度有多快，以及在这段时间里冰川消失了多少。

她发现，从1985年到2018年，格陵兰岛的冰川平均消退了约3英里(5公里)，但消退最快的时期是2000年至2005年。当她观察流入海洋的冰川数量时，她发现在有记录的前15年里，冰川数量相对稳定，但在2000年左右开始增加。

“与过去相比，这些冰川正在向海洋崩解更多的冰，”King说。“在1985年至今的记录中，冰川退缩和冰川质量损失的增加之间有着非常明显的关系。英国利物浦大学的James Lea利用卫星数据研究了格陵兰岛冰川和冰原顶部的冰融化情况，从而形成了融水湖。

Lea说，这些融水湖直径可达3英里(5公里)，在几小时内就能从冰中流过，这可能会影响冰的流动速度。Lea利用谷歌地球引擎的计算能力，利用Terra卫星上的中分辨率成像光谱仪(MODIS)，分析了格陵兰冰原在过去20年里每个融化季节每天的图像——总共超过18000张图像。

“我们研究了冰原上每年有多少个湖泊，发现在过去20年里湖泊数量呈上升趋势:增加了27%。”Lea说。“我们也在越来越多的高海拔地区发现湖泊，我们原本期望到2050年或2060年前才会在这些地区看到湖泊。”

他说，当这些高海拔的融水湖冲过冰盖并排干水过程中，可能会导致冰盖加速融化，使冰层变薄，加速其消亡。

研究极地特征并不总是需要几十年的数据——有时只需要一两年就能提供见解。南极冰盖表面正在融化，但在地表以下几米的地方也有湖泊，它们被层层积雪隔绝。为了弄清这些地下湖泊的位置，科罗拉多大学博尔德分校( the University of Colorado, Boulder)的Devon Dunmire使用了欧洲航天局Sentinel-1卫星的微波雷达图像。水和冰对于微波辐射基本上是看不见的，但是液态水强烈地吸收它。

Dunmire在AGU会议上提出的新研究发现，南极半岛附近的乔治六世和威尔金斯冰架上散布着湖泊，甚至有一些在整个冬季都保持液态。 她说，这些隐藏的湖泊可能比科学家们想象的更常见。她指出，她正在继续在整个大陆的冰架上寻找类似的特征。

“关于这些地下湖泊的分布和数量，我们所知不多，但这些水似乎普遍存在于南极半岛附近的冰架上，”Dunmire说，“这是需要了解的一个重要组成部分，因为已经证明融水会破坏冰架的稳定性。”

有关地球资源卫星和即将到来的地球资源卫星9号任务的更多信息，请访问：https://nasa.gov/landsat 或 https://usgs.gov/landsat