郭萬(wàn)欽，張震，吳坤鵬，劉時(shí)銀，，上官冬輝，許君利，蔣宗立，王欣6，

（1.中國(guó)科學(xué)院西北生態(tài)環(huán)境資源研究院冰凍圈科學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，甘肅 蘭州 730000；2.安徽理工大學(xué)空間信息與測(cè)繪工程學(xué)院，安徽 淮南 232001；3.云南大學(xué)國(guó)際河流和生態(tài)安全研究院，云南 昆明 650500；4.鹽城師范學(xué)院蘇北農(nóng)業(yè)農(nóng)村現(xiàn)代化研究院，江蘇 鹽城 224002；5.湖南科技大學(xué)地球科學(xué)與空間信息工程學(xué)院，湖南 湘潭 411201；6.湖南科技大學(xué)資源環(huán)境與安全工程學(xué)院，湖南 湘潭 411201）

0 引言

冰川躍動(dòng)是指冰川周期性地在較短時(shí)間內(nèi)發(fā)生快速運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象［1-2］，具有這一運(yùn)動(dòng)特征的冰川被稱為“躍動(dòng)型冰川（surge-type glacier）”［3］或“躍動(dòng)冰川（surging glacier）”［4］。冰川躍動(dòng)因其強(qiáng)烈的致災(zāi)性和快速運(yùn)動(dòng)特性，早期被學(xué)者們稱為“災(zāi)難性的前進(jìn)（catastrophic advance）”或“飛奔的冰川（galloping glacier）”［5-6］。但由于所有冰川均非以恒定速度運(yùn)動(dòng)，而是具有小時(shí)到年代甚至百年尺度的變化，因此對(duì)躍動(dòng)冰川的嚴(yán)格定義目前還很難做到［7-9］。

冰川躍動(dòng)是冰川動(dòng)力過(guò)程復(fù)雜性的集中體現(xiàn)［10-11］，其研究與物質(zhì)能量平衡、動(dòng)力學(xué)過(guò)程、冰內(nèi)/冰下熱力性質(zhì)和水文過(guò)程、冰川底部結(jié)構(gòu)與形變特征等眾多冰川學(xué)核心研究課題密切相關(guān)，向來(lái)受到冰川學(xué)者的重視。早在1907年，Tarr就報(bào)道了北美阿拉斯加地區(qū)數(shù)條冰川不尋常的前進(jìn)現(xiàn)象［12］。隨后的時(shí)期對(duì)阿拉斯加和育空地區(qū)的冰川躍動(dòng)也有零星報(bào)道［13-15］。20世紀(jì)后半葉特別是1960—1990年期間，國(guó)際冰川學(xué)研究者開始對(duì)躍動(dòng)冰川進(jìn)行密集且深入的研究工作，先后開展了全球躍動(dòng)冰川分布的調(diào)查和代表性冰川躍動(dòng)機(jī)理的研究，以1968年加拿大魁北克省St.Hilaire召開的躍動(dòng)冰川研討會(huì)的眾多成果［9］和1980年代的數(shù)篇典型文獻(xiàn)為代表［16-17］，部分研究還發(fā)現(xiàn)東南極冰蓋在地質(zhì)歷史時(shí)期的躍動(dòng)可能是引發(fā)第四紀(jì)冰期的主要原因［18-19］。目前對(duì)于躍動(dòng)冰川分布和冰川躍動(dòng)機(jī)理的大部分認(rèn)識(shí)均形成于這一時(shí)期。進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，隨著遙感數(shù)據(jù)的不斷豐富，以遙感技術(shù)為主要研究方法的躍動(dòng)冰川研究獲得飛速發(fā)展，大量研究成果不斷涌現(xiàn)。

我國(guó)西部喀喇昆侖山、帕米爾高原、昆侖山、天山以及青藏高原其他地區(qū)也分布有大量躍動(dòng)冰川，但我國(guó)冰川學(xué)研究者早期對(duì)躍動(dòng)冰川關(guān)注較少，2015年之前僅對(duì)少數(shù)幾條冰川的躍動(dòng)進(jìn)行了研究［20-24］。2015年以來(lái)，新疆、西藏等地區(qū)多條冰川的躍動(dòng)引發(fā)了嚴(yán)重的災(zāi)害事件［25-26］，使冰川躍動(dòng)這一特殊冰川變化現(xiàn)象引起社會(huì)各界的普遍關(guān)注，越來(lái)越多的中國(guó)冰川研究者開始將目光投入到躍動(dòng)冰川研究中，眾多研究成果不斷發(fā)表［27-44］。

本文通過(guò)整理躍動(dòng)冰川研究的發(fā)展脈絡(luò)，從其分布和災(zāi)害效應(yīng)、鑒別特征與研究方法，以及冰川躍動(dòng)機(jī)理的認(rèn)識(shí)等方面，系統(tǒng)梳理了當(dāng)前躍動(dòng)冰川研究的成果，并展望了其未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)。

1 躍動(dòng)冰川的分布及其災(zāi)害效應(yīng)

1.1 全球躍動(dòng)冰川的分布

根據(jù)前人的研究成果，全球冰川中約1%為躍動(dòng)型冰川，并有明顯的集群分布特征［45-47］。2015年Sevestre等［47］根據(jù)1969—2014年期間發(fā)表的文獻(xiàn)對(duì)全球躍動(dòng)冰川的分布做了調(diào)查，統(tǒng)計(jì)出2 317條躍動(dòng)冰川（包括分支）。相關(guān)數(shù)據(jù)集被RGI全球冰川編目（Randolph Glacier Inventory，RGI）6.0版本收錄（分支合并更新后，共計(jì)1 343條躍動(dòng)冰川）［48］。2015年以來(lái)部分學(xué)者又開展了一些地區(qū)躍動(dòng)冰川的分布調(diào)查，并發(fā)現(xiàn)了507條未在RGI 6.0中包括的躍動(dòng)冰川?？傮w來(lái)看，隨著遙感技術(shù)的發(fā)展和躍動(dòng)冰川研究熱度的增加，研究者探測(cè)到的世界范圍內(nèi)躍動(dòng)冰川條數(shù)呈現(xiàn)逐年增加的趨勢(shì)，并可能在未來(lái)進(jìn)一步增加。

圖1為世界各地躍動(dòng)冰川的分布特征。環(huán)北極地區(qū)（約等同于RGI分區(qū)1～10）和亞洲高山區(qū)（RGI分區(qū)13～15）兩個(gè)區(qū)域?yàn)槿蜃钪饕能S動(dòng)冰川分布區(qū)。環(huán)北極地區(qū)躍動(dòng)冰川離散分布于阿拉斯加-育空地區(qū)、加拿大北極、格陵蘭島、冰島、斯瓦爾巴群島和俄羅斯北極等地區(qū)。亞洲高山區(qū)躍動(dòng)冰川（圖2和表2）集中分布于帕米爾和喀喇昆侖兩個(gè)區(qū)域，青藏高原主體地區(qū)和天山山脈也有較多躍動(dòng)冰川分布。整合最新的調(diào)查結(jié)果顯示，帕米爾地區(qū)分布有躍動(dòng)冰川614條，總面積4 581.4 km2［48］，占區(qū)域冰川總面積的44.8%；喀喇昆侖地區(qū)有躍動(dòng)冰川181條，總面積9 853.3 km2［48-49］，占區(qū)域冰川總面積的42.8%。

表2 亞洲高山區(qū)躍動(dòng)冰川條數(shù)和面積統(tǒng)計(jì)Table 2 Number and area of surge-type glaciers in different regions over high mountain Asia

圖1 全球躍動(dòng)冰川分布（編號(hào)代表區(qū)域見表1）Fig.1 The distribution of world’s surge-type glaciers（region codes see Table 1）

圖2 亞洲高山區(qū)躍動(dòng)冰川分布（冰川數(shù)據(jù)來(lái)源于RGI 6.0；編號(hào)代表區(qū)域見表2）Fig.2 The distribution of surge-type glaciers over high mountain Asia（glacier data from RGI 6.0；region codes see Table 2）

現(xiàn)有研究顯示我國(guó)境內(nèi)躍動(dòng)冰川共146條，總面積6 164.7 km2，占我國(guó)冰川總面積的11.9%。其中，我國(guó)境內(nèi)東帕米爾高原有躍動(dòng)冰川35條［48］，喀喇昆侖山有躍動(dòng)冰川31條［48-49］，西昆侖山有躍動(dòng)冰川30條［32，48-49］。

表1 全球躍動(dòng)冰川條數(shù)和面積統(tǒng)計(jì)Table 1 Number and area of world’s surge-type glaciers in different regions

1.2 躍動(dòng)冰川分布的控制因素

20世紀(jì)初的研究者認(rèn)為冰川躍動(dòng)由臨近時(shí)期地震導(dǎo)致［12］。但后期研究者經(jīng)過(guò)詳細(xì)對(duì)比，認(rèn)為冰川躍動(dòng)與地震等構(gòu)造活動(dòng)并無(wú)直接關(guān)聯(lián)，與氣候變化等外界條件也不直接相關(guān)［1，47，55］，各種地質(zhì)和氣候背景下各類冰川都可能成為躍動(dòng)冰川［4，56］。冰島的躍動(dòng)冰川研究進(jìn)一步證明冰川躍動(dòng)與火山活動(dòng)及地震活動(dòng)無(wú)關(guān)［57］，并且下伏基巖和沉積物的特性（滲水性、硬度、地?zé)嵬康龋┡c躍動(dòng)冰川的分布也沒(méi)有顯著關(guān)聯(lián)［58］。

但后期的一些研究發(fā)現(xiàn)，某些特定環(huán)境中的冰川更傾向于成為躍動(dòng)冰川。首先，從地質(zhì)條件來(lái)看，在全球尺度上Paterson［6］認(rèn)為躍動(dòng)冰川主要分布于一些形成年代較新且侵蝕強(qiáng)烈的山脈。Post在北美地區(qū)的調(diào)查認(rèn)為部分躍動(dòng)冰川的分布與構(gòu)造斷裂有一定的聯(lián)系，同時(shí)可能與下伏巖層特殊的粗糙度或滲水特性有關(guān)［4］。Jiskoot等［46，59］對(duì)斯瓦爾巴群島躍動(dòng)冰川的分析顯示，坐落于滲透性較強(qiáng)的頁(yè)巖、泥巖等細(xì)粒軟弱沉積巖層上的冰川更易成為躍動(dòng)冰川，同時(shí)也發(fā)現(xiàn)躍動(dòng)冰川傾向于分布在泥盆紀(jì)以后較年輕的巖層上。此外，Crompton等［11］認(rèn)為加拿大育空地區(qū)冰川基底巖石中等強(qiáng)度的斷裂和破碎化也有可能是躍動(dòng)冰川分布的一個(gè)控制因素。其次，從冰川自身特征來(lái)看，無(wú)論是溫冰川（temperate glacier）還是多溫冰川（poly-thermal glacier），較長(zhǎng)的冰川和面積較大的冰川成為躍動(dòng)冰川的可能性明顯高于長(zhǎng)度較短和面積較小的冰川［46-47，58，60-61］，同時(shí)形態(tài)復(fù)雜的冰川［46，61-62］、崩解冰川（calving glacier）［46］及厚層表磧覆蓋的冰川［61］更易于成為躍動(dòng)冰川。對(duì)于亞極地冰川來(lái)說(shuō)，斯瓦爾巴地區(qū)位于沉積巖層之上的多溫型冰川更傾向于是躍動(dòng)冰川［59］。

躍動(dòng)冰川與地形要素間沒(méi)有比較統(tǒng)一的聯(lián)系。Jiskoot等［46，59］的分析結(jié)果顯示斯瓦爾巴地區(qū)具有較陡坡度的冰川更可能成為躍動(dòng)冰川。但其他多數(shù)評(píng)估結(jié)果顯示，較平緩的冰川更易成為躍動(dòng)冰川［58，60，62］。冰島地區(qū)僅有少數(shù)位于堅(jiān)硬基巖上的躍動(dòng)冰川具有較大的坡度［58］。冰川朝向方面，斯瓦爾巴地區(qū)朝東（包括東北和東南）的冰川成為躍動(dòng)冰川的概率更高［46，59］，但喀喇昆侖地區(qū)的躍動(dòng)冰川一般朝向北、西北和朝南［61］。此外，海拔區(qū)間跨度較大的冰川成為躍動(dòng)冰川的潛力也更高［59］，但也具有較大的地區(qū)差異［47］。

躍動(dòng)冰川分布與氣候條件間的關(guān)系也呈現(xiàn)出非常復(fù)雜的特點(diǎn)。降水充沛、冰川積累率高的地區(qū)可發(fā)育躍動(dòng)冰川，如冰島東南部海岸［58］，同時(shí)降水稀少地區(qū)也有躍動(dòng)冰川分布，如加拿大北極Ellesmere島［63］、格陵蘭島北部［64］、冰島西北部半島［58］、青藏高原內(nèi)部［24］等地區(qū)。2015年Sevestre和Benn根據(jù)當(dāng)時(shí)對(duì)全球躍動(dòng)分布的認(rèn)識(shí)，利用Maxent生態(tài)學(xué)分析模型結(jié)合焓循環(huán)理論（Enthalpy Cycle Model）對(duì)躍動(dòng)冰川分布與氣候條件和冰川形態(tài)特征間的關(guān)系進(jìn)行了分析［47］，較合理地揭示了躍動(dòng)冰川分布與氣候條件間的復(fù)雜關(guān)系。其研究結(jié)果認(rèn)為，穩(wěn)定冰川中焓的收支處于平衡，并傾向于發(fā)育在冷干和濕熱的環(huán)境，其中冷干地區(qū)的穩(wěn)定冰川因較薄且流動(dòng)緩慢因而熱傳導(dǎo)更為有效，濕熱環(huán)境中冰川的熱量可通過(guò)大量的融水散放，而位于兩者之間的冰川因熱量和融水排泄不暢，易于形成躍動(dòng)冰川。

總體而言，目前躍動(dòng)冰川分布比較確定的控制因素有冰川基底巖性、長(zhǎng)度和面積及形態(tài)復(fù)雜度等冰川自身特性，以及冰川的溫度性質(zhì)等。然而，已有多數(shù)研究是從統(tǒng)計(jì)角度探尋躍動(dòng)冰川分布與環(huán)境控制因素間的聯(lián)系，但此類聯(lián)系多存在較大區(qū)域差異，還較難圓滿解釋世界不同躍動(dòng)冰川分布區(qū)環(huán)境條件的巨大差異。

1.3 冰川躍動(dòng)與冰川災(zāi)害

冰川躍動(dòng)與多種冰川災(zāi)害事件緊密關(guān)聯(lián)，從成災(zāi)原因上可分為躍動(dòng)冰體直接引起的災(zāi)害以及與其關(guān)聯(lián)的其他次生災(zāi)害類型。較完整的已知冰川躍動(dòng)災(zāi)害事件列表參見文獻(xiàn)［8］。

躍動(dòng)冰體直接造成的災(zāi)害包括冰川突然前進(jìn)及由其引發(fā)的冰崩對(duì)下游地區(qū)生態(tài)、牧場(chǎng)、牲畜和道路橋梁等基礎(chǔ)設(shè)施的破壞，甚至造成人員生命的損失。藏東南地區(qū)南伽巴瓦峰西坡的則隆弄冰川1950年以來(lái)多次躍動(dòng)引發(fā)冰崩，其中1950年的冰崩體翻越側(cè)磧壟掩埋了下游直白村，導(dǎo)致97人死亡［21］；2015年新疆公格爾九別峰北坡的克拉牙依拉克冰川發(fā)生躍動(dòng)，躍動(dòng)冰體翻越西北側(cè)的側(cè)磧壟，毀壞數(shù)間牧民房屋［25］；2016年西藏阿里地區(qū)阿汝錯(cuò)流域兩條冰川因躍動(dòng)導(dǎo)致冰崩，致使大量牲畜被埋，9名牧民死亡［26］；同年阿尼瑪卿山西坡的一條冰川也因躍動(dòng)引發(fā)冰崩災(zāi)害，并且是其2000年以來(lái)第三次因躍動(dòng)導(dǎo)致的冰崩［65］。

冰川躍動(dòng)引起的次生災(zāi)害包括由冰川躍動(dòng)引發(fā)的冰川堰塞湖和末端冰磧湖的潰決洪水及冰川泥石流災(zāi)害等。此類災(zāi)害中危害嚴(yán)重的典型案例有藏東南崗日嘎布地區(qū)的米堆冰川1988年躍動(dòng)導(dǎo)致下游光謝錯(cuò)潰決形成的災(zāi)害，造成5人死亡，下游川藏公路24 km路段被沖毀［21］。2002年高加索地區(qū)Kolka冰川的躍動(dòng)也引發(fā)了嚴(yán)重的冰川泥石流災(zāi)害，下游Nizhnii Karmadon鎮(zhèn)完全被沖毀，100余位居民死亡［66］。冰川躍動(dòng)形成堰塞湖引發(fā)潰決洪水災(zāi)害的典型案例有帕米爾Medvezhiy冰川躍動(dòng)導(dǎo)致的下游河谷阻塞湖潰決災(zāi)害［67］和葉爾羌河上游克亞吉爾冰川躍動(dòng)阻塞克勒青河谷形成的堰塞湖逐年潰決洪水災(zāi)害［23］等，雖然發(fā)生頻率較高，但較易預(yù)測(cè)且危害相對(duì)較小。

2 冰川躍動(dòng)的鑒別特征

躍動(dòng)冰川表面可被分為積蓄區(qū)（reservoir area）和接收區(qū)（receiving area）兩個(gè)部分，其發(fā)展過(guò)程也可被分為躍動(dòng)階（surge/active phase）和恢復(fù)階（quiescent phase）兩個(gè)階段［1，68］。躍動(dòng)冰川與普通冰川的外在區(qū)分標(biāo)志就在于其在恢復(fù)階和躍動(dòng)階兩個(gè)階段冰川積蓄區(qū)和接收區(qū)表面形態(tài)特征、運(yùn)動(dòng)速度和表面高程的變化，以及在地貌學(xué)、沉積學(xué)等其他特征上的差異。

2.1 躍動(dòng)冰川的形態(tài)變化

躍動(dòng)冰川表面特征是指可從單期次的優(yōu)質(zhì)遙感影像中判識(shí)的靜態(tài)特征，也是最早被用于躍動(dòng)冰川調(diào)查和編目的標(biāo)準(zhǔn)［4］。這些特征包括冰川中磧壟和表面條帶的褶皺彎曲、冰川表面裂隙的強(qiáng)烈發(fā)育、冰舌末端的鼓脹膨起和冰川邊緣的剪切線等。冰川表面褶皺彎曲由復(fù)式山谷冰川分支的周期性差異躍動(dòng)造成，如喀喇昆侖的Khurdopin冰川［69］［圖3（a）］。冰川躍動(dòng)過(guò)程中的快速運(yùn)動(dòng)和強(qiáng)烈變形會(huì)使冰舌平整區(qū)域出現(xiàn)密集裂隙，如西昆侖山北側(cè)5Y641F73冰川［圖3（b）］［70］。冰川末端鼓脹膨起由冰川物質(zhì)從積蓄區(qū)到接收區(qū)的快速轉(zhuǎn)移和堆積引起，如吉爾吉斯斯坦Lysii冰斗冰川［圖3（c）］［71］。冰川邊緣剪切線出現(xiàn)于躍動(dòng)后期，因積蓄區(qū)冰面高程下降、殘留冰體懸掛于冰川兩側(cè)山坡形成，以阿汝錯(cuò)流域冰川2018年躍動(dòng)在積累區(qū)形成的剪切線為極端案例［26，72］［圖3（d）］。

圖3 遙感可鑒別的躍動(dòng)冰川典型靜態(tài)表面特征［（a）～（d）］和動(dòng)態(tài)形態(tài)變化特征［（e）～（h）］Fig.3 Typical static surface［（a）～（d）］and dynamic morphological［（e）～（h）］characteristics of surge-type glaciers identifiable through remote sensing

冰川的快速前進(jìn)使冰川分布范圍發(fā)生巨大改變，是躍動(dòng)冰川引起早期研究者關(guān)注的最主要原因。如1936—1937年間阿拉斯加Black Rapid冰川短時(shí)間內(nèi)前進(jìn)了約4.8 km［14］，1927—1950年期間南美洲多條冰川躍動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的最大前進(jìn)距離5 km［73］，喀喇昆侖Kutiàh冰川1953年躍動(dòng)時(shí)末端前進(jìn)12 km［55］。有記錄的最大末端前進(jìn)距離出現(xiàn)于斯瓦爾巴群島Br?svellbreen冰川1936—1938年間的躍動(dòng)，末端前進(jìn)達(dá)到約20 km［74］。1970s以來(lái)研究者基于遙感發(fā)現(xiàn)了更多冰川末端快速前進(jìn)現(xiàn)象。如古里雅冰帽北側(cè)冰川2005—2015年期間躍動(dòng)造成末端前進(jìn)650 m［75］［圖3（e），3（f）］，莫諾瑪哈冰川2009—2016年間躍動(dòng)末端前進(jìn)1.45 km，同時(shí)冰川面積擴(kuò)大6.27 km2［36］［圖3（g）］。部分冰川躍動(dòng)期間末端位置無(wú)明顯變化，但躍動(dòng)前端也會(huì)出現(xiàn)大幅度前進(jìn)，如喀喇昆侖Hispar冰川2015—2016年躍動(dòng)時(shí)表面躍動(dòng)前端總計(jì)前進(jìn)約6 km［76］［圖3（h）］。由于躍動(dòng)冰川末端/表面的快速前進(jìn)是普遍現(xiàn)象，其前進(jìn)距離一般也在100 m以上，因此利用現(xiàn)有中等以上分辨率（≤30 m）的衛(wèi)星影像均可基于這些特征判別躍動(dòng)冰川。

2.2 躍動(dòng)冰川的運(yùn)動(dòng)速度和表面高程變化

躍動(dòng)冰川還可依據(jù)冰川運(yùn)動(dòng)速度和表面高程等指標(biāo)的變化進(jìn)行判別。其中，冰川躍動(dòng)前后運(yùn)動(dòng)速度的巨大差異在早期是判別躍動(dòng)冰川的另一個(gè)重要依據(jù)。普通冰川運(yùn)動(dòng)一般表現(xiàn)為冬季慢、夏季快的特征，但差異較小，如冷冰川（cold glacier）和多溫型冰川的季節(jié)差異一般小于300%［77-78］，溫冰川運(yùn)動(dòng)速度的年內(nèi)差異也在90%［79］～150%［80］之間。在年際變化方面，由于氣候變暖導(dǎo)致的快速消融厚度減薄，目前普通冰川的運(yùn)動(dòng)速度普遍有減緩特征［81-82］。

躍動(dòng)冰川的運(yùn)動(dòng)速度在不同階段具有101～102量級(jí)的差異［1，83-84］?；謴?fù)階初期躍動(dòng)冰川平均運(yùn)動(dòng)速度較低，其冰舌區(qū)處于近乎停滯的狀態(tài)［16］。但躍動(dòng)階冰川運(yùn)動(dòng)速度大幅提升，如喀喇昆侖Kutiàh冰川1953年躍動(dòng)時(shí)冰川末端的前進(jìn)速度達(dá)到113 m·d-1［13］，冰島Brúarj?kull冰川1963年躍動(dòng)的末端前進(jìn)速度＞5 m·h-1［57］。此外，躍動(dòng)冰川的運(yùn)動(dòng)速度一般處于持續(xù)演進(jìn)狀態(tài)，積蓄區(qū)冰川物質(zhì)積累達(dá)到一定閾值后出現(xiàn)相對(duì)快速運(yùn)動(dòng)的區(qū)域，并向下游逐漸推進(jìn)，直至到達(dá)接收區(qū)引發(fā)大規(guī)模躍動(dòng)［16，24］。

躍動(dòng)冰川表面高程的變化與普通冰川也有很大差異。全球變暖導(dǎo)致普通冰川普遍減?。?5］，并且減薄幅度一般具有從冰川末端往上逐漸減小的特征［86-87］。恢復(fù)階躍動(dòng)冰川下部接收區(qū)的高程變化與普通冰川類似，但由于躍動(dòng)時(shí)大量裂隙的形成，導(dǎo)致冰舌區(qū)強(qiáng)烈消融［如阿尼瑪卿山耶合龍冰川，圖4（a）和4（c）］。而在冰川上部積蓄區(qū)，由于冰川積累區(qū)降雪和冰/雪崩的快速補(bǔ)給，冰川物質(zhì)無(wú)法有效排泄，冰面高程大幅抬升、鼓起并以波狀向下游遷移［15-16］，冰川不同部位在不同階段發(fā)生先升后降的變化［圖4（a）和4（b）］。因此，冰川表面高程的這種變化特征可用于鑒別躍動(dòng)冰川［88］，同時(shí)還可將其作為區(qū)分冰川躍動(dòng)和較長(zhǎng)時(shí)期正物質(zhì)平衡引發(fā)的冰川前進(jìn)現(xiàn)象的主要依據(jù)［28］。

圖4 阿尼瑪卿山耶合龍冰川2001年躍動(dòng)前后冰川表面高程的變化［89］Fig.4 Surface elevation changes of Yehelong Glacier on Anyemaqen Mountain after its recent surge in 2001［89］

2.3 躍動(dòng)冰川的地貌學(xué)和沉積學(xué)特征

躍動(dòng)冰川新近時(shí)期的躍動(dòng)還會(huì)形成與普通冰川活動(dòng)遺跡不同的地貌特征，冰川沉積也與普通冰川有顯著區(qū)別。國(guó)外學(xué)者在這一領(lǐng)域開展了大量調(diào)查（見文獻(xiàn)［90］綜述）。按照地貌所在區(qū)域，可將躍動(dòng)冰川地貌分為躍動(dòng)區(qū)外圍地貌和躍動(dòng)冰川底床地貌。其中，躍動(dòng)冰川外圍地貌包括由冰川推擠作用形成的外圍凍土或冰磧的錯(cuò)斷、褶皺、超覆和弓形條帶等地貌［圖5（a）］。冰川底床地貌包括底部含冰的蛇形丘、冰川逆沖擠壓裂隙造成的脊?fàn)畋兾锍练e條帶［圖5（b）］、躍動(dòng)冰體或底磧快速刨蝕形成的槽型地貌、冰川底磧的擠推超覆，以及由躍動(dòng)冰體攜帶的大量冰磧物堆積形成的丘狀沉積地貌。冰川的快速躍動(dòng)還會(huì)造成冰川底部沉積物內(nèi)部出現(xiàn)復(fù)雜層理特征［圖5（c）］。值得注意的是，第四紀(jì)各個(gè)冰期的冰進(jìn)也會(huì)形成類似的地貌和沉積物特征，基于地貌和沉積學(xué)的躍動(dòng)冰川鑒別還需綜合各種地貌類型進(jìn)行。

圖5 部分由冰川躍動(dòng)造成的典型地貌形態(tài)和沉積物結(jié)構(gòu)［90］Fig.5 Some of the typical geomorphology and sediment structure formed by glacier surge［90］：thrust-block moraine（a）；crevasse-squeeze ridges（b）；complex till stratigraphy（c）

2.4 冰川躍動(dòng)的其他特征

冰川躍動(dòng)除了會(huì)出現(xiàn)上述具有代表性的現(xiàn)象外，還有其他一些特征可用于判斷冰川是否發(fā)生躍動(dòng)。如基底沉積物豐富的冰川躍動(dòng)期間其末端一般會(huì)排出渾濁的冰內(nèi)釋水，同時(shí)大多數(shù)冰川躍動(dòng)時(shí)因冰下排水系統(tǒng)的變化會(huì)導(dǎo)致末端河流流量發(fā)生較大變化，甚至引發(fā)下游河流的洪水［17，91］。此外，由于躍動(dòng)后冰舌區(qū)強(qiáng)烈破碎導(dǎo)致的冰川加速消融，冰川末端河流的流量會(huì)在躍動(dòng)后幾年內(nèi)有較大幅度的增加，如冰島Tungnaárj?kull和Dyngjuj?kull兩條冰川下游河流的流量在躍動(dòng)后增加了30%［58］。

3 躍動(dòng)冰川的研究方法

3.1 遙感冰川躍動(dòng)表面過(guò)程研究

相對(duì)于其他類型冰川的表面變化，躍動(dòng)冰川在發(fā)展過(guò)程中表面特征變化非常劇烈，更易于用遙感方法探測(cè)。因此近年來(lái)對(duì)于躍動(dòng)冰川的大部分研究均以基于遙感冰川表面運(yùn)動(dòng)速度、高程和裂隙等的演化過(guò)程為主要研究?jī)?nèi)容［92-94］。遙感技術(shù)曾經(jīng)且目前仍然是應(yīng)用最為廣泛的躍動(dòng)冰川研究方法。

對(duì)冰川躍動(dòng)過(guò)程中表面運(yùn)動(dòng)速度的遙感研究目前有影像相關(guān)特征追蹤（Cross-Corelation Feature Tracking）和合成孔徑雷達(dá)（Synthetic Aperture Radar，即SAR）影像干涉測(cè)量（SAR Interferometry，即InSAR）兩種方法。其中，遙感影像相關(guān)特征追蹤法是目前應(yīng)用最為普遍的冰川運(yùn)動(dòng)速度監(jiān)測(cè)方法，被廣泛用于山地冰川和極地冰蓋運(yùn)動(dòng)速度的研究中［95-97］?；贗nSAR的冰川運(yùn)動(dòng)速度提取雖然因其能夠達(dá)到厘米級(jí)精度［98］而同樣得到廣泛應(yīng)用［99-101］，但冰川躍動(dòng)期間冰川表面的快速變化經(jīng)常導(dǎo)致SAR影像間失相干而無(wú)法有效提取運(yùn)動(dòng)速度［102］，因此很多基于SAR影像的運(yùn)動(dòng)速度提取也是采用影像特征追蹤方法進(jìn)行［103-104］。

躍動(dòng)冰川表面高程變化研究主要是利用冰川區(qū)數(shù)字高程模型（Digital Elevation Model，即DEM）進(jìn)行?；谶b感的DEM提取目前主要有兩種方法，即立體遙感攝影測(cè)量和SAR影像干涉測(cè)量，其中遙感立體攝影測(cè)量是冰川表面高程及其變化研究領(lǐng)域應(yīng)用最早也是最為成熟的研究方法［105-107］。其他冰面高程測(cè)量方法有星載和機(jī)載激光測(cè)量方法等［108-109］，但因空間覆蓋范圍有限或成本較高而相對(duì)應(yīng)用較少。光學(xué)遙感影像冰川表面高程提取方法的主要局限是積雪覆蓋區(qū)特別是冰川積累區(qū)影像的過(guò)飽和會(huì)導(dǎo)致表面高程無(wú)法提?。?07，110］，但類似

ASTER（Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection Radiometer）等具備低冰雪反射率的近紅外多角度波段或光譜增益可調(diào)的衛(wèi)星傳感器可部分避免這一問(wèn)題，因此被較多地應(yīng)用于冰川躍動(dòng)過(guò)程中表面高程的變化研究中［37-38，75，111］。

基于InSAR的DEM提取也是目前應(yīng)用非常廣泛的一種冰面高程及其變化研究方法［99，112］，以2000年美國(guó)SRTM（Shuttle Radar Topography Mission）數(shù)據(jù)［113］的廣泛應(yīng)用為典型代表。但由于微波對(duì)冰雪具有較難測(cè)算的穿透性［114］，并且因用于微波干涉的SAR像對(duì)間通常有一定時(shí)間間隔，而由冰川躍動(dòng)期間冰面快速變化引起的失相干也會(huì)導(dǎo)致DEM無(wú)法正常提取，對(duì)InSAR DEM提取在躍動(dòng)冰川研究中的應(yīng)用帶來(lái)較大限制，僅有類似TanDEM-X/TerraSAR-X的成對(duì)衛(wèi)星獲取的同時(shí)相SAR影像可用于提取冰川躍動(dòng)期間不同階段的冰面高程［36-37，111，115-117］。

3.2 躍動(dòng)冰川的野外觀測(cè)

冰川躍動(dòng)的形成和演化特征主要取決于冰川內(nèi)部和底床特性，并且冰川躍動(dòng)過(guò)程具有極為顯著的時(shí)空差異。而對(duì)躍動(dòng)冰川冰下和冰內(nèi)結(jié)構(gòu)與詳細(xì)變化過(guò)程等方面認(rèn)識(shí)的不足是導(dǎo)致冰川學(xué)界目前仍然對(duì)冰川躍動(dòng)機(jī)理認(rèn)識(shí)不足的主要原因［118］。遙感冰川躍動(dòng)監(jiān)測(cè)方法的最大不足就是僅能探測(cè)到冰川表面的變化，同時(shí)其揭示的冰川躍動(dòng)過(guò)程受時(shí)空分辨率及幾何精度的限制，時(shí)空細(xì)節(jié)極為缺乏。與之相比，野外觀測(cè)可以記錄冰川躍動(dòng)逐日乃至小時(shí)尺度上的精確變化過(guò)程，同時(shí)還可通過(guò)鉆孔和其他探地學(xué)方法對(duì)冰川的內(nèi)部特性進(jìn)行測(cè)量，是冰川躍動(dòng)機(jī)理研究必不可少的數(shù)據(jù)獲取方法。

現(xiàn)有野外觀測(cè)已獲取的冰川躍動(dòng)過(guò)程數(shù)據(jù)包括末端位置和水文變化、冰川表面消融、冰面高程和運(yùn)動(dòng)速度、冰川內(nèi)部溫度和變形特征，以及冰川底磧特性、分布和變形特征等。冰島地區(qū)從1950s末期就開始對(duì)躍動(dòng)冰川末端變化進(jìn)行野外觀測(cè)［58］。1970s以來(lái)，部分研究者在少數(shù)冰川上開展了鉆探工作，揭示了躍動(dòng)冰川底磧的特性［83，118］、溫度變化［119］和躍動(dòng)前后冰下水力系統(tǒng)發(fā)生的快速轉(zhuǎn)換［17，120-121］等，為冰川躍動(dòng)機(jī)理的研究提供了重要的冰川內(nèi)部過(guò)程數(shù)據(jù)。

但與普通冰川類似，躍動(dòng)冰川的野外觀測(cè)仍然面臨較多困難。一方面冰川通常處于交通不便、人跡罕至的地區(qū)，普通的冰川躍動(dòng)事件很難被及時(shí)發(fā)現(xiàn)，同時(shí)躍動(dòng)階冰川表面因強(qiáng)烈破碎而很難進(jìn)入，冰川躍動(dòng)過(guò)程的野外現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)困難。另一方面，躍動(dòng)冰川冰內(nèi)和冰下的結(jié)構(gòu)與變化過(guò)程的復(fù)雜度高于普通冰川，少數(shù)鉆孔、冰洞等方式所揭示少數(shù)點(diǎn)位上冰川特性的代表性受到懷疑［83］。野外冰川觀測(cè)向來(lái)成本高昂，而躍動(dòng)冰川本身的復(fù)雜性使其對(duì)冰川冰內(nèi)和冰下特征探測(cè)強(qiáng)度的要求高于普通冰川，需要更多人力、儀器設(shè)備和科研經(jīng)費(fèi)的投入。

3.3 冰川躍動(dòng)的模擬

近年來(lái)部分研究者基于有限的觀測(cè)資料和假設(shè)提出了一些冰川躍動(dòng)模型，如基于冰川在硬基底滑動(dòng)假設(shè)的模型［122］和基于區(qū)塊斷裂滑移假設(shè)的模型［123-124］，但特定的假設(shè)條件使這些模型的應(yīng)用受到限制。Clarke和Hambrey提出了一種基于結(jié)構(gòu)冰川學(xué)的躍動(dòng)冰川演化模型［125］，僅以冰川內(nèi)外結(jié)構(gòu)的演化為模擬目標(biāo)而不參考任何已知冰川躍動(dòng)機(jī)理，因此有望成為能夠模擬不同躍動(dòng)冰川完整演化過(guò)程的基本模型。但近30個(gè)模型參數(shù)使該模型復(fù)雜程度過(guò)高，且部分重要參數(shù)取值的不確定性也使其在現(xiàn)階段的應(yīng)用受到限制。此外，Benn等［126］從躍動(dòng)冰川不同發(fā)展階段熱量收支角度出發(fā)，提出了一種基于焓（enthalpy）理論的概念模型，有望從能量收支角度解釋冰川躍動(dòng)的發(fā)展過(guò)程，但目前還基本處于理論階段，其實(shí)際應(yīng)用還有待進(jìn)一步發(fā)展。

4 對(duì)冰川躍動(dòng)機(jī)理和周期性的現(xiàn)有認(rèn)識(shí)

4.1 已知冰川躍動(dòng)物理機(jī)制及其不足

冰川躍動(dòng)期間的快速運(yùn)動(dòng)無(wú)法用冰川冰的蠕變來(lái)解釋，而必然包括冰川底部的滑動(dòng)［83］。研究者在20世紀(jì)后期的研究中，逐漸總結(jié)出冰川躍動(dòng)的兩種不同引發(fā)機(jī)制，即水力學(xué)機(jī)制和熱力學(xué)機(jī)制。Kamb等［17］在1982—1983年阿拉斯加Variegated冰川躍動(dòng)期間，通過(guò)鉆孔傾斜測(cè)量獲知，底床滑動(dòng)在該冰川躍動(dòng)期間占總體運(yùn)動(dòng)速度的95%；同時(shí)對(duì)鉆孔中水位的測(cè)量顯示鉆孔水位的高低與躍動(dòng)速度密切關(guān)聯(lián)，即高水位對(duì)應(yīng)高躍動(dòng)速率，而低水位則相反，并且末端河流流量的大幅升高伴隨著躍動(dòng)的終止。Kamb等［17］據(jù)此提出了冰川躍動(dòng)的水力學(xué)機(jī)制，即類似Variegated的溫冰川躍動(dòng)是由冰內(nèi)/冰下排水系統(tǒng)不暢導(dǎo)致的冰下承壓水不斷蓄積、對(duì)冰川底部產(chǎn)生浮托和潤(rùn)滑作用并產(chǎn)生滑動(dòng)引發(fā)，且隨后期高效冰下排水系統(tǒng)的形成和水的排出而停止。這一現(xiàn)象主要在阿拉斯加地區(qū)的溫冰川中發(fā)現(xiàn)，因而具備這一躍動(dòng)機(jī)制的冰川也被稱為“阿拉斯加型（Alaska-Type）”躍動(dòng)冰川［102］。

Clarke等［16］在加拿大育空地區(qū)Trapridge冰川1980s躍動(dòng)期間，通過(guò)對(duì)14個(gè)透底冰孔的溫度、水位以及底床巖性的觀察發(fā)現(xiàn)，冰川底部的壓融是導(dǎo)致Trapridge冰川發(fā)生躍動(dòng)的主要控制因子，同時(shí)水在冰川基底沉積層的滲透及其對(duì)底床溫度的影響在躍動(dòng)的發(fā)生發(fā)展中具有重要作用。Clarke等［16］據(jù)此提出了關(guān)于躍動(dòng)冰川的熱力學(xué)機(jī)制，即極地冰川（polar glacier）和亞極地冰川（subpolar glacier）躍動(dòng)的發(fā)生是因冰川上部積蓄區(qū)物質(zhì)的不斷積累使冰川底部達(dá)到壓融點(diǎn)而發(fā)生消融，冰川底部出現(xiàn)滑動(dòng)，使冰川出現(xiàn)從上往下傳遞的躍動(dòng)。具備熱力學(xué)機(jī)制的躍動(dòng)冰川以北歐斯瓦爾巴群島的冰川為代表，也被稱為“斯瓦爾巴型（Svalbard-Type）”躍動(dòng)冰川［102］。

然而，較新的一些研究發(fā)現(xiàn)，具備上述兩種不同躍動(dòng)機(jī)制的冰川在同一地區(qū)（如格陵蘭島［127］、喀喇昆侖地區(qū)［39］和格拉丹東地區(qū)［30］）有同時(shí)存在的現(xiàn)象，使這兩種基于冰川溫度區(qū)分的躍動(dòng)機(jī)制面臨挑戰(zhàn)。此外，部分冰川的躍動(dòng)是從冰川末端發(fā)起［47，128-129］，而非總是在冰川上部。由此可見，冰川躍動(dòng)可能具有比已有認(rèn)識(shí)更為復(fù)雜的物理機(jī)制，僅用水力學(xué)或熱力學(xué)機(jī)制很難合理解釋所有的冰川躍動(dòng)現(xiàn)象，在具體研究中會(huì)面臨諸多問(wèn)題。

4.2 水和底磧對(duì)冰川躍動(dòng)過(guò)程的控制作用

水在溫冰川或類溫性冰川（nearly temperate glacier）的運(yùn)動(dòng)中均扮演著重要角色［7-8］。但從外在表現(xiàn)上看，冰內(nèi)/冰下水的作用主要表現(xiàn)為對(duì)冰川躍動(dòng)的抑制。大多數(shù)冰川躍動(dòng)發(fā)生于融水稀少的冬季，而終止于融水充沛的消融季［83，130］，躍動(dòng)期間推遲的春季甚至可能導(dǎo)致異常強(qiáng)烈的躍動(dòng)行為，而極熱的天氣可能導(dǎo)致躍動(dòng)提前停止［130-131］。另一方面，冰內(nèi)水的儲(chǔ)存是溫性冰川躍動(dòng)發(fā)起的一個(gè)原因［132］，同時(shí)其釋放會(huì)引起躍動(dòng)的減速甚至是停止［17，133］。

底磧?cè)诒ㄜS動(dòng)中的作用方面，Harrison等［7，118］認(rèn)為其存在是冰川躍動(dòng)的必要但不充分條件，即躍動(dòng)冰川的底部必然存在底磧，反之未必。在早期認(rèn)知的具備熱力學(xué)機(jī)制的冷冰川的躍動(dòng)中，壓融水在冰川底磧中的滲流和匯聚是躍動(dòng)發(fā)起的主要原因［16］。對(duì)于溫性冰川，Truffer等［134］通過(guò)對(duì)Black Rapid冰川透底鉆孔的傾斜測(cè)量發(fā)現(xiàn)，冰川底床處厚約2 m底磧的變形對(duì)冰川表面運(yùn)動(dòng)速度的貢獻(xiàn)達(dá)到50%～75%，并可能是引發(fā)溫性冰川躍動(dòng)的一個(gè)關(guān)鍵因素。

然而，現(xiàn)有對(duì)水和底磧?cè)诒ㄜS動(dòng)中作用的認(rèn)識(shí)僅是基于極少數(shù)冰川的野外觀測(cè)獲知，更詳細(xì)的作用過(guò)程和變化機(jī)理還需要更多的野外測(cè)量和具備嚴(yán)格物理機(jī)制的模型模擬來(lái)進(jìn)一步揭示。

4.3 躍動(dòng)冰川的周期性

冰川躍動(dòng)的一個(gè)顯著特征是其周期性。冰川躍動(dòng)周期長(zhǎng)度差異巨大，如帕米爾Medvezhiy冰川具有10～15年的短周期［135-136］，北極Ellesmere島Otto Fiord冰川的周期約為50年［63］。冰島地區(qū)躍動(dòng)冰川的周期從數(shù)年到數(shù)百年不等，并且一些冰川的躍動(dòng)周期具有顯著的變化，如Breieamerkurj?kull冰川1794—1969年間11次躍動(dòng)的周期從6～38年不等，Skeiearárj?kull西支冰川1787—1991年4次躍動(dòng)的周期為25～118年［58］。

躍動(dòng)冰川躍動(dòng)階的長(zhǎng)度也差異巨大。青藏高原木孜塔格峰魚鱗川冰川的躍動(dòng)階時(shí)長(zhǎng)約為1年［24］。冰島冰川躍動(dòng)階一般為2～3年，其中冰川末端發(fā)生前進(jìn)一般是在2～3個(gè)月內(nèi)完成，但硬基底躍動(dòng)冰川末端的前進(jìn)會(huì)持續(xù)5～6年時(shí)間［58］。而格陵蘭島Storstr?mmen冰川的躍動(dòng)階長(zhǎng)度則達(dá)到了10年［137］。躍動(dòng)造成的冰川表面變化在末端停止前進(jìn)后數(shù)年內(nèi)還會(huì)發(fā)生，如積累區(qū)高程的降低和裂隙的形成等［58］。此外，同一區(qū)域的躍動(dòng)冰川其躍動(dòng)的發(fā)生也并不同步，如阿拉斯加Black Rapid冰川于1936—1937年發(fā)生躍動(dòng)，而與其相鄰的Susitna冰川的躍動(dòng)則發(fā)生于1953年［138］。

5 我國(guó)學(xué)者的躍動(dòng)冰川研究

我國(guó)對(duì)冰川躍動(dòng)的研究有約50年的歷史，可分為2000年之前、2000—2011年和2012年以后三個(gè)階段。2012年之前我國(guó)冰川學(xué)者對(duì)躍動(dòng)冰川的關(guān)注較少。2000年之前的研究以野外調(diào)查為主，如1974—1975年為解決巴基斯坦境內(nèi)巴托拉冰川前進(jìn)對(duì)中巴公路建設(shè)的威脅，中國(guó)冰川學(xué)家通過(guò)地貌調(diào)查、文獻(xiàn)記述和當(dāng)?shù)鼐用褡咴L，開展了巴托拉冰川和帕爾提巴爾冰川的進(jìn)退歷史的研究［20］，并成功預(yù)測(cè)了兩條冰川可能的前進(jìn)幅度和致災(zāi)性［139-140］。1982年張文敬對(duì)藏東南南迦巴瓦峰和米堆冰川的躍動(dòng)與災(zāi)害開展了實(shí)地調(diào)查和致災(zāi)過(guò)程研究［21，141］。2000—2011年期間，中國(guó)冰川學(xué)研究者開始以遙感為主要研究方法，但對(duì)躍動(dòng)冰川的研究以現(xiàn)象報(bào)道為主，如對(duì)長(zhǎng)江源和黃河源地區(qū)數(shù)條冰川［142］、喀喇昆侖山音蘇蓋提冰川［143］與克勒青河谷多條冰川［22-23，144］的前進(jìn)和躍動(dòng)現(xiàn)象的報(bào)道。

2012年以后我國(guó)躍動(dòng)冰川研究進(jìn)入快速發(fā)展階段，研究者開始關(guān)注冰川躍動(dòng)過(guò)程，開展了更大范圍的躍動(dòng)冰川調(diào)查，并逐步開始基于遙感分析結(jié)果對(duì)冰川躍動(dòng)的可能機(jī)制進(jìn)行分析。如郭萬(wàn)欽等［24，97］通過(guò)利用遙感方法，獲取了木孜塔格北坡魚鱗川冰川2008—2009年躍動(dòng)中冰川末端、表面運(yùn)動(dòng)速度和冰面裂隙的變化過(guò)程；Shangguan等［25］、李均立等［40］、張震等［41］和Lv等［42］研究了帕米爾高原克拉牙依拉克冰川躍動(dòng)中運(yùn)動(dòng)速度和表面高程的變化；Guo等［35-36］采用類似方法研究了喀喇昆侖山Hispar冰川［35］和中昆侖山莫諾瑪哈冰川［36］的躍動(dòng)過(guò)程。Lv等［28］進(jìn)一步提出了用末端位置、運(yùn)動(dòng)速度和表面高程的不同變化模式鑒別躍動(dòng)冰川和前進(jìn)冰川的方法。部分研究者利用遙感開展了區(qū)域性的躍動(dòng)冰川動(dòng)態(tài)調(diào)查，如西昆侖地區(qū)［32］、喀喇昆侖地區(qū)洪扎河谷［39］、格拉丹東地區(qū)［30，34，53］、祁連山團(tuán)結(jié)峰地區(qū)［31］、帕米爾高原東部Kingata山地區(qū)［27］等。更大區(qū)域尺度上，Lv等［44］主要基于公開DEM數(shù)據(jù)提取的高程變化編制了亞洲高山區(qū)躍動(dòng)冰川的數(shù)據(jù)集。

隨著研究的不斷深入，部分中國(guó)研究者開始利用遙感研究結(jié)果，基于已知的冰川躍動(dòng)機(jī)制，對(duì)冰川躍動(dòng)的機(jī)理進(jìn)行初步分析。如Jiang等［43］對(duì)喀喇昆侖山Rimo冰川2018/2019年躍動(dòng)研究認(rèn)為該冰川躍動(dòng)是由熱力控制過(guò)渡到熱力-水力聯(lián)合控制的結(jié)果；Wu等［39］對(duì)喀喇昆侖山洪扎河流域七條躍動(dòng)冰川研究發(fā)現(xiàn)，同一流域熱力控制的躍動(dòng)冰川與水文控制的躍動(dòng)冰川共存；Gao等［30］對(duì)長(zhǎng)江源格拉丹東地區(qū)11條躍動(dòng)冰川研究認(rèn)為，該地區(qū)冰川躍動(dòng)是多因素聯(lián)合控制的結(jié)果。

總體而言，2012年以來(lái)中國(guó)研究者的躍動(dòng)冰川研究與當(dāng)前國(guó)際主流躍動(dòng)冰川研究方法類似，即主要利用遙感方法進(jìn)行，同時(shí)仍有較多的研究還停留在事件報(bào)道方面，對(duì)冰川躍動(dòng)過(guò)程的研究不夠深入。在冰川躍動(dòng)機(jī)理方面，表現(xiàn)為以貼合已知的熱力學(xué)和水力學(xué)機(jī)制為主要分析途徑，更底層的機(jī)理分析基本缺失。在躍動(dòng)冰川的野外觀測(cè)方面目前已發(fā)表的成果較少，部分研究者針對(duì)公格爾九別峰克拉亞伊拉克冰川的躍動(dòng)開展了野外無(wú)人機(jī)和三維激光雷達(dá)研究［40，145］。未來(lái)我國(guó)學(xué)者需要進(jìn)一步挖掘遙感技術(shù)的潛力，深入揭示不同冰川躍動(dòng)過(guò)程的詳細(xì)特征，為躍動(dòng)機(jī)理的分析提供詳實(shí)數(shù)據(jù)，同時(shí)大幅加強(qiáng)躍動(dòng)冰川的野外觀測(cè)，并以其為基礎(chǔ)開展更底層的躍動(dòng)機(jī)理研究。

6 未來(lái)躍動(dòng)冰川研究展望

早在1968年加拿大St.Hilaire召開的躍動(dòng)冰川研討會(huì)上，國(guó)際躍動(dòng)冰川研究主要奠基人Mark F.Meier就指出躍動(dòng)冰川研究中需要回答的幾個(gè)問(wèn)題［9］：（1）躍動(dòng)冰川的溫度狀況；（2）躍動(dòng)冰川和普通冰川之間是否有連續(xù)的譜帶；（3）躍動(dòng)冰川的周期性與物質(zhì)平衡和氣候歷史的關(guān)系；（4）水和冰床粗糙度在冰川躍動(dòng)中的作用。但這些問(wèn)題目前仍未獲得完整解答，仍然會(huì)是未來(lái)躍動(dòng)冰川的主要研究?jī)?nèi)容。同時(shí)，隨著近年來(lái)躍動(dòng)冰川相關(guān)災(zāi)害事件發(fā)生頻率的不斷增加，如何使躍動(dòng)冰川的研究更有效地服務(wù)于未來(lái)相關(guān)災(zāi)害的防治，也應(yīng)成為當(dāng)前躍動(dòng)冰川研究的核心目標(biāo)。

6.1 躍動(dòng)冰川與普通冰川的差異

冰川躍動(dòng)屬于冰川流動(dòng)不穩(wěn)定性的一種外在表現(xiàn)。但冰川流動(dòng)不穩(wěn)定性可能具有小時(shí)、日、月、季、年及年代際變化等一系列連續(xù)的帶譜［83，146-148］。一些冰川會(huì)顯示出較明顯的、但不足以使冰川產(chǎn)生躍動(dòng)的年際運(yùn)動(dòng)速度波動(dòng)［149］，而部分冰川（如育空地區(qū)的Trapridge冰川）會(huì)發(fā)生被稱為“慢速躍動(dòng)（slow surge）”的長(zhǎng)達(dá)20年的冰川運(yùn)動(dòng)速度波動(dòng)［8，150］。另一方面，部分學(xué)者推測(cè)躍動(dòng)冰川可能是處于普通冰川和快速流動(dòng)冰川之間的一種過(guò)渡類型［62］。普通冰川較低的物質(zhì)積累速率只能讓冰川維持低速流動(dòng)，快速流動(dòng)冰川普遍具有充沛的物質(zhì)供給使其能夠以高速率流動(dòng)，而躍動(dòng)冰川的物質(zhì)積累足以形成較快但無(wú)法維持的流動(dòng)速率，因而只能以周期性的快速流動(dòng)維持物質(zhì)的平衡［151］。

由此可見，躍動(dòng)冰川的特殊運(yùn)動(dòng)模式有可能只是不同冰川連續(xù)譜系中特定譜段的具體表現(xiàn)。但受高精度和高時(shí)空分辨率冰川觀測(cè)結(jié)果仍然較少的限制，現(xiàn)有冰川學(xué)研究在冰川分類方面還具有絕對(duì)性，對(duì)躍動(dòng)冰川與普通冰川的區(qū)分也過(guò)于極端。隨著未來(lái)遙感冰川變化監(jiān)測(cè)時(shí)空分辨率的不斷提高和各類野外冰川觀測(cè)資料的日益豐富，對(duì)冰川不同譜系的研究可能會(huì)獲得突破，現(xiàn)有認(rèn)知中躍動(dòng)冰川和普通冰川運(yùn)動(dòng)特征的差異及其形成原因也有望從更高維度上獲得全新認(rèn)識(shí)，同時(shí)也為解決冰川躍動(dòng)這一難題提供全新的系統(tǒng)性思維范式。

6.2 冰川躍動(dòng)與氣候變化的關(guān)系

雖然氣候變化不是觸發(fā)冰川躍動(dòng)的原因，但早期的研究顯示氣候變化對(duì)冰川躍動(dòng)的發(fā)生頻率和幅度有一定影響［84］。氣候條件主要通過(guò)影響躍動(dòng)冰川積蓄區(qū)物質(zhì)積累速率而對(duì)躍動(dòng)周期具有決定作用［131，152］。近期的研究還證明氣候變化對(duì)冰川躍動(dòng)周期和活動(dòng)特性具有顯著影響，如育空地區(qū)Lowell冰川1945—2010年間5次躍動(dòng)間的間隔因氣候變暖而不斷縮短，同時(shí)躍動(dòng)范圍和距離也大幅減?。?53］。加拿大St.Elias山脈Donjek冰川在1935—2016年間雖然以較固定的12年周期發(fā)生躍動(dòng)，但其躍動(dòng)的范圍不斷縮?。?54］。部分冰川的躍動(dòng)則會(huì)因?yàn)闅夂蜃兣瘜?dǎo)致的物質(zhì)平衡變化而完全停止［155-157］。另一方面，受氣候變暖下冰川厚度和內(nèi)部熱力狀態(tài)改變的影響，部分普通冰川的動(dòng)力過(guò)程會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)橐攒S動(dòng)的方式進(jìn)行［72，158］，或者導(dǎo)致躍動(dòng)冰川發(fā)生躍動(dòng)的頻率增加［159］。

據(jù)此可推知，在未來(lái)氣候持續(xù)變暖情景下，部分已知躍動(dòng)冰川的躍動(dòng)可能會(huì)減緩或停止，而某些普通冰川的運(yùn)動(dòng)模式也可能會(huì)向躍動(dòng)方式轉(zhuǎn)變，同時(shí)部分新形成躍動(dòng)冰川的躍動(dòng)可能導(dǎo)致嚴(yán)重災(zāi)害。但受當(dāng)前冰川躍動(dòng)機(jī)理認(rèn)識(shí)不足的影響，目前這些轉(zhuǎn)變，特別是新躍動(dòng)冰川的出現(xiàn)以及可能災(zāi)害的發(fā)生還完全無(wú)法預(yù)料。因此，繼續(xù)加強(qiáng)氣候變化對(duì)躍動(dòng)冰川形成與演變過(guò)程的影響研究，同時(shí)通過(guò)開展持續(xù)監(jiān)測(cè)來(lái)實(shí)時(shí)了解冰川變化的動(dòng)態(tài)和趨勢(shì)，是未來(lái)深入理解這些轉(zhuǎn)變的內(nèi)在機(jī)制、精準(zhǔn)防范新生躍動(dòng)冰川災(zāi)害不可或缺的途徑。

6.3 躍動(dòng)冰川的強(qiáng)化觀測(cè)與機(jī)理研究

受野外觀測(cè)難度和成本的限制，現(xiàn)有大多數(shù)躍動(dòng)冰川研究均以遙感為主要數(shù)據(jù)獲取方法來(lái)開展，在躍動(dòng)機(jī)理方面也均是基于遙感反演的冰川表面變化特征，依據(jù)已有機(jī)理認(rèn)識(shí)做推測(cè)性研究。但純遙感方法一方面受時(shí)空分辨率和輻射分辨率的限制而精度有限，另一方面主流遙感方法僅能監(jiān)測(cè)冰川表面變化過(guò)程，而無(wú)法探測(cè)冰內(nèi)和冰下過(guò)程以及末端水文狀況等，很難使冰川躍動(dòng)機(jī)制研究獲得突破性進(jìn)展。

隨著野外觀測(cè)技術(shù)的不斷發(fā)展和新型觀測(cè)手段的不斷出現(xiàn)，尋找可替代傳統(tǒng)野外冰川觀測(cè)方法，綜合應(yīng)用各類新式空基、地基觀測(cè)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)冰川表面和內(nèi)部變化過(guò)程數(shù)據(jù)在點(diǎn)、線、面等多重尺度上的連續(xù)、高精度、低成本采集，獲取更多冰川躍動(dòng)前后的冰內(nèi)和冰下過(guò)程等關(guān)鍵數(shù)據(jù)，是未來(lái)深入開展冰川躍動(dòng)機(jī)理研究的必由途徑。其中，重點(diǎn)需要突破不同冰川溫度特性、不同冰內(nèi)/冰下水賦存狀態(tài)以及不同冰下底磧分布、厚度和變形參數(shù)等在冰川躍動(dòng)形成和發(fā)展中所起的作用，更全面地理解冰川溫度變化、冰內(nèi)/冰下水文過(guò)程、冰下底磧的結(jié)構(gòu)與變形等在躍動(dòng)冰川形成與演變中的綜合作用機(jī)理。這是建立更具系統(tǒng)性的統(tǒng)一冰川躍動(dòng)理論必不可少的前提條件，也是未來(lái)躍動(dòng)冰川研究需要重點(diǎn)突破的課題之一。

6.4 冰川躍動(dòng)的模擬與預(yù)測(cè)

躍動(dòng)冰川與諸多冰川災(zāi)害緊密關(guān)聯(lián)，對(duì)冰川躍動(dòng)的有效預(yù)測(cè)對(duì)相關(guān)災(zāi)害的防治具有重要實(shí)踐指導(dǎo)意義。目前在冰川躍動(dòng)機(jī)理認(rèn)識(shí)方面的不足和野外實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的缺乏難以支撐具有嚴(yán)格物理意義的冰川躍動(dòng)模型的建立，因此尚未形成成熟的模型，已有模型也多停留在理論階段，在實(shí)際冰川躍動(dòng)預(yù)測(cè)方面的應(yīng)用基本空白。在利用強(qiáng)化躍動(dòng)冰川觀測(cè)獲得系統(tǒng)性冰川躍動(dòng)機(jī)制認(rèn)知的前提下，建立僅需要較少輸入?yún)?shù)，能夠準(zhǔn)確恢復(fù)和預(yù)測(cè)冰川躍動(dòng)事件的普適性冰川躍動(dòng)模型，對(duì)實(shí)現(xiàn)冰川躍動(dòng)相關(guān)災(zāi)害預(yù)測(cè)預(yù)防具有重要意義。另一方面，通過(guò)遙感和野外觀測(cè)獲得躍動(dòng)冰川表面變化過(guò)程及相關(guān)災(zāi)害發(fā)生發(fā)展的一般規(guī)律。在此基礎(chǔ)上，以日益豐富的多源遙感數(shù)據(jù)為主要依據(jù)，通過(guò)連續(xù)的冰川監(jiān)測(cè)和表面動(dòng)態(tài)反演，建立冰川躍動(dòng)及潛在危害的遙感預(yù)報(bào)和預(yù)警系統(tǒng)，也可為未來(lái)冰川躍動(dòng)相關(guān)災(zāi)害的防治提供重要參考依據(jù)。

7 結(jié)論

（1）現(xiàn)有研究表明全球躍動(dòng)冰川總計(jì)約1 850條，主要分布于環(huán)北極地區(qū)和亞洲高山區(qū)，其中亞洲高山區(qū)的躍動(dòng)冰川主要集中分布于帕米爾高原、喀喇昆侖山和西昆侖山地區(qū)。我國(guó)西部是亞洲高山區(qū)躍動(dòng)冰川分布區(qū)之一。近年來(lái)與冰川躍動(dòng)相關(guān)的災(zāi)害事件發(fā)生頻率不斷增加，躍動(dòng)冰川成為當(dāng)前國(guó)際國(guó)內(nèi)冰川學(xué)研究的熱點(diǎn)。

（2）已有研究表明冰川基底巖性、冰川形態(tài)特征和冰川溫度特性等對(duì)躍動(dòng)冰川的形成和分布具有一定控制作用。長(zhǎng)度較長(zhǎng)、面積較大和形態(tài)較復(fù)雜的冰川成為躍動(dòng)冰川的可能性更大，同時(shí)躍動(dòng)冰川一般分布于形成年代較新且較易侵蝕的軟弱巖層之上。但現(xiàn)有對(duì)躍動(dòng)冰川分布控制因素的認(rèn)識(shí)還較難對(duì)世界各地躍動(dòng)冰川所在環(huán)境的巨大的差異做出完整和統(tǒng)一的解釋。

（3）對(duì)躍動(dòng)冰川的遙感鑒別方法目前已較為成熟，可通過(guò)冰川表面的特殊形態(tài)標(biāo)志以及躍動(dòng)前后冰川末端位置、表面運(yùn)動(dòng)速度和高程的變化，以及躍動(dòng)形成的特殊地貌和沉積學(xué)證據(jù)等進(jìn)行辨識(shí)。但目前基于冰川溫度特性區(qū)分的熱力學(xué)和水力學(xué)兩種冰川躍動(dòng)機(jī)理還有較大不足，出現(xiàn)了同一地區(qū)具備不同躍動(dòng)機(jī)制的冰川共存和無(wú)法解釋部分冰川躍動(dòng)發(fā)起于冰川下部等問(wèn)題。已有研究表明冰川內(nèi)部水和冰下底磧?cè)谲S動(dòng)冰川的形成和發(fā)育過(guò)程中具有重要作用，但受觀測(cè)資料限制，對(duì)具體作用機(jī)制的認(rèn)識(shí)還較為有限。

（4）當(dāng)前主要基于遙感技術(shù)的躍動(dòng)冰川研究存在表面特征研究過(guò)多、機(jī)理研究不足的缺點(diǎn)。未來(lái)躍動(dòng)冰川研究需要深入剖析造成躍動(dòng)冰川與普通冰川間差異運(yùn)動(dòng)方式的內(nèi)在原因，重點(diǎn)關(guān)注氣候變化對(duì)冰川躍動(dòng)形成和發(fā)育的影響特別是新形成躍動(dòng)冰川的監(jiān)測(cè)。同時(shí)應(yīng)綜合星、空、地各類冰川觀測(cè)方法，加強(qiáng)對(duì)躍動(dòng)冰川冰內(nèi)和冰下參數(shù)及其在不同階段演變特征的野外觀測(cè)，以期形成能夠完整解釋不同類型冰川躍動(dòng)過(guò)程、更具系統(tǒng)性的冰川躍動(dòng)機(jī)理認(rèn)識(shí)。此外，需著重發(fā)展能夠有效模擬和預(yù)測(cè)躍動(dòng)冰川形成和演化過(guò)程的冰川躍動(dòng)模型，為冰川躍動(dòng)相關(guān)災(zāi)害的預(yù)測(cè)預(yù)防提供科學(xué)參考和實(shí)踐指導(dǎo)。