冰川的形成历经了三个阶段：足够的大气固态降水形成积雪层，积雪通过圆化作用变成粒雪，粒雪再通过变质作用形成冰川冰。冰川是由一层层冰层逐渐沉积下来的，每一层都反映着特殊的地质历史时期和特定的地理环境气候。

在漫长的形成过程中，冰川不断发生着变化，主要体现在两个方面：一是它会受气候变化的影响发生积累和消融，二是它会受重力作用，发生塑性变形和底部滑动，以每年数十米、数百米，甚至数千米的速度运动着。在这些运动过程中，冰川会发生侵蚀、搬运和沉积作用。

日前，2024年冰峰大会暨青年科学探索活动在四川启动。活动主题为“从科学到社会：青藏高原冰冻圈退缩及气候变化应对”。

随着全球气候变暖，在被称为“地球第三极”的青藏高原及周边高山地区，冰川面积不断退缩的同时，冰川厚度也在变薄。

那么，冰川到底有多厚？变薄了多少？如何测量冰川厚度？

带着这些问题，科技日报记者采访了相关专家。

厚度数据有重要价值

地球上海洋水体约占全球水体总量的96.5%，淡水仅占2.53%，其中四分之三的淡水储存于南极冰盖、格陵兰冰盖和山地冰川中。

根据第二次中国冰川编目数据，中国现有冰川48571条，总面积51766.08平方千米，约占世界冰川（除南极和格陵兰冰盖以外）面积的7.1%。

“冰川在气候变化、水资源管理、海平面上升、生态保护、经济社会发展等领域，都有重要的科学和应用价值。”中国科学院西北生态环境资源研究院副研究员何晓波说。

近百年来，由于全球气候系统变暖，冰川、积雪融化加快。

冰川的变化影响着周围地区的水循环过程，进而影响到江河源区的生态与环境。“近年来，山地冰川变薄退缩是对气候变暖的响应，体现了冰川对气候变化响应的敏感。”何晓波说，冰川厚度、冰下地形和冰川体积是冰川变化的3个重要基本参数，也是冰川水资源、冰川跃动、冰芯钻取等研究评估工作的基础数据，关联着冰川储量、冰川运动、冰川内结构。研究人员通过冰面地形、冰厚测量资料，可绘制冰下地形，估算冰川体积，从而获取冰川水资源储量信息。

何晓波说：“冰川测厚数据能够提供冰川测量点厚度值和整条冰川的平均厚度，科研人员能够据此绘制冰川下的地形图，准确估算冰川体积。”

监测冰川状况，开展冰川变化系统研究，有重要的科学意义，也有极高的应用价值。

研发测量“利器”

历史上，现场取芯法、重力法、地震波法是常用的冰川探测方法。但这些方法工作强度大、效率低、安全性差。中国科学院西北生态环境资源研究院创新了冰川探测方法，使测量更精准。

该院利用我国自主研发的冰水情一体化雷达，对珠峰东绒布冰川的厚度进行了全面探测，成功获取了东绒布冰川海拔6300米至6500米范围内的冰川厚度数据。

所用雷达是一种能穿透冰和雪这类特定介质的探地雷达。它是一种利用电磁波被冰床基岩、冰内空洞、内碛等目标反射的特性来发现目标，并确定目标距离和方位的电子设备。何晓波说，简单来说，它基于冰水和基岩介电常数的差异，通过无线电波在冰体中的传输波速变化确定目标位置。

一般情况下，冰下介质的结构变化比较缓慢，同一冰层的电特性比较接近。因此采用探地雷达连续测量时，相邻测点上同一地层反射波的波形、波幅、周期及其包络等主要特征有一定相似性。具有一定形态特征的反射波是反射层识别的基础，而同一地层反射波的同相性与相似性为反射层的追踪提供了依据。

过去，测冰雷达数据分析通常采用人工方法提取层位，需要在数据中寻找局部的连续性和相似性特征，以识别出需要提取的同相轴。这种方法解释速度慢、同相轴追踪精度不高、存在微弱跳跃等。

针对这一问题，何晓波团队使用的冰水情一体化雷达系统创新地加载了联合振幅和局部梯度的新型算法，使得同时基于单个观测点数据和相邻时间序列的交叉验证成为可能。算法同步实现了水深和冰厚的准确测量，也使得从前复杂的层位信息以更清晰直观的方式呈现。

经过分析和试验，研究团队确定了100兆赫和400兆赫两种频率的雷达，雷达可高精度测量水深和冰厚。

研究团队同时在雷达天线形状和布置上进行改进，使得水深浅层冰结构和冰厚的测点在同一垂线上，并通过分时工作避免不同频率雷达间的相互干扰。

中国科学院西北生态环境资源研究院博士研究生汪少勇介绍，十几年前，有科考队对东绒布冰川进行了测厚，数据显示东绒布冰川在海拔6300米的最大厚度达320米。“这次我们利用最新研发的仪器，更准确地获取了冰川厚度数据。通过与前人测量的数据进行对比，可以进一步了解这十几年东绒布冰川厚度的变化。”汪少勇说。

经初步处理数据发现，东绒布冰川的最大厚度在300米以上。根据东绒布冰川的厚度数据，可以准确估算东绒布冰川的冰储量，并进一步探明冰川蕴藏的水资源量，为冰川下游农牧业发展和水资源管理提供数据支撑。

有望实现“透视”地球

“我们和中国水利水电科学研究院、大连中睿科技发展有限公司等共同研发的冰水情一体化雷达基于超宽频带冲击脉冲雷达技术原理，实现了对冰川体及其内部结构和基底地形的高分辨率穿透成像测量。”何晓波说，这项成果在大功率高信噪比天线技术、超深雷达信号采集处理技术、雷达数据高质量处理算法方面的创新和技术突破，使得我国的冰川雷达测量技术和专用设备达到国际先进水平。

记者了解到，由于何晓波团队采用了最新的先进雷达探测测量技术手段，数据测量精度直接提升了一个数量级，数据质量、代表性和可靠度得到大幅度突破性提高。研发设备的绝对误差约为冰厚测量值的5%。

同时，现有的冰川储量估计公式也将基于雷达对冰川厚度的精确测量数据而得到针对性优化。未来，我国将开展不同区域、不同类型、不同规模代表性冰川的厚度测量，评估和改进已有冰川雷达测量精度和算法，收集全球山地冰川厚度测量数据，改进和优化适合不同规模冰川的储量计算公式。

“冰水情一体化雷达及通过这一先进技术手段获得的数据和信息，让我们可以‘透视’地球。未来这一雷达将在我国的冰川调查测量、环境气候调查、冻土带及冻土带工程勘察、江河湖库冰工程调查和冰水情观测测量、极地科考等领域拥有广阔的应用前景。”何晓波介绍。

延伸知识：

世界冰川的厚度分布

冰川和冰盖的大小和形状受大气和海洋变化的控制。它们目前的萎缩为全球气候变化提供了直接和明确的证据。由于它们为当地人口提供淡水资源并且目前对海平面上升贡献了25-30%，这威胁到世界上约10%的生活在水平面10米以下的人口，因此对它们的未来演变进行建模变得至关重要。尽管过去几十年的国际努力已大大改善了冰块的代表性，但世界冰川的厚度分布仍然存在很大的不确定性。

世界上215,000条冰川中只有4,700条存在冰层厚度的现场测量，而且这些冰川中的大多数只覆盖了部分冰川。已经提出了一些基于模型的全球冰川厚度重建，根据所使用的模型，Randolph Glacier Inventory(RGI)区域内的估计值差异很大，突出了这些模型仍然缺乏信心重建。事实上，目前的冰厚度模型大多使用基于宽度平均中心线方法的简化冰川几何形状，这些方法逐个冰川应用（依赖于冰川的盆地边界），对基础剪切应力或表面质量平衡梯度有很强的假设。虽然这些方法对于山谷冰川可能是合理的，但它们导致冰盖和潮水冰川的基岩几何形状不切实际，格陵兰岛和南极洲以外的大部分全球冰量都位于这些地方。需要解决冰川厚度的这种不一致问题，因为已经表明，在未来几十年的冰川演化预测中，冰厚度分布比冰总体积的影响更大。换句话说，如果没有正确捕获冰川的厚度分布，则获得正确的全球冰量无助于模拟冰川的未来。

气候变化对水资源和海平面上升的影响在很大程度上取决于世界各地冰库的规模和冰厚分布，但其目前仍不确定。在这里，我们展示了一张全面的高分辨率地图——2017年至2018年期间全球98%冰川面积的冰运动平图。我们利用这张冰川流量图来估算全球冰量，从而将冰厚度分布与冰川动力学和地表地形相协调。结果表明，世界冰川对海平面上升的潜在贡献为257±85毫米，比之前估计的低20%。在低纬度地区，我们的发现突出了淡水资源的显著变化，喜马拉雅山脉的冰增加了37%，南美洲热带安第斯山脉的冰减少了27%，影响了当地人口的水资源可用性。这种冰川流量和厚度的绘图重新定义了我们对全球冰川体积分布的理解，并对世界各地冰川演化的预测产生了影响，因为冰川几何和动力学的精确表示对冰川建模至关重要。

文章来源： 科技日报、地理视窗、 发展地理学