地球科学进展

地球科学进展, 2021, 36(3): 307-316 DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2021.026

综述与评述

青藏高原冰川底部滑动估算方法研究： 进展、问题与展望

顾菊,1, 张勇,1, 刘时银2, 王欣1

1.湖南科技大学资源环境与安全工程学院，湖南 湘潭 411201

2.云南大学国际河流 与生态安全研究院，云南 昆明 650091

Research on Estimation Methods of Glacier Basal Sliding on the Tibetan Plateau： Progresses， Problems and Prospects

GU Ju,1, ZHANG Yong,1, LIU Shiyin2, WANG Xin1

1.School of Resource，Environment and Safety Engineering，Hunan University of Science and Technology，Xiangtan Hunan 411201，China

2.Institute of International Rivers and Eco-Security，Yunnan University，Kunming 650091，China

通讯作者: 张勇(1979-),男,山东滕州人,教授,主要从事冰川变化与水资源研究. E-mail:yong.zhang@hnust.edu.cn

收稿日期: 2021-01-04   修回日期: 2021-02-29   网络出版日期: 2021-04-30

基金资助: 国家自然科学基金项目“基于能量—动力响应物理过程的冰川径流模拟研究”.  41671057
湖南省研究生教育创新工程和专业能力提升工程项目“典型冰川区底部滑动参数化研究”.  CX20200989

Corresponding authors: ZHANG Yong (1979-), male, Tengzhou City, Shandong Province, Professor. Research areas include glacier change and water resources. E-mail:yong.zhang@hnust.edu.cn

Received: 2021-01-04   Revised: 2021-02-29   Online: 2021-04-30

作者简介 About authors

顾菊(1995-),女,江苏扬州人,硕士研究生，主要从事冰冻圈环境研究.E-mail:guju_1117@163.com

GUJu(1995-),female,YangzhouCity,JiangsuProvince,Masterstudent.Researchareasincludecryosphericenvironment.E-mail:guju_1117@163.com

摘要

冰川底部滑动是冰川运动重要的组成部分，是冰川动力过程的底部边界条件。底部滑动速度的估算，对于研究青藏高原及周边地区冰川运动规律、冰川内部应力分布和冰川异常变化机制等具有重要意义。系统总结了冰川底部滑动速度的影响因素及其估算模型的发展现状，其模型从单纯考虑底部剪切应力与冰床特性的关系逐渐扩展到考虑底部有效压力和冰下水文过程等综合影响，剖析了现有模型的结构和功能。进而分析了现有模型存在的主要问题和挑战，为进一步完善模型提供参考。未来冰川底部滑动研究需基于遥感大数据、新技术等进一步强化观测，着重耦合冰下水文过程的影响，进而促进气候变化—冰川物质平衡—冰川动力学响应过程的集成研究。

关键词： 冰川 ; 底部滑动 ; 滑动速度模型 ; 冰川运动 ; 动力响应

Abstract

Glacier motion is composed of plastic deformation of the ice， sliding of ice over its bed and deformation of the bed itself. Among these three components， basal sliding is a significant factor. And its law， which represents the relationship between the sliding speed， the shear stress at the base of the glacier and the characteristics of the ice bed， is the basal boundary condition of the glacier dynamic process. The estimation of basal sliding plays an important role in the study of glacier motion， internal stress distribution and mechanism of glacier anomaly. This study systematically reviews the development of glacier sliding and its existing estimation methods， which gradually expand from only considering the relationship between shear stress and ice bed roughness to taking into account the comprehensive influences of effective pressure and hydrologic process under the ice. We dissect the structures and functions of existing models， and then analyze the main problems and challenges of these methods， in order to provide references for further improvements of this model. Future studies on glacier basal sliding should be based on big remote sensing data and new technique， and focused on coupling the influence of subglacial hydrological processes， so as to promote the integrated study of climate change-glacier material balance-glacier dynamic response process.

Keywords： Glacier ; Basal sliding ; Sliding model ; Glacier motion ; Dynamic response

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本文引用格式

顾菊, 张勇, 刘时银, 王欣. 青藏高原冰川底部滑动估算方法研究： 进展、问题与展望. 地球科学进展[J], 2021, 36(3): 307-316 DOI:10.11867/j.issn.1001-8166.2021.026

GU Ju, ZHANG Yong, LIU Shiyin, WANG Xin. Research on Estimation Methods of Glacier Basal Sliding on the Tibetan Plateau： Progresses， Problems and Prospects. Advances in Earth Science[J], 2021, 36(3): 307-316 DOI:10.11867/j.issn.1001-8166.2021.026

1 引 言

青藏高原及周边地区是南极和北极之外冰储量最大的地区［1］，是亚洲众多大江大河的发源地［2］。冰川是这一地区冰冻圈的重要组成部分，随着气候变暖，大多数冰川正在发生以消融退缩为特征的剧烈变化［1，3，4］，同时一些区域出现了冰川跃动和前进等异常变化［5~7］，导致青藏高原及周边地区水资源和灾害风险增加［8，9］。尤其“一带一路”沿线重点地区分布着广泛的冰川，这些冰川差异变化与响应导致的水资源效应、灾害效应和生态与环境效应已引起我国以及“一带一路”地区众多国家的广泛关注［8~10］。

随着气候变化，冰川通过自身的动力过程调整冰川规模和形态等以适应新的气候条件，这一过程与冰川运动密切相关［11］。冰川运动不仅改变冰川区物质的空间分布，影响冰川几何形态（长度、厚度、面积和体积等）的变化，同时影响冰川各部分所处的水热条件，增加了冰川对气候变化响应的复杂性［11］。冰川运动通常由冰川冰变形、底部滑动和底部岩屑层变形控制［11，12］，其中冰川底部滑动是冰川运动的重要组成部分之一［11~15］。研究表明，冰川底部滑动是青藏高原及周边一些地区冰川跃动、冰崩等异常变化及关联灾害发生的重要原因［6，16］。基于不同冰川跃动阶段的运动速度观测可知，冰川底部滑动对冰川运动速度的增加贡献显著［17，18］。由此可知，冰川底部滑动过程在青藏高原及周边地区冰川动态变化中扮演着重要角色，亟需系统认识冰川底部滑动过程及其对该地区冰川差异变化与响应的影响。

然而，受冰川底部滑动观测条件和数据积累的限制，对青藏高原冰川底部滑动过程与机理的认识较为有限。目前国内仅在乌鲁木齐河源1号冰川开展了冰洞观测［19，20］，在海螺沟冰川开展了冰下水力状况观测［21］。近年来，青藏高原冰川变化及其动力过程研究取得了较好的进展，发展了较为成熟的冰川动力学模型［22~27］，然而鲜有模型系统地考虑冰川底部滑动过程及其影响。因此，亟需从观测与模型角度审视冰川底部滑动机理，从而更深刻地理解冰川底部滑动变化过程及其对动力过程的影响。本文系统梳理了冰川底部滑动影响因素及其模型的发展现状，探讨了现有冰川底部滑动速度估算模型存在的问题和挑战，为深入开展青藏高原及周边地区，尤其“一带一路”沿线重点地区冰川变化影响评估、冰川异常变化机制及其灾害效应研究等提供科学依据。

2 冰川底部滑动过程及影响因素

冰川底部滑动是冰川运动过程的一个重要分量，在底部滑动过程中，冰体变形运动速度分量与滑动速度相比较小［11］。从不同冰川区实测的底部滑动速度（ub）与表面速度（us）的比率（表1）可知，绝大多数冰川底部滑动在冰川总运动速度中占比在一半以上，尤其在温冰川中底部滑动速度占比更大。极地冰川也观测到了同样的现象［13~15］。即使在同一条冰川上，底部滑动与表面运动速度的比率也存在很大差异（表1）。普遍认为，冰川底部温度达到压融点时发生滑动，复冰作用和蠕变增强这两种机制起了主导作用（图1）［32，49］。冰川底床有融水，或冷冰川厚度增加，导致底部剪切应力增加、底部处于压力融点，从而发生复冰现象或塑性流动加剧，进而发生底部滑动。其中，复冰作用是融水通过障碍物流到压力较低、压融点较高的障碍物下侧再次冻结的过程（图1），当冰川底部障碍物尺寸较小时作用显著。随着障碍物尺寸的增大，蠕变增强成为底部滑动的主要机制（图1）。对于冷冰川来说，当冰川底部与基岩冻结在一起，一般认为复冰作用和蠕变增强两种机制不起作用，但在乌鲁木齐河源1号冰川的观测表明，冰川底部在冻结状态下亦可产生微小运动［19］。

表1   冰川底部滑动速度与表面速度的比率[11,19,21]

Table 1  Ratio of basal sliding velocity to surface velocity of the glacier[11,19,21]

冰川名称位置末端海拔/m冰厚/mub/us参考文献
阿莱奇 (Aletsch)46°26′32″ N, 8°04′38″ E1 6501370.50[28]
阿罗拉 (Arolla)45°59′31″ N, 7°29′41″ E2 5501300.60[29]
阿塔巴斯卡 (Athabasca)52°11′55″ N, 117°14′37″ W9203220.75[30]
阿塔巴斯卡 (Athabasca)52°11′55″ N, 117°14′37″ W9202090.10[30]
阿塔巴斯卡 (Athabasca)52°11′55″ N, 117°14′37″ W9203160.87[31]
阿塔巴斯卡 (Athabasca)52°11′55″ N, 117°14′37″ W9202650.67[31]
蓝冰川 (Blue)47°48′09″ N, 123°41′12″ W1 130260.90[32]
蓝冰川 (Blue)47°48′09″ N, 123°41′12″ W1 130650.88[33]
蓝冰川 (Blue)47°48′09″ N, 123°41′12″ W1 130650.03[33]
蓝冰川 (Blue)47°48′09″ N, 123°41′12″ W1 1301200.07[34]
布莱克拉皮兹 (Black Rapids)63°28′15″ N, 146°11′49″ W7006000.60[35]
邦胡斯布林 (Bondhusbreen)60°03′24″ N, 6°18′50″ E4501600.26[11]
哥伦比亚 (Columbia)61°13′11″ N, 146°53′43″ W944约9500.80~1.00[36,37]
恩加布林 (Engabreen)66°39′ N, 13°51′ E1112100.15[38,39]
萨尔蒙 (Salmon)56°07′ N, 130°04′ W9504950.45[40]
斯托尔格拉奇 (Storglaciären)67°54′10″ N, 18°34′00″ E1 1201000.70~0.90[41]
特拉普里奇 (Trapridge)61°14′ N, 140°20′ W2 050650.90~1.00[42]
图尤克苏 (Tuyuksu)43° N, 77°06′ E3 500520.65[43]
奥斯特塔赛森 (Фsterdalsisen)66°31′ N, 14°07′ E1 100400.65[44]
瓦力加特 (Variegated)(跃动)59°59′54″ N, 139°19′54″ W2503850.95[17]
瓦力加特 (Variegated)(未跃动)59°59′54″ N, 139°19′54″ W2503560.53[45]
韦斯尔—斯卡特布伦(Vesl-Skautbreen)61°37′30″ N, 2°16′18″ E-500.90[46]
惠兰斯冰流 (Whillans Ice Stream)84°40′ S, 145°00′ W-1 0301.00[47]
乌-1冰川 (1号冰洞)43°05′N, 86°48′ E

东3 743

西3 845

-0.60~0.80[19]
乌-1冰川 (2号冰洞)43°05′N, 86°48′ E

东3 743

西3 845

-0.78[48]
海螺沟冰川29°36′ N, 101°57′ E3 0001250.86[21]

注：“-”表示该数值无确切记录；ub/us表示冰川底部滑动速度与表面速度的比率

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图1

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图1   冰川底部滑动主要物理过程[11]

Fig.1   Main physical processes of glacier basal sliding[11]


研究表明，冰川底部滑动速度不仅取决于底部剪切应力与冰床粗糙度［49~51］，还与冰床的水压力大小有关［52~55］。来自冰川表面融水和雨水、冰川内部和底部的融水汇集于冰床底部，水在二者之间起着润滑作用，减小了冰床的有效粗糙度，进而改变底部滑动速度。近年来的众多观测发现冰下水压变化在控制冰下底部滑动过程中起着关键作用［15，54，56~58］。温冰川运动速度的季节变化很大程度上受流进冰体内部或底部水量季节变化的影响［56，57］。在格陵兰地区的研究发现，冰川运动速度加快与其表面消融强度直接相关，冰川融水量的增加导致底部的润滑作用强烈，进而冰川底部滑动速度对于冰川运动的贡献显著增加［13~15］。尽管冰川底部水的动态变化会影响其滑动速度，但融水量的持续增加并不意味着底部滑动的持续加速［15，56，58］。当冰体排水量高于某阈值时，冰下水压变化导致有效压力升高，进而减弱了水体对冰床的润滑效应，此时冰川底部滑动速度则与冰床的有效压力成反比［53，59］。

同时，冰下排水系统结构和排水效率也是冰川底部滑动的关键影响因素［60］。冰床温度处于压力融点的冰川主要有2类排水系统，一种是由空穴连接的充满水的分布式排水系统［61］，另一种是隧道排水系统［62］。在冰川消融初期，冰川融水到达冰床，融水会快速淹没低效的分布式排水系统，升高水压，加速冰川底部滑动［52，63，64］。随着消融季节的推进，冰川融水持续渗入冰床，如果水通量足够大，连接在一起的空穴会形成高效的隧道排水系统［15，65］，但其水压要比分布式排水系统的水压低，进而降低了底部滑动速度［66~68］。此外，冰川底部冰层常含有碎屑物，其与冰床接触产生的摩擦阻力对底部滑动影响较大，摩擦阻力越大，底部滑动速度越小［69，70］。

3 冰川底部滑动模型发展现状

与冰川表面速度获取手段［71］相比，由于冰床性质的差异性以及冰岩界面上的冰、水和沉积物之间相互作用的多样性和复杂性，加之观测数据较少，一定程度上限制了冰川底部滑动估算方法的发展。本文系统总结了冰川底部滑动速度估算模型的发展现状，并剖析了这些模型的结构与功能。表2列举了典型的冰川底部滑动速度估算模型。

表2   冰川底部滑动速度估算模型列表

Table 2  Summary of existing formulations for modelling basal sliding

序号模型参数描述模型特征优缺点参考文献
1ub=C·τbn+12·R- n-1τb为底部剪切应力，R为冰床粗糙度，n一般取3，C为常数考虑复冰作用和蠕变增强两种机制，滑动速度取决于底部剪切应力和冰床粗糙度

优点：结构简单，易于理解，适用性强

缺点：未能考虑冰下水文因素的影响

[49]
2ub=kτbpN- qk取决于冰的热性能和力学性能，τb为底部剪切应力，N为有效压力，p和q是常数考虑水压力变化对底部滑动的影响，滑动速度取决于底部剪切应力和有效压力

优点：考虑冰下水文的影响，假设条件相对较少

缺点：有效压力确定较为困难；当N=0时，滑动速度是无限的，与实际情况不符

[17，56]
3ub=kτb1Pi-Pwp-1Pi-Pcp0,Pw<Pc ,Pw>Pcτb为底部剪切应力，Pw为冰下水压力，Pi为上覆冰压力，Pc为临界压力，k和p为常数水压力超过临界压力值时，底部滑动加速；水压力低于临界压力值时，底部滑动趋于稳定且速度缓慢

优点：考虑水压的临界值

缺点：公式较为复杂；仅适用于斜率恒定的基岩

[72]
4ub=Bτb21Pi-Pw-1Pi-Pc0,Pw≤Pc,Pw>Pcτb为底部剪切应力，Pw为冰下水压力，Pi为上覆冰压力，Pc为临界压力，B为滑动系数假定冰川底部冰的运动是块体滑动，其他机制对水文因素的波动不敏感，较为稳定

优点：考虑水压的临界值，相比上式进行了简化

缺点：对水文因素波动不敏感

[73]
5ub=ρgHsinθRNq1pρgHsinθ为驱动应力，R为冰床粗糙度，N为有效压力，p和q为常数通过底部剪切应力等于驱动应力、冰面坡度等于冰床斜率的方法来确定滑动速度

优点：只考虑滑动速度、剪切应力和有效压力的关系，模型结构简单

缺点：未考虑冰下水文因素的影响

[74]
6ub=C0PwPiτbPw为冰下水压力，Pi为上覆冰压力，τb为底部剪切应力，C0为常数通过水压力与冰压力的比值考虑冰下水文因素，滑动速度与剪切应力呈线性关系

优点：考虑冰下水文的影响；模型结构较为简单

缺点：仅考虑线性变化关系

[75]
7ub=uce1-τcτbτb为重力驱动应力，uc为典型滑动速度（20 m/a），τc为其对应的驱动应力（105 Pa）通过典型的滑动速度与对应的重力驱动应力确定滑动速度

优点：未知数较少；重力驱动应力较大时，滑动速度贴近真实情况

缺点：未涉及底部滑动的内部机制

[76]

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基于Weertman滑动理论模型［49］，Weertman［49］发展了底部滑动模型（表2模型1）。该模型考虑了冰川底部滑动过程中复冰作用和蠕变增强两种机制，假设冰川底部障碍物为尺寸相同的立方体，根据能量守恒定律和格伦定律分别获取复冰机制和蠕变增强机制产生的速度。冰川在冰床上的运动并不只与一种作用机制有关，是复冰作用和蠕变增强这两种机制综合作用的结果，如模型1所示，底部滑动速度随底部剪切应力变化，并与冰床粗糙度成反比。随后，基于无空穴滑动理论，不同研究者改进了上述模型［50，51，77］，改进的模型选取冰床某一区域的粗糙度代表整个冰床的粗糙度，且假定所选择区域内的滑动速度均一，进而通过统计方法描述冰床粗糙度，该模型仅需测量冰床地形就可以估算底部滑动速度［50，51，77］；然而该模型不能对大量观测到的冰面速度短期变化作出相应解释［51，78，79］。

随着空穴滑动理论的提出与完善［52，80］，与之相对应的模型逐渐发展［15，17，56］。如表2模型2所示，该类模型除了考虑底部剪切应力和冰床粗糙度的影响，还考虑了冰川底部有效压力（即上覆冰体压力和冰下水压力之差）对底部滑动速度的影响。在高水压、低有效压力的情况下，冰川底部滑动速度较快［17，56］。随后Iken等［72］提出了适用于具有恒定斜率基岩的临界压力的概念，进而改进了上述模型（表2模型3）。该模型的前提是水能够达到基岩的所有低压区，且基岩变化不存在切向牵引力；当水压力超过该临界压力值时，加速冰床滑动；当水压力低于该临界压力值时，底部滑动趋于稳定且速度缓慢。当冰床的水压力无限接近冰体压力时，底部滑动速度急剧增大。基于此，Kessler等［73］假定冰川底部冰的运动是通过块体滑动实现，其他机制对水文因素的波动不敏感且较为稳定，进而计算滑动速度（表2模型4）。Benn等［74］综合考虑了底部滑动速度、剪切应力和有效压力之间的关系（表2模型5），通过底部剪切应力等于驱动应力、冰面坡度等于冰床斜率的方法来确定底部滑动速度。

随着对冰下水文过程及其对底部滑动影响的逐步认识，Marshall［75］提出了一种结合冰下水文因素的底部滑动速度计算模型（表2模型6），尤其在高水压情况下能够获取更贴近实测的冰川底部滑动过程。该模型通过水压力与冰压力比值和底部剪切应力来估算滑动速度，从该模型可以看出，冰川底部滑动速度不仅与底部剪切应力呈线性关系，也与冰下水压力呈线性关系，当冰下水压力为零时，没有底部滑动。随后，Larour等［81］在冰盖模拟中简化了上述模型，而简化后的模型没有考虑有效压力的影响，无法模拟冰下水力状况。此外，Kessler等［76］研究发现底部剪切应力值较大时会产生明显的底部滑动，从而在相邻位置之间有效地输送冰量，进而减小局部表面坡度以及重力驱动应力，基于此，发展了计算底部滑动速度的模型（表2模型7）。图2显示了底部滑动速率、剪切应力及重力驱动应力之间的关系。模型7的应用需满足以下3个条件：①在重力驱动应力较小（<<105 Pa）的条件下，滑动速度非常小，当τb=0时滑动速度为0；②在一定的重力驱动应力范围内，滑动速度迅速增大；③在重力驱动应力较大（>>105 Pa）的情况下，滑动速度是有限的，这也是该模型不同于其他模型之处（图2）。

图2

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图2   不同模型滑动速率与重力驱动应力的归一化关系

橙色线表示模型1，蓝色线表示模型2，绿色线代表模型6，红色线代表模型7

Fig.2   Normalized sliding law of the relationship between sliding rate and gravitational driving stress

The orange line is the formula of model 1, the blue line is the formula of model 2, the green line is the formula of model 6, and the red line is the formula of model 7


从上述各类模型结构来看（表2），冰川底部滑动速度估算模型主要考虑了底部剪切应力、冰床粗糙度和冰床的水压力等因素。随着对冰川底部滑动过程认识的加深，尤其对冰下水文过程与冰川动力过程相互作用机理的认识，底部滑动速度估算方法将逐步发展与完善。由于冰下过程观测难度较大，数据积累限制，很多模型并没有综合考虑底部滑动过程的诸多影响因素，出现了一系列亟待解决的问题，这也说明该部分仍是冰川学研究的热点领域。

4 冰川底部滑动模拟的挑战

我国“一带一路”的建设及其重大战略需求，为青藏高原及周边冰川变化及影响、冰川异常机制及其灾害效应研究提供了难得的机遇。目前青藏高原及周边冰川区依然存在广大的无观测资料区域，给这些区域冰川底部滑动过程研究带来了巨大挑战。虽然多个冰川底部滑动速度估算模型在冰川变化、影响及关联灾害等研究中已有所应用［6，16，74，82］，但对于冰川底部滑动模型依然有众多核心科学和技术问题亟需解决。

4.1　现有模型参数率定困难

现有模型中各参数率定较为困难，导致众多无资料冰川区底部滑动模型的应用受到了一定的限制。尤其青藏高原及周边冰川变化空间差异显著，冰川退缩、前进和跃动等现象并存［3，5~7］，导致不同类型冰川区底部滑动模型的相关参数存在较大差异。

现有的模型中（表2），冰川底部滑动诸多物理过程的参数化方案过于理想化，且方案不够精细。如图2所示，底部剪切应力的变化显著影响着滑动速率的变化过程，当底部剪切应力较小时，滑动速度变化有限，底部剪切应力为零时不存在滑动；随着底部剪切应力增大，滑动速度增大。此外，冰下水文过程与底部滑动过程息息相关［52~55］，而该过程又受冰下及冰内水系的结构和空间特征的显著影响，致使这一过程复杂多变［11，83］。因此，现有模型中底部剪切应力、冰床粗糙度、有效水压力等参数无法准确获取，严重制约了现有模型在青藏高原及周边不同类型冰川区的应用，模型参数率定研究亟需加强。

4.2　现有模型对冰下底部相关过程的描述过于简化

冰川底部滑动过程主要包括冰床处的水力状况、空穴的形成与演化、冰与基岩之间相互作用等物理过程［11］。目前众多山地冰川动力学模型还不能给出一个可靠的底部边界条件［24，27］，山地冰川底部状况不同于极地冰盖，冰盖可看作是一个坡度可忽略的平面，而山地冰川的底部地形结构较为复杂，对底部滑动过程的影响很大。加之，底部滑动变化周期多变，其可能是日变化［58，79］，可能是季节性变化［57］，也可能与降雨［84］或者偶发的冰川溃决洪水［85］有关。然而受观测条件和数据积累的影响，冰川动力学模型对底部滑动众多过程的描述过于简化或缺失，从而导致其存在较大的不确定性，影响其模拟精度。

此外，冰下水文过程复杂，学者们初步探讨了冰下水力状况与冰川底部滑动的关系［15，61，62，82］，但冰床处的水流动规律仍有争论，加之该过程直接观测困难，普遍采用的示踪试验只能对冰下水文环境的相关信息进行间接反演和推测［83］。目前国外一些相对成熟的考虑冰下水力状况的模型也缺少实测验证，尤其在山地冰川区。而国内仅在乌鲁木齐河源1号冰川［19，20］和海螺沟冰川［21］开展过相关研究。因此，现有底部滑动模型对冰下水文过程的描述仍过于简化，影响了模型的模拟能力，仍需进一步完善。

5 结 语

受气候变暖持续影响，青藏高原及其周边地区冰川正在发生显著变化，其水资源效应、灾害效应和生态与环境效应日趋显著。冰川底部滑动在冰川变化中占据重要地位，其不仅是冰川物理学中一个亟待解决的问题，同时对于研究冰川对气候变化的动力响应、冰川异常变化及致灾机理具有重要意义。本文在梳理已有研究成果的基础上，系统总结了冰川底部滑动过程及影响因素，综合剖析了冰川底部滑动速度估算模型发展现状、模型结构与功能。冰川底部滑动速度估算模型的发展不仅能促进冰川底部滑动机理的发展，更能够为冰川动力学模型提供可靠的底部边界条件，从而进一步理解青藏高原及其周边气候变化—冰川动力响应关系互馈机制。

伴随科技进步与社会需求增长，冰川底部滑动研究将在冰川变化及影响、冰川异常变化及其致灾机理等研究中发挥重要作用。冰川底部滑动研究的核心仍是底部滑动变化机制，在全球变化背景下亟需提升对冰下各物理过程与底部滑动速度之间相互作用的科学认识，并加强以水的多相态为纽带的冰川动力过程综合观测与研究，以准确预估其变化及其影响。

（1） 青藏高原不同类型冰川底部过程的观测和模拟对比研究需进一步深入，是准确预估未来不同类型冰川动力响应过程及影响的基础。以自然地理综合分析视角来看，未来冰川学研究将逐渐发展转变为强调多要素、多过程、多尺度和多界面的综合交叉集成研究，进而准确评估冰川变化及其区域效应。由表1可知，冰川底部滑动是冰川运动的重要组成部分，然而冰川底部过程的观测与模拟相对落后于冰川其他过程的发展，尤其青藏高原及其周边冰川异常变化问题日益突出，与之相关联的致灾机理尚不清楚。不同类型冰川由于所处的气候条件不同，物理性质存在很大差异，导致其冰下过程显著差异。亟需综合使用雷达、卫星等多源观测技术，开展不同类型冰川底部滑动过程的观测与模拟对比研究，将野外观测与数值模拟有效结合，提升现有模型的模拟能力。

（2） 遥感大数据为底部滑动模型参数的获取提供支撑，促进模型的优化与应用。利用遥感技术可以反演冰川运动速度、高程变化和冰川形态等参数。遥感产品可以提供长时间序列的数据，为冰川运动过程中参数获取提供了极其重要的数据支持。基于光学遥感的特征匹配法、合成孔径雷达数据的特征匹配和差分干涉测量技术，可提取冰川表面运动速度，结合冰川层流模型，可间接获取底部滑动速度特征。这些多源遥感大数据对冰川底部滑动模型的发展提供了易获取的多要素数据支撑。此外，以深度学习为代表的新一代人工智能技术，可以通过卫星遥感自动监测相关要素的变化过程，并通过混合建模加速物理过程模拟，这将进一步促进底部滑动模型的优化与广泛应用。

（3） 加强冰川底部滑动与冰下水文过程相互作用的综合集成研究，进一步耦合冰下水文模型。随着气候变暖，冰川消融加剧，致使冰川厚度减薄、消融期延长、消融强度增加，导致冰下水压变率增大和冰下水压系数增加，进而加速了冰川底部滑动，加快冰体向末端低海拔输送的速度，最终又会促进冰川消融。同时优化冰下排水系统结构和效率，这也是影响底部滑动的关键因素之一。然而目前仅有少数底部滑动模型考虑了冰下水文的变化及其影响。在全球变暖和冰川退缩背景下，需从底部滑动与冰下水文过程相互作用的综合分析角度耦合冰川动力学模型和冰下水文模型，系统研究冰下水文过程对底部滑动的发生和机理。

总之，冰川底部滑动过程涉及要素众多、过程复杂，其研究从单纯考虑底部剪切应力、冰床粗糙度的关系逐渐扩展到考虑底部有效压力、冰下水文过程等的综合影响，研究模型趋于复杂化。冰川底部滑动速度估算模型取得了一系列重要进展，但依然存在一系列问题和挑战。随着遥感、大数据、人工智能等新技术手段的应用，将给今后冰川底部滑动研究带来全新的面貌，促进其在冰川动力学综合研究中发挥重要的作用，为评估青藏高原及周边地区冰川对气候变化的动力响应特征、区域水资源效应及相关灾害效应奠定基础。

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