基于蒙特卡洛Dropout技术的深度学习框架在径流预测中的性能与不确定性分析

针对高山流域冰川消融加剧威胁下游水资源安全的问题，研究人员整合ASTER DEM与ICESat-1/2卫星数据，量化了2000-2023年库姆科尔盆地冰川物质平衡变化。研究发现年均物质平衡为-0.07±0.04 m w.e./yr，夏季消融(-0.77±0.76 m w.e.)远超冬季积累(0.59±0.67 m w.e.)，揭示气候变暖背景下冰川消融加速对径流稳定性的威胁，为高亚洲地区水资源管理提供关键数据支撑。

　　

在全球变暖背景下，被誉为"亚洲水塔"的高亚洲(HMA)地区冰川持续消融，威胁着下游数亿人口的供水安全。库姆科尔盆地作为东昆仑山脉重要的冰川聚集区，其冰川融水滋养着众多高原湖泊和河流，但该区域长期缺乏高精度的季节性冰川物质平衡数据。传统卫星观测因重访周期长、空间分辨率低等问题，难以捕捉冰川变化的季节性特征，而ICESat系列卫星的激光测高技术为这一难题提供了新的解决思路。

西北师范大学地理与环境科学学院的研究团队创新性地融合ASTER DEM与ICESat-1/2多源遥感数据，首次系统评估了2000-2023年库姆科尔盆地的冰川物质平衡变化。研究采用空间配准、高程校正和趋势校正等关键技术，结合高程分箱聚类算法，精确计算了不同海拔梯度下冰川表面高程变化。通过蒙特卡洛Dropout技术量化不确定性，并整合ERA5-Land气候数据解析驱动机制，相关成果发表在《Journal of Industrial and Engineering Chemistry》上。

关键技术包括：(1)利用Nuth-K??b三步骤配准法校正ASTER DEM水平位移误差；(2)基于ICESat-1/2激光点数据的高程分箱聚类算法，以100-400 m间隔计算区域物质平衡；(3)采用850±60 kg/m³的冰川密度转换系数；(4)结合ERA5-Land再分析数据解析气温(0.0516±0.0297 °C/yr)与降水变化趋势。

4.1 库姆科尔盆地冰川物质平衡

2000-2022年间冰川表面高程平均下降1.82±1.06 m，年均物质平衡为-0.07±0.04 m w.e.。空间差异显著：布卡塔格山脉损失最严重(-1.90±0.85 m w.e.)，而慕士塔格山脉相对稳定(-0.15±0.67 m w.e.)。平衡线高度(ELA)分析显示，慕士塔格山脉ELA(5556 m)显著低于布卡塔格山脉(5783 m)，印证了物质平衡的空间异质性。

4.2 2018-2023年季节性变化

夏季物质平衡(-0.77±0.76 m w.e.)与冬季积累(0.59±0.67 m w.e.)的差值达1.36±1.43 m w.e.，且季节差异在慕士塔格山脉呈现扩大趋势。这表明尽管冬季降雪增加，但无法抵消夏季加速消融的影响。

4.3 气候驱动机制

气温升高是主导因素，盆地年均温上升0.0516°C/yr，夏季升温速率(0.06°C/yr)显著高于冬季(0.02°C/yr)。降水变化与物质平衡相关性较弱，如布卡塔格山脉在降水增加背景下仍出现最大物质损失。

这项研究首次揭示了库姆科尔盆地冰川变化的季节性特征，证实夏季加速消融是物质损失的主因。通过融合多源卫星数据，建立了适用于高山区的物质平衡计算框架，其技术路线可推广至整个高亚洲地区。研究发现冰川对气温升高的敏感性远超降水变化，这对预测未来径流变化具有重要意义——随着夏季消融持续加剧，依赖冰川融水的河流系统将面临更严峻的水资源压力。研究结果为制定区域气候适应策略提供了定量依据，特别是对阿雅克库姆湖等扩张湖泊的水文管理具有直接指导价值。Lailei Gu等学者建立的季节性物质平衡监测方法，为理解"亚洲水塔"的水文过程设立了新标准。