高山亞洲（High Mountain Asia，HMA）常被稱為“第三極”和“亞洲的水塔”，它是極地地區以外最大的冰體，為大約19億人提供重要的淡水資源，這些人口分布在十個河流流域中（Williams, 2013; Bolch et al., 2019; Immerzeel et al., 2020）。該地區的冰川對氣候變化非常敏感，其響應受到當地地形和表面特征的強烈影響，導致冰川行為存在顯著的空間異質性（Salerno et al., 2017）。近年來，關于高山亞洲冰川流速（Dehecq et al., 2019; Greene and Gardner, 2025）和冰川質量平衡（Brun et al., 2017; Maurer et al., 2019）的研究取得了顯著進展。然而，這些認識主要基于區域到大陸尺度的分析。在流域尺度上，特別是在被碎屑覆蓋且地形復雜的喜馬拉雅流域中，氣候變化和地形因素對冰川面積變化及退縮的綜合影響仍不明確（Dobhal and Mehta, 2010; Shean et al., 2020）。由于氣候變暖，喜馬拉雅地區的冰川正在發生快速變化，這對水資源安全（Bhattacharya et al., 2021）、生態穩定性（Hugonnet et al., 2021）以及下游社區產生了重大影響，表現為季節性水資源可用性的變化、洪水風險的增加和長期的水資源壓力（Huss and Hock, 2018; Nie et al., 2017）。根據多種氣候情景預測，到2100年喜馬拉雅冰川的質量將減少30-60%（Kraaijenbrink et al., 2017; Rounce et al., 2020）。大量的冰層損失預計將負面影響高山亞洲主要河流系統的水文格局（Bolch, 2017; Azam et al., 2021）。通過衛星觀測和實地測量，已經記錄了喜馬拉雅山脈冰川的變化（Kulkarni and Karyakarte, 2014; Azam et al., 2018; Mishra et al., 2023）。雖然溫度和降水是影響冰川動態的主要氣候因素（Seddik et al., 2019; Ahmed et al., 2021），但個別冰川對這些氣候變量的響應還受到非氣候因素的顯著影響，尤其是地形特征和碎屑覆蓋（Salerno et al., 2017; Rounce and Hock, 2019）。這些復雜的相互作用表明，由于地形差異，相鄰流域對相似的區域氣候條件可能有不同的響應（Garg et al., 2017; Wang et al., 2023）。除了氣候和地形因素外，冰川的特定屬性，如大小、體積、冰層厚度、碎屑覆蓋、高程比和幾何形狀，也在決定其對氣候變暖的響應中起著重要作用。因此，了解氣候、地形和冰川特定因素如何影響流域尺度的冰川變化非常重要。
本研究重點關注加爾瓦爾喜馬拉雅山脈（Garhwal Himalaya）上托恩斯河盆地（Upper Tons Basin，UTB）的冰川，這是一個重要但研究不足的冰川覆蓋區域。先前在UTB周邊喜馬拉雅流域的研究已經記錄了冰川退縮和碎屑覆蓋的變化（Pratibha and Kulkarni, 2018; Rajak et al., 2025），而UTB的冰川變化則相對較少被探索。該流域非常重要，因為它構成了亞穆納河（Yamuna River）的主要支流托恩斯河（Tons River）的上游集水區，并為印度北部提供了大量水資源（Pankaj et al., 2012; Das et al., 2016）。目前，UTB缺乏全面和最新的冰川清單，以及對該地區冰川變化的深入研究。此前對該流域的研究由梅塔等人（Mehta et al., 2013）進行，他們量化了三條主要冰川——喬恩達爾（Jaundhar）、蒂爾庫（Tilku）和賈朱（Jhajju）的末端退縮情況。隨后，梅塔等人（Mehta et al., 2014）使用光釋光（OSL）和^10Be測年技術研究了托恩斯河谷的晚第四紀冰川階段。在加爾瓦爾喜馬拉雅地區，先前的研究中測得的年冰川退縮率在9.0 ± 5.1至23.4 ± 3.3米之間（Bhambri et al., 2012）。岡戈特里冰川（Gangotri Glacier）就是一個例子，其年平均退縮率為17.9 ± 0.5米（Bhattacharya et al., 2016）。隨著時間的推移，加爾瓦爾喜馬拉雅地區的冰川上覆蓋的碎屑量增加，給精確的冰川測繪和監測帶來了挑戰（Bhambri et al., 2011）。碎屑覆蓋的冰層使得使用遙感技術（特別是光學圖像）進行冰川劃分變得復雜，因為其光譜特征常常與周圍的冰磧和基巖相似（Scherler et al., 2018; Herreid and Pellicciotti, 2020）。正如梅塔等人（Mehta et al., 2013）所報告的，上托恩斯河流域具有廣泛且不均勻的冰川上碎屑覆蓋。先前的研究表明，碎屑覆蓋顯著影響冰川對氣候變化的響應，進而影響其質量平衡和退縮率（Rounce et al., 2018; Anderson et al., 2021）。碎屑層的厚度受當地地理條件、侵蝕模式和冰川運動的影響，這決定了它是隔熱還是促進冰川融化（Dobreva et al., 2017; Farinotti et al., 2020）。這些相互作用受大氣與冰川之間動態過程的支配，但目前對此了解還不夠充分（Huo et al., 2021）。
遙感技術和方法的最新進展為改進冰川測繪和監測帶來了新的可能性（Strozzi et al., 2020; Yang et al., 2024）。通過整合合成孔徑雷達（SAR）的相干圖像、熱成像和光學遙感數據，已經獲得了關于碎屑覆蓋冰川的有希望的結果（Lippl et al., 2018; Kaushik et al., 2020; Scher et al., 2021）。保羅等人（Paul et al., 2016）和蘇德等人（Sood et al., 2022）展示了結合機器學習算法和基于對象的圖像分析的半自動化分類策略顯著提高了冰川邊界的劃分精度。本研究為了解喜馬拉雅冰川變化做出了貢獻，同時也解決了冰川測繪中的方法論挑戰。研究結果將為氣候變化和冰川上碎屑在冰川動態中的作用提供基礎數據，有助于水資源管理。
本研究補充了區域性和全球性的冰川監測計劃。例如，全球陸地冰測量計劃（Global Land Ice Measurements from Space，GLIMS）（Raup et al., 2007）和蘭多夫冰川清單（Randolph Glacier Inventory，RGI）（Pfeffer et al., 2014）等。區域層面的研究還包括中國冰川清單（Chinese Glacier Inventory，CGI）（Guo et al., 2015）和亞洲山區冰川面積測繪用于流量估算（Glacier Area Mapping for Discharge from the Asian Mountains，GAMDAM）（Nuimura et al., 2015），以及國際綜合山地發展中心（ICIMOD）的興都庫什-喜馬拉雅監測與評估計劃（HIMAP）（Wester et al., 2019）。盡管存在數據缺口和方法差異，這些計劃對于理解冰川動態非常重要。本研究提供了2023年上托恩斯河流域的最新冰川清單，其空間細節比之前的全球清單更為精細。通過整合SAR相干性數據、光學圖像、熱信息和基于實地的驗證，改進了通常在大型清單中被簡化的碎屑覆蓋和地形復雜冰川區域的劃分。本研究的結果將有助于解決這些局限性，并提高我們對加爾瓦爾喜馬拉雅地區冰川對氣候變化響應的理解。此外，還分析了大氣和氣候因素對冰川動態的影響。為此，研究了MERRA-2再分析數據中的月平均地表黑碳、總氣溶膠消光光學深度（TOTEXTAU）、溫度和降水等氣候參數。這些氣候數據與廣泛的氣候變化研究相關，為理解大氣強迫與冰川響應之間的復雜關系提供了重要見解（Kang et al., 2020; Pippal et al., 2023; Ahmed et al., 2024）。在全面回顧研究區域的相關文獻后，本研究制定了以下目標：i）應用混合多傳感器方法劃分UTB的冰川邊界；ii）生成2023年的全面冰川清單，包含詳細的形態和地形參數；iii）分析1993年至2023年間冰川面積的變化和末端退縮情況；iv）評估氣候因素、地形因素和碎屑覆蓋對冰川變化的影響。
