PG-Tools：基于ArcGIS的古冰川边界与属性标准化框架及工具箱开发

本研究针对古冰川重建中边界格式不统一、属性缺失的问题，开发了ArcGIS工具箱PG-Tools，通过流域划分标准化古冰川边界，并集成几何、地形与冰厚属性。该工具在哥斯达黎加、美国西部和青藏高原的应用验证了其效率，为古气候模拟与冰川变化研究提供了可比性数据基础，填补了古冰川与现代冰川建模间的鸿沟。

　　

古冰川是记录地球气候变化的“天然档案”，其边界与形态的精确重建对理解过去气候敏感性至关重要。然而，当前古冰川数字化重建面临两大挑战：一是现有数据格式混乱，既有单冰川多边形也有未分割的冰盖复合体；二是缺乏类似现代冰川编目（Randolph Glacier Inventory, RGI）的标准属性体系，导致模型模拟与气候反演结果难以横向比较。这一问题在青藏高原、阿拉斯加等关键气候敏感区尤为突出，制约了从冰川地貌中提取古气候信息的精度。

为解决这一难题，由Yingkui Li领衔的国际团队开发了PG-Tools——一个集成于ArcGIS Pro的标准化工具箱。该研究通过流域边界自动分割古冰川复合体，并计算几何（面积、周长）、地形（高程带、坡度）及冰厚相关属性，实现了与RGI 7.0的格式兼容。研究成果发表于《Geomorphology》，为古冰川与古气候研究提供了方法论突破。

关键技术包括：1）基于数字高程模型（DEM）的流域自动划分算法；2）古冰川表面地形重建工具（整合GlaRe和PalaeoIce模型）；3）属性批量计算模块（涵盖27项RGI兼容参数）。研究选取哥斯达黎加Chirripó山脉、美国西部风河山脉及青藏高原中部三个典型区域验证工具普适性。

流域划分与标准化框架
通过提取冰川侵蚀边界与分水岭，将复合冰盖分解为独立冰川单元。以风河山脉为例，原连续冰盖被划分为37条谷冰川，其面积标准差从手工绘制的±15%降至±5%，显著提升模型输入数据一致性。

属性自动化计算
工具箱集成Benn-Hulton流线模型，自动计算冰厚分布与均衡线高度（ELA）。在青藏高原案例中，ELA重建误差<±50米，优于传统手动插值方法。

跨区域验证
在哥斯达黎加末次盛冰期（LGM）冰川重建中，工具将处理效率提升80%，同时生成包括冰体积（3.2±0.4 km³）、平均厚度（85±12 m）等关键参数，为区域古降水重建提供约束。

该研究确立了古冰川数据标准化范式，其核心贡献在于：1）首次实现古冰川与现代冰川数据的格式统一，支持从过去到未来的连续气候模拟；2）开发的开源工具（GitHub/Zenodo平台共享）可兼容多种冰流模型（如PISM、OGGM）；3）通过属性关联提升古ELA气候指示意义的可靠性。正如讨论部分指出，该方法虽仍需人工校验冰舌边界，但已显著降低主观偏差，未来结合宇宙成因核素测年（¹⁰Be/²⁶Al）数据，有望构建全球古冰川时空演变数据库。

研究团队特别强调，PG-Tools不仅服务于学术研究，也为冰川遗迹保护政策制定提供量化工具——例如通过标准化比较不同时期冰川退缩速率，可更准确评估当前气候变暖的历史位相。这一“将地质历史数字化”的创新实践，正推动地球系统科学进入高精度重建的新阶段。