基于GRACE卫星重力数据估计格陵兰岛冰盖质量变化

重力场恢复与气候试验（GRACE）卫星为高分辨率地监测全球冰川质量变化提供了一种新的手段。本文利用2003年1月至2014年12月Level-2 RL05的GRACE产品,进行去相关误差滤波、高斯滤波和海洋-陆地信号泄漏改正后,得到了格陵兰岛冰盖质量变化的时间序列,分析了格陵兰岛冰盖质量变化的长期趋势项,并与ICESat的结果进行了比较验证。研究表明,在2003年1月至2014年12月之间,格陵兰岛冰盖质量减小速率约为（-260±43）Gt/a,对全球海平面的贡献约为（0.72±0.12）mm/a,对同时期海平面上升的贡献占25.8%,并且格陵兰岛冰盖消融有着很强的区域差异性,冰盖消融的区域主要集中在边缘区域,中部内陆地区的冰盖质量则有增加的趋势。并进一步和ICESat的结果进行了比较分析,ICESat的结果显示格陵兰岛冰盖质量减小速率约为（-174±43）~（-184.8±28.2）Gt/a,而GRACE的结果则为（-209.4±26.3）Gt/a,有着较好的一致性,并且区域分布特征也符合较好。     

积雪变化导致格陵兰盖高度变化

地面冰盖对气候变化的反应可能会对未来的海平面变化产生重大的影响。近年来格陵兰南部的卫星调查显示 ,较大高度的冰盖总体高度变化甚小 ,但空间变化很大。当然仅仅依靠卫星数据难以测定是什么地球物理过程引起了这种高度变化以及近年的变化速率是否超过了正常变化速率。我们利用雪粒密度增大的物理模型和根据高海拔１２个冰心再造的年雪堆积记录 ,获取了１９７８～１９８８年格陵兰南部冰盖高度的变化。该堆积导致的高度变化模式与同期卫星测量的冰盖高度变化十分吻合 ,因此１９７８～１９８８年观测的变化可以归因于积雪的变化。对更长的…     

极区海洋对全球气候变化的快速响应和反馈作用

分析了全球气候变化与极区海洋的相互作用;集成极区快速变暖促使极区海洋出现快速变化的各种现象,如海冰快速变薄和退缩,格陵兰冰盖严重融化,北冰洋和南大洋碳池的固碳能力下降以及极地海洋酸化等.研究提出:北冰洋夏季海冰覆盖面积快速退缩,海冰覆盖面积在2012年8月26日呈现了记录以来的最低值,有模型预测到2035年北冰洋夏季将会见不到海冰.格陵兰冰盖的消融对全球海平面的上升和大洋环流均会产生影响,格陵兰冰盖全部融化将会使全球海平面上升7 m.通过近10 a的观测发现极地海域对大气二氧化碳的吸收能力不升反降,海水对大气二氧化碳的吸收趋向饱和,南大洋和西北冰洋碳吸收能力变弱.有模式预测,到21世纪末,北冰洋表层海水pH值将会降低0.23～0.45,成为全球海洋酸化最严重的海区,而南大洋的表层海水二氧化碳浓度在21世纪下半叶或将超过600μatm的水平,极地海洋酸化对海洋食物链和生态系统的影响可能成为不可逆转的损害.这些极区海洋的快速变化将对全球气候变化产生反馈作用.     

从格陵兰东南部雷克雅内斯海岭的沉积物推测10～70ka前北大西洋冰盖波动

从格陵兰东南部雷克雅内斯海岭的沉积物推测１０～７０ｋａ前北大西洋冰盖波动ＫｌａｓＳ．Ｌａｃｋｓｃｈｅｗｉｔｚ等雷克雅内斯海岭的海洋记录表明了冰盖的变化及气候突变。记录之一的冰携碎屑物（ＩＲＤ）作为冰山流量的代替物也许可表示冰盖波动。ＩＲＤ记录表明６８...     

格陵兰冰芯记录揭示了古气候变化

最近,欧洲格陵兰冰芯计划(GRIP)和美国格陵兰冰盖项目Ⅱ(GISP2)的研究人员分别在格陵兰冰盖最深部钻取到两个冰芯。冰芯记录揭示,距今约12000～110000年的末次冰期出现过一次急剧的气温升高变化。但是仅持续了近10年。对GRIP冰芯的初步分析表明,末     

格陵兰冰上最深钻孔成果

北格陵兰冰上岩心钻探计划(NGRIP)开始于1995年,其目的是研究最近120~130ka以来的古气候。除丹麦和德国外,参与国还有比利时、法国、冰岛、日本、瑞士、瑞典和美国。钻探平台位于格陵兰冰盖的西北部,其地理坐标为75°05′47″N,42°19′41″W,高度为海平面以上2921m。根据雷达研究资料,该地区的冰盖厚度为3085m。最后一次研究工作是于2004年夏季6月份开始的,那时的气温升至-30~-20℃,工作结束于8月份秋季暴风雪来临之前。钻探点的积雪量为195mm/a,而年平均气温则为-32℃。冰川表面缓慢地向北北西方向运动,速度为1·33m/a。科研计划工作量…     

Heinrich事件期间的混合层增深：多种浮游有孔虫的δ^18O研究

北大西洋晚更新世Heinrich事件（HEs）以Laurentide冰盖的冰筏碎屑（IRD）层为标志。有8个这样的事件与约65000a以来格陵兰冰心记录的部分Dansgaard-Oeschger（D／O）事件的最冷亚冰期相对应。判断一个D／O事件的开始,根据这样一个典型特征：在仅仅几十年的时间内温度突然上升了9～15℃,其后便是数千年时间的气温逐渐变冷。     

晚第四纪南极阿蒙森海扇区冰盖与古生产力旋回变化

本文通过对阿蒙森海西北部陆隆AMS01岩心沉积物颜色、粒度及地球化学等多种指标分析,重建了该地区氧同位素9期(MIS9,大约距今34万年)以来冰盖与古生产力演变历史,结果表明:(1)岩心沉积物粒度与古生产力替代指标表现出明显的冰期–间冰期旋回变化特征;(2)MIS9、MIS7和MIS5等间冰期沉积速率较小,沉积物呈褐色,冰筏碎屑含量低,生源组分含量高,反映出该时期阿蒙森海地区气候温暖,冰盖发生了大规模退缩,冰盖–冰架–冰山等陆源冰对沉积物的影响减弱,海冰覆盖减弱,有利于浮游植物的生长和繁殖;(3)MIS8c、MIS8a、MIS6、MIS2等冰期沉积速率大,沉积物呈灰色,沉积物随之变粗,冰筏碎屑含量高,生源组分含量低,说明该时期冰盖大幅扩张,陆隆区成为近冰盖/冰架沉积环境,海冰和冰山密集,海洋生产力显著降低;(4)冰期、间冰期内,冰盖与古生产力也有不同程度的波动;特别是MIS8b期发育浅褐色间冰阶沉积,冰筏碎屑含量低,生产力水平与间冰期基本持平,说明阿蒙森海地区冰盖、海洋对气候变化的响应比东南极地区敏感。     

海平面上升速率超过预期

2007年，联合国政府间气候变化小组（IPCC）曾预测：到2100年，全球海平面将上升18—59厘米。但是，最近在全球气候变化大会上，有专家称海平面的实际上升速率已经超过了IPCC的预测。澳大利亚天气与气候研究中心的专家表示，格陵兰岛与南极的海冰融化速度相当快。有数据显示，从1993年起，这两处的海平面每年上升3毫米。与南极相比，格陵兰冰盖相对较小，因此更易受到气候变化的干扰。如果格陵兰冰盖全部融化，全球海平面将平均升高6米。专家表示，按照目前的融化速度，到2100年，全球海平面很可能将上升1米，     

格陵兰岛 Nioghalvfjerdsfjorden 冰川表面运动特征研究

格陵兰冰盖是世界第二大陆地冰盖,其边缘分布的溢出冰川作为快速传输冰带,是造成冰盖消融的重要因素。本文 以位于格陵兰岛东北部的 Nioghalvfjerdsfjorden 冰川为研究对象, 探索开展基于 sentinel- 1A 和偏移量跟踪技术的溢出冰川表 面运动特征研究, 并利用非冰川区流速和 CP0M NRT IV 数据验证了结果的可靠性。对比分析 2017—2019 年三个时期的春季 冰流速, 发现该冰川在 2019 年春季出现了最大流速上移现象, 推断可能是由于 2018—2019 年间冰川融水渗透引起的底部润 滑加剧所致。     

Ice Mass Variation in Antarctica from GRACE Over 2002–2011

We detect the mass balance of the Antarctica ice sheet from GRACE for the recent period July 2002 through March 2011. Land hydrology contamination was corrected through global hydrological models and glacial isostatic adjustment (GIA) of the solid Earth since last deglaciation using the IJ05 model, and then a forward model was employed to adjust to bias due to smoothing filters and GRACE's limited resolution. The results show that there are two significant turning points for ice mass losses or gains near the early 2006 and the end of 2008. The ice mass losses in West Antarctica have accelerated dramatically during 2009–2011, while in East Antarctica the rate is positive, mainly caused by snow accumulation. Over the whole studying period, ice loss rates in West Antarctica (?108 ± 36 Gt/yr) are still significantly larger than the increase in East Antarctica (+72 ± 24) Gt/yr. Thus, the total Antarctica contribution to sea level rise is slightly negative ?0.18 ± 0.02 mm/yr. The rapid change of the regional ice mass in Antarctic, in the course of only several years, suggests that the Antarctica ice sheet mass balance is more sensitive to regional climate conditions than considered before.     

Assessing the global averaged sea-level budget from 2003 to 2010

A global mass balance （Greenland and Antarctica ice sheet mass loss, terrestrial water storage） and differ- ent sea-level components （observed sea-level from satellite altimetry, steric sea-level from Ishii data, and ocean mass from gravity recovery and climate experiment, GRACE） are estimated, in terms of seasonal and interannual variabilities from 2003 to 2010. The results show that a detailed analysis of the GRACE time series over the time period 2003-2010 unambiguously reveals an increase in mass loss from the Greenland ice sheet and Antarctica ice sheet. The mass loss of both ice sheets accelerated at a rate of （392.8±70.0） Gt/a during 2003-2010, which contributed （1.09±0.19） mm/a to the global mean sea-level during this time. The net terrestrial water storage （TWS） trend was negative over the 8 a time span, which gave a small positive contribution of （0.25±0.12） mm/a. The interannual variability of the global mean sea-level was at least part- ly caused by year-to-year variability of land water storage. Estimating GRACE-based ice sheet mass balance and terrestrial water storage by using published estimates for melting glaciers, the results further show that the ocean mass increase since 2003 has resulted half from an enhanced contribution of the polar ice sheets, and half from the combined ice sheet and terrestrial water storage loss. Taking also into account the melt- ing of mountain glaciers （0.41 mm/a） and the small GRACE-based contribution from continental waters （0.25 mm/a）, a total ocean mass contribution of （1.75±0.57） mm/a from 2003 to 2010 is found. Such a value represented 75% of the altimetry-based rate of sea-level rise over that period. The contributions to steric sea-level （i.e., ocean thermal expansion plus salinity effects） are estimated from： （1） the difference between altimetry-based sea-level and ocean mass change and （2） the latest Ishii data. The inferred steric sea-level rate from （1） （1.41 mm/a from 2003 to 2010） did not agree well with the Ishii-based value also estimated here （0.44 mm/a from 2003 to 2010）, but phase. The cause for such a discrepancy is not yet known but may be related to inadequate sampling of in situ ocean temperature and salinity measurements.     

卫星重力估计陆地水和冰川对全球海平面变化的贡献

重力场恢复与气候试验（GRACE）卫星为高分辨率地监测全球海洋质量变化提供了一种新的手段。利用2003年1月至2014年12月Level-2 RL05的GRACE产品,进行去相关误差滤波、高斯滤波和海洋-陆地信号泄漏改正后,得到了全球陆地和海水质量变化,并分析了陆地水和冰川的质量变化对海平面长期变化的贡献。研究表明,全球陆地水和冰川的质量变化对海平面的贡献约为（2.09±0.54）mm/a,与卫星测高扣除海洋温盐数据比热容变化得到的海水质量长期变化（2.07±0.62）mm/a有着很好的一致性,其中全球陆地水储量对全球质量项海平面变化的贡献为（0.15±0.25）mm/a,南极冰盖对全球质量项海平面变化的贡献为（0.59±0.10）mm/a,格陵兰岛冰盖对全球质量项海平面变化的贡献为（0.72±0.12）mm/a,山地冰川对全球质量项海平面变化的贡献为（0.63±0.09）mm/a。并进一步讨论了不同分析中心GRACE重力场系数,一阶项系数和二阶项对质量项海平面变化的影响。结果表明,一阶项对质量项海平面的影响为（0.10±0.08）mm/a,二阶项对质量项海平面的影响为（0.16±0.04）mm/a,美国德克萨斯大学空间研究中心和德国地学研究中心分析结果较为一致,而美国国家航空航天局喷气推进实验室的结果则稍稍偏小。     

Ice Height and Backscattering Coefficient Variability over Greenland Ice Sheets Using SARAL Radar Altimeter

Ice sheets investigation is important with regard to climate change and contribution to the sea level rise or fall. Radar altimetry in complement with laser altimetry can serve as a suitable candidate for precise monitoring of ice sheet evaluations. SARAL due to higher observation into the polar region (up to 82.5°N) can cover nearly 100% of the Greenland ice sheet. Continuous ice tracking mode retracker can provide useful information about ice surfaces, that is, determining the snow coverage, ice sheet transaction margin, and the evolution of snow depth during winter more accurately. This study present the results obtained with SARAL satellite Altika radar altimeter over the Greenland ice sheet region. The altimeter high rate waveforms products are used for utilizing the full capability of the instrument. High resolution DEM (1 km) generated using ICESAT/GLAS altimeter has been used for selecting the good quality data over the study region. Four different retrackers—Ocean, ICE-1, ICE-2, and Sea-Ice—were tested on the SARAL altimeter data set and compared with the DEM extracted ice sheet elevations. Three different data analysis—region of interest (ROI), track analysis, and cross-over analysis—were performed for in-depth analysis of the ice height changes and back scattering coefficient variability. ROI's (1° × 0.5°) were selected based on accumulation dry snow zone, percolation zone, wet snow zone, and ablation zone. Finally to observe the effect of Ka band, SARAL results has been compared with the Envisat altimeter in terms of back scatter and error in the height retrieval due to penetration problem within the ice sheet layer. The new SARAL data set confirms the potential of ice altimetry and provides a new opportunity to monitor the ice sheet surface topography evolution.     

海水物质平衡浮标对北冰洋中心区海冰温度与物质平衡的观测

利用中国第3次北极科学考察所布放海冰物质平衡浮标(Ice Mass-Balance buoy,IMB)的观测数据,分析了北冰洋中心区多年冰2008年8月-2009年7月温度与物质平衡的变化特征.结果表明,冰温廓线呈现明显的季节变化,秋季降温过程从海冰表面开始向冰体内部传播.海冰底部的生长/消融率受海水温度控制,随水温的...     

基于CryoSat-2卫星测高数据的北极海冰体积估算方法

近30年来,北极海冰正发生着剧烈的变化。海冰体积是量化海冰变化的重要指标之一。本文以2015年CryoSat-2卫星测高数据和OSI SAF海冰类型产品为基础。提取了浮冰出水高度、积雪深度、海冰密集度、海冰类型等属性信息,通过数据内插、投影变换、栅格转换、空间重采样等工作将海冰属性信息统一为25 km×25 km分辨率的栅格数据集。根据流体静力学平衡原理,逐个估算栅格像元对应的海冰厚度值,将其与对应的海冰面积相乘,估算了北极海冰密集度大于75%海域的海冰体积,并分析了海冰厚度和体积的月变化和季节变化特征。用NASA IceBridge海冰厚度产品对反演的海冰厚度进行验证。结果表明二者相关系数为0.72,有较高的一致性。北极海冰平均厚度春季最大,夏季最小,分别约为2.99 m和1.77 m,最厚的海冰集中在格陵兰沿岸北部和埃尔斯米尔半岛以北海域。多年冰平均厚度大于一年冰。冬季海冰体积最大,约为23.30×103 km3,经过夏季的融化,减少了近70%。一年冰体积季节波动较大,而多年冰体积相对稳定,季节变化不明显。     

21世纪格陵兰冰川融化速率对海平面变化的影响

本文利用大洋环流模式POP研究RCP4.5情景下21世纪格陵兰冰川不同的融化速率对全球及区域海平面变化的影响。结果显示:当格陵兰冰川的融化速率以每年1%增加时,全球大部分海域的动力和比容海平面变化基本不变,主要是由于格陵兰冰川在低速融化时并不会导致大西洋经向翻转流减弱。当格陵兰冰川的融化速率以每年3%和每年7%增加时,动力海平面在北大西洋副极地、大西洋热带、南大西洋副热带和北冰洋海域呈现出显著的上升趋势,这是因为格陵兰冰川快速融化导致大量的淡水输入附近海域,造成该上层海洋层化加强和深对流减弱,导致大西洋经向翻转流显著减弱;与此同时,热比容海平面在北冰洋、格陵兰岛南部海域和大西洋副热带海域显著下降,而在热带大西洋和湾流海域明显上升;此时盐比容海平面的变化与热比容海平面是反相的,这是由于大量的低温低盐水的输入,造成北大西洋副极地海域变冷变淡、大西洋经向翻转流和热盐环流显著减弱,引起了太平洋向北冰洋的热通量和淡水通量减少,导致了北冰洋海水变冷变淡,同时热带大西洋滞留了更多的高温高盐水,随着湾流被带到北大西洋,北大西洋副极地海域低温低盐的海水,被风生环流输运到副热带海域。     

利用卫星遥感和再分析数据刻画2017-2018年格陵兰北部罕见冰间湖事件

以90%海冰密集度为阈值,基于卫星遥感数据,2017-2018年冰季在格陵兰北部识别了两次冰间湖事件,分别出现在冬季和夏季。冬季的冰间湖事件从2018年2月20日持续至3月3日,夏季的事件从8月2日持续到9月5日。AMSR2被动微波的海冰密集度产品表明,冬季和夏季冰间湖事件对应的最低海冰密集度分别为72%和65%。两次冰间湖事件都与格陵兰北部东西气压梯度异常引起的南风加强有关,而气压梯度的异常则与对流层中部极涡的扰动有关。冬季冰间湖事件期间,相对暖和的气温和频繁出现的冰间湖,导致冬季海冰生长不持续,海冰热力增厚较小,这为夏季海冰发生破碎并形成冰间湖创造了条件。南风减弱和新冰生成是冬季冰间湖消失的主要原因。对于夏季的冰间湖,导致其消失的主要原因则是从北部输入的浮冰增加。Sentinel-1 合成孔径雷达产品相对AMSR2被动微波观测产品更加适合于应用到冰间湖事件伴随的新冰生长,这与前者具有更高的空间分辨率有关。格陵兰北部是北冰洋多年冰的聚集地,该区域被认为是北冰洋海冰的“避难所”。因此区域在2017-2018年出现罕见的冰间湖事件,对于整个北冰洋海冰的快速减少具有重要意义,也助于北冰洋海冰,尤其是多年冰的消退。     

Evaluation of vertical crustal movements and sea level changes around Greenland from GPS and tide gauge observations

To better monitor the vertical crustal movements and sea level changes around Greenland, multiple data sources were used in this paper, including global positioning system(GPS), tide gauge, satellite gravimetry, satellite altimetry, glacial isostatic adjustment(GIA). First, the observations of more than 50 GPS stations from the international GNSS service(IGS) and Greenland network(GNET) in 2007–2018 were processed and the common mode error(CME) was eliminated with using the principal component analysis(PCA). The results show that all GPS stations show an uplift trend and the stations in southern Greenland have a higher vertical speed. Second, by deducting the influence of GIA, the impact of current Gr IS mass changes on GPS stations was analysed, and the GIA-corrected vertical velocity of the GPS is in good agreement with the vertical velocity obtained by gravity recovery and climate experiment(GRACE). Third, the absolute sea level change around Greenland at 4 gauge stations was obtained by combining relative sea level derived from tide gauge observations and crustal uplift rates derived from GPS observations, and was validated by sea level products of satellite altimetry. The results show that although the mass loss of Gr IS can cause considerable global sea level rise, eustatic movements along the coasts of Greenland are quite complex under different mechanisms of sea level changes.