青藏高原北部冰川雪中细菌多样性的研究

通过细菌的分离培养和16S rDNA序列分析的方法,对青藏高原的小冬克玛底冰川、玉珠峰冰川和煤矿冰川雪中的可培养细菌数量和多样件进行了研究.结果表明:小冬克玛底冰川、玉珠峰冰川和煤矿冰川雪中的可培养细菌数量依次为18.54,35.52和58.07 CFU·mL-1.恢复出的细菌具有丰富的多样性,隶属于Bacteroidetes,Actinobacteria,Firmicutes和α,β,γ-Proteobacteria等6个类群.与青藏高原、南北极冰雪中微生物的比较分析发现Agrococcus,Zoogloea和Pedobacter属细菌是玉珠峰冰川和煤矿冰川的特殊微生物类群.     

天山乌鲁木齐河源1号冰川中真核微生物多样性分布及时空变化研究

通过变性梯度凝胶电泳(DGGE),对天山乌鲁木齐河源1号冰川不同海拔表层雪及雪坑雪中真核微生物的多样性进行比较分析,并结合δ18O结果,探讨了天山乌鲁木齐河源1号冰川雪中真核微生物多样性分布及其时空特征.结果表明:天山乌鲁木齐河源1号冰川真核微生物分属于Viridiplantae,Fungi,Amoebozoa和Alveolata四大类,藻类为主要类群,且均为衣藻.序列比对结果显示,人类活动已明显影响到冰川中微生物的分布.同时,研究发现真核微生物多样性与海拔及雪样积累时间均呈负相关,与δ18O值呈正相关,表明温度是造成这种多样性分布时空变化的主要因素,暗示真核微生物同δ18O值一样,可作为气候环境变化的指标.     

基于FT-ICR MS表征达古冰川冬春季节表层雪中DOM分子组成变化

分析冰川中溶解性有机质(dissolved organic matter, DOM)的迁移转化特征是评估冰川消融对下游生态环境效应的重要依据,但冰川表层雪中DOM在冬春季节的迁移转化特征尚不明确。本文以达古冰川冬春季节表层雪和春季冰川径流为研究对象,使用傅里叶变换离子回旋共振质谱(FT-ICR MS)对表层雪和径流中DOM进行分子层次表征。结果显示:达古冰川冬春季节表层雪中DOM化学组成非常丰富,主要包括脂类、多肽类、不饱和烃类,还含有少量的酚类、多环芳烃类和糖类,来源包括微生物活动和陆源性输入。春季径流中DOM的主要来源是陆源性输入,受人类活动影响较大。分析不同季节表层雪DOM的分子组成变化,发现冬季低温环境有利于表层雪中脂类、多肽类和含S类DOM分子的富集,春季气温升高则有利于表层雪中多肽类、不饱和烃类和含N类DOM分子的富集。比较春季径流和表雪中DOM的分子组成变化,发现径流中杂原子类DOM含量降低,微生物来源的脂类和多肽类DOM含量降低,陆源性的酚类和多环芳烃类含量显著增加,说明径流中DOM的生物活性降低而光反应活性增加。因此随着冰川持续消融大量的冰川融水将DOM带入下游水环境...     

天山乌鲁木齐河源1号冰川积累区气溶胶和表层雪中可溶性矿物粉尘的变化特征及相互关系——以Ca2+、Mg2+为例

对天山乌鲁木齐河源1号冰川(以下简称1号冰川)积累区海拔4 130 m处12个月、每周1次的气溶胶和表层雪样品进行了分析.结果表明,1号冰川气溶胶与表层雪中Ca2 、Mg2 的平均浓度均在夏季最高,冬季最低.气溶胶中Ca2 、Mg2 浓度变化规律极其相似,二者在一年内出现两次峰值,第1次出现在春季,第2次出现在夏末秋初.表层雪中这两种离子浓度变化趋势也相似,峰值均出现在夏季,且Ca2 浓度峰值的出现稍早于Mg2 ,二者浓度在冬季都有所升高,尤其Ca2 更为显著.气溶胶和表层雪中对应离子间在整体变化趋势上较为相似,且在日时间尺度上的对应关系有显著的特点.相应离子的对应关系,可能受粉尘微粒的溶解、离子的清除比率、离子的淋溶强弱等性质的影响.     

青藏高原冰川表层雪中低分子有机酸的化学特征及来源分析

偏远地区雪冰中的化学组成在一定程度上可以反映当地的大气环境状况。为揭示青藏高原冰川表层雪中低分子有机酸的特征、探讨其可能来源及对降水酸度的贡献,进一步理解偏远地区酸沉降的形成机制,本研究基于2021年5至6月在青藏高原的五条冰川：阿尔金、扎子沟、七一、煤矿和玉珠峰采集的28个表层新雪样,分析了雪样中低分子有机酸的含量和组成特征。结果表明：研究区表层雪中的甲酸、乙酸和草酸的浓度范围分别为90.2～225.2 ng·mL^-1、54.6～277.8 ng·mL^-1和46.1～474.0 ng·mL^-1,除煤矿冰川外,雪样中有机酸总浓度相对较高。根据亨利定律和理想气体方程对有机酸的来源进行分析,表明阿尔金、扎子沟和煤矿冰川地区表层雪中的有机酸均主要来源于大气中不饱和碳氢化物的氧化反应等间接来源,而玉珠峰和七一冰川地区表层雪中的有机酸则主要来源于植物、土壤、生物质和化石燃料燃烧以及人类活动直接排放。在本研究中,甲酸、乙酸和草酸之间高度相关(相关系数介于0.73～0.97之间),表明它们可能均来自生物质燃烧。在有机酸的降水酸度贡献分...     

乌鲁木齐河源1号冰川积累区气溶胶和表层雪中SO2-4的季节变化及成因分析

2003年12月至2004年12月,在天山乌鲁木齐河源1号冰川(以下简称1号冰川)积累区海拔4 130 m处共采集了53个气溶胶和55个表层雪样品.结果表明:气溶胶和表层雪中的SO2-4在年内的浓度变化形式大致相同,均有两个高值区出现,分别出现在春末和夏末秋初,表明年内表层雪中SO2-4浓度变化基本上反映了大气中SO2-4的浓度变化情况.通过对不同季节气溶胶和表层雪中的SO2-4浓度相关性分析表明,秋冬季最好,春季次之,夏季最差.这可能与SO2-4不同季节的来源,干沉降过程以及淋溶过程有关.     

祁连山老虎沟12号冰川退缩对细菌优势种群影响的初步研究

随着全球冰川正在越来越多的地区融化, 冰川微生物资源很可能会由于冰川退缩而未被人类所发现就已受到生存的威胁而濒危.以祁连山老虎沟12号冰川消融区和末端雪样及末端土样为研究对象, 采用培养方法、分子鉴定, 研究冰川雪样优势菌群在冰川末端土样的分布状况及生理生化指标变化情况, 分析冰川细菌优势菌群在冰川退缩后适应非雪环境的能力.结果表明: 冰川末端雪样优势菌为1BW1和1BW2所代表的Pedobacter, 该属在冰川消融区雪样和冰川末端土样中未分离到; 冰川消融区雪样优势菌为2BW所代表的Acinetobacter, 该属在冰川末端雪样中的数量较少, 在冰川末端土样中的数量更少.不同采样位点16S rRNA序列相似性高的菌株其生理生化特征比相同采样位点的大.因此, 冰川冰退缩可能会引发冰川雪样中的优势种群不能适应新环境而灭绝. 应加强冰川细菌资源利用和保护的研究基础.     

乌鲁木齐河源1号冰川表层雪的化学特征——以低分子有机酸和无机阴离子为例

表层雪是联系大气成分与冰芯记录的重要纽带,是研究成冰作用过程中化学组成变化的起点.为配合天山乌鲁木齐河源1号冰川成冰作用过程中化学组成变化的研究,对1号冰川积累区(海拔4130 m)一个完整年度的表层雪样品进行了低分子有机酸和无机阴离子含量的分析.结果显示:表层雪中低分子有机酸主要有HCOO^-、CH₃COO^-、C₂H₅COO^-和(COO)₂^2-,无机阴离子主要有F^-、Cl^-、NO₂^-、NO₃^-、SO₄^2-和PO₄^3-.除(COO)₂^2-外,大部分高浓度的有机酸和无机阴离子因受到周围环境和盛行风的影响呈现出明显的季节变化特征,即夏半年离子浓度变化剧烈,最大值和最小值同时出现在夏半年,冬半年的浓度则相对小而稳定;而(COO)₂^2-和低浓度的无机阴离子随季节变化的特征不明显,在全年均显示出波动性.在外界条件不变的情况下,表层雪可以长时间(至少半年时间)保存其中高含量的化学组成不被改变.     

不同类型冰川雪中可培养细菌多样性变化及其与环境因子关系研究

通过荧光显微计数和恢复培养,分析了东天山和卓奥友峰冰川区雪的细菌数量及可培养细菌多样性.结果表明:不同地点不同深度雪中微生物数量都与可溶性离子Ca2+、Mg2+和NO3等的浓度显著相关,两种不同类型冰川雪坑中可培养细菌多样性存在明显差异.从卓奥友样品中培养得到高G+C(67%)、低G+C(22%)、α-Proteobacteria(4%)、β-Proteobacteria(4%)、γ-Proteobacteria(1%)和Cytophaga-Flavobacterium-Bacteroides(CFB)(2%)6种不同类群细菌,但从东天山雪样中仅分离得到β-Proteobacteria(48.5%)、α-Proteobacteria(25.5%)、低G+C(25%)和高G+C(1%)4种不同类群细菌.冰雪微生物的数量及种类与环境密切相关.     

祁连山老虎沟12号冰川积雪化学特征及环境意义

2012年6月在祁连山老虎沟12号冰川采集雪坑和表层雪样品, 结合相关分析法、 海盐示踪法、 气团轨迹法等方法, 对冰川积雪的主要化学离子特征、 来源及环境意义进行分析研究.结果表明, 积雪中平均离子浓度Ca²⁺>SO₄^2->NH₄⁺>NO₃^->Cl^->Na⁺>Mg²⁺>K⁺. 雪坑中Ca²⁺是主要的阳离子, SO₄^2-是主要的阴离子; 各种离子在雪坑中的平均浓度要远大于表层雪, 而且雪坑中的化学离子浓度峰值与污化层有着很好的对应性.同时, 与青藏高原、 中亚天山、 阿尔泰山以及北半球其他区域高海拔雪冰化学特征进行比较, 发现祁连山老虎沟12号冰川区积雪化学特征受亚洲粉尘源区陆源矿物影响较大.然而, 雪坑中的离子(尤其是Na⁺和Cl^-)除了陆源矿物粉尘之外, 部分还来源于海洋源.结合NOAA Hysplit模型对冰川区积雪化学离子来源进行了后向轨迹反演验证.     

一种基于MODIS积雪产品的雪线高度提取方法

冰川雪线高度的遥感提取对冰川物质平衡研究具有重要意义。提出一种基于晴空环境下积雪覆盖频率的雪线高度提取方法。使用MOD10A1积雪产品中的像元积雪面积比例数据,提取了2000/2001-2014/2015年间高亚洲地区冰川消融期末雪线高度。使用实测的冰川年物质平衡资料和气象格网数据对提取的雪线高度变化的可信度进行分析。研究表明：近15 a高亚洲雪线高度变化及趋势具有明显的东西差异,雪线高度变化幅度自青藏高原内部地区向四周呈增加趋势,西部大于东部。提取的冰川雪线高度变化与观测的年物质平衡序列具有很高的相关性,对物质平衡波动的平均解释率可高达75%;与气象要素（气温、降水）的年际变化的相关性也较高,约61.58%的格网冰川雪线高度变化可以由夏季气温和季节降水解释。而高亚洲各分区冰川雪线高度的波动规律也与大气环流背景分布一致。因此提取的雪线高度变化具有冰川学意义,可以进一步应用于冰川物质平衡估算及模拟研究中。     

面向对象-改进冰雪指数法消除冰湖干扰提取冰川边界的优越性分析——以各拉丹冬冰川为例

冰川作为气候变化的重要指标器,其范围监测对区域生态环境以及人类社会生活具有重要意义。目前基于遥感技术的冰川范围监测应用广泛,然而传统遥感监测方法中冰雪指数阈值法的提取结果存在无法区分冰川与冰湖的现象,面向对象分类法受地物光谱纹理信息限制无法避免同谱异物现象的出现。为弥补上述不足,提出一种可区分冰湖与冰川的改进冰雪指数,并将其融入面向对象分类法中,构建了一种面向对象-改进冰雪指数法。将各拉丹冬冰川作为试验区（该地区冰川表面洁净）,运用面向对象-改进冰雪指数法识别冰川边界,使用青藏高原冰川数据产品及常规遥感监测方法的提取结果作为参考数据,以验证此方法的有效性和稳健性。结果表明：面向对象-改进冰雪指数法综合了改进冰雪指数阈值法以及面向对象分类法的优点,冰川范围提取精度高达97.26%,与冰雪指数阈值提取结果相比精度提高了0.12%,与面向对象分类法提取结果相比精度提高了0.38%。此方法不仅有效地解决了地物错分的问题,还实现了冰川边界的精确识别。     

Comparative studies of glacier mass balance and their climatic implications in Svalbard, Northern Scandinavia, and Southern Norway

On the basis of the data of glacier mass balance during 1946?C2005 over Svalbard, Northern Scandinavia, and Southern Norway, the characteristics of glacier mass-balance are analyzed, and its sensitivity to climate change is calculated using a simple degree-day model. The mass balance of glaciers in these three regions reached maximum or comparatively high values in the late 1980s or the early 1990s. After that there was an accelerating negative tendency. A glacier with more positive mass balance has a higher sensitivity to equilibrium-line altitude (or climate) change and vice versa. On average, the mass loss during the entire period in these three regions was equivalent to the result of an air temperature rise of 0.32°C relative to zero net balance state. The highest temperature increase is found in Svalbard, and is 0.55°C; however, a rise of only 0.12°C is found in Southern Norway. The net balance sensitivity to a hypothetical air temperature increase of +1°C ranges from ?0.31 to ?1.03?m?w.e.?a^?1, and the net balance sensitivity to an assumed increase in snow precipitation of +10% varies from +0.05 to +0.37?m?w.e.?a^?1; thus, a 31% increase in snow precipitation is needed to compensate for the net mass loss induced by an air temperature increase of +1°C. The summer balance sensitivity to a hypothetical air temperature increase of +1°C varies from ?0.39 to ?0.95?m?w.e.?a^?1, and the winter balance sensitivity to an assumed increase in snow precipitation of +10% ranges from +0.02 to +0.38?m?w.e.?a^?1. This study confirms early findings that maritime glaciers have comparatively higher mass balance sensitivity than continental glaciers.     

离子色谱法测定冰川末端大气PM2.5可溶性离子及其来源解析

为了研究祁连山西段冰川末端地区大气PM_2.5细粒子中可溶性无机离子组分的变化特征,于2011年采集了一批大气PM_2.5的Telfon滤膜样品,并应用离子色谱对可溶性离子进行了分析。样品采用超纯水超声萃取各种水溶性离子,优化的萃取溶液体积为25 mL,萃取时间为30 min,萃取液用0.45μm纤维滤膜过滤,各种离子在一定浓度范围内线性关系良好,相关系数r>0.999。所测样品的阴阳离子中,SO₄^2-、NO₃^-、Ca²⁺、和NH₄⁺的质量浓度约占到水溶性离子总量的88%。可溶性离子浓度呈现出春夏高、秋冬低的季节变化特征,夏季可溶性离子浓度最高。     

长江源区典型流域积雪年变化及其与气温、降水的关系

对长江源区冬克玛底河流域2005年1月-2006年9月积雪空间分布特征、雪盖变化进行了分析,探讨了2005年暖季(5~9月)积雪覆盖与同期气温和降水量之间的关系.结果表明:积雪主要分布在河谷两侧的山坡、山顶、冰川前沿和冰川上,宽广平坦的河谷积雪很少;在暖季,流域降水多、气温较高,积雪主要分布在冰川区.作为一种特殊的下垫面,沼泽化草甸和冻土丘对积雪分布也有较大的影响.从两年的积雪覆盖率变化来看,在降雪少而气温低的1~4月积雪覆盖率变化剧烈;5月份降雪增多,但由于气温也在逐步回升,使得积雪覆盖率还是变化剧烈;10~11月降雪较多而且气温较低使得积雪覆盖率保持在80%以上的覆盖水平;6~8月因气温和地温较高,尽管降水多以固态形式降落,但在地面保留的时间极短,故积雪覆盖面积较小.在暖季(5~9月)降水对积雪覆盖的影响微弱,而温度是流域积雪覆盖变化的主要影响因素.     

基于多源遥感数据的疏勒河上游山区流域VIC-CAS模型积雪模拟效果评估

积雪积累和消融过程是冰冻圈水文模型的重要组成部分,利用多源遥感数据对水文模型模拟的积雪分布和深度进行评估是进一步增强融雪过程模拟的物理基础,也是提高模拟可靠性的重要手段。基于2002—2013年疏勒河上游山区流域MODIS地表反射率数据集和中国雪深长时间序列数据集,对VIC-CAS模型模拟的逐日积雪覆盖度和雪深进行了综合评估。结果表明：从不同降雪年份来看,VIC-CAS模型可以较好地模拟多雪年（2008年）疏勒河上游山区流域积雪的覆盖度,在平雪年（2004年）和少雪年（2013年）模型模拟精度相对较低。从不同海拔的模拟结果来看,在流域占比最高的4 000~5 000 m高程带精度最高,2 000~3 000 m高程带精度最低;对比模拟雪深与中国雪深产品发现,多雪年的一致性较高,平雪年和少雪年的一致性较低。这表明VIC-CAS模型对疏勒河上游日尺度的积雪覆盖度和雪深的模拟精度相对较低,特别在低海拔处和薄雪情况下,其原因可能是对积雪再分布和风吹雪过程的模拟算法和参数化存在较大的不确定性,需要进一步改进。     

基于水化学特征的长江源区生态水文学研究进展

气候变暖背景下,冰雪、冻土剧烈消融引起的寒区径流成分改变对流域径流演变规律及水循环机制产生了深刻影响。对长江源区各水体水化学特征及其生态水文学研究进行归纳总结,主要进展包括：长江源区的大气降水的水汽来源主要受西风环流和季风环流的控制。冰雪融水的水化学特征受到消融强度、消融持续时间和新雪融水的影响,同时在冰雪融水、积雪以及冰川融水之间可能存在化学离子的交换。冻土层上水受到降水、冰雪融水、地下冰融水等的混合补给,造成水化学特征变化的随机波动。海拔在4 500 m的地区是冻土层上水水化学特征对研究区离子控制源较为敏感的区域。随着海拔高度的增加,降雨直接补给对河水中化学离子的稀释作用逐渐减弱,同时,海拔从4 500 m到5 000 m的降水对河水中离子浓度的稀释效果最大,而在海拔5 000 m以上河水主要受冰雪融水的补给,降水和消融期的变化对河水水化学的影响很小。研究结果为更系统地认知寒区下垫面变化所引起的水文效应提供科学依据,为流域水资源的合理开发利用提供决策依据。     

中国高寒区水文学中的一些认识和参数

针对中国高寒区水文数据和参数缺乏、机理不清的现状,应用祁连山葫芦沟寒区水文小流域观测数据及相关研究成果,率定并获取了高寒区水文模拟中的几个关键参数:① 降水观测误差校正系数及公式;② 固液态降水分离的临界气温;③ 高寒灌丛降水截留参数;④ 土壤完全冻结温度;⑤ 积雪消融的临界气温。认识到若全球变暖引起植被带上移,则山区流域蒸散/降水比例增大、径流系数必然减小;现有降水数据难以满足高寒区水文模拟的需要,降水截留模拟有待改进,冰川、积雪消融缺乏高精度简单估算方法;长时间水文模拟中必须考虑风吹雪、冻土类型演替及冻结深度变化,以及冰川运动和体积变化;需加强冻结层下水、积雪升华和冰川汇流观测试验研究。     

祁连山区冰川演变特征及对气候变化的响应——以苏干湖流域为例

冰川是西北干旱地区河流补给的重要来源,近几十年来,受气候变化影响,西北内陆河冰川面积退缩强烈,对流域水资源产生重大影响。利用1989-2013年的TM/ETM+遥感影像资料,通过波段比值阈值法结合GIS技术,提取了祁连山区苏干湖流域共计17期冰川边界数据,分析了冰川规模的变化规律,并结合气象资料研究了冰川区夏季气温和前期降水与冰川面积变化的响应关系,同时进行了相关性分析。结果表明：1989-2013年冰川面积呈持续退缩趋势,缩减速率为-3.01 km²·a^-1,年平均面积退缩率为-0.87%,冰川面积由快速缩减变为略微消融。其中,1989-2000年冰川面积急剧退缩,缩减速率达到-4.49 km²·a^-1,2000年后冰川面积有较小的减少趋势,缩减速率为-0.09 km²·a^-1。分析认为,升温幅度的增大是导致20世纪90年代以来苏干湖流域冰川退缩加剧的根本原因,而冰川面积对于降水量的变化并不敏感,建立了冰川区7-8月平均气温与冰川面积的回归关系式。     

2000-2013年木孜塔格冰鳞川冰川粒雪线高度变化研究

以祁连山七一冰川为例, 基于Landsat TM/ETM+数据建立了通过单波段(近红外波段)阈值法提取雪线的方法, 并结合观测数据进行了验证. 将此方法应用到2000-2013年木孜塔格冰鳞川冰川粒雪线高度变化的估算中, 结合茫崖气象站暖季气温(9、7、8月份的平均气温)和6-8月降水量数据, 探索粒雪线高度与气温、降水量之间的关系. 结果表明: 单波段阈值法可较为准确地估计冰川的雪线位置, 2000-2013年冰鳞川冰川粒雪线高度呈波动变化, 在2006年达到最大值(海拔5 678 m). 气温升高是冰鳞川冰川粒雪线高度变化的主导因素, 气温上升1 ℃可导致粒雪线高度升高约83 m.