基于Elmer/Ice冰盖模型的南极Gamburtsev山脉Lambert冰川冰盖系统的数值模式模拟研究

在全球变暖的背景下, 东南极冰盖显著地出现降雪增多冰厚增大的现象, 然而由于有关东南极冰盖 的观测数据相对缺乏, 因而很难对东南极冰盖大范围的冰盖动力学、热力学状态细节进行整体性评估。 Dome A 到中山站断面是横穿南极冰盖计划的核心断面之一。该断面穿越的兰伯特(Lambert)冰川上游、甘 布尔采夫(Gamburtsev)冰下山脉和Dome A 区域是南极科学研究的热点区域, 因此具有重要的研究价值。本 研究使用已多次在南极冰盖有过成功模拟应用的三维有限元冰盖模式Elmer/Ice, 对该区域的内部温度场和 速度场进行了模拟, 得到了冰盖的流速场和温度场数据, 并将模拟数据与传统估测数据进行了对比, 发现 两者在总体趋势上吻合。研究表明, 该研究区域冰盖的底部温度大部分达到了压力熔点, 只有少部分靠近内 陆的冰盖底部未达到; 在冰盖内陆区域, 水平速度场非常小, 在靠近冰架区域时, 水平速度场突然增大, 而 垂直速度场只有在冰下地形发生显著波动时, 出现显著变化。在此基础上, 对Elmer/Ice 冰盖模式的应用前 景和需改进的方面进行了探讨。     

基于Elmer/Ice冰盖模式的南极Gamburtsev山脉Lambert冰流区域的数值模拟研究

在全球变暖的背景下,东南极冰盖显著地出现降雪增多冰厚增大的现象,然而由于有关东南极冰盖的观测数据相对缺乏,因而很难对东南极冰盖大范围的冰盖动力学、热力学状态细节进行整体性评估。Dome A到中山站断面是横穿南极冰盖计划的核心断面之一。该断面穿越的兰伯特(Lambert)冰川上游、甘布尔采夫(Gamburtsev)冰下山脉和Dome A区域是南极科学研究的热点区域,因此具有重要的研究价值。本研究使用已多次在南极冰盖有过成功模拟应用的三维有限元冰盖模式Elmer/Ice,对该区域的内部温度场和速度场进行了模拟,得到了冰盖的流速场和温度场数据,并将模拟数据与传统估测数据进行了对比,发现两者在总体趋势上吻合。研究表明,该研究区域冰盖的底部温度大部分达到了压力熔点,只有少部分靠近内陆的冰盖底部未达到;在冰盖内陆区域,水平速度场非常小,在靠近冰架区域时,水平速度场突然增大,而垂直速度场只有在冰下地形发生显著波动时,出现显著变化。在此基础上,对Elmer/Ice冰盖模式的应用前景和需改进的方面进行了探讨。     

南极冰盖的物质平衡研究:进展与展望

南极冰盖物质平衡最新的研究进展表明,西南极洲表现出两种变化模式,西部在增厚,而北面在更快地减薄。西南极冰盖总体可能正在减薄,其物质损失的速率可能足以使海平面每年上升近0.2mm。东南极冰盖物质不平衡可能很小,甚至其符号还不能被确定。南极半岛正在经历着快速变化。目前还不能可靠地估算南极冰盖的物质平衡状态。同时,大型冰川的停滞,一些冰川流速加快,冰盖大范围加速减薄,冰架大面积的快速崩解和支流冰川的加速,以及着地线强烈的底部融化等显示出南极冰盖存在快速变化。南极冰盖物质平衡未来的重点研究领域是开展冰盖表面高程变化的监测与模拟,确定表面物质平衡及其在各冰流盆地的分布,着地线的冰流通量,冰架底部的融化,了解冰后期冰盖退缩的动力过程,以及开发、对比和改进与冰盖物质平衡模拟和预测相关的各种模型。     

南极冰盖表面冰流速研究综述

冰川表面流速作为南极冰盖物质平衡估算的一项重要内容,对于研究全球变暖背景下的海平面上升具有重要意义。随着技术的进步,南极的冰流速监测方法已经从传统的花杆测量、光学仪器边角测量,发展到先进的GPS测量和遥感观测。南极冰盖冰流速总体特征是:海岸带冰流速快于内陆冰流速,冰架冰流速快于陆地冰流速,西南极冰流速快于东南极冰流速。未来加强对数据稀疏地区的冰流速监测,扩大冰流速研究的时间尺度,开发冰流速研究的新方法以及构建冰流速波动与气候变化相互关系模型等,成为南极冰流速研究的新热点。     

基于Elmer/Ice对玛丽伯德地西部区域的冰盖数值模拟

西南极冰盖对全球气候变化和海平面升高有着重要的影响,其动力学和热力学过程是极地研究的重点之一。冰盖数值模式的模拟可以在缺乏观测数据的情况下获得研究区域的动力学和热力学过程,已经成为研究南极的一种重要手段。西南极玛丽伯德地靠近福特山脉和罗斯冰架,本文使用Elmer/Ice模拟了玛丽伯德地西部区域的冰流速场、温度场和应力场。研究发现,该区域冰盖底部温度场变化较小,大部分都达到了压力融点,只有小部分区域的冰盖底部仍处于压力融点以下。使用三个不同的地热通量(80 mW·m~(-2),100mW·m~(-2),120 mW·m~(-2))模拟得到的底部温度场无明显差异。冰盖表面流速较快,冰盖表面的冰总体上从地势较高的区域流向地势较低的区域,垂直方向对表面冰流速影响最大;冰盖底部应力场的大小大致和冰厚的变化相反。通过高程剖面图简要分析了冰流速和冰盖应力场的变化原因,认为冰下深谷的存在可能对冰盖流速场和应力场有很大的影响。     

南极潮汐测量及区域潮汐对冰架表面流速影响的研究进展综述

南极区域潮汐是计算南极物质平衡和南极冰架表面冰流速的重要影响因素,同时对于研究冰架崩解和全球气候变暖具有重要作用。南极潮汐测量的方法从最初的实时测量,发展到了卫星测高和遥感监测以及建立数值模型预测的阶段。已有研究表明潮汐周期与冰架表面流速间存在一定关联,例如Filchner-Ronne冰架和Ross冰架的潮汐变化与冰流速度的联系为:在大潮时冰流速度达到最快,小潮时冰流速度达到最慢。研究还对南极典型冰架区域潮汐特征及对冰架表面冰流速、高程变化等的影响进行了总结。今后的研究不仅需要继续关注西南极和南极半岛的潮汐变化,更加需要对东南极稀疏的区域进行潮汐观测,这对于构建整个南极潮汐数据库和提高数值模型的精度具有重要意义。     

南极冰盖与冰川的快速变化

近10年的观测研究表明,南极冰盖和冰川存在快速的变化阿蒙森海扇区的主要冰流系统正在迅速变薄,减薄趋势可上溯至内陆150km处;罗斯冰流出现了停滞或明显减速,有的流动方向发生了改变,引发冰流袭夺;南极半岛冰架大面积崩塌,补给冰川加速,冰川出现了跃动;变暖的海水进一步侵蚀了冰架,着地线附近底部冰层融化强烈。上述发现改变了南极冰盖缓慢变化的传统观点,并对今后的冰川动力学研究,冰流模型模拟,冰盖物质平衡研究及预测具有重要意义。     

Dome A冰川学研究进展及深冰芯计划展望

目前,位于东南极冰盖分冰岭中心的冰穹-Dome A已成为深入理解南极冰盖演化、稳定性和找寻地球气候久远记录的研究热点。通过整理总结在Dome A获得的冰川学研究进展,结合国际冰芯科学研究计划(International Partnerships in Ice Core Sciences,简称IPICS)有关寻找最古老冰芯的相关资料,对Dome A的气象要素、地貌、冰厚、冰下地形、冰体流速、冰盖内部结构等环境特征进行归纳分析,讨论Dome A冰川学的最新发展及其对深冰芯钻探计划的影响,并分析概述Dome A深冰芯钻探需考虑的问题和未来发展动向。     

基于特征跟踪方法的Amery冰架上游流速估算

冰川流速分析对于研究南极冰盖物质平衡、海平面上升和全球气候变化具有重要意义。以ALOS/PALSAR影像为数据源,采用SAR特征跟踪方法,结合DEM数据估算Amery冰架上游冰川流速。结果表明,Amery冰架上游主流线流速为540—720 m·a-1,冰川流速随海拔的降低逐渐减小。受基岩和两侧山体的影响,主流线流速大,越靠近两侧山体流速越小。这个结果与NASA 2000年利用SAR重复轨道干涉测量方法测定的流速接近。基于裸露岩石作为特征点的分析表明,该方法误差较小,获取的冰川流速比较可靠。     

东南极内陆格罗夫山地区新生代冰川活动和古气候演化记录

地处东南极内陆的格罗夫山地区是研究南极冰川进退和气候演化的理想场所。我国第22次南极考察(2005/2006)进行了该地区冰盖进退和古气候演化专题研究。笔者在野外考察过程中,对格罗夫山地区新生代冰川活动记录(包括冰川侵蚀地貌及冰川堆积物)进行了详细的观测,获得了很多有关该地区冰盖进退及古气候演化方面的第一手材料,同时系统回收了对反映该地区古冰川活动具有重要意义的新生代沉积岩漂砾。本文简要报道本次野外考察在冰盖进退和古气候演化方面所取得的主要成果。     

Reconstruction of the Ross Ice Drainage System, Antarctica, at the Last Glacial Maximum

We present here a revised reconstruction of the Ross ice drainage system of Antarctica at the last glacial maximum (LGM) based on a recent convergence of terrestrial and marine data. The Ross drainage system includes all ice flowlines that enter the marine Ross Embayment. Today, it encompasses one-fourth of the ice-sheet surface, extending far inland into both East and West Antarctica. Grounding lines now situated in the inner Ross Embayment advanced seaward at the LGM (radiocarbon chronology in Denton and Marchant 2000 and in Hall and Denton 2000a, b), resulting in a thick grounded ice sheet across the Ross continental shelf. In response to this grounding in the Ross (and Weddell) Embayment, ice-surface elevations of the marine-based West Antarctic Ice Sheet were somewhat higher at the LGM than at present (Steig and White 1997; Borns et al. 1998; Ackert et al. 1999). At the same time, surface elevations of the East Antarctic Ice Sheet inland of the Transantarctic Mountains were slightly lower than now, except near outlet glaciers that were dammed by grounded ice in the Ross Embayment. The probable reason for this contrasting behavior is that lowered global sea level at the LGM, from growth of Northern Hemisphere ice sheets, caused widespread grounding of the marine portion of the Antarctic Ice Sheet, whereas decreased LGM accumulation led to slight surface lowering of the interior terrestrial ice sheet in East Antarctica. Rising sea level after the LGM tripped grounding-line recession in the Ross Embayment, which has probably continued to the present day (Conway et al. 1999). Hence, gravitational collapse of the grounded ice sheet from the Ross Embayment, accompanied by lowering of the interior West Antarctic ice surface and of outlet glaciers in the Transantarctic Mountains, occurred largely during the Holocene. At the same time, increased Holocene accumulation caused a slight rise of the inland East Antarctic ice surface.     

The tidal signals extraction from GPS data on the Amery Ice Shelf, Antarctica

Tidal motion is the source of short-term vertical motion that an ice shelf experiences, and hence has a significant impact on ice shelves. During the 2003/2004 Austral summer season, five days of GPS measurements were carried out on the front of the Amery Ice Shelf （AIS）, East Antarctica, by the 20th Chinese National Antarctica Research Expedition （CHINARE）. The GPS data was processed using GAMIT/GLOBK software with 2-hour static data segment and the vertical precision is less than 0.18 m. To verify our results for the vertical component, we compare the ice shelf GPS tidal signal with a tidal result derived from tide gauge measurements at China＇s Zhongshan Station on Antarctica. Comparison of the GPS results with the tide gauge were in good agreement in amplitude at the few cm level, which indicates that the tide under the front of Amery Ice Shelf is irregular semidiurnal tide, the maximal tidal differences is approximately 2 m. GPS data can be used to validate the ocean tide model around the Antarctic area and such studies are important to improve our knowledge of the Antarctic ice shelf mass balance and dynamical models of ice sheet/ocean interaction.     

南极冰架-海洋相互作用研究综述

本文介绍了近期南极冰架-海洋相互作用的研究进展。冰架底部融化速率大于前缘崩解通量,成为南极冰盖质量损失的首要途径。冰架下的海洋按照底部融化驱动因素的不同,可以分为由高密度陆架水驱动的冷冰腔和由变性绕极深层水驱动的暖冰腔。威德尔海的菲尔希纳-龙尼冰架和罗斯海的罗斯冰架属于冷冰腔,占南极冰架总面积的2/3,却只贡献了15%的净融化;东南太平洋扇区阿蒙森海和别林斯高晋海等若干属于暖冰腔的小型冰架,虽然只占南极冰架总面积的8%,却贡献了超过一半的冰架融水。以往看做冷冰腔的东南极托滕冰架和埃默里冰架,也相继发现有变性绕极深层水进入冰腔并造成底部融化。冰架对海洋有冷却和淡化的作用。冷冰腔输出的冰架水具有海洋中最低的温度,对南极陆架水性质乃至南极底层水的形成都有影响。冰架融化加剧,可能是近期观测到的南极底层水淡化的原因。     

Amery ice shelf DEM and its marine ice distribution

The Amery Ice Shelf is the largest ice shelf in East Antarctica.A new DEM was generated for this ice shelf,using kriging to interpolate the data from ICESat altimetry and the AIS-DEM.The ice thickness distribution map is conver ted from the new DEM,assuming hydrostatic equilibrium.The Amery Ice Shelf mari ne ice,up to 230 m thick,is concentrated in the northwest of the ice shelf.Th e volume of the marine ice is 2.38×10～3 km～3 and accounts for about 5.6% of t he shelf volume.     

Spatial Sciences on Ice: 50 years of Australian activities on the Amery Ice Shelf,East Antarctica

The Antarctic climate system involves many complex interactions between the atmosphere, oceans and ice and is sensitive to variations in these components. Ice shelves represent the ice–ocean–atmosphere interface of the Antarctic continent and are therefore very important indicators of climate change in the region. The Amery Ice Shelf is the largest ice shelf in East Antarctica and has been the focus of many scientific research projects over the past 50 years. This paper presents a history of the use of spatial science techniques from basic survey equipment to satellite systems in Australian research projects based on the Amery Ice Shelf (and surrounding glaciers) since 1955. The application of these spatial data to projects based primarily in the fields of geodesy, glaciology, climatology, and oceanography has allowed the measurement and monitoring of the physical, dynamic and environmental characteristics of this large and remote region. This new information provides scientists with a better understanding of the ice shelf/ocean/atmosphere system allowing future monitoring to observe the effects of global climate change.     

南极洲纳尔逊冰帽的某些动力学特征*

纳尔逊冰帽是南设得兰群岛的一个小冰帽,受海洋性气候影响冰帽上降水丰富,冰温较高。冰帽表面运动速度完全由冰帽表面形态和冰帽底床形态所控制,其中E剖面更为复杂。冰帽驱动应力基本小于100kPa.由V/Z～Za曲线得到在V/7为0.6～3×10^-9范围内的流动参数:n约为1;B≈4.3×10¹⁰dynescm^-2sec.这表明在低应力区,冰体流动更接近牛顿流体。     

南极冰架研究现状与埃默里冰架研究展望

南极冰架是揭示南极地区气候变化机制,预测全球气候变化的关键研究区域之一。概述了20世纪以来针对南极冰架所开展的科学研究工作,分别从冰架物质平衡过程、冰架形态特征及其内部结构监测、冰架海底海洋岩芯的沉积特征和冰架附近海域生态系统演化等方面总结了冰架研究所取得的丰硕成果。介绍了中国近几年在东南极洲埃默里冰架进行的科学考察活动,并依据南极冰架研究的国际未来计划提出了中国在埃默里冰架即将继续开展的研究工作。