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.     

Wisconsinan and Holocene Climate History from an Ice Core at Taylor Dome, Western Ross Embayment, Antarctica

Geochemical data and geophysical measurements from a 554-m ice-core from Taylor Dome, East Antarctica, provide the basis for climate reconstruction in the western Ross Embayment through the entire Wisconsinan and Holocene. In comparison with ice cores from central East and West Antarctica, Taylor Dome shows greater variance of temperature, snow accumulation, and aerosol concentrations, reflecting significant variability in atmospheric circulation and air mass moisture content. Extreme aridity during the last glacial maximum at Taylor Dome reflects both colder temperatures and a shift in atmospheric circulation patterns associated with the advance of the Ross Sea ice sheet and accounts for regional alpine glacier retreats and high lake levels in the Dry Valleys. Inferred relationships between spatial accumulation gradients and ice sheet configuration indicate that advance of the Ross Sea ice sheet began in late marine isotope stage 5 or early stage 4. Precise dating of the Taylor Dome core achieved by trace-gas correlation with central Greenland ice cores shows that abrupt deglacial warming at Taylor Dome was near-synchronous with the ∼14.6 ka warming in central Greenland and lags the general warming trend in other Antarctic ice cores by at least 3000 years. Deglacial warming was following by a warm interval and transient cooling between 14.6 and 11.7 ka, synchronous with the Bølling/Allerød warming and Younger Dryas cooling events in central Greenland, and out of phase with the Antarctic Cold Reversal recorded in the Byrd (West Antarctica) ice core. Rapid climate changes during marine isotope stages 4 and 3 at Taylor Dome are similar in character to, and may be in phase with, the Northern Hemisphere stadial–interstadial (Dansgaard–Oeschger) events. Results from Taylor Dome illustrate the importance of obtaining ice cores from multiple Antarctic sites, to provide wide spatial coverage of past climate and ice dynamics.     

南极冰盖物质平衡与海平面变化研究新进展

本文在简要介绍冰盖物质平衡及其对海平面影响的基础上,从整体法和分量法两个方面总结了南极冰盖物质平衡研究的最新进展,并分析了影响其物质平衡的不确定因素。研究表明,整个南极冰盖物质平衡呈现负增长的趋势,其中西南极Amundsen海湾附近的冰盖物质流失最为明显。另外,南极冰盖边缘的大部分地区还呈现变薄的趋势。南极冰盖物质流失是引起海平面上升的最大潜在因素之一,其冰架的缓冲作用、冰盖的不稳定性和冰盖底部融水的作用等不确定因素对南极冰盖物质平衡具有重要的影响。未来随着观测技术和数据处理技术的不断提高,南极冰盖物质平衡的估算及其不确定因素有望得到进一步的认识,从而为预测海平面的上升范围提供更多的理论和技术支撑。     

积雪对南极冰盖自动气象站气温观测影响的研究

随着冰盖表面雪的累积或消融,自动气象站(AWS)传感器相对地表的高度随之发生变化,故所记录的观测资料不能直接反映相对地表固定高度上的气象参数。为了使南极冰盖上AWS所获取的气象资料具有可靠性,在积累率对AWS观测气温影响的基础上,将东南极冰盖上中山站至DomeA断面3个AWS的连续观测气温修正到相对于雪表面的某一真实高度上。结果表明:(1)DomeA,Eagle和LGB69年平均1m气温分别为-53.19℃,-41.33℃和-26.29℃,年平均积累率分别为0.11m、0.30m和0.49m,对应的1m气温年平均修正量分别为0.34℃、0.29℃和0.35℃,2m和4m气温的年平均修正量均小于0.1℃;(2)积累率变化对离地表最近层次上的气温影响最大,越往上层影响越小;(3)气温的修正量大小与积累率并非成简单的正比关系,它与气温本身的季节变化特征以及局地近地表逆温强度有很大的关系。气温的平均修正量冬季为正,夏季修正量的正负由局地是否存在逆温决定,修正量值的大小主要由逆温强度和积累率决定。     

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。     

南极洲维斯特福尔德丘陵与菲尔德斯半岛冰缘地貌的比较研究

东南极大陆沿岸的维斯特福尔德丘陵(68°22'～68°40'S,77°55'～78°30'E)和西南极乔治王岛南端的菲尔德斯半岛(62°08'～62°20'S,58°45'～58°58'W)的气候条件不同。前者属于极地大陆性气候,气温低,冬季严寒,干燥、风大,夏季较短;后者属于极地海洋性气候,气温不很低,湿润、风小,夏季较长。因此,两地的冰缘地貌的组合类型及其发育过程存在明显的差异。前者冰缘地貌单一,发展速度较慢;后者冰缘地貌复杂多样,发展速度较快。 本文根据实地观测资料,对极地大陆型和极地海洋型两类冰缘地貌作一些比较,并且提出,年冻融日数是决定冰缘作用强弱的最重要指标。     

南极冰盖接地线研究综述

接地线是内陆固定冰盖和漂浮冰架的分界线,其位置的准确界定直接影响到南极冰盖物质平衡的计算。随着技术的发展,接地线的提取手段已经逐步从小范围的实地无线电回波测厚和GPS探测,发展到大范围的遥感观测。遥感观测主要包括4种技术手段,即流体静力学平衡、坡度分析、重复轨道分析以及差分干涉测量。以遥感观测为基础,国际上已发布5种全南极接地线产品,包括MOA、ASAID、ICESat、MEaSUREs以及Synthesized接地线产品。随着卫星数据源的丰富,改进接地线提取方法并高精度提取接地线,扩大接地线研究的时间尺度并对全南极进行长时序的接地线动态变化监测,结合冰架底部消融、冰底地形和海洋温度等参数,深入分析其变化原因和机制以及接地线变化与气候变化相互关系的建模等,将会成为南极接地线研究的新热点。     

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GRACE反演南极物质平衡的研究

利用GRACE重力卫星提供的时变重力场反演了南极大陆冰雪质量变化。由于GRACE提供的C20项不准确,本文考虑利用SLR测得的C20项替换,反演结果显示南极西部冰雪在消融,东部基本保持平衡,整个南极以(-0.689±0.172)cm/a的速率在消融。     

南极中山站-Dome A断面表层雪稳定同位素空间分布及环境影响因素分析

中山站-Dome A断面是表层雪稳定同位素组成分析的理想区域,沿线进行δ18O、δD和d的空间分布及环境影响因素研究对反映东南极地区的气候变化和物质来源具有关键意义。因而,本文基于线性回归及相关性分析方法,详细探究了断面上多种环境因素与表层雪稳定同位素分布的空间关系。结果表明,温度和地理因素与同位素比值之间有显著相关关系,且海拔是地理因素中的主要影响因素,随海拔上升表层雪的δ18O呈线性下降趋势。另外,通过断面上δ-T斜率与南极其他断面对比,发现斜率可能具有冰盖近岸和内陆地区较低的区域性特征,而造成这一现象的原因是水汽源区的改变和低温条件下水汽过饱和时的同位素动力分馏。最后,d的空间分布在沿海区域和内陆区域也有不同,推测主控因素分别是水汽源区条件和温度。     

PISM冰盖模式对Amery冰架流速场模拟的适用性

在全球气候变暖的背景下,冰架系统是监视和预测冰盖稳定性的理想研究区域。然而传统的冰架观测与调查方法只能从某一侧面揭示冰架的运动状态和演化信息,无法预测其未来变化;冰盖模式作为非常有潜力的数值计算方法,成为研究和预测冰盖/冰架演化的热点领域。Lambert冰川-Amery冰架系统是东南极冰盖最大的冰川系统,对于研究东南极冰盖的物质平衡和冰盖稳定性具有重要意义。使用PISM冰盖模式,对该冰川系统的流动过程进行模拟,得到冰表面流速场数据,并将模拟流速场与实测数据进行对比,发现两者在大部分区域吻合较好,但在冰架前缘处呈现出一些差异。进一步讨论差异可能的来源以及模拟可以改进的地方。     

Lambert冰川流域东西两侧气候环境变化

1992~1993年,中国科学家参加了澳大利亚南极考察队对Lambert冰川流域西侧的考察,1996起,中国南极考察队对Lambert流域东侧进行了多次考察。本文基于以上考察的研究成果,对Lambert冰川流域东西两侧气候环境变化特征进行了对比研究。结果表明：Lambert冰川两侧无论是降水还是温度,在几十年时间尺度上其变化趋势都存在着明显差异,Lambert冰川东西两侧从海岸向内陆近500 km断面上表面积累速率的分布截然不同,同时,Lambert冰川东西两侧的δ¹⁸O随温度的变化率 (又简称δ－温度梯度) 差别也很大,另外,反映水汽输送强度的海盐离子浓度近50年来的变化趋势相反。以上证据表明,Lambert冰川谷地可能是东南极洲一条重要的气候界线,其原因可能是特殊的局地环流 (顺时针的气旋活动) 导致不同的水汽来源,再加上局部地形的影响所致。     

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。     

2007/2008年度中国南极冰穹A考察新进展

冰穹A(DomeA)是南极冰盖最高区域,其独特的地理位置和蕴藏的科学资源受到国际科学界的普遍关注,近年来成为国际南极科学考察研究的重要前沿区域。中国第24次南极考察(CHINARE24,2007/2008年度)继续开展DomeA地区考察活动,具体执行内陆建站选址任务和国际极地年中国行动计划--PANDA计划。本次内陆冰盖队在到达DomeA后,在DomeA核心区域以及中山站-DomeA断面上开展了多学科系统性的科考工作,取得了以"南极DomeA科学考察"、"内陆建站选址"和"中国南极内陆考察支撑能力建设"为代表的新进展,提升了我国南极内陆考察的支撑保障能力和科学认知水平。     

中山站至内陆330公里冰川学剖面考察

１９９６～１９９７年南极夏季期间，中国组织实施了首次南极内陆冰盖冰川学考察，深入冰盖内陆３３０ｋｍ，作为中山站至南极内陆最高点ＤｏｍｅＡ大剖面研究计划的开始。计划将对冰盖物质平衡、２００年以来环境演化过程、冰雪／气交换过程等科学问题开展观测研究。本次考察进行了物质平衡、地貌、气象、雪坑地层观测，采集了表层、雪坑、冰雪芯样品。     

南极中山站-DOME-A沿线地面风要素特征分析

采用中山站和LGB69、EAGLE、DOME-A 3个南极内陆自动气象站的气象资料,分析了东南极中山站-DOME-A沿线风要素的分布特征。结果表明地处南极下降风下游的沿海陡坡区风力最强,越向内陆,风力越小;DOME-A地处内陆冰穹,没有下降风;而近沿海区由于受地形的影响,下降风十分明显,其风向以东北风为主,且大多发生在夏季夜间。     

南极冰盖表面物质平衡实测技术综述

研究南极冰盖的物质平衡状况是研究冰盖与全球海平面变化关系的基础性工作,也对重建冰芯古气候记录有重要意义。积累率是冰盖物质平衡计算中最重要的收入项。大空间尺度上的表面物质平衡信息只能通过遥感技术来获取。但因存在多源误差,仅靠遥感手段,冰盖物质平衡的信息难以准确获取,这是南极冰川学面临的最大挑战之一。因此实测数据不可或缺。表面物质平衡的实地测量有多种方法,如花杆、超声高度计(雪深仪)、雪层物理／化学层位法(比如雪坑、冰芯／雪芯积累率恢复,探冰雷达连续测量冰内等时层结构等)。本文对南极冰盖表面物质平衡的实地测量技术做一概述,对每种方法的特点进行了比较和讨论。     

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。     

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。