基于氢氧同位素和水化学的祁连山老虎沟冰川区径流过程分析

基于2012-2013年两个消融期在祁连山老虎沟冰川区连续2 a采集的冰川融水径流、雪冰以及降水样品,分析探讨了冰川区水体介质中氢氧同位素和水化学要素(主要化学离子、pH值、TDS和电导率等)在消融期的变化过程及特征。结果表明:祁连山老虎沟雪冰融水中的氢氧同位素值(δD和δ¹⁸O)表现出明显的消融期随月份波动,先升高再降低的趋势,在7月份表现出高值,反映了冰川消融强弱程度的变化过程。冰川径流中同位素含量与冰雪融水接近,且处于当地降水线上,其主要来自冰雪融水和降雨补给。老虎沟冰川融水径流水化学主要表现为Ca-Na-HCO₃-SO₄和Ca-Mg-HCO₃-SO₄型,其组成特征也表现出随消融过程而变化。对氢氧同位素和化学要素组成在消融期(6~9月)随时间的变化过程进行了分析,表明结合冰川区氢氧同位素和化学要素(包括化学离子、TDS、pH值和电导率等)的组成可以区分雪坑和新雪、河水的组分变化,可以反映冰川融水径流在消融期的变化过程。     

多模式预测气候变化及其对雪冰流域径流的影响

冰川覆盖流域的雪冰融水对河川径流有重要的调节作用。气候变化影响雪冰融水过程和数量变化,河川径流过程和径流量相应变化,其程度与流域冰川情况相关。通过利用CMIP5气候模式输出气象数据驱动流域水文模型,模拟研究天山地区3个不同冰川覆盖率河流(库玛拉克河、玛纳斯河、库车河)的径流对气候变化的响应。结果表明:随着未来气温和降水的持续增加,3个流域的雪融水均有增加,冰融水变化受冰川覆盖面积的影响,在各个流域变化不一致。径流变化主要受降水增加和雪冰融水变化的综合影响,在未来情景下各流域径流均有增加,分别增加了5.8%～14.3%(库车河)、2.9%～11.4%(玛纳斯河)、12.9%～47.1%(库玛拉克河),且冰川覆盖率越大的流域,预估径流不确定性变化区间受冰融水影响越大。预估3个流域的径流、雪冰融水年内分布变化表明,各河流的春季融雪时间提前和融雪量增加使得流域春季径流量较历史时期增大;在夏季,受雪冰融水变化的影响库车河、玛纳斯河夏季径流峰值量减小,而库玛拉克河径流峰值量增加,且预估的各流域夏季径流变化不确定性区间明显大于其它季节。     

玉龙雪山冰川稳定同位素分馏冬夏对比

利用玉龙雪山白水1号冰川区冬季和夏季表面积雪、雪坑、融水以及白水河河水中δ¹⁸O资料,对比分析了冬季和夏季我国典型季风温冰川系统内稳定同位素分馏行为的差异。分析结果表明,夏季冰川系统内各水体相变过程中稳定同位素分馏程度均比冬季强烈,指示出夏季季风海洋型冰川强烈消融的特点。另外,不论是冬季还是夏季,从表面积雪到融水再到由融水补给的河流,δ¹⁸O垂直变化梯度依次增大,反映了从固态降雪向冰川融水补给的河流河水转换过程中,稳定同位素分馏程度逐渐增强,体现了沉积后过程对海洋型冰川区同位素记录的影响具有空间差异性。     

天山东部冰芯pH值和电导率的大气环境空间差异

冰芯电导率是大气环境变化的替代性指标.对我国天山东部三个研究点奎屯哈希勒根48号冰川、乌鲁木齐河源1号冰川以及哈密庙儿沟平顶冰川粒雪芯中pH值和电导率的近期环境记录进行了分析研究.结果显示,三个研究点粒雪芯反映的近期pH值和电导率变化趋势不同:奎屯电导率随冰芯深度增加表现出升高趋势,哈密庙尔沟平顶冰川和乌鲁木齐河源1号冰川随冰芯深度增加表现出一定下降趋势;冰芯电导率平均值在哈密庙儿沟冰川最大,而其他两个点相对较小,这与矿物粉尘浓度和离子浓度的分布一致;雪冰电导率与粉尘及离子相关性分析表明,电导率主要受中亚粉尘活动影响,同时与Ca2+、Mg2+、Na+等相关性很高.通过比较显示,天山东部与我国西部其他研究点以及极地雪冰电导率的差异可以很好地反映大气环境的空间差异.     

中国典型山地温冰川水化学空间分布特征与近期冰川动态

从我国玉龙雪玉典型温水王白水１号冰川不同区段表面融水,新近积雪和冰川初给河水采样分析结果表明,雪线以下降水中的稳定同位素的离子含量比雪线以下为高,低海拔河水比高海拨融水的氧同浓度为低,可能在来源上存在着差异,这种分布特征说明本温冰川区局部大气环流情况高度而不同,有可能存在季气候区所特有的“降水量效应”或“季节性效应”。冰川不同水体内离子浓度变化说明,冰川融水与地壳表面接触时间越久,其中的可融性离了     

天山南坡科其喀尔冰川作用区CO2通量观测研究

冰川融水径流的发育和形成过程中,存在大量水化学侵蚀,尤其是K/Na长石及碳酸盐的水解作用,可能消耗水体中H⁺,促使大气CO₂溶于水形成重碳酸盐,影响区域碳循环。2015年7月21日-2017年7月18日选取相对平坦开阔的西天山科其喀尔冰川表碛物覆盖区,利用涡度相关法进行CO₂通量监测。结果表明：大气CO₂通量介于-17.99~3.59 g·m^-2·d^-1之间,平均值为-2.58 g·m^-2·d^-1,说明研究区是一个显著的碳汇。净冰川区系统CO₂交换量主要受大气CO₂通量支配,但日内变化显著,白天因冰雪消融导致大气CO₂沉降于融水中促进区域水化学侵蚀,而夜间因太阳辐射减少,冰雪消融减弱甚至停止,抑制了区域CO₂沉降,甚至再生冰的形成引起溶解于液态水中的CO₂释放。净冰川区系统CO₂交换量与气温呈显著的负相关关系,即气温升高,大气CO₂沉降量增加;当降水量小于8.8 mm时,交换量随降水量变化不显著,而降水量大于8.8 mm时,CO₂沉降量随降水量增加而减少。净冰川区系统CO₂交换量随日径流量的变率遵循：积雪消融期 > 积雪积累期 > 冰川消融前期 > 冰川消融后期 > 冰川消融峰期,意味着积雪消融存在时,系统CO₂交换量随日径流量变率较大,可能是因积雪本身的阻尼作用或积雪期水文通道不发育,积雪融水较冰川冰融水汇集相对较慢,为可溶性物质化学反应提供充分时间,增强了CO₂沉降。     

西藏枪勇冰川冰下富碎屑化学沉淀特征与冰下过程

西藏枪勇冰川是我国现代大陆性冰川之一,在其外缘冰床背冰面的基岩表面和节理裂隙中发现了富碎屑化学沉淀,为研究冰岩界面的物理、化学过程提供了良好载体。对该区富碎屑化学沉淀理化特征的研究表明：枪勇冰川冰下存在压力融水,冰下碎屑,特别是陆源气溶胶粉尘来源的碎屑,能与融水及其中溶解的CO₂发生化学反应,释放出Ca⁺⁺;Ca⁺⁺随融水向下游方向迁移,在冰床背冰面,由于上覆压力减小,融水中的CO₂逸出并发生复冰作用,使融水中的Ca⁺⁺重新富集,形成CaCO₃沉淀,并将融水中的粉砂粘粒碎屑胶结,形成富碎屑化学沉淀;枪勇冰川冰下融水的存在,证明其冰下存在温度接近融点的融区,有类似于温性冰川的滑动过程。     

近50年新疆天山奎屯河流域冰川变化及其对水资源的影响

基于地形图、遥感影像、气象与水文资料,对气候变化背景下奎屯河流域近50 a冰川变化及其对水资源的影响进行了研究。结果表明：1964~2015年该流域冰川面积减小了约65.4 km²,冰储量亏损了约4.39 km³,且2000年后冰川消融与退缩加快。消融期内正积温增大带来的冰川物质支出（消融）高于源自年内降水的冰川物质收入（积累）是造成该流域冰川消融与退缩的主要原因。1964~2010年该流域径流年际变化总体呈上升趋势,1993年后径流增加趋势显著,且周期性丰枯变化发生了改变。52 a间该流域冰储量亏损引发的水资源损失量达39.5×10⁸m³,年均亏损量约占多年平均径流量的12%,且20世纪80年代后冰川融水在径流中所占比重增大。     

中亚阿姆河上游产流过程特征研究

阿姆河是中亚最大的一条河流,其径流主要来源于西天山和帕米尔高原的积雪、冰川融水,由于地处高山区,数据获取困难,对其产流的具体组成与季节分布特征认识不足。本文利用分布式水文模型模拟阿姆河1951-2005年的产流过程,分析雪、冰融水年内分布和年际变化特征以及气候变化的影响。结果表明:1阿姆河产流区融雪集中在3-7月,冰川产流在6-9月,雨、雪、冰产流比例分别为18%、67%和15%,雪、冰融水产流超过80%;2阿姆河总产流集中在4-9月,占年产流量的83%,地表流、基流和侧向流分别占径流量的38%、46%和16%;3 MannKendall非参数检验(α=0.05)显示,1951-2005年间,阿姆河产流区降水呈显著减少趋势,气温呈显著升高趋势,雨、雪、冰产流量与总产流量均呈减小趋势,特别是在1995年之后,由于气温的持续上升和降水急剧下降,产流量减少幅度加大,1996-2005年与1951-1995年相比,雨、雪、冰产流分别减少35%、20%和4%,总产流减少了21%。     

南极纳尔逊冰帽的雪层及其成冰作用研究

纳尔逊冰帽雪—粒雪的演化依赖于融水渗浸冻结作用下的暖变质过程。积雪的密实化过程的快慢,取决于温度条件和融水的参与程度,以及自身的物理状况。粒雪的密实化过程表现为均匀且变幅小。纳尔逊冰帽成冰深度在23～25m,成冰历时17～19年。成冰带分为暖渗浸—重结晶带,渗浸—冻结带,消融带。     

Source of major anions and cations of snowpacks in Hailuogou No.1 glacier, Mt. Gongga and Baishui No.1 glacier, Mt. Yulong

Snowpacks samples were colleted from two glaciers: Baishui No.1 glacier and Hailuogou No.1 glacier in June, 2006. The method of sea-salt ions tracer, correlation analysis and trend analysis were used in this research in order to confirm the source of main ions, it is indicated that Na+ is mainly from marine moisture and other ions mainly originate from land dust. The non-marine source percent of Cl-, NO-3, SO2-4, K+, Ca2+ and Mg2+ is 52%, 99%, 100%, 98%, 99.9% and 83%, respectively, in Hailuogou No.1 glacier, while the corresponding value in Baishui No.1 glacier is 68%, 99%, 100%, 98%, 99% and 59%. The non-marine source of ions is from dust of Central Asia arid regions carried by westerly circulation and the plateau borne-areas with Qinghai-Tibet Plateau winter monsoon in two glacial areas. How-ever, the import of local dust in glacial area has made a great contribution to ions concentra-tion in Baishui No.1 glacier, which accounts for the reason why the ions concentration in Bai-shui No.1 glacier is much higher than that of Hailuogou No.1 glacier. It is obvious that the source of each ion is different between Hailuogou No.1 glacier and Baishui No.1 glacier. There are three reasons which can explain it: firstly, the difference in the internal environment of glacial area, such as lithology, mountain-valley wind system, topographical relief and so on; secondly, the influence exerted by ions elution in snowpacks section, and ions elution in Hailuogou No.1 glacier is very strong; and thirdly, the difference caused due to varying ions transporting styles, deposition modes, chemical characteristics and post-ions-deposition process.     

中国典型季风海洋性冰川区雪坑中主要阴、阳离子的来源研究

Snowpacks samples were colleted from two glaciers： Baishui No.1 glacier and Hailuogou No.1 glacier in June, 2006. The method of sea-salt ions tracer, correlation analysis and trend analysis were used in this research in order to confirm the source of main ions, it is indicated that Na^＋ is mainly from marine moisture and other ions mainly originate from land dust. The non-marine source percent of Cl^-, NO3^- , SO4^2-, K^＋, Ca^2＋ and Mg^2＋ is 52%, 99%, 100%, 98%, 99.9% and 83%, respectively, in Hailuogou No.1 glacier, while the corresponding value in Baishui No.1 glacier is 68%, 99%, 100%, 98%, 99% and 59%. The non-marine source of ions is from dust of Central Asia arid regions carried by westerly circulation and the plateau borne-areas with Qinghai-Tibet Plateau winter monsoon in two glacial areas. However, the import of local dust in glacial area has made a great contribution to ions concentration in Baishui No.1 glacier, which accounts for the reason why the ions concentration in Baishui No.1 glacier is much higher than that of Hailuogou No.1 glacier. It is obvious that the source of each ion is different between Hailuogou No.1 glacier and Baishui No.1 glacier. There are three reasons which can explain it： firstly, the difference in the internal environment of glacial area, such as lithology, mountain-valley wind system, topographical relief and so on; secondly, the influence exerted by ions elution in snowpacks section, and ions elution in Hailuogou No.1 glacier is very strong; and thirdly, the difference caused due to varying ions transporting styles, deposition modes, chemical characteristics and post-ions-deposition process.     

天山1号冰川厚度和冰下地形探测与冰储量分析

通过对天山乌鲁木齐河源 1号冰川的雷达回波探测 ,清晰地揭示出冰川底部冰 /岩界面的位置及其起伏变化特征 ,显示出雷达波对山地冰川良好的穿透能力和对冰下地形的高分辨能力 ,冰川雷达测厚的误差小于 1 .2 %。研究结果显示 ,1号冰川东支冰川平均厚度为 5 8.77m ,西支冰川平均厚度为 44.84m ,冰体厚度最大值发育于冰川中部趋于主流线位置。冰川冰储量计算表明 ,东支冰储量为 0 .0 5 1 868km3,西支冰储量为 0 .0 2 0 2 1 0km3。表面和底部地形有明显差异 ,主要因冰川动力过程对基岩强烈的地貌作用所致 ,意味着冰床的起伏地形对冰川浅层冰体的运动过程影响不显著。     

东帕米尔高原昆盖山跃动冰川遥感监测研究

冰川跃动是冰川周期性地快速运动,给下游生命财产安全带来巨大威胁。对已经发现的跃动冰川进行监测不仅有助于提高对冰川跃动机理的认识,而且对冰川跃动灾害预警预报和风险评估都具有重要的意义。在中国第二次冰川编目中发现,1963-2009年东帕米尔高原昆盖山的5Y663L0023冰川末端发生大幅前进。本文利用Landsat影像、ASTER立体像对等数据对该冰川前进过程进行监测研究。结果表明：该冰川于1990-1992年和2007-2013年分别前进81±30 m和811±30 m,其中2007-2013年的前进属于跃动引发的前进。其中跃动最高峰在2007年8月21日-2008年10月26日,期间32.7×10⁶ m³的冰体发生卸载,导致末端前进了704±30 m,面积扩张了0.34 km²。针对东帕米尔地区跃动冰川周期研究的空白,本文认为该冰川跃动周期中跃动期为4 a,平静期最短为15 a左右。该冰川属于多温型冰川,跃动受热力学机制影响的可能性较大,但液态降水、冰雪融水的增加也是影响因素。     

慕士塔格山卡尔塔马克冰川补给径流与非冰川补给径流水化学特征及主控因素研究

2016年7~8月对慕士塔格山卡尔塔马克冰川补给径流与非冰川补给径流进行了采样分析,通过统计分析、主成分分析、Piper图、Gibbs图、正演模型等方法分析了冰川补给径流和非冰川补给径流的水化学特征及其主控因素。结果表明：冰川补给径流和非冰川补给径流两种水体均呈碱性,水化学类型皆为Ca²⁺-SO₄^2--HCO₃^-,但冰川补给径流和非冰川补给径流的pH值、EC和TDS均存在显著差异（p<0.05）,主要离子浓度间均存在极显著差异（p<0.01）。冰川补给径流中所有离子具有同源性,而非冰川补给径流NO₃^-显示出与其它离子来源不同。正演模型结果显示,大气输入、硅酸盐风化、碳酸盐风化和蒸发岩溶解对冰川补给径流和非冰川补给径流中离子浓度的贡献率分别为10.47%、0.55%、65.61%、23.37%和1.52%、19.57%、60.37%、18.54%。在冰川补给径流中,碳酸盐风化对径流中离子浓度的贡献占主导地位,蒸发岩溶解占次要地位;在非冰川补给径流中,碳酸盐风化亦占主要支配地位,而硅酸盐风化占次要地位。两者差异的原因是硅酸盐风化相比蒸发岩溶解更难进行,冰川补给径流中水岩相互作用时间较短,故硅酸盐风化贡献率较低;而非冰川补给径流经过更充分的水岩相互作用,故硅酸盐风化贡献率较高。其成果可为西部地区水资源管理应用提供参考。     

ICE‐MARGINAL SEDIMENT DELIVERY TO THE SURFACE OF A HIGH‐ARCTIC GLACIER: AUSTRE BRØGGERBREEN,SVALBARD

Enhanced delivery of water‐saturated, ice‐marginal sediments to the glacier surface is a response to glacier thinning that has the potential to increase both levels of sediment transfer through the glacier hydrological system and total basin sediment yields. Preliminary observations made during summer 2007 at Austre Brøggerbreen, Svalbard, confirm that ice‐marginal debris flows in the upper reaches of the glacier are actively delivering sediments to the glacier surface, which may then be flushed into the glacier's hydrological system. During a four‐day observation period, several stochastic pulses in water turbidity were observed at a single portal where solely supra‐ and englacial drainage emerge at the glacier margin. The erratic suspended sediment fluxes were hypothesized to originate from ice‐marginal sources. Quantitative analysis of continuous turbidity and discharge data confirm that discharge is not driving these turbidity pulses and, combined with observational data, that the most likely origin is the delivery of water‐saturated sediments to the glacier surface from ice‐marginal, debris flows with subsequent transfer to the portal via the glacial drainage system. These observations illustrate the potential importance of the paraglacial component to the overall sediment cascade of deglaciating basins and highlight the need for careful interpretation of turbidity records, where stochastic pulses in turbidity may be attributed to sources and processes other than ice‐marginal sediment inputs.     

冰雪区局地环流及气候特征探讨

本文以西昆仑山崇侧冰帽区为例,根据大量观测资料,讨论了冰川存在对其所在地区气候的影响。得出冰川风是影响冰雪区气候特征的重要因素,是冰-气作用中的一个主要因子。这里的冰川风是一种独成体系的局地环流,它既不同于山谷冰川上出现的冰川风,也不同于山谷风。其强度随着离开冰雪区距离的增长而减弱。在冰雪区前缘地带形成风向、温湿度急剧变化区,使温度梯度从非冰川区到冰川区发生大的变化。     

Scale-dependent analysis of satellite imagery for characterization of glacier surfaces in the Karakoram Himalaya

Information regarding process-structure relationships and change in the Karakoram Himalaya is of great importance in studying glacier hydrollogy, mass balance, and dynamic environmental change. Such information is not readily available. Detailed spatio-temporal assessment requires field investigation coupled with quantitative remote sensing studies. We conducted an investigation of the large Batura Glacier in Pakistan to determine if spectral variability can be quantified and used to characterize glacier surfaces. Specifically, SPOT Panchromatic satellite data were evaluated for differentiating features of glacier structure resulting from ice movement, ablation, and supraglacial fluvial action. Image semivariogram analysis was conducted. for assessing spectral variability patterns and fractal analysis was used to examine scale-dependent variation in the data. Results indicate that spectral variability from fields of ice seracs can exhibit fractal characteristics, although most surface features on the glacier exhibit a change in the fractal dimension over different ranges in scale. The fractal dimension was found to be useful for differentiating between glacier surfaces such as white ice and debris-covered ice. Characteristics of the debris-load and the scale-dependent nature of calculating the fractal dimension ultimately determined the potential of class separability.     

1990-2015年喜马拉雅山东段中国和不丹边境地区冰川变化研究

利用Landsat影像，EDM影像等数据资料，使用遥感图像处理及目视解译方法提取了喜马拉雅山东段中国与不丹边境地区冰川从1990—2015年4期边界，研究其与气温降水变化关系，并选取特定冰川，对其表面流速进行估算。研究表明：1990—2015年，该地区冰川退缩速率达0.43%·a^-1，并且冰川年退缩率逐渐增大，表明冰川消融速度逐渐加快。该时段内，气温呈现明显上升趋势，导致了冰川的快速消融。通过对冰川表面流速的估算，得出中国与不丹边境地区研究选取的冰前湖对冰川流速具有促进作用，加速冰川消融。