冰川动力学模式模型进展及研究

冰冻圈是气候系统中的一个重要圈层, 其中冰川又是冰冻圈的重要组成部分, 冰川、 尤其是山地冰川的本构方程和建模一直是冰川动力学的核心任务。首先, 简要回顾冰川模型的研究和发展, 简要介绍了基于Navier-Stokes方程耦合温度场的三维冰川模型。然后, 介绍了冰川建模过程中的常用的静水压力近似、 一阶近似、 浅冰近似等的基本概念, 总结了冰川的动力数值模式建立的主要方法, 对于常用的GLIMMER冰盖模式的物理框架及其应用进行了介绍。最后, 针对目前的简化模型难以准确地描述山地冰川的物理过程及其变化的问题, 提出了一个基于全Navier-Stokes方程的山地冰川模型及其动力框架、 边界条件处理的设想。本文可为建立、 发展冰川及冰架模型, 尤其建立和发展山地冰川模型提供基础知识和参考。     

气候变化背景下山地冰川旅游适应对策研究——以玉龙雪山冰川地质公园为例

相对于极地和高纬度冰川, 山地冰川拥有更为优越的地理优势与客源市场条件, 加之山地冰川极高的自然与文化遗产价值, 以及对旅游业带来的巨大经济收益, 历来备受各国商业媒体、政府部门和旅游者的关注. 目前, 全世界已有50多处山地冰川被成功开发为著名旅游目的地. 然而, 全球变暖却严重影响着山地冰川旅游及其周边环境, 按照目前山地冰川的加速消融趋势, 部分山地冰川的自然文化景观质量将明显减弱乃至消失. 另外, 气候变暖也将不可避免地影响着山地生态系统、冰上旅游线路和冰川体验项目. 同时, 冰川消融或消失也将明显导致冰川旅游目的到访人数的下降和地方经济收益的缩减. 基于以上原因, 以玉龙雪山冰川地质公园为例, 分析了玉龙雪山典型冰川旅游资源的消退趋势, 提出了未来玉龙雪山冰川旅游应对全球变暖的响应机制和适应对策, 以期对国内外山地冰川旅游应对气候变暖有所裨益.     

山地冰川演化与冰湖发育相互作用机制北大核心CSCD

冰川-冰湖耦合过程是冰冻圈物质与能量循环的重要组成部分,系统刻画冰川演化与冰湖发育过程的相互作用机制,对于完善冰冻圈科学理论体系和认知冰川作用区变化规律、水循环模式和灾害效应具有重要意义。本文立足山地冰川演化和冰湖发育过程,系统归纳了冰川-冰湖相互作用研究进展,剖析了冰川作用与冰湖发育耦合机制及相关模型的应用,并对现有冰川演化与冰湖发育过程耦合机制研究存在的不足与挑战进行解析和总结。冰川-冰湖耦合过程的深入研究有助于提高数值模拟的可信度与精度,为评估冰川-冰湖耦合过程影响、建立灾害监测预警体系和采取适应性措施提供数据与理论基础。     

贡嘎山海螺沟冰川地质环境的基本特征

贡嘎山海螺沟为冰川地质作用的冰川谷,其中、下游河谷为古冰川谷,上游发育着现代冰川,它是横断山主峰贡嘎山地区冰川群中最宏大的一条冰川.自第四纪以来,强烈的冰川地质作用塑造了海螺沟流域特殊的山地与河谷地貌,因其距大城市较近,成为人们研究和观赏冰川奇观不可多得的地点.使之越来越受到中外游客的青睐.     

冰川模型及其在古冰川模拟研究中的应用

冰川模型已广泛应用于预测未来的冰川变化。随着冰川地貌制图、测年和古气候研究的不断发展,冰川模型也逐渐用于模拟古冰川变化、估算古冰川发育时期的气候信息和探讨古冰川演化的气候驱动因素。本文综述用于古冰川模拟的两类模型：地貌-冰面剖面形态模型和物质平衡-冰川动力耦合模型,介绍不同冰川模型的原理、用于古冰川模拟的流程和利用地貌体进行模型参数校验的方法。在此基础上,以青藏高原及其周边山地为例,总结利用冰川模型恢复古冰川的范围、体积、平衡线等参数,估算不同冰川发育时期的温度和降水,以及评估测年数据及其恢复的古冰川期次和规模的案例研究。最后指出了利用冰川模型进行古冰川模拟研究存在的问题和未来发展趋势,为进一步加强和改进冰川模型在古冰川模拟研究中的应用,恢复古冰川的规模、演化过程及其气候驱动机制奠定基础。     

冰川水文模型研究进展

定量评估冰川变化对干旱区流域/区域水资源管理、海平面上升以及冰川自然灾害预防等十分重要。从冰川产流(消融)和汇流两个水文物理过程出发,介绍了国内外冰川水文模型的研究进展,对目前应用最广的两类消融模型——基于气象因子的统计模型和基于物理机制的能量平衡模型进行了分析和讨论;从冰川表面、内部以及下部汇流3个方面阐述了冰川汇流模型所取得的成果。表明冰川产流(消融)模型已相对较为成熟,而冰川汇流过程目前仍处于探索阶段。构建适合不同规模和类型冰川的、包含冰川运动信息的分布式冰川水文物理模型是今后的研究重点。     

青藏高原冰川底部滑动估算方法研究:进展、问题与展望

冰川底部滑动是冰川运动重要的组成部分,是冰川动力过程的底部边界条件.底部滑动速度的估算,对于研究青藏高原及周边地区冰川运动规律、冰川内部应力分布和冰川异常变化机制等具有重要意义.系统总结了冰川底部滑动速度的影响因素及其估算模型的发展现状,其模型从单纯考虑底部剪切应力与冰床特性的关系逐渐扩展到考虑底部有效压力和冰下水文过程等综合影响,剖析了现有模型的结构和功能.进而分析了现有模型存在的主要问题和挑战,为进一步完善模型提供参考.未来冰川底部滑动研究需基于遥感大数据、新技术等进一步强化观测,着重耦合冰下水文过程的影响,进而促进气候变化—冰川物质平衡—冰川动力学响应过程的集成研究.     

祁连山老虎沟12号冰川雷达测厚和冰下地形特征研究

冰川地形是构建冰川流动模型的基础,对于认识冰川响应气候变化的动力机制具有重要意义.在2009年和2014年消融季,使用探地雷达对祁连山老虎沟12号冰川进行了厚度测量和冰下地形观测,获得了沿冰川中流线和多条横剖面的厚度资料,并对中流线上的厚度分布特征和槽谷形态进行了研究.研究结果表明,东、西支冰川的平均厚度分别为190m和150m,东支冰川冰下地形起伏大于西支,支冰川的表面坡度都较缓和.东、西支冰川进入汇合区时厚度分别为122m和157m,由于支冰川的横向挤压和汇流,汇合区中部冰川厚度增加到162m.冰川槽谷形态具有空间差异,东、西支冰川槽谷形态近似于对称的V型,但是在冰川汇合区,槽谷底部变宽,边坡变缓,发育有不对称槽谷.     

山地冰川变化的数值模拟及其在亚洲高山区的应用北大核心CSCD

在全球变暖背景下,亚洲高山区冰川正在加速消融退缩。从冰川的物理变化机制,数值模拟冰川变化的过程,是揭示冰川变化机理的关键,也是研究冰川对气候的响应以及预测冰川变化的重要途径,更是应对冰川变化引发水文、生态、和环境效应的重要前提。作为冰川变化研究的前沿方向和热点领域,数值模拟一直是山地冰川研究的核心任务,近年在对亚洲高山区冰川研究中进展迅速。本文首先简要介绍了对山地冰川进行数值模拟的基本原理和方法,然后简要回顾了近年来亚洲高山区冰川数值模拟的研究现状,最后基于目前的研究与认识,提出我国在冰川数值模拟研究的薄弱环节并进行了展望和设想。本文可为建立、发展冰川数值模型,尤其是亚洲高山区山地冰川数值模拟研究提供基础知识和参考。     

冰川槽谷横剖面形态特征探析

基于对天山中、西部冰川槽谷的量算,并对比国内外不同匠研究成果,利用冰川槽谷横剖面的幂函数模型探讨了冰川槽谷的横剖面形态特征,研究表明,本区槽谷的ｂ－ＦＲ关系并不完全符合Ｈｉｒａｎｏ和Ａｎｉｙａ提出的山地冰川模式,而是有自身的形态特征,但槽谷剖面形态参数Ａ、ｂ之间具有明显的结性关系,并具有很强的普遍性,可以作为冰川槽谷横剖面形态的判别标准。     

Landform and sediment imprints of fast glacier flow in the southwest Laurentide Ice Sheet

Evidence for former fast glacier flow (ice streaming) in the southwest Laurentide Ice Sheet is identified on the basis of regional glacial geomorphology and sedimentology, highlighting the depositional processes associated with the margin of a terrestrial terminating ice stream. Preliminary mapping from a digital elevation model of Alberta identifies corridors of smoothed topography and corridor‐parallel streamlined landforms (megaflutes to mega‐lineations) that display high levels of spatial coherency. Ridges that lie transverse to the dominant streamlining patterns are interpreted as: (a) series of minor recessional push moraines; (b) thrust block moraines or composite ridges/hill–hole pairs constructed during readvances/surges; and (c) overridden moraines (cupola hills), apparently of thrust origin. Together these landforms demarcate the beds and margins of former fast ice flow trunks or ice streams that terminated as lobate forms. Localised cross‐cutting and/or misalignment of flow sets indicates temporal separation and the overprinting of ice streams/lobes. The fast‐flow tracks are separated by areas of interlobate or inter‐stream terrain in which moraines have been constructed at the margins of neighbouring (competing) ice streams/outlet glaciers; this inter‐stream terrain was covered by more sluggish, non‐streaming ice during full glacial conditions. Thin tills at the centres of the fast‐flow corridors, in many places unconformably overlying stratified sediments, suggest that widespread till deformation may have been subordinate to basal sliding in driving fast ice flow but the general thickening of tills towards the lobate terminal margins of ice streams/outlet glaciers is consistent with subglacial deformation theory. In this area of relatively low relief we speculate that fast glacier flow or streaming was highly dynamic and transitory, sometimes with fast‐flowing trunks topographically fixed in their onset zones and with the terminus migrating laterally. The occurrence of minor push moraines and flutings and associated landforms, because of their similarity to modern active temperate glacial landsystems, are interpreted as indicative of ice lobe marginal oscillations, possibly in response to seasonal climatic forcing, in locations where meltwater was more effectively drained from the glacier bed. Further north, the occurrence of surging glacier landsystems suggests that persistent fast glacier flow gave way to more transitory surging, possibly in response to the decreasing size of ice reservoir areas in dispersal centres and also locally facilitated by ice‐bed decoupling and drawdown initiated by the development of ice‐dammed lakes. Copyright © 2008 John Wiley & Sons, Ltd.     

Influence of glacier hydrology on the dynamics of a large Quaternary ice sheet

The influence of glacier hydrology on the time-dependent morphology and flow behaviour of the late Weichselian Scandinavian ice sheet is explored using a simple one-dimensional ice sheet model. The model is driven by orbitally induced radiation variations, ice-albedo feedback and eustatic sea-level change. The influence of hydrology is most marked during deglaciation and on the southern side of the ice sheet, where a marginal zone of rapid sliding, thin ice and low surface slopes develops. Such a zone is absent when hydrology is omitted from the model, and its formation results in earlier and more rapid deglaciation than occurs in the no-hydrology model. The final advance to the glacial maximum position results from an increase in the rate of basal sliding as climate warms after 23000 yr BP. Channelised subglacial drainage develops only episodically, and is associated with relatively low meltwater discharges and high hydraulic gradients. The predominance of iceberg calving as an ablation mechanism on the northern side of the ice sheet restricts the occurrence of surface melting. Lack of meltwater penetration to the glacier bed in this area means that ice flow is predominantly by internal deformation and the ice sheet adopts a classical parabolic surface profile.     

乌鲁木齐河源1号冰川冰芯剖面物理特征及其形成机理研究

冰芯中的化学成分,记录了古环境和古气候的诸多信息,已有广泛研究.而冰芯剖面的物理特征,由冰芯形成时的水热条件和冰川运动变质作用所决定,同样记录了气候、环境和冰川运动的诸多信息.根据在乌鲁木齐河源1号冰川钻取的6根冰芯的详尽资料,结合冰流模式对冰芯冰龄的估算,分析研究了不同冰川带冰芯剖面的物理特征、形成机理和相应的水热条件.结果表明:积累区冰芯以粒雪一冰交替的原生沉积层为主,受冰川流动引起的动力变质作用影响较小,与该区成冰环境和冰川温度密切相关;平衡线附近的冰芯4.3 m以上主要是由渗浸冻结冰组成的原生沉积层,与附近的成冰环境相吻合,以下部分主要是经过动力变质作用的冰体,源于冰川上部的积累物;消融区冰芯主要由冰川上部下流的冰川冰组成,模拟显示该区冰芯冰龄较长,受局部成冰环境的影响很小.通过对不同区域冰芯特征比较,发现各成冰带的冰芯组成及污化层差别较大;在东、西支冰川同时期冰芯剖面的对比中,发现海拔相近点冰芯剖面组构相近,说明通过冰芯资料来探讨冰川内部特征以及该区域气候环境演变历史等较具代表性.     

冰川动力学模式及其对中国冰川变化预测的适应性

冰川动力学模式以其优越的物理过程描述能力,在冰川变化的预测研究中占有重要地位.其中“频率响应模式”、“剖面形状因子模式”和“冰流模式”较为成熟,并且具备对山岳冰川演变的模拟分析能力.从发展历史、主要利弊以及适用条件和范围几个方面,对上述3种模式进行了讨论,并对其在我国冰川上的运用前景进行了探讨.     

Lake stratigraphy implies an 80 000 yr delayed melting of buried dead ice in northern Russia

Sediment cores from lakes Kormovoye and Oshkoty in the glaciated region of the Pechora Lowland, northern Russia, reveal sediment gravity flow deposits overlain by lacustrine mud and gyttja. The sediments were deposited mainly during melting of buried glacier ice beneath the lakes. In Lake Kormovoye, differential melting of dead ice caused the lake bottom to subside at different places at different times, resulting in sedimentation and erosion occurring only some few metres apart and at shifting locations, as further melting caused inversion of the lake bottom. Basal radiocarbon dates from the two lakes, ranging between 13 and 9 ka, match with basal dates from other lakes in the Pechora Lowland as well as melting of ice‐wedges. This indicates that buried glacier ice has survived for ca. 80 000 years from the last glaciation of this area at 90 ka until about 13 ka when a warmer climate caused melting of permafrost and buried glacier ice, forming numerous lakes and a fresh‐looking glacial landscape. Copyright © 2003 John Wiley & Sons, Ltd.     

天山博格达峰地区四工河4号冰川雷达测厚与冰储量估算

2009年7月对天山博格达峰地区的四工河4号冰川进行了雷达测厚工作,获取了该冰川的厚度分布状况.基于该冰川的厚度数据,在GIS技术的支持下,采用Co-Kriging插值方法结合理想塑性体理论对冰川非测厚区域的厚度进行了重建,绘制出了冰川厚度等值线图并对冰川冰储量进行了计算.结果表明:冰体最大厚度出现于海拔3 775 m...     

东昆仑山煤矿冰川雷达测厚及冰储量估算

基于2015年5月东昆仑山煤矿冰川冰厚测量资料,结合2015年Landsat8 OLI影像,利用Ordinary Kriging插值方法对冰川非测厚区进行插值计算,绘制了该冰川厚度等值线并对该冰川冰储量进行了估算。2015年煤矿冰川最大厚度为87 m,位于海拔4 952 m主流线附近,平均厚度为25.77 m,冰储量为0.0242 km³。利用煤矿冰川冰面地形图与冰厚度分布图,获得该冰川冰床地形图。结果显示,冰川上宽下窄沿山谷分布,冰床地形复杂,在冰厚较大区域,地形呈近“V”字分布,显示了冰斗冰川的形貌特征。     

天山南坡科其喀尔冰川消融区运动特征分析

基于2009年5月至2011年10月科其喀尔冰川的花杆观测资料,对其消融区的表面运动特征进行分析. 结果表明：冰川消融区的年水平运动速度最大值为86.69 m·a^-1,年垂直运动速度最大值为15.34 m·a^-1,均出现在冰川海拔4 000~4 200 m的消融区上部;在靠近冰川末端的冰舌下部,受冰量补给减弱、厚层表碛覆盖等影响,冰川运动缓慢,年水平运动速度小于5 m·a^-1,而垂直运动速度值小于2 m·a^-1. 大多数横剖面的水平运动速度具有从中部向边缘逐渐减小的特征,而有的剖面却出现局部速度增大的区域. 整体而言,冰川水平及垂直运动速度随海拔降低而减小,符合冰川运动的一般规律,但主要受地形作用的影响,垂直运动速度随海拔的变化会出现波动. 消融期月水平运动速度与同期气温和降水的变化具有一定的相关性,可能反映出气候快速变化对冰川运动的影响.     

祁连山七一冰川雷达测厚及冰储量估算北大核心CSCD

冰厚分布和冰储量是冰川水资源、冰川变化和冰川动力学模拟研究的基础数据。本文基于七一冰川冰厚度雷达测量结果,结合GPS位置数据、遥感数据和冰川地形数据,运用协同克里金空间插值算法,绘制了冰厚分布图和冰床地形图,并运用厚度积分法估算了冰川冰储量。2015年七一冰川的面积为2.517km^(2),平均冰厚和冰储量分别为44.9m和0.1129km^(3),实测最大冰厚为115m。海拔4 480~4 600m和海拔4 640~4 800m是七一冰川两个冰厚值较大的区域,平均冰厚分别为88m和97m。     

Basal flow rate of Changme-Khangpu glacier,Sikkim Himalaya based on32Si and210Pb chronology

Using environmental radioisotopes silicon-32 and lead-210, the radiometric ages of ice at the surface and at 5 m depth at the snout of the Changme-Khangpu (ck) glacier have been calculated to be 100 and >650 years respectively. Based on i) these age estimates, ii) a net uniform accumulation rate of 0·7 m/yr of ice in the accumulation zone; and iii) applying a simple ice flow model assuming melting of ice of 1 cm/yr at the base of the glacier, it is demonstrated that the average basal flow rate of theck glacier is much smaller (at least by a factor of three) than that of 40 m/yr estimated for the surface ice. This observation is in good agreement with the earlier work on basal flow rates and indicates that the deeper ice near the bed rock travels much slower than the surface ice.