北极Svalbard、斯堪的纳维亚与挪威南部冰川物质平衡对比及其气候意义

利用1946—2005年北极Svalbard、斯堪的纳维亚及挪威南部冰川物质平衡资料,分析了冰川物质平衡的变化特征及其对气候变化的响应.结果表明:北极Svalbard地区冰川物质平衡具有较低的年振幅和较小的年际变化;环北极的斯堪的纳维亚地区和挪威南部地区冰川物质平衡则具有较高的年振幅和较大的年际变化;20世纪80年代末90年代初,3个地区冰川物质平衡均达极大或较大值,之后呈加速向负平衡发展之势.冰川物质平衡对气候变化的敏感性与其物质平衡状态有关:物质平衡越是趋向正平衡发展的冰川,其敏感值较高,反之亦然;海洋性冰川较大陆性冰川对平衡线高度变化(气候变化)敏感.平均而言,三个地区冰川物质平衡在观测期内的亏损量相对于零平衡状态而言,相当于气温上升了0.32℃.冰川净物质平衡对1℃升温的敏感性变化范围为-0.42～-0.99mw.e..a-1,对10%降雪增量的敏感性为+0.01mw.e..a-1～+0.57mw.e..a-1;平衡1℃升温导致的冰川净物质平衡消融需要降雪量增加24%.冰川物质平衡对气候变化的敏感性与其所处气候环境背景(大陆度)相关性,越是趋向海洋性的冰川其敏感性越高.     

祁连山七一冰川消融期间的能量平衡特征

冰川表面的能量平衡可以描述冰雪消融与气候响应之间的物理机制,利用2006年6月9日至9月28日在祁连山七一冰川消融区中部自动气象站(AWS)的观测资料,对七一冰川表面的能量平衡进行了估算.结果显示:在冰川消融期,净辐射、湍流热通量和冰川消融耗热是能量平衡的主要组成部分,能量收入方面主要是净辐射和感热通量,分别约占总能量收入的82.4%和17.6%;而支出方面主要是冰雪消融耗热和潜热释放,分别约占总能量支出的87.2%和12.8%.2006年7月31日至8月6日进行了为期近7 d的冰面径流场观测,基于能量平衡原理,对冰川表面的消融进行了模拟,模拟的消融速率和实测的冰面消融数据吻合的较好.     

天山奎屯河哈希勒根51号冰川表面运动特征分析

奎屯河哈希勒根51号冰川位于新疆奎屯市以南的天山依连哈比尔尕山北坡, 奎屯河上游支沟哈希勒根河源区. 1999年8月, 在该冰川上布设了用于冰川运动和冰川物质平衡观测研究的测杆18根, 并进行了冰川表面运动、冰川物质平衡和冰川末端变化的首次观测. 根据2000年8月和2001年8月的冰川运动观测资料, 分析了奎屯河哈希勒根51号冰川的运动特征和冰舌末端的变化状况. 结果表明: 奎屯河51号冰川应属于亚大陆型冰川; 1999/2000年度和2000/2001年度的表面运动值不大, 最大流速点的年运动速度为3.15 ma-1; 运动速度垂直分量UZ的变化规律同乌鲁木齐河源1号冰川的变化规律相同, 即消融区的显出流作用和积累区的显入流作用. 该冰川的冰舌末端处于相对稳定的退缩状态, 1964-1999年间平均退缩量约为1.4 m*a-1, 而1999-2001年间的平均退缩量为5.0 m*a-1, 反映出冰川退缩增大的趋势.     

近期东西天山冰川变化的对比研究

近数十年来天山冰川强烈退缩,但东、西天山冰川的退缩幅度差别很大.乌鲁木齐河源1号冰川作为东天山代表性冰川,图尤克苏冰川为西天山代表性冰川,在近约40 a来它们的冰川年净物质平衡分别为-235 mm及-409 mm,冰川末端的平均变化率分别为-0.0018·a-1及-0.0047·a-1,冰川面积的平均变化率分别为-0.0029·a-1及-0.0046·a-1,东、西天山较大范围的冰川面积变化率也分别为-0.0018·a-1及-0.0072·a-1.东、西天山气候格局大致相似,降水量自西向东减少,冰川的退缩主要由夏季气温上升引起,但变化率的巨大差异则可用不同的冰川物质平衡水平及稳定性系数来解释.在乌鲁木齐河源1号冰川及图尤克苏冰川物质平衡水平分别为633 mm及1180 mm,稳定性系数分别为0.514及0.326,物质平衡水平愈高及稳定性系数愈低,冰川对于气候变化的响应愈敏感.     

祁连山北坡流域冰川物质平衡波动及其对河西水资源的影响

祁连山北坡各流域发育有现代冰川 2 166条 ,总面积 13 0 8km2 ,冰储量 60km3,冰川融水补给河流约 8× 10 8m3·a-1,占河西地表总径流量的 11% .近 4 0a来 ,东段石羊河流域冰川物质平衡 (Bn)呈较大负平衡 ,Bn在 - 80～ - 12 0mm间 ;西段的讨勒河、疏勒河和党河流域冰川具正物质平衡 ,Bn在+ 5 0～ + 90mm ;黑河流域的冰川处于过渡区 ,其冰川物质平衡多年平均在 - 4 0～ + 4 0mm间 .冰川物质平衡的变化直接影响着河流径流的变化 ,洪水坝河、党河和昌马河的冰川融水补给率达 3 0～ 4 0 %以上 ,东大河、大渚马河、马营河和讨勒河的补给率在 12 %～ 14 %之间 ,而西营河和梨园河仅有 7%左右 .冰川物质平衡逐年变化显示 ,2 0世纪 5 0～ 70年代冰川以负物质平衡为主 ,80年代开始向正的平衡开始转化 ,90年代以正平衡为主 ,主要是冬季气温上升引起的降雪量增加的结果 .在全球气温变暖情景下 ,东段冰川物质平衡将呈增加的趋势 ,西段冰川物质平衡将呈下降的趋势 ,将使西段以冰川融水补给的河流径流增加 ,而东段石羊河流域径流下降明显 .     

近50年来北极斯瓦尔巴地区冰川物质平衡变化特征

利用长时间序列的冰川物质平衡资料,详细分析了北极斯瓦尔巴地区冰川的物质平衡变化特征以及气候因子对物质平衡的影响。结果表明：近50年来斯瓦尔巴地区冰川物质平衡变化主要呈负平衡、零平衡/略微增长两种状态。冰川净平衡一般为负值,年际变化波动幅度较大且呈负平衡趋势,累积物质平衡表现出长期稳定的负平衡增长态势。除Kongsvegen冰川外,其他冰川不存在短期内的平衡波动。季节变化表现为夏季消融、冬季积累,且夏季消融比冬季积累波动更大,冰川净平衡与夏季消融保持同步变化趋势。冰川净平衡与平衡线高度（ELA）呈负相关（平均相关系数为-0.89）,与积累区面积比率（AAR）呈正相关（平均相关系数为0.84）,该地区大多数冰川AAR减小,说明冰川物质补给处于劣势,冰川物质平衡向负平衡发展。夏季气温升高是斯瓦尔巴地区冰川表面物质加速亏损的直接原因。     

天山乌鲁木齐河源1号冰川东支能量-物质平衡模拟研究

基于天山乌鲁木齐河源1号冰川东支海拔4 025 m处自动气象站的观测数据和同期物质平衡花杆观测数据,采用COSIMA模型,对该冰川东支2018年消融期单点能量-物质平衡进行了模拟。结果显示：物质平衡模拟值为（-0.67±0.03）m w.e.,与实测值有非常好的一致性,相关系数达0.96。造成冰川消融的能量来源于净短波辐射（84%）、感热通量（16%）;冰川能量支出为净长波辐射（55%）、冰川消融耗热（32%）、潜热交换（7%）及地热通量（6%）。受能量收支影响,模拟物质平衡主要取决于表面消融和固态降水。与我国其他区域大陆型冰川研究结果比较发现,乌鲁木齐河源1号冰川物质损失较为显著,能量通量主要取决于海拔以及气候条件,再冻结和固态降水显著小于羌塘1号冰川和扎当冰川,推测与单条冰川所处的大气环流有关。     

祁连山老虎沟12号冰川表面能量和物质平衡模拟

采用HOCK的分布式能量物质平衡模型对老虎沟12号冰川消融期的物质平衡进行了模拟,时间步长为1 h,空间分辨率为30 m. 模型结果利用物质平衡观测数据和气象站观测数据验证,模型模拟时期为2012年6月1日-9月30日. 模型模拟结果表明,地形因子对太阳辐射影响相当显著;散射辐射在总辐射中的比例较大为39%,模拟期冰川表面物质平衡为-506 mm w.e.. 在模拟期整个冰川平均上净辐射占能量收入的84%,感热通量占有16%;消融耗热则是能量的主要支出占有62%,潜热通量占有能量支出的38%.     

北极Svalbard地区冰川物质平衡研究进展

回顾了Svalbard地区冰川物质平衡观测研究的历史,总结了该区域自1950年代以来冰川物质平衡的主要特征.结果表明:1)冰川净平衡、冬季积累和夏季消融没有明显长期变化趋势,净平衡一般为负值,导致冰体不断地缩减;2)冰川冬季积累年际波动较小,基本保持稳定状态;夏季消融年际波动较大,但没有融化增加的迹象;3)面积/海拔高度分布的不同导致了各冰川物质平衡的差异,面积较小(<10 km²)、海拔较低(<500 m)的冰川持续退缩;而具有更高海拔高度、更大面积的冰川则处于平衡或略微增长状态;4)净平衡与冰川平衡线高度(ELA)具有良好的负相关性,平均物质平衡梯度无明显变化,物质平衡对平衡线高度变化(气候变化)的敏感性保持稳定;5)Svalbard地区冰川物质平衡与该区夏季各月正积温和冬季降水具有密切的相关性.最后提出了加强Svalbard地区冰川物质平衡内补给过程研究以及与我国天山冰川物质平衡的对比研究,以求更加准确地认识Svalbard地区冰川物质平衡特征.     

东南极冰盖中山站－DOme A断面路线考察的初步结果

1996年以来，中国国家南极考察队连续3次进行了南极冰盖内陆考察，最远点距海岸1100km,海拔3900米，沿考察路线对冰盖表面地形，表面雪层特征，雪积累速率，冰体厚度和运动速度等进行现场观测，采集0．6－3．3米深度雪坑样品，在4个地点钻取50－100m，深度冰芯5支，部分资料和样品的初步分析表明，由于研究区域毗邻Lambert冰川和格罗夫山，冰面地形较多起伏，中段很大区域坡面朝向Lambert冰川，自中山站向内陆460km积累速率为46－210kg.m^-2.a^-1(相当于12－60厘米厚度雪层），表面1米深度雪的密度为350－450kg/m^-3，雪变成冰的深度（密度达830kg.m^-3)在几个冰芯钻取地点大约为60米，说明研究区域内雪的变质过程基本相同，300km处50米冰芯初步分析显示，过去几十年积累速率和温度均呈上升趋势，这虽然与南极地区其他针点的结果相一致，但却和毗邻的Lambert冰川西侧研究结果相反。     

山地冰川流动模型探讨

近30 a来冰川动力学模型有了快速发展, 在南极、 格林兰冰盖预测中取得一系列重要成果, 对山地冰川的研究也初见端倪. 从冰川流动的力学过程出发, 利用本构方程、 理想冰川假设、 浅冰层近似(Shallow ice approximation)假设完整地推导了理想冰川流动的物理过程, 揭示了冰川流动的机理, 建立了气候变化和冰川自身重力引起的理想冰川物质和能量再分配的温度耦合三维流动模型. 结合山地冰川的冰床形态, 将理想冰川与实际冰川相结合, 使理想冰川流动模型更好地近似山地冰川的流动.     

The origin and flux of icebergs released into the Last Glacial Maximum Northern Hemisphere oceans: the impact of ice‐sheet topography

The precipitation fields of a palaeoatmospheric general circulation model are used to derive estimates of the geographical distribution, and flux, of icebergs from the Laurentide, Fennoscandinavian and eastern Siberian ice‐sheets at the Last Glacial Maximum (LGM). The atmospheric model fields from LGM simulations using CLIMAP or Peltier (ICE‐4G) ice orography were studied, to test the sensitivity of the predicted flux. The estimated Northern Hemispheric LGM iceberg flux is 3500–4000 km³ yr^?1, of which about 60% issued directly into the North Atlantic. The iceberg flux from the St Lawrence area is of similar significance to that issuing from Hudson Strait in all estimates. Both the North Pacific and the Arctic received substantial iceberg fluxes (ca. 700 km³ yr^?1), with relatively minor differences occurring between the two ice‐sheet reconstructions. Apparent discrepancies between Arctic deep‐sea core samples of ice‐rafted debris and our estimates of mean glacial iceberg flux may be ascribed to coastal trapping of bergs, the existence of floating ice tongues or a rapid exit of icebergs from the Arctic basin into the Greenland Sea through the Fram Strait. Copyright © 2001 John Wiley & Sons, Ltd.     

北冰洋浮冰区近冰层湍流通量计算方法比较

利用2003年中国第二次北极科学考察获得的北冰洋浮冰区近冰层气象要素梯度观测资料,应用空气动力学的廓线法和总体输送法以及不同的普适函数,计算分析了2003年8月23日至9月4日浮冰区近冰层的摩擦速度、感热通量和潜热通量.结果表明:Holtslag普适函数的计算结果明显优于其它普适函数,总体输送法计算的不同层次湍流通量比廓线法更能够满足近冰层的常值通量层的假设,其结果可望为进一步优化北冰洋浮冰区边界层参数化方案和提高计算精度提供重要依据.     

西昆仑山冰芯记录指示的塔克拉玛干沙漠南缘对流层中上部近百年大气尘埃变化趋势

钻自西昆仑山崇测冰帽海拔6530 m的18.7 m冰芯提供了近百年间的尘埃沉积记录.冰芯记录覆盖的90 a间尘埃表现出持续下降的总趋势,大体可以分为3个阶段,即1930年之前,1930-1960年和1960年之后,尘埃浓度的降低是量级上的.几个突出的尘埃阶段出现在1900年代早期、1910年代、1920年代后期和1940年代早期,它们分别以约2.5×10⁶、2.7×10⁶、2.5×10⁶和1.5×10⁶粒·mL^-1的高浓度为特征,而1970年代则表现出相对较低的浓度(5×10⁵粒·mL^-1).就年份来看,突出的高尘埃浓度出现于1906,1915,1919和1943年.根据微粒的粒径资料分析,局地输入的尘埃分量约占总值的17%,剔除后可以得到中、大尺度范围的大气尘埃沉积通量.根据后60 a资料建立的通量平均值为913μg·cm^-2·a^-1,大气尘埃随时间的每10 a下降速率为-124μg·cm^-2,它可反映塔克拉玛干沙漠南缘对流层中上部的大气尘埃通量半个多世纪以来的变化趋势.     

基于Hkr值的北天山冰川侵蚀空间分布特征及其主控因素研究

确定冰川侵蚀的主控因素及其与各影响因素间的相互作用方式,不仅对深入认识冰川侵蚀的物理机制和理解冰川作用区地貌演化具有重要的意义,也是探讨构造、气候、地形间相互关系的根本。然而,以往的学者仅在构造活动略单一的区域研究冰川侵蚀的主控因素,致使对构造的影响认识不足,那么,构造是否是冰川侵蚀的主控因素呢？又是如何作用于冰川侵蚀？北天山第四纪冰川作用规模巨大,留下了丰富的冰川遗迹,其气候与构造条件也多样,因而成为探讨上述问题的理想区域。本文在北天山北坡自西向东选取了7个冰川流域,基于每个流域的Hkr值和冰川侵蚀影响因子的定性定量数据,分析了该区域冰川侵蚀的分布规律及其影响因素。结果表明,北天山各流域冰川侵蚀自西向东有减小趋势,该变化趋势是构造、气候、地形共同作用所致。其中,山顶高度和降水对冰川侵蚀的影响最显著,两者均通过对冰川规模施加作用来控制冰川侵蚀,而构造也可能通过影响顶点高程、积累区面积、冰川规模,进而作用于冰川侵蚀,但是其是否发挥主要作用有待进一步认识。因此,冰川规模可能才是导致北天山各冰川流域侵蚀差异的根本原因。     

The development of near-surface ground ice during the Holocene at sites near Mayo,Yukon Territory,Canada

An examination of soil thermal and hydrologic regimes at several sites near Mayo, Yukon Territory, and the ground-ice stratigraphy of a thaw-slump headwall close to these sites supports the hypothesis that an ice-rich zone, frequently observed at the base of the active layer, may be due to the annual water balance of permafrost. Observations demonstrate that ice lenses have grown at the top of permafrost in soil tubes installed in 1983. In addition, 90 cm of segregated ice are exposed in the thaw-slump headwall above a thaw unconformity, dated at 8870 ± 200 years BP, but below the base of the present active layer. These data suggest that the rate of water incorporation into permafrost over the last 8000 years in the Mayo area has been at least 0.1 mm yr^?1.     

辽东湾红沿河附近海域2017—2018年冬季气温-水温-冰情关系研究

辽东湾是我国冰情最严重海域,每年冬季都会受到海冰的显著影响,冰情预测评估可为辽东湾涉海活动提供防冰抗冰的技术依据。建立气温-水温-冰情的相关性,结合便于获取的现场高精度连续气象数据和高精度冰情预测模型,可实现局地小尺度的冰情快速预测评估。基于2017—2018年冬季辽东湾东岸红沿河附近海域实测气象-水温-冰情同步观测数据,结合辽东湾大尺度整体冰情（浮冰面积）,推演局地气温、水温与不同尺度冰情评价参数（浮冰范围与冰厚）的相关关系,提出基于不同气温区间的气温变化规律的冰底热通量选取方法,进而建立适用于辽东湾的气温-水温-冰情评估方法。相关性分析结果显示：观测点气温与水温存在明显相关性;浮冰范围与气象数据存在明显相关性,临界温度为 -5 ℃的累计负气温能很好拟合本年度盛冰期浮冰范围。基于HIGHTSI进行数值模拟后发现：水温与块体积法计算冰底热通量时,冰水间的热传递系数取2.2×10^-5是可行的;水温对冰情的影响表现在海冰冰厚最大值与冰期长短。为弥补辽东湾其他海域因缺少实测海水温度观测数据欠缺、冰底热通量选取不准选取导致的冰情模拟预测评估困难的问题,本文依据水温与气温的相关性,将水温随气温变化划分为结冰区（气温小于-10 ℃时水温维持冰点附近）、过渡区（气温为-10~-5 ℃时水温处于-1.4~-0.4 ℃）、融冰区（气温高于-5 ℃时水温随气温的增大逐渐增大）,进而提出适用于辽东湾所有海域的冰底热通量计算方法和冰情评估方法。     

冰力模型实验

本文首先简述了冰力模型实验的概况,然后介绍了在国内第一座冰池实验中进行的首次冰力模型实验——渤海辽东湾抗冰平台冰力模型实验的设备、模型冰制取技术和实验结果。实验中,冰排的破坏符合一般规律,它预示了现场冰的破坏现象;冰力值稍低于计算值,但更合理,可供设计参考;冰力谱中存在着明显的主频率,它集中于0.8HZ左右。     

冰硬度试验台设计与试验

极地冰层硬度特性对铠装电缆电动机械取心钻具反扭装置设计和使用具有重要意义。针对冰层特殊的物理性质,结合材料硬度测试原理,设计了一套可在模拟极地冰层低温条件下测量冰硬度特性的硬度试验台。该试验台由低温冷柜、硬度测试台和数据采集及控制系统3部分组成,其中,数据采集及控制系统隔离在常温环境中,降低了元器件对环境温度的要求。利用该试验台对硬度压头压入冰层的压力和深度进行数据检测,换算得到相应的硬度值。对设计的试验台进行初步实验表明,该试验台工作状态良好,数据准确,可满足对低温材料硬度特性的检测。