青藏高原冰川内部富含水冰层的发现及其环境意义

基于青藏高原昆仑山玉珠峰冰川Core 1冰芯钻取过程中所获得的相关资料,揭示出在该冰芯钻取点处的冰川内部34.34~34.64 m深度段存在一个富含水冰层,其未冻水(液态水)具有承压性质,水头高度至少可达到8.54 m. 该富含水冰层的存在不仅对冰川温度场带来了极大的影响,而且使该层中δ¹⁸O记录趋于均一化. 通过分析,揭示出该富含水冰层中可溶杂质离子浓度明显高于其上部冰层中的可溶杂质离子浓度,这是富含水冰层在形成初期其上部粒雪层融水下渗所引起的可溶杂质离子淋溶的结果. 同时,研究表明玉珠峰冰川粒雪中可溶杂质离子的优先淋溶顺序为NO₃^-> Mg²⁺> Na⁺> Cl^-> K⁺> SO₄^2-> Ca²⁺> NH₄⁺. 提出可利用最易淋溶离子的浓度与最不易淋溶离子的浓度之比值,来判断冰雪层中可溶杂质离子浓度峰值是否与淋溶有关. 结合青藏高原其他地点冰芯钻取过程中发现的富含水冰层状况,认为青藏高原冰川内部富含水冰层不是在整个冰川区域内呈层状分布,而是在冰川内部呈透镜状分布. 冰川内部富含水冰层的存在,表明其形成初期气候相对较暖. 最后,阐明了青藏高原冰川中富含水冰层的形成机理与演化过程,并预测了其潜在的灾害效应.     

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.     

Progresses in the ice formation of glaciers in China

Glaciers, formed by snowfall and characterized by movement and size, are the most sensitive indicators to climate change. The ice formation of glaciers (the processes, mechanisms and results of transformation from snow to ice) can indicate the growth condition, the formation process and the physical characteristics of glaciers. Its spatial variation can also reflect glacier change, and further reveal climate change. Studies on ice formation of glaciers in China were initiated in 1962, when Xie and others studied the ice formation of Glacier No.1 at the Urumqi River head, Tianshan Mountain. Other researchersfollowed suit and did studies on ice formation of glaciers in Qilian Mountain. As time goes by, the concept of ice formation came into being in China. This paper reviews the development history of glacier zones, and the studies of ice formation of glaciers in China since the 1960s. These studies mainly focus on Qilian Mountain, Tianshan Mountain, Altay Mountain, and the western Kunlun Mountain, Himalaya Mountain, the southeastern Tibetan and Hengduan Mountains. The paper also discusses the significance of ice formation studies, the limitation and deficiency of previous studies, and the prospects and suggestions for future studies. __________ Translated from Advances in Earth Science, 2007, 22(4): 386–395 [译自: 地球科学进展]     

冰层厚度传感器及其检测方法

水结冰和冰融化过程中的电阻、电容、温度物理参数与被检测冰表面以上的空气层或冰下水层的电阻、电容、温度有一定的差异,有些差异在数值上比较明显。基于这一特点,笔者提出了利用空气、冰与水的物理特性差异实现对冰层厚度及冰下水位接触式检测的新思路,对含有导电杂质的冰、冰-水混合物、水、空气的电阻、电容特性随温度的变化规律进行了初步分析,并得到冰的弱导电性质和冰与水的电容区间单调特性,据此提出了冰层厚度传感器结构及其冰厚检测原理,介绍了新型冰层厚度传感器在实践中的应用。     

面向对象-改进冰雪指数法消除冰湖干扰提取冰川边界的优越性分析——以各拉丹冬冰川为例

冰川作为气候变化的重要指标器,其范围监测对区域生态环境以及人类社会生活具有重要意义。目前基于遥感技术的冰川范围监测应用广泛,然而传统遥感监测方法中冰雪指数阈值法的提取结果存在无法区分冰川与冰湖的现象,面向对象分类法受地物光谱纹理信息限制无法避免同谱异物现象的出现。为弥补上述不足,提出一种可区分冰湖与冰川的改进冰雪指数,并将其融入面向对象分类法中,构建了一种面向对象-改进冰雪指数法。将各拉丹冬冰川作为试验区（该地区冰川表面洁净）,运用面向对象-改进冰雪指数法识别冰川边界,使用青藏高原冰川数据产品及常规遥感监测方法的提取结果作为参考数据,以验证此方法的有效性和稳健性。结果表明：面向对象-改进冰雪指数法综合了改进冰雪指数阈值法以及面向对象分类法的优点,冰川范围提取精度高达97.26%,与冰雪指数阈值提取结果相比精度提高了0.12%,与面向对象分类法提取结果相比精度提高了0.38%。此方法不仅有效地解决了地物错分的问题,还实现了冰川边界的精确识别。     

新龙古冰帽的若干特征

新龙古冰帽位于沙鲁里山北部,古冰帽面积为2000km~2。海拔4600m以上湖群遍布,冰碛物撒满高原面,此即为古冰帽的判识标志。古冰帽分中心区与外围山谷冰川区,遗留有冰蚀湖、蚀碛均夷面、冰蚀丘陵、冰川槽谷、羊背石、鼓丘、侧碛堤等多种地貌类型。本冰帽演化经历了三次冰期。     

极海洋型冰川是什么冰川——与景才瑞先生商榷

施雅风和谢自楚曾将中国现代冰川分为极大陆型冰川、亚大陆型冰川和海洋型冰川。这个分类方案因符合中国现代冰川的基本特征而得到广泛承认与应用。近年,景才瑞提出“极海洋型冰川”的概念,示意第四纪冰期时中国东部中低山地既然不存在基本的冰川类型,则可能存在一种比海洋型冰川更加高温湿润的特殊冰川。本文认为,这样类型的冰川是不存在的。海洋型冰川已经涵盖了处于融点冰温的临界冰川,即使再多的降水,也不能在正温条件下演变成冰川。故“极海洋型冰川”的概念是不能成立的。第四纪环境研究表明,冰期时大陆架广泛出露,西伯利亚-蒙古高压强迫下的冬季风加强,中国东部气候是朝着更加干旱的方向变化的,其海洋型特征也要大大降低。     

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.     

祁连山区雪冰反照率变化及其对冰川物质平衡的影响

雪冰反照率能够改变冰川表面能量收支平衡,是影响冰川消融的重要因素之一。利用祁连山地区冰川面积矢量数据、MODIS逐日积雪反照率、气温和降水以及冰川物质平衡等数据,探讨了祁连山典型冰川区雪冰反照率特征及其对冰川物质平衡的影响。结果表明：祁连山地区冰川多年平均反照率为0.532,冰川区面积大小与其多年平均反照率之间呈显著正相关（R²=0.16,P<0.05,N=91）,即冰川面积缩减1 km²,对应的平均反照率下降0.0025。祁连山老虎沟12号冰川反照率在夏季有明显的海拔效应,且强于其他时段,达到0.047?（100m）^-1。典型冰川年均物质平衡量与冰川表面夏季（6—8月）平均反照率之间存在显著的正相关关系,老虎沟12号冰川和七一冰川决定系数R²分别达到了0.48（P<0.05）和0.66（P <0.05）。冰川表面夏季平均反照率这一指标能够较好地衡量青藏高原北部祁连山地区冰川物质平衡的变化。     

普若岗日冰原及其小冰期以来的冰川变化

普若岗日是藏北高原最大的由数个冰帽型冰川组合成的大冰原.冰川覆盖面积422.58km²,冰储量为52.5153km³.冰川雪线海拔5620～5860m.冰原呈辐射状向周围微切割的宽浅山谷溢出50多条长短不等的冰舌,最大的可伸至山麓地带,形成宽尾状冰舌.在一些下伸较低的冰舌段,形成有许多冰塔林,以雄伟壮观的连座冰塔林和雏形冰塔林为主.在东南部一些冰舌段雏形冰塔林的上部,分布着奇特的新月型雪冰丘和链状排列有序的雪冰丘.小冰期以来,普若岗日的冰川呈退缩趋势.环绕冰舌分布的冰碛序列,在北部和东南部普遍可区分出3道.对比研究认为,分别属于小冰期3次寒冷期冰进的遗迹.而西部小冰期冰川作用的范围较小.按小冰期最盛时的规模量测当时的冰川面积,和现在相比该时段内冰川面积减少了24.20km²,当时冰川面积比现在大57%.由此引起的冰川资源的减少为3.6583km³,相当于36.583×10⁸m³的水量.在普若岗日西侧,小冰期后期至20世纪70年代,冰川退缩了20m;70年代至90年代末,冰川退缩了40～50m;平均1.5～1.9m·a^-1;1999年9月至2000年10月,退缩4～5m.明显反映出逐渐加剧的变化趋势.和其它地区相比较,普若岗日冰原变化比较小,表现出比较稳定的状。     

表碛覆盖型冰川的提取方法及变化

表碛覆盖型冰川是山地冰川的一种特殊类型,表碛的存在使得其对气候变化呈现出不同的响应特征。基于2011—2020年Landsat TM/ETM+/OLI遥感影像和ASTER DEM数据,在综合分析表碛光谱、地形和地表温度特征基础上提出TDSI（temperature NDDI slope ice）方法,并将其用于提取中国境内托木尔冰川等6条大陆型冰川和雅弄冰川等3条海洋型冰川。结果表明：基于TDSI方法提取表碛覆盖型冰川的总体精度为91.23%,其中大陆型和海洋型表碛覆盖冰川的精度分别为91.20%和90.97%。2011—2020年6条大陆型冰川和3条海洋型冰川面积平均减少0.06%和0.11%,而表碛面积分别增加了11.92%和18.35%。大陆型冰川表碛主要分布在其中值海拔以下,而海洋型冰川表碛分布范围更广,近10年间二者均呈现向冰川上部扩张趋势。气温上升是冰川消融退缩和表碛增加的主要原因,同时冰川流速变化和终碛湖演变也对表碛变化有一定影响。     

青藏高原东南部海洋型冰川物质平衡研究进展北大核心CSCD

青藏东南部海洋型冰川具有独特的气候敏感性,普遍呈现加速退缩趋势,这不仅影响区域水资源安全,而且伴生了相应的冰川灾害,是当前青藏高原冰冻圈变化研究的热点区域之一。本文对海洋型冰川物质平衡时空变化特征进行了综述,2000年以来冰川总体处于物质亏损状态,其平均物质平衡介于-0.66~-0.61m w.e.·a^(-1)之间;同时总结了海洋型冰川物质加速变化的驱动因素以及新特征。当前海洋型冰川物质平衡变化研究受观测数据缺乏和模型模拟不确定性等问题限制,尤其现有模型对冰面裂隙增多与扩张、冰崖-冰面湖-表碛相互作用、冰内冰下过程、冰崩、末端冰湖水-冰相互作用等过程的描述过于简化或基本缺失,其机理及影响仍存在较大的不确定性。未来需加强海洋型冰川物质平衡的综合监测,基于多数据和多方法的集成研究提高模型对冰川物质平衡多物理过程的耦合与模拟能力,为开展海洋型冰川物质变化的区域水资源效应和致灾效应研究奠定基础。     

现代冰川过程与全球环境气候演变

文章从宏观和微观两个方面扼要阐述了现代冰川过程与全球变化之间的关系。南极冰盖和格陵兰冰盖冰川物质平衡值目前还没有确切结论，虽然它与全球海平面的升降密切相关。山地冰川末端进退变化和冰川物质平衡与全球升温对应较好。极地冰盖现代降水中的稳定同位素比率，主要阴、阳离子、生物有机酸、微粒、超痕量重金属元素、宇宙尘埃以及火山灰等杂质的含量，为认识地球现代环境气候状况提供了丰富的资料。极地冰盖冰芯的分析结果为重建过去气候环境提供了大信息量，高保真度和高分辨率的资料为预测未来气候环境奠定了坚实基础，具有其它任何载体无法取代的优越性。山地冰川的现代和过去气候环境记录，对研究全球和区域性气候环境状况与变迁意义重大     

我国轻型高山冰芯机械钻机的发展和应用

通过冰芯研究可重建过去的气候环境变化, 为深刻理解现在和预测未来气候环境变化提供重要的科学依据. 冰芯机械钻机作为获取冰芯样品的必备工具之一, 在我国高山冰川冰芯获取中发挥了重要作用. 主要介绍我国自行研制的以山地冰川为主的冰芯机械钻机的发展过程和应用, 存在的问题和对未来的展望. 我国自行研制的BZXJ钻机性能优异, 是世界上同类钻机中的佼佼者, 截至2012年底已经钻取的冰芯总支数和总长度分别为125支和8 095 m, 为我国开展冰芯研究做出了重要贡献.     

小冰期以来羌塘高原中西部冰川变化图谱分析

运用地理信息图谱理论与方法,以地形图、航空相片、Lantlsat TM和ETM+遥感数据为基础数据源,分析了羌塘高原中西部小冰期至2000年代的冰川变化.结果表明:这里虽仍有部分冰川存在前进,但冰川整体呈萎缩状态,而且近几十年来,冰川退缩加剧.与同一区域的普若岗日相比,研究区冰川更为稳定.与其它山区冰川相比,这里由于是极大陆型冰川区,所以冰川较其它山区冰川相对稳定.气温升高和降水减少是该区冰川退缩的主要原因.     

Relict rock glaciers and protalus lobes in the British Isles: implications for Late Pleistocene mountain geomorphology and palaeoclimate

Many relict rock glaciers and protalus lobes have been described in mountainous areas of the British Isles. This paper reviews their distribution, chronology, supposed origin and development, and places the research within current investigations and knowledge. Rock glaciers and protalus lobes are located in a number of different topographic locations and settings. They developed at the base of steep cliffs following the catastrophic failure of rock faces, at the base of scree slopes following the gradual accumulation of rock debris and in association with glaciers. Protalus lobes probably developed in response to the permafrost creep of talus material while rock glaciers formed through the deformation and sliding of large bodies of buried ice. Rock glaciers probably developed, or were last active, during the Younger Dryas, although the possibility exists that some of these landforms are Dimlington Stadial in age. The development of protalus lobes during the Younger Dryas suggests that precipitation levels were low and permafrost was widespread during this time. The lack of rock glaciers (sensu stricto) in the British Isles compared with other mountain areas is believed to be a consequence of the rock type and relative scarcity of weathered debris for their formation rather than a lack of suitable sites or appropriate environmental conditions. Copyright © 2007 John Wiley & Sons, Ltd.     

冰川/积雪-大气相互作用研究进展

冰川和积雪是冰冻圈的重要组成部分,在全球或区域气候系统中起着极其重要的作用.开展冰川/积雪-大气相互作用研究,是研究冰冻圈物理过程及其对气候系统反馈作用的必然需求,也是研究冰川/积雪对气候变化响应的有效手段,同时还可为全球(区域)气候和水文模式提供冰川/积雪面的地表特征参数.近一个世纪以来,在冰川/积雪面辐射特征、能量通量计算方法和平衡特征等方面开展了许多观测试验和理论研究,并取得了卓有成效的研究结果.但是在准确获取辐射通量、研发普适性较强的反照率参数化方案、复杂地形条件下能量通量的计算,以及发展分布式能量平衡模式等方面尚存在许多不确定性,仍面临许多技术难点,也是未来的研究重点.     

唐古拉山地区第四纪冰川作用与冰川特征

自中更新世以来,唐古拉山地区发生过3次更新世冰川作用(即昆仑冰期、倒数第二次冰期和末次错冰期)和2次全新世晚期冰进(即新冰期和小冰期冰进).昆仑冰期(最大冰期)发生在中更新世早期(0.80～0.60MaBP),不仅是本区最早的一次冰期,而且也是冰川规模最大的一次冰期,当时的冰川规模比现代冰川大16～18倍;倒数第二次冰期发生在中更新世晚期(0.30～0.135MaBP),比现代冰川大13～15倍;末次冰期发生在晚更新世晚期,应分为末次冰期早冰阶(75.0～58.0kaBP)和晚冰阶(32.0～15.0kaBP,23.0kaBP时达到极盛),但在唐古拉山地区截止目前还未找到早冰阶的冰川遗迹,因此,只对末次冰期的晚冰阶(LMG)进行了探讨.LMG时,冰川规模比现代冰川大10倍;新冰期发生在全新世高温期后,冰碛物的¹⁴C测年为(3540±160)aBP,冰川规模略大于现代冰川;小冰期发生在15～1世纪,冰川规模已接近于现代冰川.由于青藏高原的上升,对高原腹部地区引起的干旱化过程和水分严重不足,使唐古拉山地区的冰川自昆仑冰期以来,冰川规模一次比一次明显的减小.     

基于GF 1光谱数据的青藏地区冰川资源现状遥感调查

以2014—2015年的GF 1为主、少量OLI影像为基础,参考第二次中国冰川目录等文献资料,修编完成青海省和西藏自治区两省区的现代冰川编目,查明青藏两省区目前共有冰川24 796条,总面积约2624×104 km2,约占青藏两省区区域面积的137%,冰川储量为2027×103~2121×103 km3。调查区冰川数量以面积<10 km2、冰川面积介于10~100 km2之间的冰川为主,其中面积<10 km2的冰川有19 983条,占总数量的8059%,面积介于10~100 km2之间的冰川面积为11 96240 km2,占总面积的4559%;面积最大的中锋冰川的面积达23737 km2。调查区内的山系(高原)均有冰川分布,念青唐古拉山冰川数量最多,其次是喜马拉雅山和冈底斯山,这3座山系冰川数量占调查区内冰川总数量的6333%;念青唐古拉山、喜马拉雅山和昆仑山的冰川面积和冰储量位列前3位,其冰川面积和冰储量分别占总数的6809%和7344%;然而昆仑山和羌塘高原的单条冰川的平均面积大于念青唐古拉山和喜马拉雅山的平均面积。从冰川海拔分布来看,海拔5 000~6 500 m之间是冰川集中发育区域,约占调查区冰川数量和冰川总面积的85%以上。调查区的冰川在各流域的分布差异显著,恒河流域是冰川分布数量最多、面积最大的一级外流区,其数量占冰川总量的47%以上,面积占总面积的52%以上;青藏高原内陆流域的冰川数量、面积次之,其冰川数量占总数量的21%,面积占总面积的24%以上,并且内流区单条冰川的平均面积略大于外流区的平均面积。总体上,西藏的冰川数量、面积和冰储量分别占西藏和青海两省区的8492%、8492%、8668%,单条冰川的平均面积两省区相近。