大陆型冰川与海洋型冰川物质平衡对比研究——以天山和阿尔卑斯山典型冰川为例

物质平衡是冰川对气候变化最直接的响应,是冰川变化的重要参数.大陆型冰川与海洋型冰川发育在不同的水热环境下,它们对气候变化的响应程度、过程和机理存在很大差异,因此在全球变暖背景下对这两类不同性质冰川物质平衡变化特征及其机理做一全面的对比研究意义重大.以东、西天山的乌鲁木齐河源1号冰川和图尤克苏冰川以及阿尔卑斯山东、中、西部的欣特雷斯冰川、Caresèr冰川和Sarennes冰川为参照冰川,在对比分析这五条参照冰川近60 a来物质平衡变化幅度差异和阶段性差异基础上,对大陆型冰川与海洋型冰川物质平衡变化特征及其机理进行了对比研究.结果表明:在物质平衡阶段性变化上,阿尔卑斯山参照冰川物质平衡变化具有相似的阶段性,而天山和阿尔卑斯山参照冰川之间以及天山内部两条参照冰川之间物质平衡阶段性变化存在很大的差异,可见,无论不同性质冰川还是同一性质的不同冰川,其物质平衡的阶段性变化都可能存在差异,这与不同冰川所处环境水热变化的时间差异有关,而与冰川性质无关;在物质平衡变化幅度上,海洋型冰川变化幅度明显大于大陆型冰川,原因是不同性质冰川发育的水热环境及其对气候变化敏感性差异;在前人对冰川加速消融机理的研究基础上,本文也讨论了大陆型冰川与海洋型冰川物质平衡变化的机理及其异同.     

我国大陆型山地冰川对气候变化的响应

以乌鲁木齐河源１号冰川、唐古拉山冬克玛底冰川和祁连山“七一”冰川为例,着重探讨青藏高原冰川变化的能量机制．得到了在不同气候变化情景下,冰川平衡线对气候因子波动的响应值,并预测未来气候变化对青藏高原冰川物质平衡过程的影响．文中所选取的３条冰川中,以１号冰川对气候变化的响应最为强烈,而“七一”冰川以其独特的能量交换特征,对气候因子波动的响应相当迟缓,从而在全球山地冰川普遍缩小规模的背景下,该冰川处于相对较为稳定的状态．     

中国冰川变化对气候变化的响应程度研究

理清冰川变化对气候变化的响应程度、揭示响应度的空间变化规律,是开展冰川变化预估及其对社会经济影响程度量化研究的基础。使用1958-2010年西部地区150个气象站点的夏季平均气温和年降水量资料、中国第一、二次冰川编目数据,通过夏季平均气温和年降水量变化趋势值定量反映气候变化,以冰川面积变化率表征冰川变化,借助GIS技术平台,采用参照对比方法,从宏观层面研究了中国西部冰川变化对气候变化的响应程度。依据等分分类法（Equal Interval）,将响应程度分为极低度响应、低度响应、中度响应、高度响应、极高度响应5级。结果表明：中国冰川变化对气候变化的响应方式与程度不同,对夏季平均气温变化表现为正响应,而对年降水量变化主要表现为负响应,冰川分布区年降水量增加带来的冰川积累量增多不足以抵消因温度升高而增加的消融量,升温是中国西部冰川快速退缩的主导性因素。就整体而言,冰川变化对夏季平均气温变化的响应程度相对较低,但局部地区冰川变化对温度变化高度敏感,响应程度高与极高。不同类型冰川的变化对夏季平均气温变化的响应程度亦不同,海洋型冰川的变化以中高度响应为主,极大陆型冰川的变化主要呈现极低、低响应程度,而大陆型冰川变化的响应程度呈两级化。     

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。     

北极斯瓦尔巴、高亚洲和阿尔卑斯山冰川物质平衡对比研究

基于冰川物质平衡和平衡线高度数据,对北极斯瓦尔巴、高亚洲和阿尔卑斯山的冰川物质平衡变化和平衡线高度空间分布特征进行了对比分析,得出以下结论：（1）阿尔卑斯山冰川年均负物质平衡值最大,为-907 mm;斯瓦尔巴为-431 mm;高亚洲最小,为-264 mm。（2）高亚洲和斯瓦尔巴冰川物质平衡年振幅较小,年际变化较小;阿尔卑斯山冰川物质平衡年振幅较大,年际变化较大。斯瓦尔巴冰川物质平衡趋向正平衡,阿尔卑斯山和高亚洲冰川物质平衡趋向负平衡。（3）斯瓦尔巴内陆的冰川平衡线高度高于沿海地区,高亚洲冰川平衡线高度呈纬向地带性、经向地带性和区域地带性的分布规律,阿尔卑斯山的冰川平衡线高度主要受冰川所处海拔的影响。     

青藏高原冰川对气候变化的响应及趋势预测

青藏高原是世界上中低纬度地区最大的现代冰川分布区,这里冰川末端在近百年来总的进退变化趋势是退缩,但在本世纪初至20～30年代和70～80年代间多数冰川曾出现过稳定甚至前进。对比近百年来气候变化,冰川变化虽然滞后于温度变化,但它们之间存在着很好的对应关系,多数冰川对温度变化滞后时间在10～20年间。根据80年代以来平均物质净平衡值,大致将青藏高原划分为:内部为平衡或正平衡区;向外为负平衡区;边缘为强负平衡区。以冰川对气候响应滞后关系预测,在今后10～20年间,青藏高原边缘冰川末端仍继续处于后退,而高原内部冰川末端位置变化不大。     

新疆山地冰川变化及影响研究进展

揭示新疆山地冰川变化及其影响,对新疆山地-绿洲-荒漠系统的健康和稳定发展意义重大。系统梳理新疆冰川物理变化、化学过程、生物资源、气候响应与生态效应等研究成果。结果表明：①新疆山地冰川总体上呈加速消融之势,且受地形、气候影响,冰川变化的区域性差异明显;②气溶胶解释了乌鲁木齐河源1号冰川表层物质的组成与来源,同位素定量了各流域径流中冰川融水的比例;③冰川变化对极端微生物生存条件、空间分布的影响研究较为成熟,但其与生物资源间的综合反馈机理尚不明晰;④冰川消融对水资源的影响随冰川融水拐点的到来而加剧,造成的生态服务缩减和冰雪产业损失日益凸显。制定统一的冰川提取标准、扩宽研究视角、全面系统观测冰川、提高模拟预测精度、加强灾害预警与制定对策是未来新疆山地冰川研究的关注点。     

新疆山地冰川变化及影响研究进展

揭示新疆山地冰川变化及其影响,对新疆山地-绿洲-荒漠系统的健康和稳定发展意义重大。系统梳理新疆冰川物理变化、化学过程、生物资源、气候响应与生态效应等研究成果。结果表明:①新疆山地冰川总体上呈加速消融之势,且受地形、气候影响,冰川变化的区域性差异明显;②气溶胶解释了乌鲁木齐河源1号冰川表层物质的组成与来源,同位素定量了各流域径流中冰川融水的比例;③冰川变化对极端微生物生存条件、空间分布的影响研究较为成熟,但其与生物资源间的综合反馈机理尚不明晰;④冰川消融对水资源的影响随冰川融水拐点的到来而加剧,造成的生态服务缩减和冰雪产业损失日益凸显。制定统一的冰川提取标准、扩宽研究视角、全面系统观测冰川、提高模拟预测精度、加强灾害预警与制定对策是未来新疆山地冰川研究的关注点。     

20世纪初以来青藏高原东南部岗日嘎布山的冰川变化

采用地形图、航空摄影相片、中巴资源卫星和Landsat TM数字影像, 对青藏高原东南部岗日嘎布山区20世纪初以来的冰川变化进行了研究, 分析了该地区冰川对20世纪后期全球变暖的响应. 结果表明: 20世纪初期至1980年, 研究区的冰川基本处于退缩状态, 期间冰川面积减少了13.8%, 储量减少了9.8%, 储量减少量相当于249.2×108 m3水当量, 因冰川萎缩导致其对河川径流的调节作用减弱了一半左右. 1980年以来, 本区气候表现出升温和降水增加, 在此气候变化背景下, 冰川总体呈面积减小的退缩状态, 但有一定数量的冰川处于前进之中, 这可能与不同规模冰川对气候变化的响应特点和响应时间有关.     

1984-2016年全球参照冰川物质平衡时空变化特征

基于世界冰川监测服务处（WGMS）发布的冰川物质平衡数据,对全球40条典型参照冰川物质平衡资料进行分析,结果表明：1984年以来,40条冰川中的36条在观测时段内处于物质平衡为负的状态,冰川普遍退缩,尤其在中纬度比较强烈;全球参照冰川物质平衡的多年平均值为-563 mm,累积物质平衡为-18 590 mm,且2000年之后出现了加速消融的变化趋势;全球参照冰川物质平衡的年代际平均值呈阶梯下降,每10年,物质平衡值下降200 mm左右;由于区域气候变化的差异性以及冰川对气候变化的响应程度不同,冰川物质平衡变化表现出显著的区域特征,物质平衡值由北到南出逐渐增大,空间上呈现出典型的纬度地带性和经度地带性特征;气温是控制冰川物质平衡变化的主要因子,物质平衡过程通常与各地区不同时间尺度的气候波动和变化显著相关。     

北半球冰川物质平衡变化的若干特征及其气候意义

根据北半球连续观测的４０多条冰川物质平衡资料，分析了目前冰川物质平衡状态及影响它们的地形因互。冰川物质平衡的变化在区域间存在着一定的联系：斯堪的纳维亚、落基山和天山地 区冰川物质平衡的变化在大多数时间内存在着对应联 系，而与阿尔卑斯山冰川物质平衡的变化具有不同程度的反向波动特征。     

1980-2011年全球不同地区冰川物质平衡变化分析

在气候变暖背景下,全球大多数冰川加速退缩,冰川物质亏损严重,呈负平衡增长趋势。利用世界冰川监测服务处（WGMS）最新刊布的物质平衡资料,对全球重点监测冰川的物质平衡现状及结果进行扼要的总结和比较,分析了1980-2011年全球不同地区冰川物质平衡的区域特征、变化过程及总体变化趋势,评估了冰川物质平衡对海平面变化的贡献。结果表明：1980-2011年,全球冰川物质亏损严重,加速退缩,平均减薄了14 m,其中阿尔卑斯山脉及太平洋海岸山脉的退缩尤为明显,平均减薄了30 m左右;各地区冰川的平均物质平衡变化趋势与全球平均趋势基本保持一致,具有典型的纬度地带性分布特征;物质平衡变化过程分为正平衡波动型、负平衡波动型及负平衡持续增长型三类,但总体上处于负平衡持续增长趋势;在全球继续增温的未来,冰川将会继续退缩,物质亏损强度不断增大,负平衡趋势不断增强。冰川物质平衡对海平面上升的贡献呈增大趋势,且与全球气温上升基本上是同步的。     

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。     

冰川运动速度对气候变化的响应—以天山乌鲁木齐河源1号冰川为例

山地冰川对气候变化的响应最为敏感, 在全球变暖的大背景下山地冰川和极地冰盖正在发生显著的变化。冰川运动速度的变化是气候变化的结果之一。乌鲁木齐河源1号冰川是中国西部山地冰川的代表, 本文以1981-2007年27a的运动速度资料与1982年以来的季节运动速度资料为基础, 结合冰川物质平衡、气温、降水等资料分析冰川运动速度对气候变化的响应。研究发现, 27a来1号冰川运动速度下降趋势明显, 冬、夏季节运动速度波动较大, 但夏季运动速度较大。气候变化通过冰川物质平衡的改变作用于冰川运动速度, 物质平衡的持续亏损最终导致了冰川运动速度的持续降低。夏季的高温与降水对冰川运动速度具有加速的作用。     

高分三号山地冰川表面运动提取与分析

冰川表面运动提取在冰川动力学与物质平衡变化研究中具有重要意义。针对当前我国自主遥感卫星数据在冰川运动监测应用中存在的不足,选用GF-3卫星FSI模式下获取的2019—2020年间覆盖亚洲高山区典型冰川的SAR数据,借助并行化偏移量跟踪算法获取了研究区冰川表面流速分布。研究结果表明：优化后的偏移量跟踪算法极大地提高了运行效率;全局形变拟合估计、地形偏差校正及滤波降噪后,冰川运动分布形态更加直观,精度可达0.5 m;通过与准同期Landsat-8影像提取的冰川流速对比以及对非冰川区位移残差的统计分析,验证了GF-3影像在监测不同区域冰川流速结果方面的可靠性及适用性;GF-3影像凭借其良好的空间分辨率,在规模较小、运动缓慢的冰川运动提取方面具有显著的优势,能够更好地体现冰川运动细节信息及其差异性。该研究有助于分析气候变化背景下青藏高原地区冰川的运动规律及其时空演变特征。     

一种基于MODIS积雪产品的雪线高度提取方法

冰川雪线高度的遥感提取对冰川物质平衡研究具有重要意义。提出一种基于晴空环境下积雪覆盖频率的雪线高度提取方法。使用MOD10A1积雪产品中的像元积雪面积比例数据,提取了2000/2001-2014/2015年间高亚洲地区冰川消融期末雪线高度。使用实测的冰川年物质平衡资料和气象格网数据对提取的雪线高度变化的可信度进行分析。研究表明：近15 a高亚洲雪线高度变化及趋势具有明显的东西差异,雪线高度变化幅度自青藏高原内部地区向四周呈增加趋势,西部大于东部。提取的冰川雪线高度变化与观测的年物质平衡序列具有很高的相关性,对物质平衡波动的平均解释率可高达75%;与气象要素（气温、降水）的年际变化的相关性也较高,约61.58%的格网冰川雪线高度变化可以由夏季气温和季节降水解释。而高亚洲各分区冰川雪线高度的波动规律也与大气环流背景分布一致。因此提取的雪线高度变化具有冰川学意义,可以进一步应用于冰川物质平衡估算及模拟研究中。