北极Svalbard地区Austre Lovénbreen和Pedersenbreen冰川表面物质平衡和运动特征分析

对位于北极Svalbard群岛新奥尔松(Ny-lesund)的Austre Lovénbreen和Pedersenbreen冰川首个物质平衡年(2005/06年度)的冰川表面物质平衡及其运动特征进行研究,并阐述了Austre Lovénbreen冰川末端位置的变化状况。结果表明:(1)Austre Lovénbreen和Pedersenbreen冰川净物质平衡分别为-0.44和-0.20m w.e.,年消融量分别为0.99和0.94m w.e.,对应冰川零平衡线高度分别为478.10和494.87m。(2)两条冰川符合Svalbard地区跃动冰川运动的特征模式。运动速度矢量的水平分量表现为:向主流线辐合或平行于主流线。下游运动速度较慢,而在中上游运动相对较快。Austre Lovénbreen冰川表面各观测点的运动速度平均值为2.28m·a-1,运动速度最大值和最小值分别为3.91和0.81m·a-1;Pedersenbreen冰川表面观测点运动速度平均值为6.74m·a-1,运动速度最大值和最小值分别为8.13和5.49m·a-1。运动速度矢量的垂直分量表现为:消融区冰川消融量随海拔升高而减弱,Austr...     

北极Svalbard地区Austre Lovénbreen和Pedersenbreen冰川表面物质平衡和运动特征分析

对位于北极Svalbard群岛新奥尔松﹙Ny-(A)lesund﹚的Austre Lovénbreen和Pedersenbreen冰川首个物质平衡年(2005/06年度)的冰川表面物质平衡及其运动特征进行研究,并阐述了Austre Lovénbreen冰川末端位置的变化状况.结果表明: (1) Austre Lovénbreen和Pedersenbreen冰川净物质平衡分别为-0.44和-0.20 m w.e.,年消融量分别为0.99和0.94 m w.e.,对应冰川零平衡线高度分别为478.10和494.87 m.(2) 两条冰川符合Svalbard地区跃动冰川运动的特征模式.运动速度矢量的水平分量表现为:向主流线辐合或平行于主流线.下游运动速度较慢,而在中上游运动相对较快.Austre Lovénbreen冰川表面各观测点的运动速度平均值为2.28 m·a-1,运动速度最大值和最小值分别为3.91和0.81 m·a-1;Pedersenbreen冰川表面观测点运动速度平均值为6.74 m·a-1,运动速度最大值和最小值分别为8.13和5.49 m·a-1.运动速度矢量的垂直分量表现为:消融区冰川消融量随海拔升高而减弱,Austre Lovénbreen冰川至E断面表现出微弱的积累,海拔高度略有升高.实际垂直运动量总体符合冰川运动的一般形式,即积累区向下运动,消融区向上运动.(3) Austre Lovénbreen冰川末端2005/06年度处于退缩状态,平均退缩量达21.83 m·a-1,各观测点中最大、最小退缩量分别为77.30和2.76 m·a-1,差异显著.     

北极Austre Lovénbreen和Pedersenbreen冰川前沿 表层土壤中金属元素分布特征和来源研究

北极斯瓦尔巴德(Svalbard)群岛是研究人类活动对全球生态环境影响的重要地区之一,而了解该地生态环境的现状对揭示人类活动影响下全球生态环境的变化具有重要的科学意义。为此,本研究采集了位于Svalbard群岛新奥尔松(Ny-?lesund)的Austre Lovénbreen和Pedersenbreen冰川前沿的表层土壤,对元素Ni、Pb、V、Cu、Zn、Mn、Al和Fe的含量和分布特征进行了研究,并对这些金属元素的来源进行了初步探讨。结果表明, Austre Lovénbreen冰川表层土壤中金属元素平均含量表现为CuPbNiVZnMnAlFe,Pedersenbreen冰川表层土壤中金属元素的平均含量表现为NiPbVCuZnMnAlFe。Austre Lovénbreen和Pedersenbreen冰川前沿表层土壤中金属元素的变异系数值分别位于0.13—0.45和0.12—0.98。Austre Lovénbreen冰川前沿表层土壤中Ni、Pb、V、Mn、Al和Fe等元素的平均含量与Pedersenbreen冰川相近,但Pedersenbreen冰川前沿的表层土壤中Cu和Zn的平均含量要远远高于Austre Lovénbreen冰川。Pedersenbreen冰川前沿表层土壤中Pb的高富集因子点靠近人类活动区域。经主成分分析, Austre Lovénbreen冰川和Pedersenbreen冰川前沿表层土壤中Ni、V、Al和Fe源于母岩风化, Mn除来源于母岩风化外还可能受到了人类活动的影响。Austre Lovénbreen冰川前沿表层土壤中Pb源于母岩风化,但Pedersenbreen冰川前沿表层土壤中Pb除母岩风化源外还可能受到人为活动的影响。Austre Lovénbreen冰川前沿表层土壤中Cu和Zn源于母岩风化,而Pedersenbreen冰川前沿表层土壤中Cu和Zn可能来源于土壤风化和母岩输送过程中的元素分馏。     

基于GPS的北极冰川表面地形测量与制图

自2005年以来,我国科考队员利用双频GPS在北极黄河站附近的Austre Lovénbreen 和 Pedersenbreen两条冰川上每年一次开展高精度的冰川运动观测,获取了冰川表面监测标杆的精确位置和运动速度。2009年4月,我国考察队员在这两条冰川上开展了密集的GPS点位数据采集,藉此开展北极两条冰川的冰面地形测量。在分析单频GPS动态单点定位数据用于冰面地形测量的可行性基础上,经过平差计算获得了两条冰川的冰面地形数据,进而生成冰面DEM和等高线,制作冰面地形图。经与高精度控制点比较,冰面DEM高程的误差为0.78m,在冰川季节性高程波动和年消融的变化范围之内。由于SMART-V1型GPS设备是当前冰川研究工作中应用较多的pulseEKKO型探地雷达配套的一个重要部件,本文的结论对于同类仪器开展冰川测量工作具有参考价值,对基于高密度的GPS动态单点定位测量方法用于冰面地形测量的数据处理具有指导意义。     

北极Svalbard群岛Austre Lovénbreen和Pedersenbreen冰川表面运动特征

以野外实测数据为基础,分析北极Svalbard群岛Austre Lovénbreen和Pedersenbreen冰川表面运动特征。结果表明:(1)Austre Lovénbreen和Pedersenbreen冰川表面水平运动速度平均分别为2.14 m·a-1和6.28 m·a-1,变差系数平均分别为0.24和0.14,夏季水平运动速度略高于冬季,水平运动速度与其所处海拔高度具有多项式型关系,冰川主流线表面水平运动速度高于两侧,冰川两侧的表面水平运动速度不对称,Austre Lovénbreen冰川从源头至末端依次表现为运动的压缩区、拉伸区和压缩区;(2)Austre Lovénbreen和Pedersenbreen冰川表面垂直运动速度平均分别为0.76 m·a-1和0.90 m·a-1,两条冰川表面夏季垂直运动速度均大于冬季且夏季变差系数小,垂直运动速度与海拔高度具有一元线性相关性,表面物质平衡造成的高程变化对垂直运动速度的贡献率最大;(3)Austre Lovénbreen和Pedersenbreen冰川表面应变率分布表现为沿主流线方向逐渐减小然后负向增加,且其变差系数平均分别为0.19和0.15。     

积雪淋溶作用对冰川雪层内主要阴、阳离子记录的影响

利用乌鲁木齐河源１号冰川初始消融季节的连续雪坑离子浓度剖面,初步探讨本区冰川雪层中离子淋溶作用的特征及其对雪冰化学记录的影响。结果表明原始积雪内的大部分化学成分随融水向下渗浸,并富集在雪／冰界面处或附加冰内。当冰川消融进一步加剧,导致大部分离子成分随融水进入冰川径流,则会最终形成离子浓度很低的冰川冰,冰芯之定量记录将蜕变为定性结果。     

2005年北极冰川首期GPS监测

2005年7月至8月,中国北极黄河站第二次科学考察期间,科考队员针对黄河站附近首次队踏勘选定的两条典型冰川(AustreLov啨nbreen和Pedersenbreen),开展了以监测冰川物质平衡和冰川运动为主要内容的研究课题。本文分析了利用差分GPS进行北极冰川运动监测的可行性和优越性;初步处理了首期GPS监测的数据,并进行了精度分析,得出了较为满意的结果;针对北极冰川特殊的地理环境,探讨了在北极冰川上进行GPS测量应该注意的问题。     

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。     

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。     

基于GIS栅格操作方法模拟山地冰川长期变化

地理信息系统(Geographical Information System, GIS)具有强大的空间分析功能。GIS方法建立的模型,可以模拟北极多温冰川Austre Lovénbreen的长时间序列变化。研究发现, GIS方法可以快速有效地获取冰川的冰厚、主流线长度、冰川表面积和冰川体积,其中冰川体积的变化符合高次常函数变化规律;通过对比GIS方法与Elmer/Ice动力学方法模拟的结果, GIS方法对冰川体积的模拟,在十年至几十年的尺度上可行。GIS方法模拟冰川变化,可以快速定量分析冰川未来一定年限内的厚度、面积、体积、主流线长度等几何参数,简化了冰川变化分析研究的过程。     

近期中国天山冰川状况和气候变化

据中国冰川目录和天山南北树木年轮年表恢复近500年的气候要素我国天山现代冰川8900条,面积9192.43km~2,冰储量1010.5km~3,主要分布在天山西部5000m以上的高山地带。近30年的天山冰川考察及29年乌鲁木齐河源1号冰川物质平衡:观测资料分析表明,中国天山现代冰川普遍处于退缩阶段。预计2000年气候将出现降水偏多的趋势。     

基于RTK-GPS的北极Austre Lovénbreen 冰川表面高程变化研究

基于多期RTK-GPS(Real Time Kinematic-Global Position System)高精度测量数据,通过冰面高程变化开展北极Austre Lovénbreen冰川物质变化研究。首先基于冰面GPS测点开展多种空间插值方法的比对,兼顾冰面DEM(DigitalElevationModel)的平滑特性以及插值结果的准确性,优选自然邻域法作为冰面地形的插值算法;继而利用2013—2015年3期RTK-GPS数据,通过冰面地形内插和测线交叉点比对两种方式开展了AustreLovénbreen冰川表面高程变化的分析,结果表明交叉点方法的精度更高,而地形内插法在测线之间的空白区域存在较大误差。最后通过冰雪密度估计将高程变化转化为水当量,计算相应时段的冰川物质平衡:积累区密度取500 kg·m-3,消融区密度取900 kg·m-3,得到2013—2014年和2014—2015年的物质平衡分别为–0.277m w.e.和0.065m w.e.。该物质平衡结果相较于传统的冰面物质平衡而言存在一定的差异,主要源于测量时段的不一致,以及可能存在的冰川内部物质变化。此外,将RTK-GPS交叉点高程的年际变化与所在高程进行联合分析,发现冰川物质变化与冰川高程分布既有较强的相关性,部分区域也存在一些差异。总体而言,冰川物质年变化的海拔梯度为2.67‰,在海拔越低的区域冰川消融得越快,随海拔上升消融减慢,在高海拔或冰川边缘区域还存在少量物质积累。     

2000—2014年喀喇昆仑山音苏盖提冰川表面高程变化

喀喇昆仑山区冰川由于存在正物质平衡或跃动、前进现象，被称之为“喀喇昆仑异常”，不过该地区冰川变化差异显著，尤其是大型表碛覆盖冰川，呈现与其他类型冰川明显的差异性响应，为理解喀喇昆仑冰川异常的机理，冰川尺度的详细变化研究十分必要。音苏盖提冰川位于喀喇昆仑山乔戈里峰北坡，是中国面积最大的冰川，是典型的大型表碛覆盖冰川。通过应用TanDEM-X/TerraSAR-X（2014年2月）与SRTM-X DEM（2000年2月）的差分干涉测量方法计算音苏盖提冰川表面高程变化，并结合冰川表面流速对冰川表面高程变化和跃动进行分析和讨论。结果表明：2000—2014年音苏盖提冰川表面高程平均下降了1.68±0.94 m，即冰川整体厚度在减薄，年变化率为-0.12±0.07 m·a^-1。冰川表面高程变化分布不均，其中南分支（S）冰流冰川整体减薄较为显著，冰川南分支冰流运动速度较快，前进/跃动的末端占据了冰川的主干，阻滞原主干冰川物质的向下运移（跃动），导致原主干冰舌表面高程上升；冰川厚度减薄随着海拔升高先下降后保持稳定，同时呈现一定的波动性；低海拔表碛区域消融大于裸冰区，可能存在较薄表碛，因热传导高、覆盖大量冰面湖塘和冰崖存在，加速了冰川消融；在坡度小于30 °的区域，冰川厚度减薄随着坡度的减小而加剧；坡向朝南冰川厚度略微增加（0.01 m），西南坡向冰川厚度略微减薄（-0.03 m），其他坡向冰川厚度减薄明显。近14 a来，表碛覆盖的音苏盖提冰川表面高程整体下降表明物质处于亏损状态，冰川跃动导致局部冰川表面高程的增加。     

近50 a来乌鲁木齐河源区径流变化及其机理研究

 乌鲁木齐河源区径流是供给中下游地区和乌鲁木齐市的重要水源。通过对河源区3个水文断面（1号冰川、空冰斗和总控）有观测记录以来的径流变化研究,一方面提供径流观测的最新资料,使人们对乌鲁木齐河源区径流近期变化有新的认识;另一方面通过对气候、冰川变化的综合分析,揭示乌鲁木齐河源区径流近50 a变化事实和可能的原因。结果表明：河源区3个水文断面径流自有观测记录以来整体上呈增加趋势,其中总控水文断面径流虽有增加,但不显著。影响3个水文断面径流变化的因素不同,1号冰川水文断面径流变化受控于冰川区热量条件,当消融期气温大于2 ℃时,径流呈加速增长。1号冰川径流不仅包含了冰川对气候变化的瞬时响应,也包含了冰川对气候变化的滞后响应,由冰川物质平衡和面积计算的冰川体积损失量变化较好地验证了径流变化。对于空冰斗融雪径流,降水量多寡是导致径流变化的主导因素,但冰斗区固态降水多,气温亦起着不可忽视的作用。总控水文断面径流大小与气温和降水关系比较复杂,表现为近年来气温和降水增加,径流却有下降趋势,这可能与河源区实际蒸散增强、冰川快速退缩导致径流峰值已经出现、大范围冻土消融导致的地下渗漏量增多等原因有关。     

天山冰川消融参数化能量平衡模型

本文运用在天山乌鲁木齐河源的冰川能量平衡观测和常规气象站观测要素，建立了冰川消融参数化能量平衡模型。以日照、日平均气温、低云量、水汽压和风速为模型基本输入因子，模拟计算和讨论了消融期冰川表面辐射平衡和能量平衡。     

玉龙雪山现代季风温冰川对气候变化的响应

以玉龙雪山冰川区为研究区,基于野外观测数据及遥感数据,分析玉龙雪山现代季风温冰川的响应过程,探讨冰川变化的主要原因。结果表明:玉龙雪山地区冰川持续退缩明显;近年来白水1号冰川冰裂隙数量增多,规模扩大,冰川退缩速度不断加快;冰川冰体温度升高,从而导致冰川消融加快;2004和2009年在玉龙雪山东坡发生的崩塌事件,是冰川消融加剧,冰体温度上升的直接反应;气候变暖是玉龙雪山冰川退缩的主要原因。     

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。     

气候变化背景下冰川积雪融水对博斯腾湖水位变化的影响

依据近50年来博斯腾湖流域开都河大山口水文站径流数据和8个气象台站的气温、降水、积雪融水资料,并借助相邻流域天山1号冰川物质平衡资料,对气候变化背景下冰川和积雪融水对开都河径流量及博湖水位的贡献率进行了诊断分析。通过多元线性拟合法和偏相关分析法研究表明,1号冰川物质平衡与大山口水文站年径流量具有显著反相关关系,相关系数-0.28,但开都河年径流量变化并不能完全由冰川融水解释,降水和积雪融水的影响也非常重要,它们与大山口年径流的偏相关系数分别为0.57和0.40,超过99.9%和99%置信度水平。气温、降水、积雪融水拟合年径流与观测年径流的相关系数达0.63,超过99.9%置信度水平。各季节分析表明,春、秋季的降水和气温对径流具有显著影响,偏相关系数分别为0.52和0.37;夏季主要是冰川和积雪融水对径流的影响,其中积雪融水与径流的偏相关系数达0.51。夏季是一年中径流最大的季节,其变化主导着年径流量的变化,因此冰雪融水作为博斯腾湖的入湖水源,对博斯腾湖水位变化的影响不容忽视。     

中国冰川区表碛厚度估算及其影响研究进展

表碛覆盖型冰川是中国西部分布较为广泛的冰川类型,其典型特征是冰川消融区部分或全部覆盖了一层厚度不一的表碛。与裸冰或雪相比,表碛覆盖层下冰的融化过程有独特性,表碛厚度空间分布对一条冰川的消融、物质平衡和径流过程的影响有别于无表碛覆盖型冰川。本文回顾了近年来表碛厚度分布及其影响的研究,通过对这些进展进行总结以进一步明晰表碛影响研究的方向;同时着重介绍了近期发展的基于遥感影像热红外波段和可见光近红外波段、大气—表碛层—冰川界面能量平衡过程的表碛厚度估算方法和表碛覆盖综合评估模型,结合地面观测,分析了以遥感反演的表碛层热阻系数表征表碛厚度的精度,介绍了这类模型在表碛覆盖型冰川物质平衡和径流研究中的应用效果,以及在综合评估流域/区域尺度表碛影响的应用情况,并分析了该模型存在的不足及进一步改进的研究方向,为实现中国西部区域表碛影响的系统评估奠定基础,从而提升对区域水资源和冰川灾害的模拟和预测能力。     

北极中心海域海冰特征,积雪及变质过程

根据我国首次北极地区的考察观察观测资料，分析了北冰洋８８°Ｎ￣９０°Ｎ考察路段上海冰形态和雪层剖面特征，划分出３种冰形态类型和相应的积雪分布形式，指出了不同积雪分布形式下雪深测量、雪层剖面观测以及雪坑采样的适宜性。海冰上覆积雪的积消过程表现为缓慢的积累和快速的消融，雪深空间分布与降水来源有极大的关系。遥感监测和雪层剖面观证明北冰海洋冰上覆积雪无明显“年积累”大于“年消融”的区域，属于季节性积雪。