从第三极到北极： 积雪变化研究进展

在全球气候变化背景下， 第三极和北极地区积雪是地表最活跃的自然要素之一， 其动态变化对气候环境和人类生活产生重要影响。通过回顾第三极和北极积雪研究进展， 阐述了降雪、 积雪范围、 积雪日数、 积雪深度和雪水当量在第三极和北极地区的时空分布特征和变化趋势。结果表明： 近50年， 特别是进入21世纪以来， 第三极和北极地区降雪比率均呈下降趋势； 积雪范围、 积雪日数、 积雪深度、 雪水当量总体均呈减小趋势， 融雪首日有所提前。同时就积雪变化对生态系统与气候系统的影响进行了论述， 评估了积雪的反馈作用。通过总结第三极和北极积雪变化研究进展， 凝练研究中存在的不足和未来发展趋势， 为提升积雪对气候变化及经济社会发展影响的认识提供重要科学支撑。     

基于被动微波遥感的积雪深度和雪水当量反演研究进展

积雪是冰冻圈重要组成要素之一,也是对天气和气候响应最为敏感的自然要素。被动微波能够穿透云层、积雪和大气进行全天候、全天时地工作,在估算积雪深度、雪水当量等积雪参数上有很大优势。综述了国内外基于被动微波遥感的积雪参数反演研究的进展,首先介绍了被动微波遥感监测积雪的基本理论,以及被动微波遥感数据;然后将当前的积雪深度和雪水当量反演算法总结为4类:(1)基于统计的线性反演算法;(2)基于微波积雪模型的反演算法;(3)基于先验知识的非线性反演算法;(4)数据融合与数据同化。随后介绍了常用的7种积雪数据产品,并讨论了影响积雪深度和雪水当量反演精度的几个因素,最后对未来积雪参数反演研究方向做出了展望。     

中国阿尔泰山的冻土

由中国科学院兰州冰川冻土研究所组织的冰川冻土考察队于1980年首次对我国阿尔泰山地区冻土及冰川进行了考察。考察区位于阿尔泰山中部的南坡,北起49°8′N,向东南延伸450km到46°N附近。山体西北部宽约150km,东南部约80km,海拔高度从北向南和从西北向东南逐渐降低。山区西部的友谊峰是阿尔泰山最高峰,海拔4374m,其周围是该区冰川最为发育的地区。山区东南部山峰高度在3200—3500m,无现代冰川发育。     

祁连山区黑河流域季节冻土时空变化研究

季节冻土的时空变化对地—气水热交换、地表能量平衡、地表水文过程、生态系统及碳循环等有着非常重要的影响.利用黑河流域11个气象站40多年的气温数据和5 cm深度处的土壤温度数据,建立了月平均气温与土壤冻结天数之间的关系.同时应用月平均气温与冻结天数的相关关系和5 km网格化月平均气温及30 m分辨率的DEM数据,编制了黑河流域逐月季节冻土分布图,并按其空间分布特征,将逐月地表冻融状态划分为:完全冻结、不完全冻结和不冻结3种.系统研究了黑河流域2000-2009年逐月季节冻土分布及冻结概率的时空变化特征.在季节分配上,黑河流域完全冻结面积最大值出现在1月;不完全冻结面积最大值在11月;而不冻结面积最大值在6月和7月.在年际变化上,完全冻结状态的离差值在冷季变化大,暖季变化小;不完全冻结状态在一年的回暖期和降温初期,年际变化较大;不冻结状态分别在4月和10月变化较大.冻结概率在1月达到最大值,6月和7月降低到最小值.在空间分布上,黑河流域季节冻土的逐月分布与变化和冻结概率主要受海拔高度控制,纬度的影响次之.     

代表中国冻土学研究的一个重要里程碑——读《中国冻土》一书

冻土是地气之间热量交换的产物,因此,冻土对气候的微小变化和变动都非常敏感.同时,冻土条件的变化对地气之间水热交换,气候及环境条件,地表径流及地下水,地气之间的碳循环,植被生长及生态系统,以及寒区工程建筑都具有重大的影响作用.研究冻土与环境以及人为活动的相互作用及其反馈效应是全球变化研究的重要内容.     

从第三极到北极： 热喀斯特及其对碳循环影响研究进展

北半球多年冻土区储存着大量的土壤有机碳， 气候变暖加剧了多年冻土退化， 多年冻土退化最明显的特征是热喀斯特。热喀斯特会直接导致活动层及多年冻土层土壤有机质暴露， 并改变水文、 植被和土壤生物环境条件， 对生态系统碳循环具有重要影响。热喀斯特对碳循环的影响是评估多年冻土碳循环和气候变化关系不确定性的关键问题之一。然而， 在气候变暖背景下热喀斯特地貌的发育及其对碳循环影响有多大， 目前对这个问题仍然缺乏足够的认识。通过综合比较第三极和北极热喀斯特相关研究， 分析了第三极和北极地区热喀斯特地貌特征及其变化趋势， 阐述了热喀斯特对植被演替、 土壤碳损失和生态系统温室气体排放过程的影响， 并提出了未来热喀斯特研究可能遇到的挑战。认识热喀斯特碳循环过程， 是评估气候变化对多年冻土碳循环影响的关键环节， 有助于加强多年冻土区生态系统碳循环与气候变暖之间反馈关系的认知。     

利用钻孔温度梯度重建过去气候变化进展

地球表面的温度信号向地下传播并影响地下温度剖面,这种温度剖面可从钻孔中测量,通过分析可重建过去表面温度变化.虽然认识到表面温度变化对地下温度和热流的影响已有很长时间,但仅在20世纪80年代以后钻孔温度剖面才被广泛应用于气候变化研究.钻孔气候方法与其他重建过去气候的近似方法不同,因为它是基于温度剖面测量与过去气候,即地表温度(GST)、重构参数的直接物理联系之上的.钻孔温度气候研究方法已被证实可以重建过去地表温度趋势,并且最终可结合表面气温序列估计其预观测平均值(POMs).钻孔温度剖面并不是地表温度的代用指标,而是地球大陆表面能量平衡的直接测量.这种地下的信号通过热扩散衰减非常快,因而对从地下温度测量数据中提取过去气候变化信息的方法施加了一个物理限制.描述由钻孔中测量的温度—深度剖面来重建GST历史的基本特征及问题.     

青藏高原东南部来古冰湖变化及其溃决洪水评估

冰湖溃决洪水(Glacial lake outburst flood,简称GLOF)灾害是冰川区最常见、危害最大的灾害类型之一,历来是国内外学者研究的关键科学问题。在全球变暖的大背景下,冰川退缩加剧,其下游冰湖扩张快速,湖面升高,溃决风险提高。青藏高原尤其是东南部地区孕育着大量的冰湖,在过去的几十年间,冰湖溃决洪水威胁着当地人民的生产生活。基于LANDSAT遥感影像,本文获取了青藏高原东南部雅弄冰川和来古冰湖1986年、1990年、1994年、1997年、2000年、2003年、2005年、2011年、2013年和2017年共10期湖面面积,并结合实地测量的冰湖水深资料,计算了冰湖对应年份的储水量,建立冰湖面积与储水量变化序列;结合野外调查从冰湖面积与水量变化趋势和突发事件两方面探讨冰湖溃决可能性;利用BREACH模型和SMPDBK模型估算和模拟来古冰湖溃决洪水,做灾害预警分析。结果表明,1986~2017年冰湖上湖变化不大,而来谷下湖处于持续扩张中,面积由1986年的1.151±0.070 km^2扩张至2017年的3.148±0.097 km^2,水量由0.645×10^8 m^3增加至2.143×10^8 m^3,雅弄冰川在1986~2013年持续后退,在2013~2017年突然前进;经讨论其溃决风险得出冰川滑动入湖导致湖水瞬时涌出从而造成溃坝的可能性较高;利用BREACH模型及SMPDBK模型对来古冰湖溃决洪水模拟结果表明,当来古下湖湖水受冰体挤压抬升发生溃决时,溃决洪水将严重威胁然乌镇及其上游居民的生命和财物安全。     

基于遥感影像的祁连山区俄博岭热融滑塌发育特征

热融滑塌是山地多年冻土退化最直接的表现形式之一,通过解译祁连山俄博岭地区遥感影像,结合实地考察,对俄博岭热融滑塌的空间分布和时间变化进行了研究,明确了热融滑塌的发育特征。结果表明,俄博岭热融滑塌发育活跃,1997~2015年热融滑塌数量增加(11~13个),面积增大(7765~20605m^2),其中1997~2009年面积增加速率为679.9m^2/a,2009~2015年面积增加速率为780.2m^2/a。通过分析热融滑塌景观分布与地形因子的关系,发现俄博岭热融滑塌在海拔3570~3700m,坡度3°~10°的富冰多年冻土区北向斜坡发育;通过对典型热融滑塌溯源后退速率分析发现,1997~2009年其平均后退速率为2m/a,2009~2015年平均后退速率为5m/a,呈明显增大趋势,且其后退速率主要与坡度、地下冰含量和地表径流相关。     

近40年青藏高原地区的气候变化--NCEP和ECMWF地面气温及降水再分析和实测资料对比分析

为了分析青藏高原地区的地面气候变化,利用我国高原地区的地面测站逐日平均气温和降水资料、NCEP(美国环境预报中心)、ECMWF(欧洲中期数值预报中心)的再分析值地面气温及降水量资料,对比分析了青藏高原的气候变化.分析发现,40年来所选地面代表测站气温变暖现象较明显(南部的帕里除外),特别是青藏高原北部的茫崖气温增暖非常显著,而40年再分析资料在青藏高原地区没有显示明显的气温变暖,没有大的地域差别,而再分析气温资料在华北平原地区却能显示出较明显的气温变暖,再分析气温资料尤其是NCEP地面气温资料在青藏高原上明显偏低.ECMWF再分析地面降水资料的年际变化显示,近40年来,青藏高原降水没有明显的变干或变湿趋势,但近十几年属于有资料以来较湿的时段.地面测站年降水观测值不像气温观测值那样有明显的变化趋势.