水库静水结冰过程及冰盖热力变化的模拟试验研究

为研究水库水体结冰及冰盖热力变化规律,在恒温实验室中进行了不同水深、不同负气温条件下的静水结冰试验,对结冰历时、垂向温度分布、冰盖厚度等要素进行观测,研究静水条件下水深与气温对结冰过程、冰盖热力变化及水温、冰温分布的影响。试验表明:在静水条件下,气温是影响冰情的主要因素,冰盖厚度与累积小时负气温线性相关;水深对初冰开始时间有所影响,但对冰盖热力变化过程的影响不明显;冰盖生长过程中,冰内温度基本呈线性分布,冰温斜率随气温降低而增大;融冰期冰盖下水温分布基本保持不变。     

近百年来冷圈波动

本世纪CO_2的增温导致了冷圈波动。中纬度山地冰川的普遍退缩与加速消融引起了海面持续上升。格陵兰冰盖目前尚未处于显著的负平衡状态,边缘区在变薄,中心区在增厚。南极大陆冰盖还在增长,但基底可能发生退缩。北极海冰在1935—1960年期间退缩了10％,南极海冰面积在1973—1980年间减少了2.5×10~6km~2。大陆积雪的变化主要表现在中纬度地区,并呈现出区域性差异。而高纬度地区,大陆冰盖的降雪量有增加趋势。     

南水北调中线输水工程若干冰力学问题试验研究

通过在低温冰工程实验室进行的冰力学模型试验,研究了南水北调中线工程冰期输水中的若干冰力学问题,主要包括:冰的膨胀力、冰盖稳定性和浮冰对闸墩的撞击力.试验结果给出了冰的膨胀力变化典型时程曲线、不同厚度冰盖的膨胀力极值变化;不同厚度的冰盖随水位下降的最大塌落值;以及冰排对闸墩的撞击力的冰力时程曲线、冰力极值随冰速的变化曲线.这些试验成果可为南水北调中线工程冰期输水安全运行提供参考.     

青藏高原第四纪大陆冰盖对高原隆升的影响

本文依据在青藏高原存在第四纪大陆冰盖的基础上,给定了3个不同厚度的冰盖,应用弹性板模式模拟计算了大陆冰盖消融前后的地壳均衡过程。计算结果表明,由大陆冰盖消融可能引起的高原隆升最大不超过700m。因此,就整个高原的隆升幅度来说可忽略其影响。但由于冰川消融前后高原负荷发生了变化,导致了隆升速度的相应变化,因而引起地表侵蚀强弱程度的不同及其它一些地质现象是不能忽视的。     

黄河冰盖厚度演变数学模型

以物理机制和数学推导为基础,建立了黄河初始冰盖形成后冰盖厚度演变计算的数学模型.利用实测资料率定模型参数,可以应用于黄河不同河段冰盖厚度的计算和预报.     

渠道热量交换与冰盖表面温度的计算分析

为了精确计算预测南水北调中线工程冬季输水的冰情,进而确保冬季干渠安全定时定量输水,对热量交换计算和冰盖表面温度两个方面进行了分析,提出了通过强迫边界条件法求冰盖的表面温度.通过模拟表明,准确的气象资料、准确的冰盖表面温度的计算对渠道冰盖厚度的变化过程极其重要,将对渠道冰期输水的控制运行研究有重要意义.     

冰雷达探测研究南极冰盖的进展与展望

南极冰盖是地球上最大的陆缘冰体,其物质收支和稳定性对全球气候变化和海平面升高有重要的影响。冰雷达,或称无线电回波探测,是冰川学家调查南极冰盖冰下特征的主要方法。在过去的50年里,冰雷达被广泛用于测量冰盖厚度、内部构造和冰下地貌,这些参数是计算冰盖体积和物质平衡、重建过去冰雪积累和消融率以及冰盖动力和沉积过程的基础。现在,冰雷达测量覆盖了南极绝大部分区域,极大地提升了人们对南极冰盖和全球系统间相互作用的理解。首先,简要介绍了冰雷达及其技术发展,然后着重评述了冰雷达在探测研究南极冰盖厚度和冰下地形、内部反射层、冰下湖和冰下水系、冰床粗糙度以及冰晶组构上的进展。最后,对未来冰雷达探测研究南极冰盖的前景进行了展望,并给出我国的现状。
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更新世冰盖与大洋碳储库相互作用的箱式模型模拟

全球大洋深海有孔虫碳同位素(δ13C)记录中广泛发现40万年周期,这一周期可能与偏心率长周期的轨道驱动有关.1.6 Ma以来,δ13C的这一长周期拉长到50万年,且重值期不再与偏心率低值对应.目前对δ13C 40万年周期的成因及其周期拉长的机制还不明确.这里使用了包含9个箱体的箱式模型,用于研究热带过程与冰盖相互作用及其对大洋碳循环的影响.模拟结果显示当北半球高纬海区海冰迅速增大时冰盖迅速融化,进入冰消期,而当海冰快速消失后,冰盖则重新缓慢增长.冰盖变化具有冰期长,间冰期短的非对称形态.在季节性太阳辐射量的驱动下冰盖变化具有10万年冰期-间冰期旋回.当冰盖融化速率受北半球高纬夏季太阳辐射量控制时,冰盖变化的岁差周期明显加强,相位与地质记录一致,说明轨道驱动可以通过非线性相位锁定机制使冰盖变化与其在相位上保持一致.海冰的阻隔效应使大气中CO₂在冰消期时增多.冰期时大洋环流减弱使大气中CO₂逐渐减少.当模型只有ETP驱动的风化作用而不考虑冰盖变化时,模拟的δ13C记录显示极强的40万年周期,体现了大洋碳储库对热带风化过程的响应.当同时考虑冰盖变化和风化作用时,模拟的δ13C结果中40万年周期减弱而10万年周期加强,并且40万年周期上碳储库与偏心率的相位与不考虑冰盖变化时的相位也存在差异,反映了冰盖变化引起的洋流改组压制了大洋碳循环对热带过程的响应.      

CryoSat DEM与多种南极DEM的对比分析

南极洲被巨厚冰雪覆盖,地质构造以南极横断山脉为界,总体分为东南极地盾和西南极活动带.数字高程模型(DEM)是研究南极冰盖变化的基础数据之一.通过多期次数字高程模型相比较获得高程的变化信息,是分析南极冰盖厚度变化和物质平衡的重要手段.然而不同类型DEM之间存的平面误差和垂直误差影响分析结果的精度.首先利用配准消除DEM间...     

基于CryoSat-2卫星测高数据分析南极海冰厚度的时空变化

利用卫星测高数据能够获取大尺度、长时序的海冰厚度信息。相较于北极,目前南极海冰厚度特别是近期变化信息仍很缺乏。基于2013-2018年的CryoSat-2卫星测高数据,采用最低点高程法和静力平衡方程模型反演了近6年逐月平均海冰厚度并分析其时空变化规律。结果表明：2013-2018年南极海冰厚度整体呈现先上升后下降的趋势,其中,2014-2017年年平均海冰厚度表现为快速变薄。南极较厚的海冰集中在威德尔海西南海域,最大值出现在该海域2014年的7月（6.27 m）。年平均海冰厚度在2017年达到最低值。南极海冰厚度的时空变化研究可为深入研究海冰变化与全球变化的关系提供参考。     

开河期冰盖横向冰缝形成机理

春季随着流量或水位增加,冰盖底部受水流上举力作用发生弯曲,首先在岸壁附近形成纵向冰缝,破坏冰盖与岸壁的冻结,导致冰盖体中间部分与岸壁脱落分离。采用弹性基础梁的理论及计算方法,通过对冰盖体弯矩及弯曲应力分析,针对平面弯曲和垂直弯曲两种弯曲形式导致冰盖体横向冰缝形成机理进行了研究,并提出了横向冰缝间距的计算表达式。计算结果得到了实测资料的验证。研究结果表明,横向冰缝间距与开河初期冰盖宽度、厚度、冰的抗弯强度及地貌特征有关。     

保温板防冰害技术

本通过３年对电站取水塔防治冰害的试验研究，采用聚苯乙烯泡沫板（称保温板）做水面保温，经过实际工程试验观测得到冻融过程的热效应值。证明保温板能减小冰盖的厚度。在冰盖构成∩型冰槽的保护下消除了建筑物的冰害，保证取水塔的正常运转。     

天山乌鲁木齐河源1号冰川雷达测厚

一、引言 引进雷达作为探测极地冰盖和山地冰川的装置,是冰川学研究的主要技术进展之一。从Waite,A.H.和S.J.Schmidt(1962)以及S.Evans(1963)应用这种技术探测南极和格陵兰冰盖厚度以来,已有二十多年的历史。雷达法较之以前使用的地震法与重力法测定冰川厚度,具有极大的方便性,精度高,速度快,既可以提供单点的测量,又能获得连续的冰床剖面。关于雷达法测定冷性极地冰盖的厚度,G.de Q.Robin等(1969,1975)     

格陵兰冰盖表面消融研究进展

冰盖表面消融是格陵兰冰盖物质平衡的重要组成部分, 已成为近年来格陵兰冰盖研究的热点. 格陵兰冰盖表面消融研究的关键在于理解冰盖融水的产生、 运移和释放等水文过程, 需要解决如下关键科学问题: 1) 冰盖表面产生了多少融水;2)冰盖表面水文系统具有什么特征; 3)冰盖表面融水如何影响冰盖运动; 围绕这些科学问题, 总结了格陵兰冰盖表面消融的研究进展. 冰盖表面消融建模、 冰盖表面湖的信息提取与面积特征变化、 深度反演与体积量算等是目前研究冰盖表面融水量的主要途径, 冰盖表面湖、 冰盖表面径流、 锅穴与冰裂隙等表面水文要素的空间分布规律研究则可用于揭示冰盖表面水文系统特征, 冰盖表面融水与冰盖运动速率的关系、 表面融水进入冰盖内部与底部的水文过程是目前揭示表面融水如何影响冰盖运动的主要手段.     

2000-2020年格陵兰冰盖夏季表面温度变化及其对物质平衡的影响北大核心CSCD

基于MODIS温度产品,着重分析了2000-2020年格陵兰冰盖夏季表面温度和表面融化范围的年际变化趋势;联合IMBIE(冰盖物质平衡对比实验)数据分析表面温度对于冰盖物质平衡的影响;进一步讨论了大气环流对于格陵兰冰盖表面温度变化的影响。结果表明:格陵兰冰盖夏季表面温度和融化范围趋势较为一致,2000年初期呈现出显著的上升趋势,2012年达到峰值,随后波动下降;整个研究阶段北部区域是增温速率最大的区域,高于其他任何区域两倍,东南部和西南部是温度最高的区域却具有最小的增长率;格陵兰冰盖夏季表面温度、融化范围以及物质平衡之间都具有显著的相关性,同时格陵兰冰盖夏季表面温度每上升1℃,会导致其物质损失增加74.29Gt·a;最后,经过对北大西洋涛动(NAO)和格陵兰阻塞指数(GBI)指数的分析得到,格陵兰冰盖夏季表面温度受到GBI的影响要强于NAO的影响,冰盖夏季表面温度和NAO呈现出负相关(r=-0.64,P<0.05),和GBI呈现出正相关(r=0.77,P<0.05)。     

中国极地冰盖数值模拟研究进展北大核心CSCD

冰盖数值模拟是一种基于多源观测数据,通过构建并求解冰流动力学方程组,理解冰流运动物理机制以及诊断和预估其演化过程的方法,目前已被广泛应用于冰盖变化研究。本文简要介绍了极地冰盖数值模拟方法,归纳综述了近十余年我国学者在极地冰盖数值模拟方面的研究进展,厘清我国在冰盖数值模拟领域遇到的瓶颈和关键问题。阐述了如何与我国的极地冰盖科考优势区域深度结合,协同多源强化观测和数值模拟,研发和改进冰盖模式,提高冰盖模拟能力,对定量估算极地冰盖的物质平衡及其对未来海平面上升的影响做出实质贡献。通过逐步发展冰盖模式的研究能力,有望将来在冰盖关键动力过程和机制的科学认识上有所突破。     

气候演变中的冰和碳

地质历史上充满着冰盖消长 (“暖室期”和“冰室期” ,“冰期”和“间冰期”)与大气CO2 增减的周期性变化 ,而两者之间的关系并不清楚。由于冰盖变化的地质标志比大气CO2 变化的标志容易认识 ,长期以来古气候研究侧重“冰” ,而对“碳”即碳循环的研究不足 ,通常将碳循环的变化解释为冰盖变化的结果。近年来越来越多的发现表明 ,单纯用水循环的物理过程不能解释冰盖演变的许多现象 ,而且大气CO2 变化往往领先于冰盖。揭示碳循环变化对冰盖演变的影响 ,认识生物地球化学过程在冰期旋回中的作用 ,将不同纬区对地球轨道驱动全球气候的影响区分开来 ,才有可能正确预测未来气候的演变方向。     

全球海面变化的两极冰盖模型

在Clark等(1976)提出的在粘弹性地球上全球海面变化的数值模型和笔者(1992)提出的一极冰盖质点模型的基础上,考虑冰盖在两极的实际分布,建立两极冰盖质点分布的数理模型。计算结果表明,一极模型中海面变化的的极值区在S极,而两极模型中海面变化极值区在南半球的中纬度地区。     

东南极冰盖/冰架变化监测与预测技术研究

南北极是研究全球变化的关键区域。＂十一五＂期间我国在南极地区系统开展了东南极冰盖/冰架变化监测与预测技术研究,对认识全球气候变化具有重要作用。通过项目实施,建立和发展了一批现场观测体系,发展了冰盖观测新技术并集成应用于东南极冰盖的综合观测,拓展了对冰穹A地区的新认识和新发现;在冰穹A边缘地区钻取的一支浅冰芯恢复了过去约780年的气候记录,记录了东南极地区存在小冰期的明显证据;发展了东南极冰盖积累和等时年层流动模型,研究在冰盖浅层、中层和深部的变化特征,反演了冰穹A地区的古积累率分布。本文概要介绍该项目基本情况。     

基于适体坐标变换的二维河冰模型

为精确模拟流动边界条件,克服边界形状复杂、长宽尺度相差悬殊及由于水位变化引起计算边界变化等困难,针对天然河道边界弯曲复杂等特点,应用水动力学和热力学等原理,建立了适体坐标下的二维河冰数值模型,模型主要包括流速场,水温沿河道变化,水内冰浓度分布,面冰输移,冰盖推进、稳定和消融,冰盖下冰的输移、堆积和冲蚀等,考虑了冰盖底部水中冰堆积和冰盖前沿形状对封冻过程的影响。采用MacCormack步进格式计算方法,并应用黄河河曲段实测资料对数值模拟结果进行了验证。验证结果表明,提出的数值模型能较好地体现河道的封冻过程。