国际南极冰盖与海平面变化研究述评

海平面上升是全球变暖的主要后果之一。尽管有少数冰川学家认为,气候变暖并不能确保雪积累量的显著增加,同时可能出现冰流的突然变化,因此南极冰盖在未来海平面变化中的作用存在很大的不确定性。但近几十年来南极半岛气温的急剧上升,已使大量的冰架崩解。冰架崩解并不对海平面产生真正的影响,但反映出南极洲气候与冰川存在急剧变化的可能。     

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。     

基于CryoSat-2雷达高度计数据的南极内陆冰盖高程变化与物质平衡

南极冰盖对海平面影响巨大,高程变化测量是南极物质平衡监测的重要手段。采用欧空局CryoSat-2雷达高度计数据,通过提取卫星升降轨的地面交叉点,监测了南极内陆冰盖的高程变化（物质平衡）。结果表明,后向散射能量对Ku波段的CryoSat-2雷达高度计的高程数据具有一定的影响,经后向散射能量校正后,时间序列上的高程变化变得平缓,高程变化与已有的降雪数据相比,更加符合实际情况。2010年11月至2017年11月南极内陆冰盖高程变化趋势为（-1.1±0.2）cm·a^-1。西南极的Kamb冰流高程变化率为（38.7±1.1）cm·a^-1,Moeller冰流高程变化率为（-10.3±1.2）cm·a^-1,部分Thwaites冰川区域高程变化率为（-13.4±1.8）cm·a^-1,东南极的Wilkes Land出现高下降区,最高达-20 cm·a^-1。Dronning Maud Land虽然出现变化异常的点,但整体并没有显著的高程变化。南极内陆冰盖质量变化为（-10.6±6.2）Gt·a^-1,整体上南极内陆冰盖质量变化平缓,部分区域变化较大,Kamb冰流达到（17.9±0.5）Gt·a^-1,Moeller冰流达到（-3.4±0.4）Gt·a^-1,部分Thwaites冰川区达到（-3.7±0.5）Gt·a^-1。     

海平面上升及其风险管理

海平面上升是人为气候变暖最为严重的后果之一。近年来海平面上升及其风险管理研究与实践取得了突破性进展:(1)海平面上升作为一种致灾因子,需要预测未来可能的情景及其概率,并关注低概率高影响的上限情景。为此,近年来发展了完全概率估计方法,以典型浓度路径和共享社会经济路径情景为条件,对未来海平面上升进行多情景及其概率估算。(2)在高排放情景下,冰盖模式模拟得出南极冰盖到2100年对海平面的贡献高达0.78~1.50 m,远高出IPCC第五次报告的估计。(3)21世纪末的全球平均海平面(GMSL)上限由原来的2.0 m调高为2.5 m,并指出21世纪之后,海平面上升仍很可能加速,但上升的不确定性将增大。(4)发展了综合考虑极端情景和中间情景、适应对策路径和稳健决策等方法,进行长周期关键项目决策、规划和风险管理,以管理海平面上升的潜在影响和风险。海平面上升及其风险管理研究今后需要加强监测、分析和模拟来预测不同时间尺度全球、区域和地方海平面上升的情景和概率,加强冰盖的动力过程和突变研究,减小海平面上升预测的不确定性,评估其上限情景,加强深度不确定性下的风险决策方法及其应用研究,以满足沿海地区气候变化适应规划和风险管理决策的需求。     

南极地区SSM/I微波辐射计亮温时间序列分析

简单介绍了微波辐射的原理与应用现状,利用美国国防气象卫星计划DMSP F系列卫星携带的SSM/I辐射计南极地区极投影网格亮温数据进行了分析与处理。结合微波亮温等温线图和南极等高线图分析了南极地区亮温分布的特点。选取8个特征区域,对1992-2000年的日亮温数据进行了时间序列分析,分析了冰盖和冰架的亮温特性、季节和年度变化、短期波动等特征。研究表明南极大陆外围冰架和南极半岛地区的亮温呈增高趋势,而内陆冰盖地区则保持相对稳定;揭示了近年来随全球气候的变暖,南极冰架和南极半岛的融化正在加剧的趋势。     

多国研究指出南极冰融化致海平面上升幅度超预期

正2014年8月14日,《地球系统动力学》(Earth System Dynamics)杂志发表题为《利用海平面对冰盖演化的响应函数预测南极冰的消退》(Projecting Antarctic Ice Discharge Using Response Functions from SeaRISE IceSheet Models)的文章指出,21世纪南极释放的冰对全球海平面上升的贡献可能高达0.37 m。虽然目前南极洲对全球海平面上升的贡献不到10%,但其巨大的冰盖预计是未来长期海平面上升的主     

A review of changes monitoring in the Antarctic ice shelves北大核心CSCD

冰架是南极冰盖物质损失的主要出口。南极冰架动态变化和物质平衡的研究对揭示南极地区的气候变化具有重要的参考价值。本文从表面融化、冰流速、前缘崩解、底部融化和物质平衡五个方面入手,对近些年来南极冰架变化监测的研究进展进行梳理和归纳总结,综述了它们的观测方法、观测结果、机制分析及当前面临的问题。极地观测卫星和现场观测网络的发展、冰架多维度综合分析及数值模拟研究的推进,将有助于进一步揭示冰架变化因子之间的耦合作用及其演变机制,为全球增温影响南极冰盖/冰架的物理机制研究及其变化预测提供重要依据。     

冰期指数法模拟北半球冰盖演化的不确定性研究

IPCC第六次评估报告（AR6）显示,自20世纪起极地冰盖持续消融,全球海平面不断上升。目前对于地球冰盖未来的预测以及过去的演变历史尚不明确,而数值模拟能够提供一种有效的解决方案。在冰盖模拟研究中,冰期指数法可依据古气候代用指标将离散的气候强迫转化为连续的气候强迫,用于冰盖演变的瞬态模拟。基于该方法,利用2组（共6条）分别代表全球海平面和温度变化的代用指标,开展末次冰期旋回北半球冰盖的时空演变模拟研究,结果表明：(1)模拟的冰量演变特征受指数的变化趋势控制;(2)在指数变化特征（轨迹和变幅）相似时,千年尺度气候突变事件的存在会导致模拟的总冰量偏少;(3)在同一气候强迫下,不同指数模拟的最大冰盖范围受夏季0℃等温线的约束,同时指数的演变轨迹与变幅也会影响末次冰期盛冰期冰盖模拟的空间分布。因此,在利用冰期指数法开展冰盖瞬态模拟研究时,需根据关注的研究区域选取有代表性的指数并考虑古气候代用指标（即冰期指数）的不确定性对模拟结果的影响。     

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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南极Getz F冰架表面冰流速及结构特征时空变化分析

冰川裂解与底部消融是南极冰架质量损失的主要部分,这两个过程与全球温度升高密切相关。Getz冰架较阿蒙森海其他冰架对温度的升高更为敏感,开展Getz冰架表面冰流速和结构特征长时间序列分析,对全球气候变化、极地冰川学的发展具有重要意义。基于Landsat系列影像,采用多尺度半自动化影像匹配算法重建了2000—2017年Getz F冰架表面冰流速,进一步通过遥感影像增强处理及人工目视解译,提取了2000年和2017年Getz F冰架表面结构特征,综合分析Getz F冰架长时间序列冰流速与表面特征。结果表明,2000—2017年间,Getz F冰架表面高冰流速区（850~950 m?a^-1）逐渐向西部海岸线移动,海岸线向外延伸较大;冰架中西部下游冰裂缝数量明显增多,且冰裂隙呈现由东部上游向东部下游移动的趋势;冰流速总体呈随表面高程的增加而减少的趋势。研究表明Getz F冰架流量由Berry冰川补给较多,且冰流速受变性环极深水消融影响较大;同时,Getz F冰架前缘存在着较大不稳定性。     

利用GPS提取南极Amery冰架海潮信号

潮汐运动是冰架短期垂直运动的来源, 对冰架影响十分显著. 选取2003/2004年度南极夏季期间中国在Amery冰架上连续5 d的GPS数据, 利用GAMIT/GLOBK进行数据处理, 获取了由海潮引起的冰架垂向运动时间序列;垂直方向精度优于0.18 m, 并且和中国南极中山验潮站的潮汐变化曲线进行了对比, 获得了一致的结论. 利用GPS测量海潮可为精化南极地区的海潮模型提供可靠的现场数据, 对南极冰盖物质平衡研究及冰海交互动力学模型研究有着重要的作用.     

中国极地大地测量学十年回顾:1996-2006年

[STBZ][ZW（*][HT6H]〓收稿日期：. *基金项目：[HT6SS][ZK(]国家自然科学基金项目“利用多源遥感数据监测南极冰貌地形及其动态变化研究”（编号：40606002）;国家测绘局项目“南极考察地区基础测绘”（编号：1469990324229）资助[ZK）] [HT6H]〓作者简介：[HT6SS]（1939 ）,男,江西广丰人,教授,博士生导师,主要从事极地测绘遥感信息学的研究.[WT6HZ]E mail:[WT6BZ] [ZW）] [HT4F] [HT5K](摘〓要：[HT5K]回顾了近10年来我国南北两极大地测量学在GPS、重力、验潮及合成孔径雷达干涉测量等方面的研究进展。具体介绍了以长城站、中山站和黄河站3个GPS观测站为依托,开展的板块运动、卫星定轨及极区大气环境监测方面的研究;GPS在埃默里冰架、格罗夫山及Dome A考察中的应用研究;长城站的高精度绝对重力及相对重力测量;中山站自动验潮站的建立;及合成孔径雷达干涉测量在南极内陆冰盖的应用研究等。     

温室变暖与海平面变化

海平面上升很可能是全球变暖的最重要的后果之一,即使不大的上升(小于50cm),也具有巨大的社会和经济影响,特别是对世界上离海面很近的人口稠密的地区影响更大。因此,预测海平面的区域变化是极端重要的。 随着气候变暖,人们担心海水水温上升,海水体积膨胀,进而还担心占陆冰绝大部分的南极和格陵兰冰盖的冰融化,引起海平面上升。英国潜艇1976年10月和1987年5月两次对格陵兰北部北极冰盖进     

南极冰盖研究最新进展

南极冰盖是地球系统的重要组成部分,在全球气候系统中扮演着重要角色.通过对南极冰盖的研究将有助于了解其在全球气候系统中的作用,并为探讨全球气候过去、现在以及未来的演化提供支撑.总结分析了近年来南极冰盖研究的一些重要进展,并在此基础上对南极冰盖研究领域的一些主要结果、观测事实以及未来变化展开讨论,重点介绍南极物质平衡、冰芯研究、冰下水系统、冰盖数值模拟方面最近的进展,评述未来可能的研究方向和应该关注的问题.     

南极海冰和陆架冰的时空变化动态

利用美国冰中心和雪冰中心提供的海冰资料和我国南极考察现场的海冰观测资料, 对南极海冰的长期变化进行了研究.结果表明: 20世纪70年代后期是多冰期; 80年代是少冰期; 90年代南极海冰属于上升趋势, 后期偏多; 区域性变化差别大, 东南极海冰偏多, 西南极海冰即南极半岛两侧特别是威德尔海(Weddell Sea)区和别林斯高晋海(Bellingshausen Sea)的冰明显偏少.东南极和西南极海冰的变化趋势总是反相的.90年代后期普里兹湾的海冰明显偏多, 南极大陆陆架冰外缘线总体没有明显的收缩, 有崩解也有再生的自然变化现象.西南极威德尔海的龙尼冰架(Ronne Ice Shelf)和罗斯海冰架(Ross Ice Shelf)东部崩解和收缩趋势明显, 东南极的冰架也有崩解和收缩, 但没有西南极明显.陆架冰崩解向海洋输送的冰山对全球海平面升高有一定的影响.目前, 南极冰盖断裂崩解形成的冰山, 向海洋输入的水量可使全球海平面上升约14 mm.南极海冰没有随着全球气候温暖化而明显减少, 而是按照东南极和西南极反相的变化规律进行周期性的变化、调整和制约.     

南极冰盖GLIMMER模式移动边界试验研究

利用欧洲冰盖比较计划(EISMINT)的移动边界条件EISMINT-1测试集,通过三维有限差分南极冰盖GLIMMER模式,采用浅冰近似计算了一个定义在方形冰盖积分区域的流场特征量,研究了冰盖在大尺度长时间序列条件下对气候变化的反馈,考察了稳定态下冰盖演化的周期性行为.试验表明:GLIMMER模式在EISMINT-1移动边界条件下可以模拟出气候强迫下的冰盖演化趋势,在长时间尺度上可以刻画出气候变化的反馈机制.同时,对南极冰盖数值模拟面临的问题、GLIMMER模式以及EISMINT冰盖比较计划的内容和框架做了说明,对EISMINT比较计划目前的发展状况和遇到的问题做了分析,并且对GLIMMER模式下一步的研究方向做了一些探讨.     

国际大洋钻探全球海平面变化研究进展

国际科学大洋钻探计划对全球海平面变化问题的关注始于1980年代初,至今已在被动大陆边缘、孤立碳酸盐台地、混积台地边缘、平顶海山等不同类型海区执行了23个与海平面变化相关的专题航次,采集了大量的钻探资料,为全球海平面变化研究提供了关键信息。依据这些资料,重建了近100 Ma以来的全球海平面变化历史,检验了Exxon的层序地层模型和海平面假说,明确了海平面变化的地层响应,建立了南极冰盖演化与海平面变化的关系。尽管如此,科学大洋钻探海平面变化研究仍存在一些不足,如钻探区的地域代表性还不够多,全球海平面变化信息提取时难以消除其他地质因素(如构造沉降)的影响,海平面变化记录的精度有待提高,多种因素作用下地层结构对海平面变化的响应还需进一步研究,海平面变化机制特别是冰盖动力学对海平面变化的影响及暖期海平面变化的原因还认识不清。在当今气候变暖的大背景下,这些问题的解决有助于提升未来海平面变化趋势预测的可靠性。     

格陵兰岛冰盖消融时空特征(2003~2015年)及其对海平面上升的贡献

研究格陵兰冰盖（GrIS）质量变化异常速率可以帮助了解异常气候事件驱动海平面变化的机制.聚焦于2010~2012年GrIS质量变化的异常速率,及其对海平面指纹（SLF）和相对海平面（RSL）变化的贡献.通过联合2003~2015年GRACE月重力场数据和表面质量平衡（SMB）数据,采用mascon拟合法及网格尺度因子恢复泄漏,获得了6个流域的质量变化时空分布.基于海平面变化方程（SLE）并考虑负荷自吸引效应估算了SLF的空间分布.结果表明,2003~2015年间GrIS总质量变化速率分别为-288±7 Gt/a及-275±1 Gt/a;而在2010~2012年间速率相应地增加至-456±30 Gt/a及-464±38 Gt/a,该时期格陵兰西北海岸及东南沿海地区呈现出大量冰盖融化,其对海平面的贡献变化呈现倒“V”型（即先升后降）,而全球平均海平面变化呈现出明显的正“V”型（即先降后升）.另外,GrIS融化对海平面的贡献约为31%,造成全球平均RSL增加了0.07 cm/a,而对斯堪的纳维亚及北欧地区的RSL贡献为-0.6 cm/a,GrIS融化造成的远海地区RSL上升速率比全球平均RSL速率高近30%.      

极地地质钻探研究进展与展望

南北极在全球海平面变化和碳循环中扮演着关键角色,并蕴藏着地球如何从新生代初期的温室转向现代冰室演变过程的关键信息,因而成为地球科学研究的热点地区。极地地质钻探计划(如DSDP/ODP/IODP/ICDP)研究所取得的成就令人瞩目,刷新了人类对过去全球变化的认识,成为探究地球气候系统演化的一个窗口。通过这些钻探计划,发现了新生代以来气候变冷,南北极冰盖几乎同时形成;揭示了南极冰盖形成和陆地风化的加剧,导致南极中深层水和底层水的生产加速并向北推进,造成全球大洋环流的重大变化;南大洋对大气CO_2的调控作用、全球大洋深部循环、营养盐的分布和海洋生产力等多方面在不同时间尺度上都发挥着重要作用;检验了南北极冰盖形成和消融与海平面变化的关系,为人类预测未来海平面变化提供了历史依据。未来的南北极国际大洋发现(IODP)计划将继续关注于极地冰盖的演变历史、南大洋古海洋学演变历史,追踪北极海—陆环境的联系及其对全球气候的影响。这些结果将对未来全球气候预测提供重要的参考和边界条件。     

冰盖消融加速地表微量元素输移北大核心CSCD

目前冰盖约占地球陆地表面积的10%(在末次冰期冰盛期高达30%),冰储量的99%,但对其下的生物地球化学条件及其在极地生物地球化学循环中的重要性却知之甚少[1]。由于气候变暖,格陵兰及南极冰盖正在快速消融,过去十年里冰盖消融对全球海平面上升的贡献约为1 mm·a-1[2-3]。冰盖的冰下水文系统主要由饱和沉积物、冰下河及冰下湖泊等要素组成[4-8],它为极地生物地球化学风化速率的升高提供了有利条件[9-10]。