中国天山乌鲁木齐河源1号冰川的热量平衡研究(摘要)(英文)

中国西部天山乌鲁木齐河源1号冰川上的消融和热量平衡研究是在冰川消融区中部海拔高度3895m的平坦雪面上进行的。观测场中的粒雪由两个不同层次的清洁粒雪和包含来自沙漠地区尘暴的污化粒雪所组成。当下部污化层在表层出露时,冰川自然表面的反射率则产生急剧的变化。当反射率从0.67降低至0.52时,相应的吸收辐射量将随之增加47％。根据1983年7月5日至25日的观测资料,对具有代表性的各天气情势下的热量平衡各组成分量的计算表明,在热量收入部分中,净辐射供热占71.6％5.40MJ/m~2·d),感热供热占28.4%(2.15MJ/m~2·d)。在热量支出部分中,消融耗热占94.8％(-6.79MJ/m~2·d),潜热占5.0％(-0.36MJ/m~2·d),其余0.2％(-0.013MJ/m~2·d)的热量用于冰雪层中的热传导。以热量耗散形式出现的潜热意味着蒸发抑制了凝结作用。这是因为该区相对的低温和较低的湿度的缘故。在夏季,尽管平均日总量为0.013g/cm~2的蒸发在年物质平衡中所造成的物质亏损似乎是不太重要的,然而它却是制约该区冰川分布的重要因子。     

天山乌鲁木齐河源1号冰川物质平衡特征

统计了天山乌鲁木齐河源1号冰川自1980年以来冰川表面的单点物质平衡,分析了不同季节物质平衡及其冰川变化特征。研究表明,1号冰川厚度较之1959年平均减薄了9 599 mm;1997—2002年为实际观测以来连续的强负物质平衡时段,平均物质平衡为-739.6 mm /a。物质平衡与气温、降水的相关分析显示：1号冰川物质平衡主要取决于夏季平均气温的高低,二者具有较好的反相关关系（相关系数为-0.72）,而与降水的关系相对较差。20世纪80年代末以来,1号冰川退缩速度明显增大,尤以2000—2002年为甚,西支冰川退缩速度为连续的高值(退缩速度分别为6.92 m/a、6.95 m/a和6.25 m/a);东支冰川的退缩速度与高度大于4 200 m的高度带区间的平均物质平衡值有较好的相关关系（相关系数为0.65）,表明了1号冰川进退的动力主要源于冰川积累区的物质平衡大小。     

乌鲁木齐河源区44a来气候变暖特征及其对冰川的影响

应用乌鲁木齐河源区大西沟气象站1961-2004年44 a逐日气象观测资料,从最高、最低气温、日较差及积温变化角度分析了河源区的气候变暖特征.结果表明:最低、最高、年平均气温、冬季极端最低气温均呈升高趋势,并且最低气温的上升幅度大于最高气温的上升幅度,呈非对称性变化;气温日较差有显著变小的趋势;日照时数有变少的趋势,可能与大气中水汽含量的增加、云量增多有关,显示了大气水汽温室效应在气候变暖过程中的重要作用.河源区云量出现主要在下午到晚上,其增多显示的水汽温室效应使最低温上升明显,进而对冰川的消融和冰川冰的增温产生影响.计算了稳定通过T≥0℃的气候积温,其与冰川物质平衡相关性最大.最后讨论了积温变化趋势与1号冰川物质平衡的关系以及冰川对气候变化的敏感性.     

天山乌鲁木齐河源1号冰川昼、夜径流变化特征

利用天山乌鲁木齐河源1号冰川2001-2005年消融期的水文气象实测资料,分析了河源区径流量的昼、夜变化特征,并对径流变化过程与气温、降水等关系进行了相关分析.结果表明：从5月份消融初期开始,昼、夜平均流量都较小,随着强消融期的到来,迅速增大,到消融期后期（8月份末）,又逐渐变小.就年际相同月份昼（夜）平均流量相比而言...     

天山乌鲁木齐河源1号冰川成冰带分布特征的再研究

通过分析2006年获取的43个雪坑和2004年的28个雪坑资料,对乌鲁木齐河源1号冰川成冰带的分布特征进行了再研究.结果表明: 1号冰川东、西支消融带和渗浸-冻结带界限(平均值)分别位于海拔4 068 m和4 086 m,渗浸-冻结带和渗浸带的界限分别位于海拔4 086 m和4 122 m处;东、西支顶部的渗浸-冻结带和渗浸带界限分别位于海拔4 184 m和4 435 m处.与20世纪80年代末相比,1号冰川的成冰带谱整体上移,成冰带界限达到各研究时期的最高,且东支的变化幅度大于西支;消融带和冰川顶部的渗浸-冻结带面积增大,渗浸带和冰川中部的渗浸-冻结带面积缩小.     

天山乌鲁木齐河源1号冰川面积变化对物质平衡计算的影响

应用天山乌鲁木齐河源1号冰川8期不同时期测绘的冰川地形图,结合冰川物质平衡的实测资料,研究了1号冰川的面积变化及其对物质平衡计算的影响.结果表明:自1962年以来,1号冰川面积处于持续的退缩状态.到2008年8月为止,1号冰川东、西支已经分别退缩了208.2m和110.5m,同时冰川面积退缩为1.645km2,比196...     

气象要素影响下雪冰离子淋溶过程研究——以乌鲁木齐河源1号冰川为例

为了更好地理解化学离子在雪坑中的迁移和保存,进一步解释冰芯记录,基于乌鲁木齐河源1号冰川海拔4130 m处的雪冰化学资料,研究了气温和降水与离子淋溶过程的关系.结果表明：气温与离子浓度呈负相关关系,夏季的雪坑离子浓度波动剧烈,冬季的雪坑离子浓度相对稳定.离子浓度随正积温的升高呈指数衰减趋势,当正积温至0℃以上时,离子浓度急剧降低;当正积温升至60℃左右时,离子浓度呈缓慢降低.不同离子的淋溶过程对正积温的响应有所不同,随着正积温的增加,SO₄^2-,NO₃^-,Na⁺,Cl^-,NH₄⁺和Ca²⁺的衰减趋势非常显著,而Mg²⁺和K⁺则呈现无规律性的变化.淋溶因子指出,融水渗浸作用导致雪坑中大部分离子被淋溶;不同离子的淋溶因子也有明显差异,Mg²⁺淋溶因子最小（0.43）,SO₄^2-淋溶因子最大（0.84）,说明Mg²⁺最为稳定,而SO₄^2-最易淋溶.降水对雪坑离子浓度的影响较为微弱,主要通过增加表层雪离子浓度而提升整个雪坑的离子浓度.     

天山乌鲁木齐河源1号冰川消融期反照率特征

消融期冰川反照率特征研究对于深入理解冰川消融过程及其对气候变化的响应机理具有重要意义。利用Landsat卫星影像反演反照率数据,MODIS逐日反照率产品数据以及野外观测反照率数据,分析了天山乌鲁木齐河源1号冰川2016年消融期（5—8月）反照率时空变化特征。研究表明：消融早期,冰川反照率空间变化不明显;消融中后期,总体上呈现随海拔的升高而增大的趋势,在平衡线附近增速最快。消融期冰川反照率整体呈下降趋势,而且在6—7月份变化最为剧烈。平衡线附近反照率时间变化尤其显著,积累区次之,消融区最弱。冰川反照率的时空变化主要由冰面特征决定。气温和固态降水是其驱动因素。冰川反照率随气温的升高而降低,但固态降水会打破其随气温的变化趋势,引起反照率的增加。污化物显著降低冰面反照率,尤其在可见光波段（380~760 nm）。此外,即使冰面特征相对均一,反照率还呈现随太阳入射角的增大而增大的趋势,主要由冰川局部地形（坡度与坡向）差异所致。     

天山乌鲁木齐河源1号冰川径流对气候变化的响应分析

利用天山乌鲁木齐河源1号冰川1959-2006年的气象、冰川物质平衡和1980-2006年的水文资料,分析了其冰川径流的变化.结果表明:由于1996年以来的显著升温,导致了1号冰川水文点径流主要受夏季气温变化的控制,冰川物质损失对径流的补给作用已超过了降水的作用.1996-2006年与1980-1995年相比,夏季气温...     

乌鲁木齐河源1号冰川冰芯δ~(18)O记录气候意义的再探讨

根据乌鲁木齐河源１ 号冰川冰芯δ１８ Ｏ 记录与大西沟气象站实测的气温资料, 进一步系统地探讨了所研究区域冰芯δ１８ Ｏ 记录的气候意义。结果表明,冰芯δ１８ Ｏ 记录与夏半年（５月～１０ 月）平均气温之间存在一定程度的正相关关系,而与冬半年（１１ 月～次年４ 月） 平均气温不存在稳定的相关性。该结果拓展了中、低纬主地区山地冰川冰芯δ１８ Ｏ 记录作为温度指标的适用性。     

天山乌鲁木齐河源1号冰川大气气溶胶的微观形貌及元素组成分析

为研究冰川区大气气溶胶单颗粒物的物理化学特征,使用带能谱的扫描电镜(SEM-EDX)对2007年在天山乌鲁木齐河源1号冰川东支积累区海拔4 130m(86°49′E,43°06′N)处采集的38个气溶胶样品中的38 861个单颗粒物进行了微观形貌和元素组成的分析.结果表明:天山乌鲁木齐河源1号冰川区大气气溶胶主要以粒径在0.6～2.5μm之间的不规则的非圆形矿物颗粒为主,其中以富含Si、Ca的粘土矿物颗粒为主,与人类活动密切相关的含S颗粒物及烟尘飞灰等含量较少.这与其它沙尘源区的气溶胶特征相似,其中含Ca颗粒多于其它沙尘源区,主要受西风带的影响.气团轨迹显示,来自于西面中亚地区的高空气流影响了1号冰川区的大气环境,表明天山乌鲁木齐河源1号冰川区的气溶胶主要代表了中亚沙尘源区对流层中上部大气的本底状况.     

乌鲁木齐河源1号冰川冰芯δ^18O记录的现代环境过程分析

据乌鲁木齐地区一个完整年周期的大气降水样品,１号冰川连续雪坑样品及浅冰芯样品的实测δ＾１８Ｏ资料,初步探讨冰芯δ＾１８Ｏ记录的形成过程的影响因素,以及δ＾１８Ｏ与气温之间的关系转变。     

天山乌鲁木齐河源1号冰川气溶胶可溶性离子昼夜变化研究

在2007年4月16-23日,8月5-12日,10月20-23日3个采样时段内,分昼夜采集了16个气溶胶样品,对样品中的可溶性离子(Na+、K+、Mg2+、Ca2+、Cl+、NO3,、SO2-4)进行了分析,以研究气溶胶可溶性离子的昼夜变化特征和可能的影响因素.结果表明:天山乌鲁木齐河源1号冰川气溶胶夜间平均离子浓度高于白天浓度,7种离子中,除NO3在全年中的平均离子浓度表现为白天高于晚上外,其余离子的平均浓度均是夜间高于白天.区域风向的日变化是控制气溶胶浓度昼夜变化的主要影响因素,相比之下大气环流的影响则相对较弱.在所研究的8组昼夜变化事件中,Ca2+的昼夜变化最为明显,离子浓度的高值事件多出现在晚上,而其余离子在采样时段内的昼夜变化事件表现则不尽一致,无明显规律.     

基于多源数据的天山乌鲁木齐河源1号冰川变化研究

基于2012年RTK-GPS、2015年三维激光扫描和2018年无人机航测数据,以天山乌鲁木齐河源1号冰川为研究区,分别从物质平衡、面积、末端等方面分析近期冰川变化.结果表明:乌鲁木齐河源1号冰川近年来呈快速消融趋势.2012—2018年冰川面积减少0.07 km2,年平均面积变化率为-0.01 km2·a-1;同期,...     

1959-2017年天山乌鲁木齐河源1号冰川流域径流及其组分变化

冰川是气候变化的指示器,气候变化对冰川及其径流的影响研究是目前国内外关注的热点和前沿领域之一,目前的研究以模拟为主,实测资料十分有限且不确定性很大。以新疆天山乌鲁木齐河源1号冰川（简称“1号冰川”）流域为例,基于中国科学院天山冰川观测试验站1959-2017年观测数据,研究了中国西部典型小型冰川流域径流及其组分长期变化以及对气候变化的响应,为冰川径流长期变化过程的认识提供重要参考。结果表明,1号冰川流域径流主要由冰川径流和非冰川区降水径流组成,分别占70%和30%。其中冰川径流又可分为冰川区降水径流和冰川融水径流,分别占44%和26%。59年间,冰川径流整体呈上升趋势,在1992年之后出现了一个阶梯式的上升,与气温升高和降水的增加有关,1997-2007年达到高峰,2008年以后出现波动下降趋势,其原因除了与该时段的降水有所减少有关之外,冰川面积减小的影响也不可忽视。另外,还利用实测径流和冰川物质平衡值,通过水量平衡模型,检验了模型使用的冰川区和非冰川区径流系数。     

天山乌鲁木齐河源1号冰川对夏季0 ℃层高度变化的响应

采用1971-2000年乌鲁木齐河源1号冰川周围4个探空站逐日0 ℃层高度探测资料, 用距离倒数的加权平均得到1号冰川的夏季0 ℃层高度, 并与1号冰川观测资料进行对比, 定性与定量分析了30 a来夏季0 ℃层平均高度变化和冰川观测量的变化趋势及之间的关系. 结果表明: 1971-2000年的30 a里1号冰川夏季0 ℃层高度呈增高趋势, 1990年代呈陡升趋势, 与1号冰川的零平衡海拔高度、消融区面积、 纯物质消融量和融水径流深4个量具有很好的一致性, 为正相关;而与积累区面积、纯积累量、纯物质平衡总量、纯物质平衡值4个量反位相同步变化, 为负相关, 说明天山乌鲁木齐河源1号冰川对自由大气夏季0 ℃层高度具有非常好的响应. 随着全球变暖加剧, 天山山区对流层中下层均显著变暖, 夏季0 ℃层高度升高, 天山乌鲁木齐河源1号冰川消融加快. 1990年代夏季0 ℃层高度陡升, 进而1号冰川出现了最大的物质负平衡.     

天山乌鲁木齐河源1号冰川中真核微生物多样性分布及时空变化研究

通过变性梯度凝胶电泳(DGGE),对天山乌鲁木齐河源1号冰川不同海拔表层雪及雪坑雪中真核微生物的多样性进行比较分析,并结合δ18O结果,探讨了天山乌鲁木齐河源1号冰川雪中真核微生物多样性分布及其时空特征.结果表明:天山乌鲁木齐河源1号冰川真核微生物分属于Viridiplantae,Fungi,Amoebozoa和Alveolata四大类,藻类为主要类群,且均为衣藻.序列比对结果显示,人类活动已明显影响到冰川中微生物的分布.同时,研究发现真核微生物多样性与海拔及雪样积累时间均呈负相关,与δ18O值呈正相关,表明温度是造成这种多样性分布时空变化的主要因素,暗示真核微生物同δ18O值一样,可作为气候环境变化的指标.     

天山乌鲁木齐河源1号冰川东支能量-物质平衡模拟研究

基于天山乌鲁木齐河源1号冰川东支海拔4025 m处自动气象站的观测数据和同期物质平衡花杆观测数据,采用COSIMA模型,对该冰川东支2018年消融期单点能量-物质平衡进行了模拟.结果显示:物质平衡模拟值为(-0.67±0.03)m w.e.,与实测值有非常好的一致性,相关系数达0.96.造成冰川消融的能量来源于净短波辐...     

乌鲁木齐河源1号冰川夏季积雪中δ18O的时空变化

利用实测资料分析了乌鲁木齐河源1号冰川东支表层和浅层粒雪中δ18O的变化, δ18O与温度的关系以及消融和蒸发对粒雪中δ18O的影响. 分析表明: 乌鲁木齐河源1号冰川无高度效应, 受消融的影响, 且有时出现反高度效应; 消融和蒸发的结果使得来自同一降水的表面粒雪易发生稳定同位素的富集, 下伏层中δ18O的变化受上覆雪层中消融水的影响. 采样期间发现, 不同时段采样系列中的δ18O与降雪初始平均温度存在一定程度的正相关关系. δ18O/温度梯度随采样时间的滞后逐渐变小.