中国南极冰川学研究10 a回顾与展望

The study of Antarctic glaciology in China is reviewed with the emphasis on the past decade. Much progress has been achieved in the physical characteristics of the Antarctic ice sheet and caps and in the study of climatic and environmental records in Antarctic snow and ice. Through observations of snow profiles of numerous snow-pits and shallow cores in the Wilkes Land and Lambert Glacier basin and along the route of the 1990 International Trans-Antarctica Science Expedition (ITASE), the regional features of snow deposition and densification in Antarctica were revealed. The Nelson Island ice cap in South Shetland Islands was investigated in detail that　greatly enriched the knowledge of glaciers under a sub-Antarctic maritime climate. From the analyses of shallow ice cores and surface snow samples, in particular those taken along the ITASE route, the systematic data of stable isotopes, soluble impurities and heavy metal Pb in present precipitation in Antarctica has been obtained. Some suggestions are proposed through discussing the present hot points in the above fields.     

80年代以来中国冰川学和第四纪冰川研究的新进展

本文纵论自１９７８年改革开发以来中国冰川学与第四纪冰川研究的巨大进展，其中包括：南极冰盖研究，青藏高原冰芯研究，喀剌昆仓山，喜马拉雅山等山区冰湖溃决洪水，泥石流及牧区雪害考察，天山冰川站的重建与重要进展。冰川编目，冰川融水资源，季节雪分布变化和水径流研究，区域冰川考察与总结，中国东部第四纪冰川与环境新认识，中国西部第四纪部冰川研究的深化和争论，中国冰冻圈与全球变化等九个方面，参考文献近８０篇。     

南极冰川学的发展、热点及展望

南极地区自然界现存的冰雪体,是南极冰川学研究的对象。南极冰雪体及其变化对全球水体的分布和循环以及气候、环境演变具有十分重要的影响,因而使南极冰川学研究不仅在南极科学中处于主要地位,而且在全球变化研究中举足轻重。 南极冰盖巨厚的冰雪内保留有数十万年乃至上百万年地球环境和气候变化的详细记录,冰芯综合研究受到高度重视。目前,南极冰川学正在向大尺度宏观方向和冰体内部微观方向两个方面迅速发展,涉及的学科更加广泛。其热点为:1、冰盖的物质和动态平衡——海平面和气候变化;2、冰芯综合研究。 中国南极研究起步较晚,南极热的兴起仅是最近十年的事情,总体水平与国际先进水平相比存在较大差距。为此,笔者提下列几点建议:1、南极冰川学是一门国际性很强的学科,其研究工作只能从横向与各国同行相比,要求研究内容具有国际水平;2、为接近和达到国际水平,需要培养一批年富力强、德才兼备的南极冰川学科研骨干队伍;3、抓紧建设南极冰川学实验室的建设;4、切实加强国内各部门、各学科之间的联系和合作。     

中国冰川学和冻土学研究40年的回顾与展望

During the past four decades, breathtaking progress has been achieved in China from almost zero to increasingly advanced stages in glaciology and geocryology. The interactions between the cryosphere and climate are of great concern at present. Studies on the water resources in arid and cold regions, hazards control and cold regions engineering under a warming climate are critically important to the sustainable and concordant development of the regional economies and ecosystems. As a mechanism for the above topics, geographic information sciences have significantly facilitated the data processing and insights into the fledgling cryosphere sciences and therefore, should be expedited.     

中国冰川学和冻土学研究40年进展和展望

回顾４０年来中国冰川学和冻土学从无到有,不断发展壮大,及其所取得的主要研究成果,提出了进一步深入开展冰冻圈与气候变化关系的研究,以及在气候转暖条件下开展干旱与寒区水资源和寒区工程及减灾防灾研究的重要性,并指出了加快发展地理信息科学的必要性。     

新一代冰流模式乌阿及其在南极埃默里冰架的应用

南极冰盖不仅是全球环境变化的指示器, 其消融所产生成的淡水输入也是未来海平面上升的主要不确定性来源。数值模式是诊断冰流动力机制、 评估冰盖物质损耗的重要手段。本文首先介绍了乌阿（冰岛语úa或英语Ua）冰流模式的基本原理, 并利用该模式模拟东南极埃默里冰架的动态变化。乌阿冰流模式基于质量和动量守恒方程的垂直积分, 在自适应不规则三角网格上求解微分方程, 仅用少数参数规则即可构造适应冰流动力特征的网格结构, 有效缩减运算时间。采用当前主流的模式边界数据集, 针对埃默里冰架设计了两个试验。试验一为反演试验, 试验中模式的代价函数在100次迭代后下降三个数量级, 表明模拟的流速与遥感观测吻合（RMSE = 13.35 m·a^-1）, 但高频细节仍有待提高; 试验二为预测试验, 测试了模拟冰厚变化率的不确定性, 以自由漂移量接近零为标准选出一组最优模型参数, 最后假设埃默里冰架解体情景开展模拟, 结果表明冰架解体会导致海平面上升（45.36 ± 0.08） mm。随着资料更新迭代, 基于最新发布的南极底部地形数据模拟效果是否提升还有待未来检验。     

我国南极陨石研究的新进展

近年来,因在南极发现了大量的陨石样品,我国天体化学和陨石学研究得到了快速发展,并取得了一系列可喜的成果,如:①在南极已收集了近万块南极陨石样品,使我国已成为南极陨石拥有大国;②大量的陨石发现和研究成果表明格罗夫山地区为我国发现的新的陨石富集区,填补了我国在南极陨石领域的空白;③发现了许多我国奇缺的陨石类型,如火星陨石、CR型碳质球粒陨石等;④开展了较深入的CAI研究等.这些都将为我国天体化学和比较行星学的发展展示广阔的前景.提出了一些南极陨石研究工作中存在的问题和今后的工作方向.     

南极半岛近百年气温的年代际振荡

利用南极半岛及邻近地区(30°～70°W,50°S以南)气象观测资料较好的12个站,建立了该地区近百年的气温距平序列.结果表明:1)近百年南极半岛气温有3个跃变点,分别在1919-1923年1947-1953年和1976-1982年之间,两个跃变点之间的稳定气候阶段的平均长度约30a左右;2)各阶段平均气温成阶梯式的上升,近百年年气温增加了0.730℃,但增温幅度各季不同:冬季最大,夏季最小;3)南极半岛年冰密集度指数倾向率为-0.2053·(10a)^-1,而且夏半年(12～翌年5月)比冬半年(6～11月)大;4)南极半岛温度与它的冰密集度指数呈反相关,夏季、秋季和年的相关系数都超过了5%信度.     

基于浅层探冰雷达的东南极内陆地区冰盖内部等时层提取

中国第32次南极考察内陆队首次使用雪地车载浅层探冰雷达取得了中山站至昆仑站全程1 300 km 的浅层冰盖数据,通过MATLAB对数据进行FFT转换、背景滤波、改变叠加次数去噪和基于曲波变换的图像处理,使用Reflexw对MATLAB处理后数据进行地形校正、二次背景滤波和平滑滤波等处理,成功提取了冰盖浅层等时层并得出了等时层的平均深度、最大深度和波动情况。最后进行了数据的连接,展示了LGB69冰芯处等时层的分布并与冰芯数据结合大体对应了相应等时层的年代和事件。给出了Dome A附近的等时层分布情况。为东南极中山站至昆仑站沿途的物质积累率计算提供重要的数据支撑。     

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。     

冰芯和台站记录的近50 a来东南极冰盖边缘地区气候变化格局

对取自东南极冰盖Lambert冰流东、西两侧共支雪芯,恢复了过去50 a来稳定同位素温度序列和积累率序列.对比发现,位于Lambert冰流东侧,即位于Wilks地和Princess Elizabeth 地的5支雪芯(GC₃0, GD03, GD15, DT001和DT085),过去50 a来积累率总体为上升趋势,δ¹⁸O上升速率介于0.34～2.6 kg·m^-2·a^-1; 稳定同位素显示其气温亦呈整体上升趋势, 上升速率介于0‰～0.02‰·a^-1. 但对位于Lamb ert冰流西侧, 即位于Dronning Maud地、Mizuho高原和Kamp地的5支雪芯(Core E,DML 05,W2 00, LGB16和MGA),过去50 a来积累率总体为下降趋势,下降速率介于-0.01～-2.3 6 kg·m^-2·a^-1; 稳定同位素温度变化则十分复杂:Dronning Maud 地西侧为上升, Mizuho高原和Kamp地为下降或变化不明显. 分布于LGB两侧沿岸气象站记录也印证了上述格局. 这种格局可能是南大洋独特的环流形式-环南极波(ACW)-在特殊地形( 如大的冰盆)影响下, 在南极冰盖边缘的表现形式.     

基于ICESat数据的南极冰盖DEM插值方法比较及精度分析

南极数字高程模型(DEM)是从事南极地学和环境变化研究的基础. 内插是建立数字高程模型的重要技术点, 插值方法有多种, 根据不同的适用情况, 不同的插值方法各有优劣. 利用克里格、 距离反权、 三角网剖分、 最小曲率以及移动平均5种插值方法分别建立南极冰盖小范围区域的DEM, 通过抽取部分观测数据作为验证值对各插值方法进行了比较. 结果表明: 克里格插值方法的可靠性最好, 稳定性最高. 然后, 利用克里格插值方法, 基于ICESat测高卫星的GLA12数据建立了南极冰盖的DEM. 由于南极大陆实测数据有限, 缺乏对DEM的检核. 为了分析所建DEM的可靠性, 利用中国南极内陆冰盖考察所采集的GPS实测数据, 对所建立的DEM进行了验证分析. 结果显示, DEM在坡度较缓的南极内陆冰盖区域精度较高, 符合度在3 m以内; 距离卫星轨道越近的区域精度越高, 可达到1 m 以内. 在坡度较大, 高程变化较为显著的区域如沿海地区, 精度较低, 差距最大的点超过40 m.     

土体冻结和冻胀研究的新进展——“国际地层冻结和冻结作用研讨会”论文综述

１９９７年４月１５～１７日在瑞典吕勒奥工学院召开了“国际地层冻结和冻结作用研讨会”。会议共发表论文８２篇，涉及７个专题：ＩＳＳＭＦＥ工作组报告、正冻正融土岩中的热质迁移、冻结敏感性和冻胀、已冻已融和正融土岩的力学性质、环境土冻结、工程设计和工程实例。文章主要论述土体冻结和冻胀研究的新进展。     

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.