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.     

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。     

GLIMMER 3D陆冰模式及其在青藏高原的应用

GLI MMER(Genie Land Ice Model with Multipy-Enabled Regions)是英国Edinburgh大学开发的3D热动力陆冰模式,由运动方程、连续方程、热力学方程构成其主要物理框架,能与全球气候模式进行耦合,适用于冰川过程机理研究和冰川数值预报.介绍了3D GLI MMER陆冰模式,包括它的动力框架、边界条件、数值积分方法和外部强迫.此外,以青藏高原现代冰川为例进行数值试验,考察模式对冰川的模拟能力.结果表明:3D GLI MMER模式可以较好地模拟青藏高原冰川,所模拟的冰川分布、冰厚、冰温和冰速与实际观测比较接近.     

基于Polar WRF模型的南极冰盖气温、风速和气压数值模拟北大核心CSCD

在全球变暖的背景下,南极已成为全球气候变化研究的热点,然而其区域内的观测站点稀疏且缺乏较长的时间序列,限制了人们对南极气候变化机制的分析与理解。Polar WRF作为目前最先进的极地区域气候模型之一,有力弥补了观测资料不足的缺陷,然而模式存在误差,在应用之前有必要对其定量评估。本文利用Polar WRF3.9.1对2004-2013年南极冰盖2m气温、10m风速和地表气压进行了数值模拟,并与28个气象站数据进行了对比分析,结果表明:模式对气温的模拟值在东南极沿岸偏低,在内陆偏高,在南极半岛既存在冷偏差也存在暖偏差,而对风速和气压的模拟整体呈高估。而从均方根误差和平均绝对误差的空间分布来看,模式对气温和气压的模拟结果在东南极沿岸的精度高于内陆和南极半岛,而风速则在内陆的精度要高于沿岸地区。但总体来说模拟效果较为理想,在2004-2013年间气温、风速、气压的模拟值的变化趋势与实测值的变化趋势相同。模式模拟的年平均2m气温和近地面气压在所有站点都通过了α=0.1的显著性检验,季节误差和月误差整体较小,且所有月份的相关系数都分别大于0.90与0.79。模式对10m风速的模拟精度要略低,部分沿岸站点的年平均误差超过了7.5m·s^(-1),但整体而言其在四季和各个月份的相关性均大于0.5且误差小于4.5m·s^(-1)。虽然Polar WRF作为天气模式,但在模拟长时间尺度的气候方面仍然表现较好。     

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。     

南极中山站至内陆冰盖330km剖面表面雪样微粒分布特征及其意义

１９９６～１９９７年,中国首次南极内陆冰盖考察队从中山站深入内陆冰盖３３０ｋｍ,沿途以４ｋｍ的间隔采集表面雪样８４组,对表面雪样的微粒分析表明,该剖面表面雪样中微粒物质的含量随采样点海拔的递升,总体上呈较为明显的递减趋势,在低海拔区域微粒含量变化的波动较大,而在刘海拔区域,微粒含量的变化幅度较小。通过对样品中微粒的粒径分布状况、不同来源微粒所占百分比及其随海拔变化等的进上步研究,可以初步推断,该剖     

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.     

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.     

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。     

南极海冰变化异常与全球海平面变化(英)

In this paper, the long-term variation trend of the Antarctic sea ice in 1973～1994 and the inter-decade variation rule of the global sea level are analyzed. It is foundthat, the Antarctic sea ice area in 1980's was significantly less than in 1970's but with regional difference:decreasing in Regions Ⅰ, Ⅱ, and Ⅲ, and increasing in Region Ⅳ, the average global sea levelheightvalue in 1980's was also significantly higher than in 1970's but also with very large regional difference.Connecting variation of both to analyze their physical mechanism, it is pointed that, the accumulated seaice anomaly value in 1980's less than in 1970's means a global climate warming, the sea watertemperature and air temperature rising, sea water volume expanding, and more icebergs transportingfrom the ice cover on the Antarctic continent to ocean in the warmer years. As a result, the global sealevel raised significantly with the global average sea level value in 1980's was 22 mm higher than in 1970's. The Sea Level Raising (SLR) distributed uneven. It is especially true in the Pacific Ocean andAtlantic. This kind of uneven SLR distribution closely relates to, or is introduced by the uneven sea ice change of the Antarctic Regions.     

2003年南极威德尔海至普里兹湾之间海冰分布研究

Ship-based sea ice observation data (concentrations,ice thickness,topography and overlying snow cover) were collected from Middle Weddell Sea to Prydz Bay,Antarctic during the period of 4 to 17 Jan 2003.Antarctic ice chart of first week of Jan 2003 was derived from National Ice Center (NIC).The compared analysis of sea ice concentrations and thickness distributions were conducted though in situ data and NIC chart.Results from sea ice concentration-analysis indicated the presence of large-scale open water between 2000 and 4100 km along transit route resulted from sea ice drifting.We describe the existence of mostly smooth first-year sea ice in study region ranged between 30 and 120 era.We also display the derived overlying snow coverage.Our results reveal the strong correspondence between ship-based observations and remotely sensed ice charts whatever in ice concentrations and ice thickness distributions.     

南极冰盖消融对全球海平面的影响(英)

In this paper, supposing that the earth is a spherically symmetric, perfectly elastic and isotropic, we derive the equation of the variation of relative sea level, utilize our previous results of the surface load Love numbers for PREM (1981) model, and compute the global relative sea level rise on the assumption that 10 meters thickness of Antarctic ice sheet would be melted in the future fifty years.     

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.