温冰川冰内及冰下水系季节演化及其水文学分析

针对温冰川冰内及冰下水系(又称冰川排水系统)演化及其水力过程,回顾了我国20世纪90年代在典型温冰川海螺沟冰川开展钻孔试验及关于冰下河堵溃问题的水文学分析,主要从水文学角度,探讨了消融期温冰川冰内及冰下水系的演化过程及其在径流过程曲线上的反映.利用径流-气温交叉相关分析方法,计算了海螺沟冰川2003—2005年逐日Q-T时滞,其季节变化在一定程度上指示了冰内及冰下水系季节演化过程及其水力状况,并针对典型时段,重点探讨了二者之间的相关性.     

冰川表面水文过程研究进展

冰面水文过程是冰川径流过程的重要组成部分,对于冰川运动与物质平衡具有重要影响。冰川表面在太阳辐射、冰川物理性质、冰面地形和成冰带空间分布等多种因素影响下消融,形成以冰面水系为主线,锅穴、冰裂隙、冰面湖等为端点的冰面融水输送与分配体系。深入理解冰面水文过程,掌握冰川表面融水的输送、存储与释放,对于研究短时间尺度的冰川融水径流过程、探索冰川动态响应机理具有重要意义。总结回顾了目前国内外冰面水文过程的研究现状,提出了该领域有待解决的主要科学问题。     

冰内及冰下水系演化的示踪试验及其应用研究

简要回顾和介绍了示踪试验方法在冰内及冰下水系演化研究中的应用, 并以ADM模型为例, 对示踪剂扩散模型进行了敏感性试验分析, 分析了不同参数组合条件对示踪剂浓度变化过程的影响. 在海螺沟冰川消融区下游冰舌段开展了示踪试验, 通过对一个固定入水口消融期整个过程的重复投放试验, 获取了每次独立示踪试验示踪剂的浓度变化过程, 并用ADM扩散模型反演了示踪剂传播速度、 水力扩散系数以及平均排水通道面积等相关指标, 揭示了海螺沟冰川此冰舌段冰下排水系统的季节变化过程.     

A review on the advances in surge-type glacier study北大核心CSCD

冰川跃动是多种冰川灾害的主要致灾因子,近年来与冰川跃动相关的冰崩、冰川垮塌、冰川泥石流等灾害的发生频率不断增加,使其成为国际国内冰川学研究的热点。依据对现有文献的统计发现,全球总计约有1 850条跃动冰川,主要分布于环北极地区和亚洲高山区,其中我国西部约有跃动冰川146条。跃动冰川可通过其特殊的表面形态标志,跃动前后冰川末端位置、表面高程和运动速度的变化,以及跃动产生的地貌学和沉积学特征来进行鉴别。跃动冰川的特殊运动模式主要由其内部和底床特性决定,包括冰内/冰下的热力学、水力学与形变等参数及变化过程等。现有大多数跃动冰川研究是基于各类遥感技术,主要着眼于跃动冰川表面变化,并据其对冰川跃动的可能机制进行分析。由于遥感方法精度有限且受天气、地形条件等的制约,同时无法获取冰内/冰下关键参数,因此野外现场观测在这些参数获取方面仍具有不可替代的作用。受限于冰内/冰下参数野外观测数据的缺乏,目前对冰川跃动机理的认识仍局限于早期提出的水力学和热力学两种机制,无法解释同一区域具备不同跃动机制的冰川共存,以及部分冰川跃动从冰川下部发起等问题。同时,在气候变化对跃动冰川的影响研究以及冰川跃动的模拟和预测等方面还有较大欠缺,需要在未来研究中重点关注。     

祁连山老虎沟12号冰川冰下形态特征分析

利用探地雷达对老虎沟12号冰川进行了多个剖面观测,分析了雷达图像反映的冰川内部特征.结果表明通过分析雷达图像中的纹理和位置,雷达波形的振幅和极性变化等信息能够有效的辅助识别冰川内部介质的变化界面位置和估算其规模.在老虎沟12号冰川的部分剖面内部存在冰内空洞、冰内融水空洞、冰下裂隙、冰下河等地貌形态,在冰岩界面和冰川边缘存在规模不等的碎屑层.这说明即使在典型的大陆型冰川,冰川内部结构也可能较为复杂,在冰岩界面处可能存在较强的冰川作用.     

粉尘颗粒物对祁连山老虎沟冰川融水理化性质的影响

基于2012年消融期6~9月在祁连山老虎沟12号冰川采集冰川融水径流样品,分析探讨冰川融水中粉尘颗粒物对融水理化性质的影响。结果表明,粉尘特征在消融期的变化很好地反映了冰川消融过程,融水中粉尘浓度和粒径众数在冰川强烈消融期的7月份表现为最高。粉尘体积粒径分布主要包括大气气溶胶超细颗粒(0~3.0μm,主要为PM 2.5),大气粉尘颗粒(3.0~20μm),以及局地源的粗颗粒(20~100μm);对雪冰消融释放的粉尘部分(3.0~20μm)粒径分布正态拟合结果说明,融水中粉尘颗粒物有很大部分来源于积雪中的粉尘运移所致。同时,融水中化学离子相对组成及其浓度消融期变化都与粉尘有较好的一致性,意味着粉尘对融水化学要素有重要影响。此外,pH值和电导率(EC)消融期的变化也反映了粉尘对融水物理指标的影响。在粉尘浓度较高时,融水pH值和电导率也表现出高值;融水径流中的悬移质颗粒物(SPM)浓度和溶解质固体(TDS)浓度具有较为一致的变化过程,反映了粉尘对于融水中溶解质含量也有较大影响。     

青藏高原及其周边地区冰川融水径流无机水化学特征研究进展

冰川融水径流是冰川流域物质运移的重要通道, 对其水化学特征和变化的研究有助于揭示冰川作用区物质的生物地球化学循环过程, 并为认识和评价冰川消融对自然环境和人类生活的影响提供基础。青藏高原及其周边地区分布着除两极以外最大储量的冰川, 近年来在气候变暖背景下冰川加速退缩消融。该地区冰川融水径流中各类化学组分的变化及其气候环境效应研究逐渐成为热点。因此, 通过概述青藏高原冰川融水径流中无机化学组分的含量和时空变化特征, 并总结离子和元素的主要来源及常用的物源追踪手段, 进一步综合分析得到： 冰川融水径流中离子和微量元素的含量及变化特征受冰川消融、 基岩性质、 径流水文特征和其他水体物理化学过程等因子和过程的共同影响。在总结该研究领域现存问题的基础上进行了展望, 认为应加强观测和基础数据积累, 厘清无机水化学组分的输移规律, 深入揭示影响水化学组分变化的多因素的协同拮抗作用机制, 评价冰川融水径流水化学的气候环境效应, 为应对青藏高原冰川消融带来的环境变化提供科学指导。     

粉尘颗粒物对祁连山老虎沟冰川融水理化性质的影响

基于2012年消融期6~9月在祁连山老虎沟12号冰川采集冰川融水径流样品,分析探讨冰川融水中粉尘颗粒物对融水理化性质的影响。结果表明,粉尘特征在消融期的变化很好地反映了冰川消融过程,融水中粉尘浓度和粒径众数在冰川强烈消融期的7月份表现为最高。粉尘体积粒径分布主要包括大气气溶胶超细颗粒（0~3.0 μm,主要为PM 2.5）,大气粉尘颗粒（3.0~20 μm）,以及局地源的粗颗粒（20~100 μm）;对雪冰消融释放的粉尘部分（3.0~20 μm）粒径分布正态拟合结果说明,融水中粉尘颗粒物有很大部分来源于积雪中的粉尘运移所致。同时,融水中化学离子相对组成及其浓度消融期变化都与粉尘有较好的一致性,意味着粉尘对融水化学要素有重要影响。此外,pH值和电导率（EC）消融期的变化也反映了粉尘对融水物理指标的影响。在粉尘浓度较高时,融水pH值和电导率也表现出高值;融水径流中的悬移质颗粒物（SPM）浓度和溶解质固体（TDS）浓度具有较为一致的变化过程,反映了粉尘对于融水中溶解质含量也有较大影响。     

冰川径流温度及其响应机制研究进展

在冰冻圈地区,受到积雪和冰川融水的影响,径流表现出独特的热状况,形成特有的冷水生态系统.由于大气和河流内部过程之间强烈的耦合和高敏感度,河水温度作为生态系统的重要驱动因素在冰川流域表现得尤为显著.通过对冰川径流温度特征、影响因素和热量机制响应等方面的国内外研究现状进行综述,发现冰川径流温度具有温度低、时空变化显著的特征;冰川径流温度影响因素主要有4个方面:水-气界面的热量传输、水-河道及河岸界面热量传输、径流组成、气候变化及人类活动;冰川径流热量机制的响应在河水物理化学性质方面表现为河流水质参数以及热量水分循环的影响,在河流水生生态系统方面表现为水生生态系统的分布和结构随冰川径流温度的变化而变化,且一旦超过某个阈值后,这种变化不可逆.     

祁连山冰川水资源

利用本文提出的祁连山冰川融水径流模数的经验公式,估算出该区冰川融水径流为11.56×10~8m~3,占河西地区河川径流总量的12.5％。其时空分布不均匀,西部大于东部,夏季多于春季。     

天山托木尔峰地区青冰滩72号冰川表面运动速度特征研究

托木尔峰地区是天山最大的冰川分布区,是阿克苏地区主要水资源补给地.一直以来,该区冰川运动资料空白,严重阻碍了对冰川水资源现状及未来变化评估工作的开展.鉴于以上情况,中国科学院天山冰川站在2008年8月到2009年8月3次开展了对天山托木尔峰青冰滩72号冰川表面运动速度的观测,获得了冰川表面运动速度特征变化状况.结果表明...     

Influence of glacier hydrology on the dynamics of a large Quaternary ice sheet

The influence of glacier hydrology on the time-dependent morphology and flow behaviour of the late Weichselian Scandinavian ice sheet is explored using a simple one-dimensional ice sheet model. The model is driven by orbitally induced radiation variations, ice-albedo feedback and eustatic sea-level change. The influence of hydrology is most marked during deglaciation and on the southern side of the ice sheet, where a marginal zone of rapid sliding, thin ice and low surface slopes develops. Such a zone is absent when hydrology is omitted from the model, and its formation results in earlier and more rapid deglaciation than occurs in the no-hydrology model. The final advance to the glacial maximum position results from an increase in the rate of basal sliding as climate warms after 23000 yr BP. Channelised subglacial drainage develops only episodically, and is associated with relatively low meltwater discharges and high hydraulic gradients. The predominance of iceberg calving as an ablation mechanism on the northern side of the ice sheet restricts the occurrence of surface melting. Lack of meltwater penetration to the glacier bed in this area means that ice flow is predominantly by internal deformation and the ice sheet adopts a classical parabolic surface profile.     

近期新疆哈密代表性冰川变化及对水资源影响

新疆哈密是资源性缺水地区,冰川是该区主要的供给水源。为了对该区冰川和水文水资源的现状和未来变化做出合理评价和预估,以榆树沟6号冰川和庙尔沟冰帽为代表,结合野外实测资料以及近年来在冰川变化领域所取得的相关研究成果,综合分析了在气候变暖背景下新疆哈密地区冰川近年来的变化过程及对水资源的影响。结果表明,1972-2011年,榆树沟6号冰川厚度平均减薄20 m,减薄速率约为0.51 m/a,冰川末端退缩254 m,年均退缩约6.5 m。由于强烈消融,冰川表面径流发育明显,且在末端有冰碛湖形成。相比之下,庙尔沟冰帽消融速率相对较小,对气候变暖的敏感度较低,这与冰帽类型和所处海拔较高有直接关系。综合分析发现,流域有无冰川覆盖及覆盖的比率大小,直接造成哈密地区不同流域近期河川径流变化的差异。     

山地冰川演化与冰湖发育相互作用机制北大核心CSCD

冰川-冰湖耦合过程是冰冻圈物质与能量循环的重要组成部分,系统刻画冰川演化与冰湖发育过程的相互作用机制,对于完善冰冻圈科学理论体系和认知冰川作用区变化规律、水循环模式和灾害效应具有重要意义。本文立足山地冰川演化和冰湖发育过程,系统归纳了冰川-冰湖相互作用研究进展,剖析了冰川作用与冰湖发育耦合机制及相关模型的应用,并对现有冰川演化与冰湖发育过程耦合机制研究存在的不足与挑战进行解析和总结。冰川-冰湖耦合过程的深入研究有助于提高数值模拟的可信度与精度,为评估冰川-冰湖耦合过程影响、建立灾害监测预警体系和采取适应性措施提供数据与理论基础。     

Mechanisms of englacial conduit formation and their implications for subglacial recharge

Ideas about the character and evolution of englacial drainage systems have been deeply influenced by the theoretical model developed by Shreve [1972. Movement of water in glaciers. Journal of Glaciology 11(62), 205–214]. The Shreve model is based on three main assumptions: (1) englacial drainage is in steady state; (2) englacial water will flow along the steepest hydraulic gradient within the glacier; and (3) pressure head equals the pressure of the surrounding ice minus a small component due to melting of the walls. The Shreve model has been widely adopted as a fundamental component of englacial drainage theory. There is no evidence, however, that the model provides a realistic picture of actual glacial drainage systems.To evaluate Shreve's theory, we used speleological techniques to directly survey englacial conduits. We mapped a total of 8.25 km of passage in 27 distinct englacial conduits in temperate, polythermal, cold-based and debris-covered glaciers between 2005 and 2008. New information reported here is supplemented by published data on 40 other englacial conduits located worldwide and surveyed to ice depths of 176 m using speleological techniques. In all cases, englacial drainage systems consisted of a single unbranching conduit. Englacial conduit morphologies were found to be intimately linked to the orientation of a glacier's principal stresses or the presence of pre-existing lines of high hydraulic conductivity. If a sufficient supply of water is available, hydrofracturing forms vertical conduits in zones of longitudinal extension and subhorizontal conduits where longitudinal stresses are compressive. On unfractured glacier surfaces, relatively shallow subhorizontal conduits with migrating nickpoints form by cut-and-closure provided channel incision is significantly faster than surface lowering. Conduits can also form along permeable debris-filled crevasse traces that connect supraglacial lake basins of different potential. Our results suggest that Shreve-type englacial drainage systems do not exist and implies that englacial conduits can only penetrate through thick ice to recharge the bed where supraglacial water bodies either intersect, or are advected through, zones of acceleration.     

青藏高原东南部海洋型冰川物质平衡研究进展北大核心CSCD

青藏东南部海洋型冰川具有独特的气候敏感性,普遍呈现加速退缩趋势,这不仅影响区域水资源安全,而且伴生了相应的冰川灾害,是当前青藏高原冰冻圈变化研究的热点区域之一。本文对海洋型冰川物质平衡时空变化特征进行了综述,2000年以来冰川总体处于物质亏损状态,其平均物质平衡介于-0.66~-0.61m w.e.·a^(-1)之间;同时总结了海洋型冰川物质加速变化的驱动因素以及新特征。当前海洋型冰川物质平衡变化研究受观测数据缺乏和模型模拟不确定性等问题限制,尤其现有模型对冰面裂隙增多与扩张、冰崖-冰面湖-表碛相互作用、冰内冰下过程、冰崩、末端冰湖水-冰相互作用等过程的描述过于简化或基本缺失,其机理及影响仍存在较大的不确定性。未来需加强海洋型冰川物质平衡的综合监测,基于多数据和多方法的集成研究提高模型对冰川物质平衡多物理过程的耦合与模拟能力,为开展海洋型冰川物质变化的区域水资源效应和致灾效应研究奠定基础。     

新疆冰川近期变化及其对水资源的影响研究

新疆的冰川水资源居全国第一,在新疆水资源构成和河川径流调节方面占有重要地位。最近30多年来,随着气温升高,冰川出现了剧烈的消融退缩,冰川融水径流量普遍增加,并对气温的依赖性增强。文章基于最新冰川观测研究资料,阐述新疆冰川的近期变化,分析对水资源的影响。研究表明,所研究的1800条冰川,在过去26～44年间,总面积缩小了11.7％,平均每条冰川缩小0.243km2,末端退缩速率5.8m/a。冰川在不同区域的缩小比率为8.8％～34.2％,单条冰川的平均缩小量为0.092～0.415km²,末端平均后退量为 3.5～10.5m/a。由于新疆各流域中冰川的分布、变化特征,以及融水所占河川径流的比例不同,因此,未来气候变化对新疆各个区域水资源的影响程度和表现形式是不同的。分析表明,在塔里木河流域,冰川水资源具有举足轻重的作用,但是,一旦冰川消融殆尽,对该地区将产生灾难性影响,现今该区冰川消融正盛,估计在今后30～50年,只要保持升温,冰川融水量仍会维持。未来20～40年,天山北麓水系中,1km²左右的小冰川趋于消失,大于5km²冰川消融强烈,因此,以小冰川居多的河流受冰川变化的影响较大。东疆盆地水系中的冰川数量少,并处在加速消融状态,河川径流对冰川的依赖性强,冰川的变化已经对水资源量及年内分配产生影响,水资源已经处在不断恶化之中。对于伊犁河与额尔齐斯河流域,未来冰川变化对水资源的影响在数量上可能有限,但会大大削弱冰川融水径流的调节功能。而气候变化对积雪水资源的影响和可能造成的后果应该予以特别关注。