利用GRACE重力卫星数据反演黑河流域地下水变化

干旱区地表水资源有限, 地下水资源被超采利用, 黑河流域是西北干旱区典型内陆河流域, 有同样的地下水资源利用问题. 然而由于监测地下水变化的测井数目有限且分布不均, 难以从流域尺度上把握地下水资源的时空变化. 利用GRACE重力测量卫星数据反演黑河流域2003-2008年间的地下水时空变化, 为合理分配利用水资源提供科学依据, 为掌握无资料区域地下水水资源及其变化趋势提供了计算方法. 为验证GRACE反演结果的可靠性, 首先将计算出的黑河中上游地下水的变化, 与该区域实测地下水变化数据进行对比分析, 结果显示二者之间相关性较好, 在一定程度上表明GRACE数据具备反演整个黑河流域水储量变化及其各个组分的能力. 此后, 利用GRACE数据反演了全黑河流域的地下水变化, 对其时空变化进行了分析和讨论. 结果表明: 黑河流域2003-2004年间地下水减少的幅度越来越少, 2005年夏季期间地下水资源量增加量最多, 自此地下水增加幅度逐渐减少, 至2008年趋于平衡. 空间上流域局部变化波动较大, 2003-2004年间黑河上游地下水资源量处于减少状态, 2005年相对于6 a地下水平均含量有轻微增加趋势, 2006年处于6 a平均值状态, 2007-2008年有稍微上升趋势; 中游在2005年有略微的上升, 之后3 a下降; 下游地下水含量在6 a中整体呈上升趋势.     

祁连山北坡河川径流变化的分析及趋势预测

本文结合大气环流及山区内,外气温和降水的年际变化,分析了径流变化与气候变化的关系。分析指出:山区东段河流的枯水年段与欧亚地区中高纬度纬向环流的加强有一定关系;山区对流性降水对本区河流年径流的变化有不可忽视的影响。用时间序列分析方法模拟了年径流的变化规律,并预测未来5—10年径流的变化趋势。     

利用卫星资料反演区域冰川冰量变化的尝试——以祁连山为例

物质平衡是衡量冰川“健康”状况的最好方式,由于野外工作开展难度大,物质平衡观测仅局限于少数几条冰川上,限制了区域冰川物质平衡和冰量变化的评估.通过卫星高程数据可以监测区域冰川高程变化,进而可估算其冰量变化.利用SRTM和ICESat激光测高数据反演了祁连山冰川冰量变化,结果表明:21世纪初祁连山冰川处于物质亏损状态,年平均高程减薄(0.345士0.258)m,相当于(0.293土0.219)m w.e.,估算祁连山冰川年均冰量损失为(534.2±399.5)×106 m3 W.e..由于祁连山各冰川区相对独立,相隔较远,冰川规模普遍不大,且ICESat地面轨迹在中低纬度分布稀疏,使得结果的不确定性还很大.     

基于GRACE重力卫星数据的黄河源区实际蒸发量估算

利用GRACE卫星数据反演得到黄河源区唐乃亥流域2003-2008年流域水储量变化, 结合同时间段黄河源区降雨及径流资料, 根据水量平衡方程, 估算流域逐月实际蒸发量. 结果表明: 估算的结果与20 cm蒸发皿观测值和SiB2模型模拟的结果具有较好的一致性和相关性. 黄河源区2003-2008年年平均实际蒸发量约为506.4 mm, 其中, 春季(3-5月)为130.9 mm, 约占全年的25.8%; 夏季(6-8月)为275.2 mm, 约占全年的54.3%; 秋季(9-11月) 为74.3 mm, 约占全年的14.7%; 冬季(12月至翌年2月)为26.2 mm, 约占全年的5.2%. 2003-2008年源区降水基本保持不变, 蒸发呈减少趋势, 径流略有增加, 径流峰值期提前, 黄河源区水储量增加速率为0.51 mm·month^-1, 相当于82.6×10⁴ m³·a^-1, 总增加水量约496.6×10⁴ m³. 降水平均增加速率为0.019 mm·month^-1, 水储量增加速率为0.51 mm·month^-1, 而蒸发的下降速率为0.52 mm·month^-1, 径流的增加速率为0.034 mm·month^-1. 因此, 在降水量变化不大的情况下, 蒸发的下降和冻土消融导致水储量的增加明显, 这也是引起地表径流增加的原因.     

基于GRACE卫星测量得到的中国及其周边地区陆地水量变化

GRACE卫星成功开辟了空间大地测量对地观测的新途径。利用GRACE卫星得到的时变地球重力资料,分析估计了中国及其周边地区陆地水量的变化趋势,较为清晰地揭示了该地区季节性变化特征。进一步采用13点滑动平均的方法扣除了季节性变化,提取了4个特征区域(喜马拉雅南部,新疆与西藏及其周边的亚洲高山区域,中国华北、东北地区和中国南部地区)的陆地水量变化特征信息,这4个区域陆地水量的变化趋势分别为-12.7±0.7、-60.4±2.7、-12.5±0.5和6.6±0.9 km³/a。其中：喜马拉雅南部和亚洲高山区域陆地水量呈现明显的衰减趋势,与Matsuo和Heki模拟冰川质量损失源得到的结果较为一致;但近10年来亚洲高山区域西北部冰川加速融化趋势并不明显。中国华北、东北地区和南部地区水量变化比较复杂,具不稳定的变化趋势。     

塔里木盆地冰川及水资源变化研究新进展

塔里木盆地内陆流域共有现代冰川14285条,面积23628.98km²,冰储量2669.435km³.冰川融水年径流量达150×108m³,约占流域年地表总径流量的40%,是本区最为重要的水资源.     

芦山地震同震和震后地表形变及重力变化的理论模拟

为了研究芦山地震的孕震过程和震源区的长期构造过程以及解释实测的震后形变和重力资料, 采用分层介质模型, 利用数值模拟的方法, 考虑区域流变系数, 计算了地震引起的地表同震、震后的形变和重力变化以及区域内部分GPS与重力连续观测台站的震后形变和重力变化的时间序列.结果表明: 芦山地震的地表同震形变显示出发震断层明显的逆冲特性; 粘弹性松弛效应引起的震后地表形变和重力变化比同震形变和重力变化的范围明显扩大, 但随着粘滞系数的增加, 变化量明显减小; 观测台站的震后变化时变曲线显示震后形变和重力变化在震后50 a间变化显著, 100 a后基本平缓, 趋于稳定; 模拟计算的GPS台站中除了MEIG台和MYAN台以外, 其余台站的震后观测必须考虑粘弹性松弛的影响.      

基于GIS的玛旁雍错流域冰川地貌及现代冰川湖泊变化研究

基于多源多时相的数字遥感影像、地形图和DEM数据,利用遥感(RS)和地理信息系统(GIS)技术,对西藏玛旁雍错流域冰川地貌类型和空间分布进行了研究,并对流域内近30 a来冰川和湖泊的变化进行分析.结果表明:1974-2003年玛旁雍错流域冰川总面积减少了7.27 km²,平均退缩速率0.24 km²·a^-1;湖泊总面积减少37.58 km²,平均退缩速率1.25 km²·a^-1.多时相的监测表明,冰川在加速退缩,且阳坡冰川的消融速度大于阴坡,坡度陡、面积小的冰川消融比例大于坡度缓、面积较大的冰川;湖泊面积先减少后有所增加,但总面积还是减少了,不少小湖泊消失.分析流域附近气象资料可知,气温上升和降水量减少是玛旁雍错流域内冰川消融与退缩的主要原因.     

南极威德尔海冬季冰脊形拖曳力

利用2006年南极威德尔海冬季科学考察期间由机载激光高度计测得的海冰上表面形态数据,以拖曳分割理论为基础研究了冰脊形拖曳力及其对冰-气总拖曳力的贡献以及中性条件下对应10 m高度处风速的冰-气拖曳系数C_dn(10)。结果显示,在密集冰区,冰脊形拖曳力及其对总拖曳力的贡献随冰脊强度(脊高/脊距)的增大呈递增趋势,而随粗糙长度的增大而减小,对应于威德尔海冬季典型冰脊强度和粗糙长度,占总拖曳力的35%,说明了冰脊形拖曳力在冰-气界面动量交换中的重要作用。C_dn(10)随冰脊强度的增大而增大,但冰脊强度较小时,C_dn(10)随粗糙长度增大而增大;而对较大的冰脊强度,C_dn(10)则随粗糙长度增大而减小。     

南极冬季威德尔海冰脊的表面形态

基于2006年南极威德尔海冬季科学考察期间由机载激光测高仪测得的海冰上表面高度数据,以脊高和脊距的理论与实测概率密度的相对误差之和为性能指标,以切断高度为控制变量建立优化模型。结果表明,W'80型分布和对数正态分布分别与实测脊高和脊距分布吻合较好;最优切断高度为0.62 m。进而从海冰表面起伏中确定出冰脊。利用k均值聚类算法以冰脊强度(R_i)为标准将剖面分为3类(R_i≤0.01, 0.01< R_i≤0.026和R_i > 0.026)。对应各类剖面分别有:平均脊高为0.99 m,1.12 m和1.17 m;平均脊距为232 m,54 m和31 m。利用数学模型估算并分析了多脊冰平均厚度、有效厚度,帆横截面积及冰脊所占面积,这些参数值均随冰脊强度增大而增大。     

Pleistocene ice and paleo-strain rates at Taylor Glacier, Antarctica

Ice exposed in ablation zones of ice sheets can be a valuable source of samples for paleoclimate studies and information about long-term ice dynamics. We report a 28-km long stable isotope sampling transect along a flowline on lower Taylor Glacier, Antarctica, and show that ice from the last glacial period is exposed here over tens of kilometers. Gas isotope analyses on a small number of samples confirm our age hypothesis. These chronostratigraphic data contain information about past ice dynamics and in particular should be sensitive to the longitudinal strain rate on the north flank of Taylor Dome, averaged over millennia. The imprint of climatic changes on ice dynamics may be discernible in these data.     

The maximum ice extent on island groups in the Scotia sea,Antarctica

Evidence is presented for a more extensive ice cover over South Georgia, the South Orkney Islands, the South Shetland Islands, and the tip of the Antarctic Peninsula. Ice extended across the adjacent submarine shelves to a depth of 200 m below present sea level. Troughs cut into the submarine shelves by ice streams or outlet glaciers and ice-scoured features on the shelf areas suggest that the ice caps were warm-based. The South Shetland Islands appear not to have been overrun by continental ice. Geomorphological evidence in two island groups suggests that the maximum ice cover, which was responsible for the bulk of glacial erosion, predates at least one full glaciation. Subsequently there was a marine interval and then a glaciation which overran all of the lowlying peninsulas. The Falkland Islands, only 2° of latitude north of South Georgia, were never covered by an ice cap and supported only a few slightly enlarged cirque glaciers. This suggests that the major oceanographic and atmospheric boundary represented by the Antarctic Convergence, which is presently situated between the Falkland Islands and South Georgia, has remained in a similar position throughout the glacial age. Its position is probably bathymetrically controlled.     

南极中山站附近固定冰生消过程观测

2005～2006年对南极中山站附近固定冰区海冰生消过程进行了系统观测。基于观测数据比较了2005年和2006年冰季固定冰生消过程的差异,分析了冰厚增长速率的日内变化和季节变化,讨论了积雪对固定冰生消的影响。2005年尽管冰生长期的负积温较大,但由于雪厚较大,其冰厚增长速率和最大冰厚都小于2006年的观测值;极夜期间冰厚增长速率的日内变化不明显,但极夜前和极夜后都存在明显的日内变化;中山站以北16km范围内的冰/雪厚度随离岸距离没有明显的变化趋势,但冰脊形成和冰山存在都会对局部的冰/雪厚度分布产生较大影响。     

Surface studies of water isotopes in Antarctica for quantitative interpretation of deep ice core data

Polar ice cores are unique climate archives. Indeed, most of them have a continuous stratigraphy and present high temporal resolution of many climate variables in a single archive. While water isotopic records (δD or δ¹⁸O) in ice cores are often taken as references for past atmospheric temperature variations, their relationship to temperature is associated with a large uncertainty. Several reasons are invoked to explain the limitation of such an approach; in particular, post-deposition effects are important in East Antarctica because of the low accumulation rates. The strong influence of post-deposition processes highlights the need for surface polar research programs in addition to deep drilling programs. We present here new results on water isotopes from several recent surface programs, mostly over East Antarctica. Together with previously published data, the new data presented in this study have several implications for the climatic reconstructions based on ice core isotopic data: (1) The spatial relationship between surface mean temperature and mean snow isotopic composition over the first meters in depth can be explained quite straightforwardly using simple isotopic models tuned to d-excess vs. δ¹⁸O evolution in transects on the East Antarctic sector. The observed spatial slopes are significantly higher (～ 0.7–0.8‰·°C^?1 for δ¹⁸O vs. temperature) than seasonal slopes inferred from precipitation data at Vostok and Dome C (0.35 to 0.46‰·°C^?1). We explain these differences by changes in condensation versus surface temperature between summer and winter in the central East Antarctic plateau, where the inversion layer vanishes in summer. (2) Post-deposition effects linked to exchanges between the snow surface and the atmospheric water vapor lead to an evolution of δ¹⁸O in the surface snow, even in the absence of any precipitation event. This evolution preserves the positive correlation between the δ¹⁸O of snow and surface temperature, but is associated with a much slower δ¹⁸O-vs-temperature slope than the slope observed in the seasonal precipitation. (3) Post-deposition effects clearly limit the archiving of high-resolution (seasonal) climatic variability in the polar snow, but we suggest that sites with an accumulation rate of the order of 40 kg.m^?2.yr^?1 may record a seasonal cycle at shallow depths.