北极Svalbard地区Austre Lovénbreen和Pedersenbreen冰川表面物质平衡和运动特征分析

对位于北极Svalbard群岛新奥尔松﹙Ny-(A)lesund﹚的Austre Lovénbreen和Pedersenbreen冰川首个物质平衡年(2005/06年度)的冰川表面物质平衡及其运动特征进行研究,并阐述了Austre Lovénbreen冰川末端位置的变化状况.结果表明: (1) Austre Lovénbreen和Pedersenbreen冰川净物质平衡分别为-0.44和-0.20 m w.e.,年消融量分别为0.99和0.94 m w.e.,对应冰川零平衡线高度分别为478.10和494.87 m.(2) 两条冰川符合Svalbard地区跃动冰川运动的特征模式.运动速度矢量的水平分量表现为:向主流线辐合或平行于主流线.下游运动速度较慢,而在中上游运动相对较快.Austre Lovénbreen冰川表面各观测点的运动速度平均值为2.28 m·a-1,运动速度最大值和最小值分别为3.91和0.81 m·a-1;Pedersenbreen冰川表面观测点运动速度平均值为6.74 m·a-1,运动速度最大值和最小值分别为8.13和5.49 m·a-1.运动速度矢量的垂直分量表现为:消融区冰川消融量随海拔升高而减弱,Austre Lovénbreen冰川至E断面表现出微弱的积累,海拔高度略有升高.实际垂直运动量总体符合冰川运动的一般形式,即积累区向下运动,消融区向上运动.(3) Austre Lovénbreen冰川末端2005/06年度处于退缩状态,平均退缩量达21.83 m·a-1,各观测点中最大、最小退缩量分别为77.30和2.76 m·a-1,差异显著.     

北极Svalbard群岛Austre Lovénbreen和Pedersenbreen冰川表面运动特征

以野外实测数据为基础,分析北极Svalbard群岛Austre Lovénbreen和Pedersenbreen冰川表面运动特征。结果表明:(1)Austre Lovénbreen和Pedersenbreen冰川表面水平运动速度平均分别为2.14 m·a-1和6.28 m·a-1,变差系数平均分别为0.24和0.14,夏季水平运动速度略高于冬季,水平运动速度与其所处海拔高度具有多项式型关系,冰川主流线表面水平运动速度高于两侧,冰川两侧的表面水平运动速度不对称,Austre Lovénbreen冰川从源头至末端依次表现为运动的压缩区、拉伸区和压缩区;(2)Austre Lovénbreen和Pedersenbreen冰川表面垂直运动速度平均分别为0.76 m·a-1和0.90 m·a-1,两条冰川表面夏季垂直运动速度均大于冬季且夏季变差系数小,垂直运动速度与海拔高度具有一元线性相关性,表面物质平衡造成的高程变化对垂直运动速度的贡献率最大;(3)Austre Lovénbreen和Pedersenbreen冰川表面应变率分布表现为沿主流线方向逐渐减小然后负向增加,且其变差系数平均分别为0.19和0.15。     

北极Austre Lovénbreen和Pedersenbreen冰川前沿 表层土壤中金属元素分布特征和来源研究

北极斯瓦尔巴德(Svalbard)群岛是研究人类活动对全球生态环境影响的重要地区之一,而了解该地生态环境的现状对揭示人类活动影响下全球生态环境的变化具有重要的科学意义。为此,本研究采集了位于Svalbard群岛新奥尔松(Ny-?lesund)的Austre Lovénbreen和Pedersenbreen冰川前沿的表层土壤,对元素Ni、Pb、V、Cu、Zn、Mn、Al和Fe的含量和分布特征进行了研究,并对这些金属元素的来源进行了初步探讨。结果表明, Austre Lovénbreen冰川表层土壤中金属元素平均含量表现为CuPbNiVZnMnAlFe,Pedersenbreen冰川表层土壤中金属元素的平均含量表现为NiPbVCuZnMnAlFe。Austre Lovénbreen和Pedersenbreen冰川前沿表层土壤中金属元素的变异系数值分别位于0.13—0.45和0.12—0.98。Austre Lovénbreen冰川前沿表层土壤中Ni、Pb、V、Mn、Al和Fe等元素的平均含量与Pedersenbreen冰川相近,但Pedersenbreen冰川前沿的表层土壤中Cu和Zn的平均含量要远远高于Austre Lovénbreen冰川。Pedersenbreen冰川前沿表层土壤中Pb的高富集因子点靠近人类活动区域。经主成分分析, Austre Lovénbreen冰川和Pedersenbreen冰川前沿表层土壤中Ni、V、Al和Fe源于母岩风化, Mn除来源于母岩风化外还可能受到了人类活动的影响。Austre Lovénbreen冰川前沿表层土壤中Pb源于母岩风化,但Pedersenbreen冰川前沿表层土壤中Pb除母岩风化源外还可能受到人为活动的影响。Austre Lovénbreen冰川前沿表层土壤中Cu和Zn源于母岩风化,而Pedersenbreen冰川前沿表层土壤中Cu和Zn可能来源于土壤风化和母岩输送过程中的元素分馏。     

北极Svalbard地区Austre Lovénbreen和Pedersenbreen冰川表面物质平衡和运动特征分析

对位于北极Svalbard群岛新奥尔松(Ny-lesund)的Austre Lovénbreen和Pedersenbreen冰川首个物质平衡年(2005/06年度)的冰川表面物质平衡及其运动特征进行研究,并阐述了Austre Lovénbreen冰川末端位置的变化状况。结果表明:(1)Austre Lovénbreen和Pedersenbreen冰川净物质平衡分别为-0.44和-0.20m w.e.,年消融量分别为0.99和0.94m w.e.,对应冰川零平衡线高度分别为478.10和494.87m。(2)两条冰川符合Svalbard地区跃动冰川运动的特征模式。运动速度矢量的水平分量表现为:向主流线辐合或平行于主流线。下游运动速度较慢,而在中上游运动相对较快。Austre Lovénbreen冰川表面各观测点的运动速度平均值为2.28m·a-1,运动速度最大值和最小值分别为3.91和0.81m·a-1;Pedersenbreen冰川表面观测点运动速度平均值为6.74m·a-1,运动速度最大值和最小值分别为8.13和5.49m·a-1。运动速度矢量的垂直分量表现为:消融区冰川消融量随海拔升高而减弱,Austr...     

北极新奥尔松Austre Lovénbreen冰川退缩迹地不同演替阶段的植物组成与植被群落特征分析

为开展新奥尔松地区苔原植物生长和植被演替对冰川退缩响应的研究,在Austre Lovénbreen冰川(简称A冰川)前沿不同年代冰缘线附近布设了植被样方,调查了样方内植物组成与群落结构。结果表明:(1)A冰川1990年冰缘线代表植被演替的初始阶段,样方内仅出现先锋植物挪威虎耳草(Saxifraga oppositifolia);(2)1936年冰缘线代表冰川退缩长达75年后植被发育的情况,样方内植物种类和个体数明显增多,植被群落以木本植物极柳(Salix polaris)和草本植物黄葶苈(Draba bellii)为主,地衣以寒生肉疣衣(Ochrolechia frigida)和鸡皮衣(Pertusaria sp.)等壳状地衣为主;(3)随着冰川迹地形成时间更长,植被趋向成熟阶段发展,样方内极柳占绝对优势,地衣的物种多样性和盖度显著增加,出现雪黄岛衣(Flavocetraria nivalis)和刺岛衣(Cetraria aculeata)等叶状地衣。初步结果表明冰川退缩迹地上的物种更替明显,群落结构发生着显著变化。     

2000—2014年喀喇昆仑山音苏盖提冰川表面高程变化

喀喇昆仑山区冰川由于存在正物质平衡或跃动、前进现象,被称之为"喀喇昆仑异常",不过该地区冰川变化差异显著,尤其是大型表碛覆盖冰川,呈现与其他类型冰川明显的差异性响应,为理解喀喇昆仑冰川异常的机理,冰川尺度的详细变化研究十分必要。音苏盖提冰川位于喀喇昆仑山乔戈里峰北坡,是中国面积最大的冰川,是典型的大型表碛覆盖冰川。通过应用TanDEM-X/TerraSAR-X(2014年2月)与SRTM-X DEM(2000年2月)的差分干涉测量方法计算音苏盖提冰川表面高程变化,并结合冰川表面流速对冰川表面高程变化和跃动进行分析和讨论。结果表明:2000—2014年音苏盖提冰川表面高程平均下降了1.68±0.94 m,即冰川整体厚度在减薄,年变化率为-0.12±0.07 m·a^-1。冰川表面高程变化分布不均,其中南分支(S)冰流冰川整体减薄较为显著,冰川南分支冰流运动速度较快,前进/跃动的末端占据了冰川的主干,阻滞原主干冰川物质的向下运移(跃动),导致原主干冰舌表面高程上升;冰川厚度减薄随着海拔升高先下降后保持稳定,同时呈现一定的波动性;低海拔表碛区域消融大于裸冰区,可能存在较薄...     

基于GPS的北极冰川表面地形测量与制图

自2005年以来,我国科考队员利用双频GPS在北极黄河站附近的Austre Lovénbreen 和 Pedersenbreen两条冰川上每年一次开展高精度的冰川运动观测,获取了冰川表面监测标杆的精确位置和运动速度。2009年4月,我国考察队员在这两条冰川上开展了密集的GPS点位数据采集,藉此开展北极两条冰川的冰面地形测量。在分析单频GPS动态单点定位数据用于冰面地形测量的可行性基础上,经过平差计算获得了两条冰川的冰面地形数据,进而生成冰面DEM和等高线,制作冰面地形图。经与高精度控制点比较,冰面DEM高程的误差为0.78m,在冰川季节性高程波动和年消融的变化范围之内。由于SMART-V1型GPS设备是当前冰川研究工作中应用较多的pulseEKKO型探地雷达配套的一个重要部件,本文的结论对于同类仪器开展冰川测量工作具有参考价值,对基于高密度的GPS动态单点定位测量方法用于冰面地形测量的数据处理具有指导意义。     

斯瓦尔巴群岛冰川学研究进展与我国北极冰川监测系统建设

北极斯瓦尔巴群岛冰川大多数属于亚极地型(sub-polar)或多热型(polythermal)。Austre Br(?)ggerbreen和Midre Lovénbreen冰川(＜10km~2)长时间系列物质平衡研究显示,自小冰期结束以来几乎所有的观测年中夏季消融比冬季积累更大,导致冰体稳定地减小;而面积更大、海拔高度更高的冰川如Kongsvegen冰川(105km~2)则更加接近稳定态的平衡。斯瓦尔巴群岛冰川流动速率一般较低,但跃动相当频繁,控制跃动型冰川空间分布的因素包括冰川长度、基底岩性和多热场。可通过冰川水文特征、钻孔温度测量和无线电回波探测获取斯瓦尔巴群岛冰川热场的信息。斯瓦尔巴群岛冰川的低流速和多热性结构对冰川上的排水系统相当重要,整个群岛淡水径流的四个主要来源分别是冰川消融、雪融化、夏季降雨和冰崩解,经验回归方法和模式方法用于计算淡水径流量。因夏季融水渗浸作用、采样分辨率低和化学成分分析有限,早期斯瓦尔巴群岛冰芯的准确定年受到严重影响,但最近的研究显示,来自斯瓦尔巴群岛冰帽的冰芯数据仍然能够提供重要的气候和环境信息。通过我国北极黄河站2005年度科学考察,我们已初步建立了Austre Lovénbreen冰川和Pedersenbreen冰川监测系统,并计划在Austre Lovénbreen冰川进行钻孔温度测量、冰川气象要素观测、冰川前缘水文观测以及冰川厚度和内部结构测量,重点开展斯瓦尔巴群岛冰川基本特征和发育条件、冰川表面能量和物质平衡、冰川波动与气候变化关系、淡水径流年际和季节性变化和气/雪/冰界面过程等方面的研究。     

基于遥感数据的北极西北航道海冰变化以及通航情况研究

使用不莱梅大学AMSR-E(Advanced Microwave Scanning Radiometer for EOS)和AMSR2(Advanced Microwave Scanning Radiometer 2)日尺度海冰密集度数据,计算了2002—2018年加拿大北极群岛7—9月的平均海冰面积,研究了9月份平均海冰密集度变化特征;结合商船破冰能力确定海冰密集度阈值,选取西北航道关键区域,统计了西北航道的通航窗口,探讨了西北航道在实际商业通航方面的可能性。研究发现,在过去17年加拿大北极群岛的7—9月海冰面积整体呈下降趋势但有明显波动性, 9月份的海冰分布年际变化复杂,差异较大;在西北航道可通航的年份中,可通航的开始日期一般在8月份,结束日期在9月底至10月初,南路可通航时间最短14天,最长达到80天。总的来说,西北航道可通航年份和时间缺乏规律性。     

近50a来天山博格达峰地区四工河4号冰川表面高程变化特征

基于GIS技术,利用GPS测量数据和1962年地形图分别建立两期DEM,通过对比重点研究了四工河4号冰川1962-2009年冰舌区的表面高程变化特征。结果表明:1962-2009年间,冰舌区平均减薄15±10 m,年均减薄约0.32±0.2 m,冰储量亏损达(14.3±9.5)×10-3km3,折合水当量(12.9±8.6)×10-3km3。不同海拔、坡度区间冰面高程变化差异显著,海拔较低、坡度较缓区域的变化最为强烈。在气候变暖的趋势下,四工河4号冰川发生强烈消融,标志着博格达峰地区的冰川正处于物质严重亏损的状态,直接影响到流域水资源状况。     

北极拉普捷夫海海冰多年变化研究

拉普捷夫海是北冰洋的边缘海和冰源地,对北冰洋的海冰变化有重要影响。通过分析AMSR-E海冰密集度数据以及NECP-DOE的风场、温度场数据,结果表明拉普捷夫海海冰在2002—2011年经历了如下过程：重冰年(2002—2004)—过渡性质年份(2005—2006) —轻冰年(2007、2009—2011),即冰情由重向轻转变。研究结果也表明拉普捷夫海的冰情轻重与融冰期长短有较好的相关性,融冰期持续时间越短,冰情越重。4个参数,包括海冰距平指数、最小海冰覆盖率、积温、风驱动指数描述了拉普捷夫海的海冰多年变化过程。海冰距平指数是时间（3—11月）平均下的海冰覆盖率距平值,定量给出了各年冰情的轻重;最小海冰覆盖率是夏季海冰的极限情况,变化范围在0.45%—48.73%,发生时间为8月底至10月上旬。积温是上一个冬季气温积累对当年冰情的影响,结果表明积温是影响当年冰情轻重的主要因素。2008年的上一个冬季经历了异常低温,造成当年的异常重冰年。风驱动指数给出了风场对海冰覆盖率变化的短期影响,与同时期其他年份相比,2006年4月、2007年9月均出现了异常强北风,一定程度上造成了2006年融冰开始时间延后、2007年夏季最小海冰覆盖率的明显偏大。     

北极冰雪表面能量平衡研究进展

北极地区冰/雪-大气相互作用的过程,尤其是冰雪表面反照率的变化,是制约我们认识北极地区气候系统快速变化的关键科学问题。目前已有的研究表明,随着观测技术和方法的进步,北极冰雪表面能量平衡研究取得了较大的进展,但由于缺乏高质量、时空连续的观测试验数据,大部分参数化方案、遥感及模式产品等在北极不同区域的适用性仍待评估。因此,北极地区观测站点的加密、综合观测试验的开展和多源卫星遥感体系的进一步完善,能为遥感卫星产品及复杂参数化方案在北极的评估验证提供数据支撑,也可以揭示更多潜在的冰雪表面能量平衡相关的过程和机理,加深对极地海-冰/雪-气相互作用的理解,更好地服务于极地冰冻圈与气候变化研究。     

基于AMSR-E遥感数据的北极冰间湖面积变化分析

利用4种遥感数据:AMSR-E(Advanced Microwave Scanning Radiometer-Earth Observing System)36GHz与89GHz亮温数据反演的海冰厚度以及相应波段的海冰密集度数据,结合海冰密集度和厚度两种方法提取北极冰间湖面积,分析东西伯利亚沿岸和阿拉斯加沿岸在2003—2011年期间1—4月冰间湖面积变化,并比较不同数据和算法之间的差异。结果表明:(1)1—4月份冰间湖面积变化形态相似,但数值不同,从长期看,基于AMSR-E 89 GHz亮温数据反演的海冰厚度数据计算的冰间湖面积呈上升趋势,变化率为273.33 km~2·mon~(-1),而AMSR-E 89 GHz和36 GHz波段的海冰密集度及基于AMSR-E 36 GHz亮温数据反演的海冰厚度数据计算的结果呈下降趋势,分别为-68.91km~2·mon~(-1)、-42.74 km~2·mon~(-1)和-41.91 km~2·mon~(-1);(2)数据分辨率高能够更精细分辨冰间湖,得到的面积大,反之则小;(3)由于基于海冰密集度和基于海冰厚度两种方法对冰间湖的定义不同,海冰厚度方法计算结果要大于海冰密集度结果;(4)冰间湖面积变化存在地域差别,白令海峡以西海域冰间湖统计差异较为明显,而以东海域则较弱。     

影响北极地区迅速变化的一些关键过程研究

最近研究证明 ,近半个世纪来 ,北极地区正在发生迅速变化。部分地区温度上升了 2- 3°C ,北冰洋海冰退缩 5 %,中心地区海冰厚度变薄 ,海面压力降低 ,中上层水淡化和变暖 ,吸收CO2 能力增加 ,臭氧耗损和紫外线辐射增强。中国于 1 999年开展了“中国首次北极科学考察” ,在楚科奇海、加拿大海盆、白令海以及临近海域开展了海冰气相互作用的多学科综合考察 ,对北极的区域特征及其在全球变化中的作用研究获得一些新的认识。观测到加拿大海盆中层水持续增暖的现象 ,揭示了西北冰洋与白令海水体交换的途径和次表层暖水结构 ,发现了加拿大海盆是北冰洋河水的主要储存区。利用联合冰站观测数据 ,模拟了北冰洋夏季大气边界层结构和下垫面能量平衡的变化特征 ,定量给出了北冰洋夏季海 /气和冰 /气之间湍流通量和边界层参数的差异。海 /气CO2 的通量观测表明 ,考察区的大部分海域均为大气CO2 汇区 ;西北冰洋海冰区具有较高的生物泵运转效率 ,楚科奇海陆架是一个高效的有机碳“汇”区 ,寒冷水体中微生物活动并未受到明显抑制。沉积物的地球化学过程研究表明 ,海底表层沉积物中碘含量存在着由低纬度到高纬度增加趋势 ,北极地区可能是碘的汇区 ,碘可作为极区古海洋中的地球化学元素变化的重要指标。楚科奇海、白令海     

400年来北极巴罗角的温度变化特征

近４００年湖泊岩芯温度记录揭示,巴罗地区总的变化趋势是升温,平均升温速率为每百年０．４℃,但近２００年呈降温趋势。熵谱分析表明,近代巴罗地区温度波动存在３３年、４０年、２９年周期和９０年左右的世纪周期;１９２１～１９９４年巴罗气象台逐月温度资料统计分析和熵谱分析表明,现代巴罗温度变化有４个月、半年、１４个月、１６个月、３年、４年、７年和１０年周期。     

北极Svalbard群岛Longyearbyen地区雪坑主要阴、阳离子特征研究

北极Ｓｖａｌｂａｒｄ群岛Ｌｏｎｇｙｅａｒｂｙｅｎ地区３条冰川８个雪坑样品的分析结果表明,该地区冰川表层雪中海盐离子Ｃｌ－和Ｎａ＋占主导地位,其浓度远高于其它离子,而陆源Ｃａ２＋在雪坑秋季污化层中浓度远远高于其它层位,可作为雪坑定年中秋季层位的标志。在季节变化上,海盐离子和ＳＯ２－４、ＮＯ－３在春季和夏季表现为高值,这与冬春季节北大西洋风暴和中纬度人类污染物远距离传输到北极有关,也与夏季局地海洋性气团、大气中氧化作用、光电作用和清除速率有关。同全球的边远地区格陵兰、南极和青藏高原比较,Ｌｏｎｇｙｅａｒｂｙｅｎ地区雪中离子浓度水平较高,特别是海盐离子浓度远高于其它地区。     

基于KJ法的北极航线问题研究

北极航线问题属于很难获得定量信息,真正需要咨询专家解决的问题。针对在处理北极航线问题中遇到的复杂和异常现象．将系统分析中的KJ法应用于北极航线问题研究中．制作了36张包含与北极航线问题相关的信息卡片,最后得到北极航线问题的结构模型图。并归纳提炼出了具体对策。应用结果表明,KJ法能够充分体现群体的创造性思维并将之有序化．能很好地应用于包括系统战略在内的各种自然、社会、经济以及复合系统的综合集成研究中。     

冬季北极涛动和北极海冰变化对东亚气候变化的影响

本文简要回顾了冬季北极涛动 (北大西洋涛动 )和北极海冰面积变化对东亚气候变化的影响、研究中存在的问题以及目前亟待解决的科学问题。     

北极气候和陆地环境变化对第一产业影响研究进展

北极地区正在经历前所未有的气候及陆地环境变化,气温升高、植被绿化、冻土融化以及野火频发等因素已经对北极地区的第一产业产生了广泛而深远的影响。为了支撑气候变化背景下北极第一产业的可持续发展与相关政策的制定,有必要加强北极气候及陆地环境变化对第一产业影响的整体性认识。本文针对北极地区的种植业、畜牧业、林业以及渔业4个第一产业部门,系统梳理了它们受到气候及陆地环境变化影响的类型与程度。同时,本文基于跨部门视角总结了当前北极环境变化对第一产业影响的相关研究,并从5个方面进行了分析与展望：① 气候及陆地环境变化对第一产业的具体影响方式;② 整合局域性科学认识的挑战;③ 气候变化适应策略的制定与实施;④ 数据与方法层面的整合与创新;⑤ 气候变化影响下北极第一产业变化对中国的启示。本文总结了未来气候变化背景下北极第一产业研究的重点领域,可为中国参与北极第一产业资源的可持续利用与开发提供参考。     

基于数字高程模型的艾比湖湖面近期变化研究

以1：10万地形图为基本数据源,在Golden Soft Surfer等软件支持下建立了艾比湖湖区的数字高程模型。在此基础上,再根据水量平衡方程建立了艾比湖的水量平衡模型和湖面面积变化模型。以艾比湖为实例,从年内与年际多个尺度进行研究,探求湖面面积变化规律及其原因。最后探讨了基于该模型得出的流域生态环境改善措施以及该模型在其他流域的推广。