利用被动微波探测青海湖湖冰物候变化特征

湖冰物候是气候变化的敏感因子,不仅能反映区域气候变化特征,还可以反映区域气候与湖泊相互作用.利用长时间序列(1978—2018年)被动微波遥感18 GHz和19 GHz亮度温度数据、MODIS数据(2000—2018年)、实测湖冰厚度数据(1983—2018年)和气温、风速、降水(雪)数据(1961—2018年),分析...     

喜马拉雅山北坡奥陶纪—古近纪构造古地磁新数据

在喜马拉雅山北坡奥陶系—古近系近乎连续的沉积地层中系统采集古地磁样品3791件,其中测试统计样品数为2920件,基本获取了统级年代古地磁数据,绘制出喜马拉雅地块奥陶纪—古近纪古地磁极移曲线和古纬度变化曲线。喜马拉雅地块在向北漂移过程中曾发生了多次旋转,最后一次约28°的顺时针旋转发生在始新世,可能与西喜马拉雅构造结形成有关;晚三叠世和晚侏罗世曾发生了纬度为2°和3.8°的向南回返,可能与雅鲁藏布新特提斯洋弧后扩张有关。根据古纬度数据推算:中白垩世雅鲁藏布新特提斯洋盆的宽度至少为2200km;始新世以来的喜马拉雅陆-陆碰撞造山运动导致印度地块-喜马拉雅褶冲带-拉萨地块之间的地壳缩短量至少为1000km。     

喜马拉雅山北坡典型冰川流域水文过程比较研究北大核心CSCD

2005年为喜马拉雅山中段的暖干年,夏季气温为历年最高。本文利用2005年珠穆朗玛峰绒布冰川下游水文观测资料及附近定日气象站资料、羊卓雍湖卡鲁雄曲冰川流域水文资料及附近浪卡子站气象资料,分析了两个流域的融水过程,建立冰雪消融数值模型,并进行了对比研究。结果表明:统计相关得到两流域气温和降水高度相关性(r>0.8),说明在区域尺度上两个地区的气候过程相似。绒布冰川消融强度比卡鲁雄曲冰川约大2倍,冰川退缩速率二者也差2.5倍,说明用冰川消融气温估计的水量损失基本反映两地冰川变化的事实。本文提出的冰雪融水模型,可以用于两个冰川区之间广大无资料冰川流域融水及冰川变化的估计,以及恢复珠穆朗玛和喜马拉雅山脉其他地区的长期水文过程及水资源变化的计算。     

2017 - 2018年冬季乌梁素海湖冰表面裂缝形态分析

在2017 - 2018年冬季使用无人机对乌梁素海湖冰的冰面裂缝进行了航拍, 采用改进的自适应阈值分割方法进行图像二值化处理, 提取了冰裂缝的密度和分形维数。分析结果显示： 在固定区域的冰裂缝分形维数在1.35 ~ 1.50间变化, 冰裂缝数量随时间增加, 其分形维数也随之线性增大; 在冰生长期间, 冰厚度与冰裂缝分形维数也呈现出明显的线性关系（相关系数R²=0.75）。冰面不同区域的冰裂缝密度和分形维数在0.017 ~ 0.079、 1.38 ~ 1.64间变化, 且两者之间存在显著的对数相关性（相关系数R²>0.96）, 不同日期航拍数据拟合结果近似相等, 说明冰裂缝密度越大, 对应的分形维数越大。作为表征冰面形态特征的一种物理指标, 建立得到的冰裂缝分形维数与冰厚、 裂缝密度的相关关系, 对未来利用冰面裂缝形态监测冰层的生消过程可提供科学的参考。     

乌梁素海湖泊冰生长过程中总氮的迁移规律

为研究湖泊冰封期总氮的污染特征,测定了冰厚分别为0 cm、2.5 cm、9.5 cm、21 cm、31 cm、41 cm、50 cm和 59 cm时总氮在冰体和水体中的垂向分布,阐明湖泊冰生长过程中总氮在冰-水-沉积物体系的迁移规律。结果表明:冰生长过程中总氮由冰体向冰下水体迁移,水体的总氮含量随着冰厚的增加而升高,冰厚为59 cm时其含量为冰体的2.85倍,冰生长速率决定总氮在冰-水界面处的迁移通量;总氮在冰层内的迁移主要发生在冰体形成初期(0~21 cm),之后几乎不再迁移而与冰内气泡融合并转化为独立于冰体的稳定氮胞;冰下水体总氮的实测值小于其计算值,表明冰生长过程中总氮由水体向沉积物迁移。     

云南高海拔湖泊对末次冰消期气候突变的响应

气象观测资料表明,在当前全球暖化背景下高海拔地区的增温速率更快,其气候对全球气候变化的响应更为敏感。但是,高海拔地区如何响应快速气候事件,由于古气候古环境重建资料在高海拔地区较少,这一问题还没有很好的回答。为此选择云南省高山湖泊错恰湖为研究对象（海拔约3960 m）,分析了湖泊沉积岩芯（深度范围90~244 cm）中正构烷烃的分布特征,重建了末次冰消期（19000~9500 a B.P.）沉积物有机质来源的变化,进而推断古气候演变。在17800~17000 a B.P.,错恰湖有机质以陆源输入为主,水生贡献相对减少,气候以暖湿为主;在17000~15100 a B.P.,水生有机质的贡献的比例增加,气候以冷干为主;在15100~12700 a B.P.,湖泊沉积有机质的陆源贡献增加,水生贡献相对减少,气候相对暖湿;在12700~11400 a B.P.时段,湖泊沉积水生有机质来源相对增多,气候相对冷干。与其他区域和全球气候记录对比发现,错恰湖的沉积记录指示的气候变化事件,受高纬冰量以及北大西洋驱动的西南季风突变所影响,在末次冰消期记录的4个明显的千年尺度气候事件,在时间上与First warmth、H1、B-A和YD事件相对应。与云南地区其他湖泊记录对比发现,小型湖泊或高海拔湖泊对这些全球快速气候事件的响应更加敏感。

     

从第三极到北极： 湖冰研究进展

在全球气候变暖背景下, 第三极和北极地区的增温尤其明显, 冰冻圈对气候变化有着更为敏感的响应。湖冰作为冰冻圈的重要组成部分, 其变化不仅是气候的指示器, 同时也通过改变能量平衡、 大气环流、 辐射平衡等影响区域气候。通过对比不同观测手段及主要模型模拟方法在湖冰研究中的优缺点及适用性, 总结了第三极和北极湖冰变化的时空特征, 结果表明：第三极和北极地区湖冰均显示初冰日推迟、 消融日提前、 封冻期缩短的趋势; 第三极和北极地区湖冰厚度呈持续减少趋势; 未来湖冰的这些变化将更加显著。第三极和北极地区湖冰的变化主要受到气温的影响, 同时也受到风速、 湖泊理化性质的限制。在系统梳理第三极和北极地区湖冰变化的基础上, 总结了湖冰研究面临的问题和挑战, 为未来湖冰研究提供科学依据。     

湖芯沉积物揭示的末次冰消开始时期 普莫雍错湖区环境变化*

文章讨论了末次冰消开始时期青藏高原南部普莫雍错湖芯沉积反映的环境暖湿化以及原因。通过对现代湖泊和周边河流水文状况调查,发现流域内发育众多冰川,冰川融水构成维持湖面稳定的重要来源;湖面以及湖泊沉积环境的变化与冰川融水以及相应的温度改变具有密切的联系。利用湖泊沉积岩芯PM-1孔,通过加速器¹⁴ C测年和粒度、元素、碳酸盐含量、总有机碳以及有机碳同位素、总氮、分子标志化合物、孢粉等环境指标的分析,发现在16.4~15.4cal.kaB.P.有大量流水进入湖泊,使湖面扩大,湖水加深;流域地表产生大量有机碎屑,并被流水带入湖泊进行沉积;流域内的喜湿植被得以发展。该时段湖泊扩张、陆源植被发展的原因一方面得益于冰期过后气候向温暖湿润方向转化,另一方面温度上升带来大量冰川融水则可能具有更加重要的影响,对于深入理解当前青藏高原冰川普遍退缩和一些湖泊的水面上涨具有重要的参考价值。     

喜马拉雅山雪冰主要离子的时空变化特征及来源分析

对喜马拉雅山不同地区的3个雪坑和2个浅雪芯及东绒布冰川80.36 m冰芯的主要阴阳离子数据进行了分析.结果表明:主要离子浓度具有显著的季节变化特征,非季风期各主要离子浓度以高值为主,夏季风期离子浓度以低值为主;但Cl-、Na 和K 等也表现出偶然的高浓度事件.东绒布冰川雪坑和达索普浅雪芯的Na 、K 和Cl-的浓度均远高于喜马拉雅山南坡的卓奥友雪坑和Nun Kun浅雪芯的相应值,前者为后者的数倍,表明Na 、K 和Cl-的浓度受地理位置的影响显著.喜马拉雅山南坡卓奥友雪坑的NH4 浓度远高于喜马拉雅山北坡各雪坑、浅雪芯的NH4 浓度,表明喜马拉雅山对NH4 的传播起到了显著的屏障作用,但喜马拉雅山对粉尘来源离子(如Ca2 和Mg2 等)的空间贡献并不是一个有效的屏障.HYSPLIT_4模式模拟的空气轨迹图表明,喜马拉雅山地区冬春季的雪冰主要离子主要是来自南亚的塔尔沙漠以及西亚的干燥少雨的高原地区,或更遥远的北非撒哈拉沙漠,而并非通常认为的中亚和我国西北干旱、半干旱区.     

西藏喜马拉雅山地区冰湖溃决的预测模型及其应用研究

以西藏喜马拉雅山地区的冰湖为研究对象,基于现有的冰湖溃决预测方法,提出了建立冰湖溃决预测方法的关键点,即选取的指标必须能够体现冰湖的动态变化特征.在定量分析的建模过程中应该采用不确定性的数学理论,对于冰湖溃决可能性的等级划分需要进行合理性及实用性验证.选取坝顶宽度、湖水面距坝顶高度与坝高之比、冰湖面积和补给冰川面积为预测指标,通过对西藏喜马拉雅山地区29个冰湖样本进行逻辑回归分析,建立了冰湖溃决的预测模型,并用所有样本进行了交叉验证.结果表明：该模型能够在分类应用中取得较好效果,根据溃决冰湖累积百分数随冰湖溃决可能性大小的变化曲线,将冰湖溃决的可能性划分为四个等级.以黄湖为例,把湖水面距坝顶高度与坝高之比作为冰湖溃决的诱变指标,分析了冰湖溃决可能性大小的变化规律.结合现有的冰湖溃决预测的定性方法,讨论了所建立的冰湖溃决预测模型的优点和缺点.     

喜马拉雅山北坡奥陶纪—古近纪构造古地磁新数据

在喜马拉雅山北坡奥陶系-古近系近乎连续的沉积地层中系统采集古地磁样品3791件,其中测试统计样品数为2920件,基本获取了统级年代古地磁数据,绘制出喜马拉雅地块奥陶纪-古近纪古地磁极移曲线和古纬度变化曲线.喜马拉雅地块在向北漂移过程中曾发生了多次旋转,最后一次约28°的顺时针旋转发生在始新世,可能与西喜马拉雅构造结形成有关;晚三叠世和晚侏罗世曾发生了纬度为2°和3.8°的向南回返,可能与雅鲁藏布新特提斯洋弧后扩张有关.根据古纬度数据推算中白垩世雅鲁藏布新特提斯洋盆的宽度至少为2200km;始新世以来的喜马拉雅陆-陆碰撞造山运动导致印度地块-喜马拉雅褶冲带-拉萨地块之间的地壳缩短量至少为1000km.     

静水生长的淡水湖冰微结构的季节变化及其受生长过程的影响

冰物理微结构特征控制着冰层基本物理性质。基于多年冬季对东北平原区水库和湖泊冰层生消过程、气象条件,以及冰层晶体、冰内气泡和密度特征的现场观测,分析了淡水湖冰微结构的季节演化和年变化规律及其影响因素。湖冰晶体结构、气泡含量与分布、冰密度具有明显的分层结构,且在冰厚增长期和稳定期内基本维持不变;进入融化期,冰内微结构变化迅速,表现为晶体边界融化、气泡体积扩展和融水迁移。不同年份、不同湖泊冰晶体类型和气泡形态类似,但各类晶体层厚度比例、气泡含量与尺寸存在差异。统计分析显示,晶体和气泡结构与湖冰生长速率关系密切,晶体粒径与生长速率呈正比,水内气体的产生和溶解过程、水体扰动程度的差异影响着气泡含量同生长速率之间的关系。     

喜马拉雅山北坡冰碛湖坝温度特征及其对堤坝稳定的影响

堤坝稳定性是评价冰湖溃决危险性的重要指标, 而堤坝的温度特征与其稳定性密切相关. 基于2012年11月-2013年9月对西藏定结县龙巴萨巴湖冰碛坝的0~150 cm不同深度的温度观测数据, 分析冰碛坝地温变化特征及其影响. 结果显示: 冰碛坝表层(<20 cm)地温与气温变化一致, 温度日变化常出现白天为正温梯度而夜间为负温度梯度的特征, 全年日均梯度一般为负温梯度(上部温度高、下部温度低); 中层(20~100 cm)和深层(>100 cm)表现为冬季下层温度高于上层温度的正温梯度, 夏季下层温度低于上层的负温梯度逐渐加强, 但地温日变幅逐渐减弱; 中间层地温变化不到气温变化幅度的1/5~1/10; 深层地温无明显的日变化. 冰碛坝的消融率约为2.1 cm·d^-1, 夏季消融深度超过250 cm. 现有夏季消融深度对堤坝的稳定影响有限, 但是湖盆区如果持续升温, 冰碛坝冻土的年消融率和消融深度都将增大, 致使堤坝稳定性下降, 溃决风险增大.     

基于遥感和GIS的喜马拉雅山科西河流域冰湖变化特征分析

受全球气候变暖的影响, 冰川退缩, 冰湖数量增多和面积增大被认为指示气候变化的重要依据, 冰湖面积增大导致其潜在危险性增大. 因此, 研究冰湖的变化对于气候变化和冰湖灾害研究具有重要意义. 基于Landsat TM/ETM+遥感影像采用人工解译的方法, 获取了喜马拉雅山地区科西河流域1990年前后、2000年和2010年的冰湖数据, 并对冰湖面积>0.1 km²且一直存在的199个冰湖的面积和长度变化进行对比分析. 结果表明: 科西河流域内面积>0.1 km²的冰湖的面积呈现增加趋势, 1990年冰湖面积为73.59 km², 2010年冰湖面积增加至86.12 km². 科西河流域内喜马拉雅山南北坡冰湖变化存在差异, 喜马拉雅山北坡变化较大的冰湖主要分布在海拔4 800~5 600 m之间, 而南坡变化较大的冰湖主要分布在海拔4 300~5 200 m之间; 喜马拉雅山北坡的冰湖有65%的冰湖表现扩张, 且扩张冰湖的面积主要是由冰湖在靠近终碛垅的一端基本不发生变化, 而仅在靠近冰川一端发生变化贡献的; 喜马拉雅山南坡的冰湖有32%的冰湖变化表现扩张, 且扩张的冰湖面积主要来自于冰面湖扩张. 在科西河流域内, 位于喜马拉雅山北坡的冰湖平均变化速度略高于南坡的冰湖平均变化速度.     

Timing of Late Quaternary glaciations in the Himalayas of northern Pakistan

Optically stimulated luminescence dating of Late Quaternary glaciogenic sediments was undertaken in critical areas of the Himalayas of northern Pakistan in order to examine the timing of glaciation. The dates demonstrate that several glaciations occurred during the last glacial cycle. In Swat, the Grabral 2 Stade and the Kalam I Stade were dated at ca. 77 ka and ca. 38 ka, respectively. The error on the former date is large and it is conceivable that the moraines may have formed during the early part of Oxygen Isotope Stage 3 rather than during Oxygen Isotope Stage 4. The Kalam I Stade, however, clearly represents a glaciation during Oxygen Isotope Stage 3. The oldest moraines and those at the lowest altitude in the Indus valley at Shatial have an age of ca. 60 ka. These also relate to a major glacial advance during Oxygen Isotope Stage 3. A younger series of moraines, the Jalipur Tillite, and glaciofluvial sands at Liachar in the Indus valley, and moraines at Rampur–Tarshing have ages of ca. 27 ka, ca. 21–23 ka and ca. 15 ka, respectively. These dates show that glaciers also occupied parts of the Indus valley during Oxygen Isotope Stage 2. These dates and the morphostratigraphy show that glaciation in the Pakistani Himalaya was more extensive during the early part of the last glacial cycle and that the local last glacial maximum in Pakistan was asynchronous with the maximum extent of Northern Hemisphere ice sheets. Copyright © 2000 John Wiley & Sons, Ltd.     

Diamictic sediments within high Arctic lake sediment cores: evidence for lake ice rafting along the lateral glacial margin

Sediment cores from six small lake basins in the Canadian high Arctic reveal a gravel‐rich (≤30% by weight) to gravel‐poor (≥2%) diamict facies underlying massive, post‐glacial, clayey silt. Ten other lakes contain a second diamict facies within what are interpreted to be glaciolacustrine sedimentary assemblages. The sedimentology, clast fabrics and fossil remains (diatoms, ostracodes and chironomid head capsules) within both diamict facies suggest that these deposits are not tills. Clast fabrics yielded low S₁ (0·41–0·57) and high S₃ (0·09–0·22) eigenvalues, placing them within the range of ice‐rafted diamictons and glacigenic sediment flows. The high percentage of clast dip angles >45° (15–61%), random clast azimuth and lower diamict contacts conformable to underlying current‐bedded sediment favours an origin as a rain‐out or settling deposit. Samples of the matrix and scrapings of clasts from the diamicts revealed a diatom assemblage dominated by littoral and planktonic forms, such as are found in the littoral regions of the lakes today. This contrasts sharply with the assemblages within the overlying clayey silt, in which benthic forms predominate. Clasts are thus interpreted to have been rafted from the littoral areas of the lake. The process proposed to explain this is rafting by the lake ice cover in a glacial‐marginal environment. Early season meltwater, impounded along the lateral margin of retreating cold‐based glaciers, would buoyantly lift the lake ice cover and any adfrozen lake sediment. Higher lake levels and increased areal extent of seasonal freeze‐on between the lake ice cover and the lake bed would allow the redeposition of littoral sediments to the benthic regions through greater lateral shifting of the ice cover as it broke up. Incision by meltwater streams into the lateral glacial margins would later isolate the lake, allowing seasonal warming of lake water, enough to support the growth and maturation of the ostracode and chironomid species found as fossils within the diamicts.