基于IceBridge数据的南极别林斯高晋海的海冰厚度研究

海冰变化与全球气候、 生态系统和人类活动密切相关, 海冰厚度是海冰变化研究的重要参数之一。全面立体高精度观测海冰厚度的最有效手段是航空遥感, 而冰桥计划（IceBridge）是当前南北极最大的航空遥感工程。基于2009 - 2014年冰桥计划的激光雷达高程数据和数字测图系统相机光学影像对南极别林斯高晋海的海冰厚度进行研究, 并结合降雪量等气象数据探讨该区域海冰厚度变化的原因。研究发现该海域的海冰厚度在2009 - 2014年间整体呈微弱增长趋势（0.07 m·a^-1）, 但是在95%置信水平下不具有显著性。2009 - 2011年呈现先增加后减少的大幅度变化, 其中2010年达到极大值2.42 m, 之后开始缓慢增加。海冰厚度的年际变化与降雪和近地表温度等气象要素相关, 二者相比较而言降雪为主要影响因素。     

冰芯与寒区环境开放研究实验室参加2000年全国实验室评估

实验室于1991年开始酝酿筹建,1995年初建成运行.1995年 8月邀请有关专家参观和评议后,建议院里纳入开放实验室行列. 1996年10月中国科学院会同有关部门进行了评审,1997年正式被 批准为院开放实验室(自费).1999年在中国科学院实验室评估中, 本实验室被评为优秀实验室,并推荐参加2000年全国实验室评估. 1 评估概况 2000年全国实验室评估分初评(现场评估)和复评(集中评估) 两个阶段进行.本实验室现场评估于2000年3月28～29日进行, 复评于5月12日在北京进行. 现场评估中,专家组和评估工作组听取了实验室工作报告和学 术报告,对实验室工作报告中的各种材料进行了核查,对实验室工 作状况进行了现场考察,与各类人员进行了座谈.在此基础上,专 家组根据评估要求,对实验室进行了评议,在肯定成绩的同时,还 指出了不足,提出了建议. 复评中更大范围的评委听取了实验室工作的进一步简要介绍和 答疑,并根据现场评估结果,对全部参评实验室进行了排序.此次 参加评估的地球科学实验室共26个,其中国家重点实验室16个, 部门开放实验室10个,本实验室名列第七,这对作为自费开放仅三 年、第一次参加全国评估的实验室来说,应当说是很不错的结果. 2 实验室评估报告要点 (1)承担研究课题:1996年以来共承担研究课题45项,其中 973、科技攻关、攀登计划等国家项目10项,国家基金7项,部委重 大8项,重大国际合作7项,实到总经费1 155万元. (2)论著发表:1996-1999年间,共发表论文198篇,其中SCI 论文37篇(其中国外15篇,);出版专著3部;国际会议报告25 次,其中特邀报告4次,大会报告9次;国内会议报告17次,其中 特邀报告2次. (3)获奖情况;1996年以来,由本实验室主持完成的研究成果 获国家自然科学三等奖(1997)、四等奖(1999)各1项;获中国科学 院自然科学一等奖(1996,1997)2项. (4)主要研究成果简介:自1996年以来,实验室承担的重大科 研项目主要围绕三个方面的内容来展开:冰雪与大气相互作用过 程、冰芯气候环境记录、冰川资源动态与社会发展.围绕这三个方 面,所获研究成果可归纳为: 成果1:冰雪与大气相互作用过程--冰芯记录解释的基础理 论研究 本项研究在南极冰盖和以"青藏高原”为主体的高亚洲地区同时 展开,在南极地区,以6 000 km横贯南极冰盖考察路线、Wilkes 地、Lambert冰川流域和中山站-Dome A断面为区域,通过冰盖 表面特征和雪层剖面的系统观测和精细的雪坑采样分析,在最大的 空间范围内获得了南极冰盖表层雪内有关全球变化研究的国际上最 丰富最系统的资料.在青藏高原,以南北为纵贯高原的断面研究和 典型冰川的定位观测研究,建立了指示温度变化的氧稳定同位素代 用"指针”,以精细化大气过程分析找到了影响"指针”偏转(即"稳定 同位素-温度”关系方程发生变换)的因子. 该成果部分内容于1996年获中国科学院自然科学一等奖, 1997年获国家自然科学三等奖.自1996年以来围绕本项研究发表 论文30多篇,其中SCI论文13篇(国外7篇). 成果2:青藏高原冰芯气候环境记录研究 青藏高原冰芯研究为首次系统地在青藏高原展开的以冰芯气候 环境记录恢复为主体的综合研究.通过对冰芯中多种参数(如稳定 同位素比率、冰雪可溶性离子、微粒等)及冰川区气象水文特征的 研究,在时空上多方面揭示了青藏高原气候环境变化特征.通过与 南、北极冰芯的对比,揭示了过去2000 a、全新世、末次冰期气候环 境变化的几个重要特征,认为青藏高原冰芯记录与南北极冰芯记录 在大的趋势上具有一致性,但气候变化幅度较大,冰阶-间冰阶尺 度的气候由暖变冷的突变是由太阳辐射变化驱动并经青藏高原积雪 的面积变化放大作用所致,而更短时间尺度的气候突变是太阳活动 和季风相互作用的结果. 本研究部分研究成果"青藏高原浅冰芯与气候环境变化研究”获 1997年中国科学院自然科学一等奖、1999年国家自然科学四等奖. 1996年以来在国内外SCI期刊发表论文13篇. 成果3:冰川资源动态与社会发展--中国西部的冰川变化和 过程 通过对青藏高原有代表性的几条冰川的观测研究和区域考察, 结合冰川编目工作,揭示了青藏高原冰川过去几十年的变化特点, 并对近期变化趋势基本有了比较明确的认识.研究表明,青藏高原 冰川面积占我国冰川总面积的84%,冰储量占81.6%.近百年来冰 川变化的总趋势是退缩,但在20～30年代和70～80年代多数冰川 曾出现过稳定甚至前进.近几年编篡了长江水系冰川目录,出版了 喜马拉雅山冰川资源图,对念青唐古拉山冰川进行了航测,系统总 结了过去冰川编目资料.根据对全球山地冰川变化资料的分析,得 出山地冰川在统计意义上其前进滞后于气候变暖约13 a,并且高纬 度山地冰川波动对于全球气候变化具有很好的指示作用. 围绕这一成果共发表论文40余篇,其中SCI论文5篇(国外3 篇),出版<喜马拉雅山冰川资源图>(英文版)1套(7幅),<青藏高 原的冰川与生态环境>专著1本. (5)最新研究进展:冰芯气泡包裹体内温室气体研究:成功设 计出气泡体积测试系统、粒雪孔隙中气体提取装置及冰芯气泡中甲 烷提取分析装置,与国外最新装置测试结果相一致,并对达索普冰 芯气泡中甲烷进行了提取分析. 希夏邦马峰地区雪冰有机质研究:从青藏高原希夏邦马峰达索 普冰川海拔6 400～7 000 m(相当于对流层的中上部)雪冰中检测出 源于自然生物的有机化合物,但未能发现在对流层下部存在的稳定 性较低的化合物,显示了对流层中上部与对流层下部在有机组成上 不同的一面. 南、北极和青藏高原雪冰内重金属污染物研究:对横贯南极、 青藏高原以及北极中心地带和加拿大北极地区雪坑样品中Pb和Cd 含量的综合分析,给出了南、北极和青藏高原降水中自然来源气溶 胶组分的本底水平,得出:污染源Pb在南极地区占实测值略高于 50%,在青藏高原和北极则超过90%,可见工业重金属污染波及到 最偏远地区和整个大气对流层. (任贾文供稿)     

西藏阿里地区大、小昂龙冰川变化观测研究

在西藏阿里地区狮泉河上游的大、小昂龙冰川开展了连续2年(2014—2016年)的冰川变化地面观测,主要包括冰川表面物质平衡与差分GPS高程变化同步观测,以及冰川表面流速观测,冰川末端观测和冰川雷达测厚.观测结果表明:大、小昂龙冰川表面物质平衡与同期差分GPS观测结果之间存在差异.冰川表面物质平衡结果显示,2014—20...     

环北极地区冰川（盖）物质平衡研究进展

回顾了环北极各分区冰川物质平衡观测,研究的历史与现状,过去３０ａ间,北极冰川（帽）波动与全球平均变化保持同步。相对于中低纬地区冰川,北极地区的小型冰川（帽）对全球气候变化反应更灵敏,北极冰川物质平衡的变化对气候变化具有更好的指示意义。１９世纪末以来的百年时间里,除本世纪６０年代出现短暂的相对冰时外,环北极冰川表现出普遍退缩趋势。     

南极和北极地区在全球变化中的作用研究

近半个世纪的调查基本揭示了极地在地球系统中的作用。两极保持了世界 99%的冰川 ,相当于全球淡水的 78% ,全部融化将使地球海平面上升 70m。极区又是世界气候系统中最活泼的组成 ,通过其冰盖、大气和周围海域的强烈耦合过程而影响全球。同时 ,南极上空臭氧空洞的出现 ,北极地区冻土带的北移等都表明全球变化也在明显地影响着两极。中国 2 0年来对南极的考察过程中 ,建立两个南极科学考察站 ,拥有极地考察破冰船 ,1999年开展了中国首次北极科学考察 ,对南北极的区域特征及其在全球变化中的作用提出了新的认识。     

国际雪、冰研究近况(二)

三、苏联的雪、冰研究 1977年苏联冰川考察队研究了高加索山、中亚、阿尔泰山、西伯利亚中部和东部山地、极地乌拉尔、堪察加和库页岛以及南、北极的冰川,其主要的进展和成果是: (一)高加索山     

极地地质钻探研究进展与展望

南北极在全球海平面变化和碳循环中扮演着关键角色,并蕴藏着地球如何从新生代初期的温室转向现代冰室演变过程的关键信息,因而成为地球科学研究的热点地区。极地地质钻探计划(如DSDP/ODP/IODP/ICDP)研究所取得的成就令人瞩目,刷新了人类对过去全球变化的认识,成为探究地球气候系统演化的一个窗口。通过这些钻探计划,发现了新生代以来气候变冷,南北极冰盖几乎同时形成;揭示了南极冰盖形成和陆地风化的加剧,导致南极中深层水和底层水的生产加速并向北推进,造成全球大洋环流的重大变化;南大洋对大气CO_2的调控作用、全球大洋深部循环、营养盐的分布和海洋生产力等多方面在不同时间尺度上都发挥着重要作用;检验了南北极冰盖形成和消融与海平面变化的关系,为人类预测未来海平面变化提供了历史依据。未来的南北极国际大洋发现(IODP)计划将继续关注于极地冰盖的演变历史、南大洋古海洋学演变历史,追踪北极海—陆环境的联系及其对全球气候的影响。这些结果将对未来全球气候预测提供重要的参考和边界条件。     

全球冰川面积现状及近期变化 ——基于2017年发布的第6版Randolph冰川编目

基于2017年发布的第6版Randolph冰川编目资料,结合全球16个主要冰川区近期发表的冰川变化研究文献,系统分析了全球冰川面积现状及其近期变化。结果表明,全球（不包括南极与格陵兰冰盖）共发育山地冰川215 547条,总面积达705 739 km²,面积相对误差为4.2%。冰川数量以面积等级<1 km²的冰川（79.15%）为主,冰川面积以面积等级≥100 km²的冰川（54.9%）为主。分布在北极的冰川面积（45.5%）最多,分布在南极周边岛屿的冰川面积（18.8%）次之,分布在高亚洲（13.8%）和阿拉斯加（12.3%）的冰川面积再次之。近50年间全球冰川经历了强烈退缩,16个主要冰川区面积退缩率达11.3%,1960年以来的冰川面积年均退缩率为0.35%。由于目前尚缺乏多期冰川编目可供比较,全球范围内冰川变化的定量研究仍将是今后研究的重点。     

第三极地区冰川径流研究进展北大核心CSCD

青藏高原是地球上除南北极之外冰川面积最大的区域,被称为地球“第三极”。全球变暖导致该地区冰川普遍退缩,融水释放成为冰川径流,使得下游河川径流发生重大变化,给下游流域水资源利用与管理带来挑战。然而由于第三极地区特殊的地形和复杂的气候,加上冰川水文过程内在的复杂性,使得冰川径流的研究十分困难。本文总结了目前关于冰川径流研究的几类主要方法:直接观测法、遥感观测法、水量平衡法、水化学示踪法和冰川水文模型法,其中冰川水文模型法使用最为广泛。在第三极地区,前人利用这些方法对于冰川径流的研究结果表明,自20世纪90年代以来,冰川径流普遍呈现上升趋势,但是其对于总径流的贡献同时受气候条件和流域内冰储量的影响,存在显著的空间差异;总体来看,位于西风控制区的流域的冰川径流贡献普遍大于季风控制区的流域。未来变化方面,除部分冰储量较大的西风区流域(塔里木河、印度河)外,第三极地区大多数流域冰川径流将在本世纪中叶前达到峰值。但是目前由于观测不足、模型物理机制简化等制约,对于第三极地区冰川径流的研究存在很大的不确定性,未来需要开展更多观测、开发更先进的冰川水文模型以提高第三极地区冰川径流研究的准确性,进而为该地区水资源利用与管理和防洪减灾工作提供科学依据。     

北极Svalbard、斯堪的纳维亚与挪威南部冰川物质平衡对比及其气候意义

利用1946—2005年北极Svalbard、斯堪的纳维亚及挪威南部冰川物质平衡资料,分析了冰川物质平衡的变化特征及其对气候变化的响应.结果表明:北极Svalbard地区冰川物质平衡具有较低的年振幅和较小的年际变化;环北极的斯堪的纳维亚地区和挪威南部地区冰川物质平衡则具有较高的年振幅和较大的年际变化;20世纪80年代末90年代初,3个地区冰川物质平衡均达极大或较大值,之后呈加速向负平衡发展之势.冰川物质平衡对气候变化的敏感性与其物质平衡状态有关:物质平衡越是趋向正平衡发展的冰川,其敏感值较高,反之亦然;海洋性冰川较大陆性冰川对平衡线高度变化(气候变化)敏感.平均而言,三个地区冰川物质平衡在观测期内的亏损量相对于零平衡状态而言,相当于气温上升了0.32℃.冰川净物质平衡对1℃升温的敏感性变化范围为-0.42～-0.99mw.e..a-1,对10%降雪增量的敏感性为+0.01mw.e..a-1～+0.57mw.e..a-1;平衡1℃升温导致的冰川净物质平衡消融需要降雪量增加24%.冰川物质平衡对气候变化的敏感性与其所处气候环境背景(大陆度)相关性,越是趋向海洋性的冰川其敏感性越高.     

基于CryoSat-2卫星测高数据分析南极海冰厚度的时空变化

利用卫星测高数据能够获取大尺度、长时序的海冰厚度信息。相较于北极,目前南极海冰厚度特别是近期变化信息仍很缺乏。基于2013-2018年的CryoSat-2卫星测高数据,采用最低点高程法和静力平衡方程模型反演了近6年逐月平均海冰厚度并分析其时空变化规律。结果表明：2013-2018年南极海冰厚度整体呈现先上升后下降的趋势,其中,2014-2017年年平均海冰厚度表现为快速变薄。南极较厚的海冰集中在威德尔海西南海域,最大值出现在该海域2014年的7月（6.27 m）。年平均海冰厚度在2017年达到最低值。南极海冰厚度的时空变化研究可为深入研究海冰变化与全球变化的关系提供参考。     

基于卫星气候资料的1989-2015年南北极海冰面积变化分析

利用被动微波卫星海冰密集度气候资料,分析了1989-2015年南北极海冰面积和密集度的长期变化趋势。结果表明：研究期内,北极年平均海冰面积减少,南极海冰面积增加,变化趋势分别为-0.569×10⁶ km²·（10a）^-1和0.327×10⁶ km²·（10a）^-1,均通过了0.01水平的显著性检验,两极海冰面积变化趋势表现出明显的"非对称性"。两极总海冰面积出现了下降,变化趋势为-0.242×10⁶ km²·（10a）^-1。年海冰密集度在北极地区普遍减少,而在南极地区的变化趋势存在显著的空间差异,威德尔海、罗斯海北部海冰密集度增加,趋势超过了10%·（10a）^-1,别林斯高晋海、阿蒙森海的海冰密集度出现下降。北极各月海冰面积的变化趋势存在明显的季节差异,7-10月海冰面积减少明显,其中9月减少最显著,趋势为-0.955×10⁶ km²·（10a）^-1。南北极海冰冻结和融化的时间不完全对应,北极融化与冻结时间基本平衡,南极海冰冻结时间明显长于融化时间。南极年内海冰面积的变化幅度大于北极,呈现显著的季节性特征。北极极小海冰面积的变化趋势最显著,达到了-0.636×10⁶ km²·（10a）^-1。南极极大海冰面积出现的时间后移明显,趋势为0.733候·（10a）^-1;极小海冰面积出现的时间非常稳定,没有明显的变化趋势。     

基于GIS冰川末端变化计算方法研究——以北极Austre Lovénbreen冰川为例

基于冰川区地形图和实地GPS测量数据,总结4种用于计算冰川末端变化量的方法:主流线法、中心线法、周长法和特征点法,并提出基于GIS的操作思路.分析了各种方法的优缺点,阐述了各种方法在使用中的注意事项.建议使用最短距离的特征点法计算冰川末端变化量,并且以前一期的特征点向后一期的冰川边界搜索最短距离.通过把方法应用在北极Austre Lovénbreen冰川,结果表明,自2005年观测以来北极Austre Lovénbreen冰川末端呈现退缩趋势,年均退缩量为9.44m.a-1,年际变差系数为0.40,冰川末端变化量年际变化较大.     

冰冻圈关键地区雪冰化学的时空分布及环境指示意义

采用雪冰常量化学元素示踪体系, 系统分析了冰冻圈关键地区的南极冰盖、北极格陵兰和北极中心地带、以及以青藏高原为中心的高亚洲地区现代降水(表层雪冰)化学的空间分布、季节变化特点. 研究表明, 两极和高亚洲地区雪冰化学反映了全球或局地大气环境本底:南极现代雪冰化学代表了南半球或全球本底, 北极格陵兰地区代表了北半球对流层中部本底, 青藏高原海拔5 000 m以上的高海拔地区雪冰化学则代表中纬度地区对流层中上部本底. 其中, 离子浓度在两极冰盖和喜马拉雅山高海拔地区接近, 而在青藏高原北部高海拔地区则高得多. 三个地区雪冰化学的季节分布特点是: 在南极冰盖, 海盐气溶胶的"丰"季形成雪层化学峰值, 在北极, 冬春季污染物(所谓"北极霾")和漂尘形成季节峰值, 在高亚洲, 主要是春季降尘形成明显污化层. 青藏高原上大风季节与干季重叠, 静风季节与湿季重叠, 决定了干湿沉积过程具有明显季节转换. 总之, 主要阴、阳离子在南、北极和高亚洲雪层中的时空分布揭示了大气气溶胶的源区和传输, 其形成过程与大尺度大气环流、季风和局地尘暴等事件密切相关.     

利用GRACE重力卫星求解南极洲冰川质量变化的精度研究

GRACE重力卫星可用于观测南极洲冰川的质量变化。由GRACE重力卫星提供的月解重力场能有效探测质量的年变化及长期变化(周期和非周期性)。通过GRACE观测的质量变化时间序列,计算得到南极洲质量的长期变化及周期性年变化。计算结果受多种误差影响,其中GRACE模型误差的影响较小,而研究时段及其跨度的影响较为显著,以不同宽度的时间窗口进行平移,得到无穷时间序列下该误差的参考值为±14.89 mm/a。南极地区的气压修正误差可达±10 mm/a,GIA修正误差与其量级相同。由此我们认为,目前对于南极洲冰川质量变化的一些认识仍需商榷。南极洲西部地区冰川加速消融,Dronning Maud Land和Enderby Land等地区的质量持续累积;其他地区的质量变化情况仍需进一步研究。     

雪冰中汞的研究进展

汞是具有特殊物理化学性质的重金属元素,其较强的挥发性使之能够参与全球尺度传输,汞的高毒性又能对人类和高等生物体产生极大危害,因而汞是一种全球性污染物,在近几十年来备受科学界的关注.汞的全球生物地球化学循环演化规律是目前环境科学领域的研究热点.冰冻圈是地球系统的关键组成部分之一,是各圈层相互作用的重要环节;而雪冰是冰冻圈的主体,是环境和气候记录的良好载体之一.对南极、北极和中低纬高海拔冰川现代雪冰和冰芯中汞的季节变化、空间差异以及历史变化的研究成果进行了综述,总结了北极和亚北极地区汞的雪/气界面过程研究,归纳了汞的实验室检测手段和方法.针对该领域目前研究上的空白和热点,分别对利用冰芯高分辨率和长时间序列记录重建工业革命以来汞的变化历史(特别在青藏高原)、中低纬冰川区汞的雪/气界面过程、雪冰中汞的同位素分析等进行了展望.     

青藏高原唐古拉山口冰川、水文和气候学观测20a:意义与贡献

1989年中日联合青藏高原冰川考察在唐古拉山口开始进行冰川、水文气候学观测,距今已经整整20 a.时过境迁,合作双方的研究所均已重组、更名,然而1989-1993年间考察研究所起到的开创性作用、当时取得成果至今仍具有重要科学意义.而且当时建立的一些观测站点,借助一些大型课题,如GAME/Tibet、国家自然科学基金重点项目和国家重点基础研究发展计划(973计划)项目的支持一直持续工作至今.最近,完善了位于冬克玛底冰川末端的冰川监测系统,将对该地区的冰冻圈和气候环境变化研究做出更多的贡献.     

地球南北极为何无地震

最近,美国地质学家庄士敦,经30多年来的观测研究指出,巨大的冰层是造成南极大陆和北极的格陵兰岛内陆无地震发生的主要原因。南极大陆和格陵兰岛的冰雪覆盖面积,分别为90％和80％,冰层厚达3000米以上。由于冰层厚的压力,其底部几乎处于溶点状态(1969年科学家赴南极考察,曾在冰层下2164     

天山乌鲁木齐河源1号冰川东支顶部出现冰面湖

天山乌鲁木齐河源1号冰川(以下简称1号冰川)是天山冰川观测试验站进行长期观测试验的冰川之一,是国际冰川监测网中亚洲中部干旱半干旱区冰川的代表,一直为世界冰川监测服务处(WGMS)选定的全球十条代表性冰川之一.其基本观测资料被定期刊登在由国际水文协会雪冰委员会、联合国环境规划暑以及教科文组织(IAHS(ICSI)UNEPUNSCO)主办的数种资料报告上,被广泛推介于环境与全球变化研究,并曾为IPCC报告所引用.近年来天山冰川站加强了对雪冰转化物理化学过程的研究,在积累区开展全年度的观测取样工作.     

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。