极地冰芯气候及环境记录指标研究现状与展望

冰芯记录了自然和人类活动等各种因子的变化,是研究全球气候变化和环境变化的良好载体。极地冰芯可以将高分辨率古气候记录的时间尺度延长至过去几十万年,具有重要的科学意义。近年来,极地冰芯在气候及环境记录上取得了一系列新的研究进展,但尚缺乏系统的总结。本文对极地冰芯的研究进展进行了梳理,从冰芯物理特性、冰芯氢氧同位素、可溶及不可溶物质理化特征、冰芯气体等方面进行了概述,重点关注了最新分析方法在极地冰芯中的应用。最后对极地冰芯研究的未来发展方向进行了展望,以期为今后深入开展极地冰芯气候及环境记录研究提供参考。     

乌鲁木齐河源冬季积雪淋溶作用的实验结果

乌鲁木齐河源冬季积雪样品的对比淋溶实验结果表明 ,积雪最初融水中发生离子富集现象 ,尤其对于经过多次融冻循环的积雪样品 ,Cl-,NO-3 和SO2 -4 的最大浓缩系数可分别高达 2 .7,4.0和4.5 ,因此有理由认为积雪融化是产生淋溶现象的先决条件 ,但发生该现象的根本原因在于积雪内不同离子成分的存在位置有所差异 ,并且融 -冻循环过程可增强积雪的淋溶作用程度及其淋溶择优性 .     

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.     

唐古拉山冬克玛底冰川雪层中淋溶作用的初步研究

利用唐古拉山冬克玛底冰川雪坑和表层积雪样品的实测资料，初步探讨本区雪层中离子淋溶作用的特征，影响因素及其对冰芯记录的干扰。研究发现淋溶作用能够对数周至数月时间尺度的雪层记录产生“平滑”作用，但不会影响冰芯记录的长期变化趋势。     

沉积后过程对冰川渗浸带雪坑化学剖面的影响

通过乌鲁木齐河源1号冰川西支典型渗浸带内同一位置先后获取的一个3．0m和一个2．3m雪坑化学剖面的比较，发现沉积后过程不仅能够改变雪层的原始峰谷位置，且能导致不同种类化学记录间的位相差异，在利用高消融地区冰芯记录进行古气候和古环境恢复时，有必要排除沉积后 作用对雪层原始化学记录的干扰作用。     

珠穆朗玛峰东绒布80.36 m冰芯δ 18O记录的气候意义

珠穆朗玛峰东绒布80.36 m冰芯δ ¹⁸O记录与喜马拉雅山南、北坡气象资料和北半球气温变化之间的关系表明, 该冰芯δ ¹⁸O基本上不反映年际温度的变化, 但冰芯δ ¹⁸O与净积累量具有负相关关系, 这是该地区夏季降水(占全年降水量的80%以上)中δ ¹⁸O“降水量效应”的一种具体表现. 东绒布冰芯δ ¹⁸O的变化可作为印度季风活动强弱变化的替代指标. 在季风活动强盛阶段, 冰芯中δ ¹⁸O平均值较低; 在季风活动衰弱阶段, 冰芯中δ ¹⁸O平均值较高.     

天山乌鲁木齐河源1号冰川pH和电导率记录的现代环境过程

根据天山乌鲁木齐河源地区的一个完整年周期的大气降水样品、１号冰川连续雪坑样品及浅冰芯样品的ｐＨ和电导率资料,初步探讨冰芯ｐＨ和电导率记录的形成过程和影响因素。结果表明,降水沉积后的粒雪化过程和成冰作用过程中样品的ｐＨ和电导率有较大的变化。但两者之间仍基本保持正相关关系。这说明在消融率较大和融水渗浸作用较强的内陆地区。仍可以根据冰芯的ｐＨ和电导率记录合理地区地反演沉积时的大气环境状况。     

乌鲁木齐河源冬季积雪淋淀粉和的实验结果

乌鲁木齐河源冬季积雪样品的对比淋溶实验结果表明,积雪最初融水中发生离子富集现象,尤其对于经过多次融冻循环的积雪样品,Ｃｌ＾,ＮＯ＾－３和ＳＯ＾２－４的最大浓缩系数可分别高达２．７,４．０和４．５,因此有理 为积雪融化是产生淋溶现象的先决条件,但发生该现象的根本原因在于积雪内不同离子成分的存在位置有所差异,并且融－冻循环过程可增强积雪的淋溶作用程度及其淋溶择优性。     

南大洋净初级生产力的时空变化及影响因素分析

南大洋作为全球大洋中重要的碳汇区,分析其净初级生产力(NPP)的分布及变化趋势对气候变化研究具有重要的意义。利用2003—2016年的南大洋NPP数据分析其空间分布情况、季节变化特征及近期变化,并结合海表面温度(SST)和海冰覆盖率(SIC)数据分析两者对NPP的影响。结果表明:①南大洋不同海域年均NPP的范围为64.0—2.26×10^5 mg C·m^–2·a^–1,印度洋扇区、大西洋扇区和太平洋扇区的NPP分别为0.568Gt C·a^–1、0.431 Gt C·a^–1和0.262 Gt C·a^–1;②南大洋NPP在南极大陆近岸海域及威德尔海海域较低,在低纬度岛屿附近和南极大陆部分冰架前缘海域较高;③由于太阳辐射的季节变化,南大洋NPP具有明显的季节变化规律,1月份最高(293.27 Tg C),6月份达到最低值(0.004 Tg C);④2003—2016年大西洋扇区及太平洋扇区的NPP总量变化不具有统计学上的显著性,只在印度洋扇区具有显著的上升趋势;⑤不同扇区NPP的变化趋势主要与SST和SIC的变化有关。     

天山乌鲁木齐河源径流水文化学空间差异及其控制因素

天山乌鲁木齐河源暖季径流水文化学特征受大气降水、冰川作用、积雪消融、冻土活动层状况以及水岩相互作用等因素综合影响, 普遍存在的水岩相互作用和冰碛物岩矿离子组分的化学剥蚀作用导致径流中各项离子浓度远远高于大气降水中相应值的规律, 其中黄铁矿氧化反应、钾长石水解和方解石水解反应为控制流域径流偏碱性的主要化学作用. 冰川磨蚀对于岩矿溶解的增强作用和相对更强的积雪消融导致天山乌鲁木齐河源1号冰川径流的Ca2+、 Mg2+、 SO2 -4和K+离子浓度和离子脉冲峰值远高于空冰斗和总控水文点. 空冰斗融水径流受大气降水、季节性冻土活动层融水混入以及融雪水与土壤相互作用影响更大, 表现出更显著的Cl-、 Na+和NO-3离子峰值现象. 总控水文点则大体上反映上述二水文点的混合作用, 变化相对平缓, 离子浓度峰值介于二者之间.