中国第四纪冰川地质遗迹调查方法综述

第四纪冰川和冰川地质遗迹的研究,是研究第四纪全球气候变化的重要课题之一。中国第四纪冰川地质遗迹分布很广,类型多。最北的大兴安岭、南部的广西大明山、东部的长白山和台湾玉山、最西的喀喇昆仑山第四纪冰川地质遗迹均有分布,是世界上低纬度地区山岳冰川发育最广泛的国家。本文在前人研究的基础上,系统阐述我国第四纪冰川地质遗迹分布概况,结合开展的全国重要地质遗迹调查,以地质遗迹调查规范为基础,系统开展第四纪冰川地质遗迹调查方法研究。根据冰川在运动过程中对地面的侵蚀、冰碛物的搬运和堆积等不同的地质作用阶段,总结我国第四纪冰川地质遗迹调查方法体系,为开展同类地质遗迹调查提供方法指导依据。     

基于冰川钻孔温度的古气候重建研究进展北大核心CSCD

冰川内部温度与过去冰面温度变化密切相关,因此可以利用冰川钻孔温度对过去冰面温度变化过程进行重建。耦合的热传导-冰流物理模型与相关反演算法,是基于冰川钻孔温度进行古气候重建研究的理论基础和关键。论文收集了过去三十多年基于冰川钻孔温度进行古气候重建的研究文献,从冰川钻孔温度对气候变化的响应和古气候重建等方面进行了概述,并简要讨论了不同反演算法的优劣性和适用条件。尽管很多因素(如太阳辐射、融水等)都会对冰川钻孔温度造成影响,但两极或高纬地区的冷冰川钻孔温度能较好地反映气候变化历史。目前已通过这些不同地区的冰川钻孔温度,重建了末次冰期冰盛期以来不同时间尺度的气候变化历史,同时可与对应的冰芯记录相互印证。此外,通过冰川钻孔温度可以研究冰川与气温的耦合作用,并进一步预测冰川对未来气候变化的响应。利用中纬度冷冰川钻孔温度开展古气候重建的研究较少,未来加深这一方面的研究将有助于揭示中纬度高海拔地区的气候变化状况。     

温度对土壤介电常数的影响规律研究北大核心CSCD

介电常数是频域反射法测定土样含水率的关键参数之一。为获取温度对土壤介电常数的影响规律,利用矢量网络分析仪测得不同含水率、含盐量的试样在不同试验温度下的介电常数。通过分析土样介电常数随不同因素的变化规律,最后建立了介电常数与温度的关系。结果表明:温度对土样介电常数的影响主要表现在冰水剧烈相变阶段。当温度低于某一温度或者高于冻结温度后,介电常数受温度的影响较小。负温条件下,土样介电常数随含盐量增大而增大。引入阶梯函数建立的三阶段模型,可有效描述土样介电常数随温度的变化规律。     

考虑多晶冰软化特性的弹塑性损伤本构模型开发及应用

随着全球气候逐渐变暖,冰川、大型冰盖或较厚的冰层发生大规模滑动、崩塌灾害的可能性和危险性不断增加,研究多晶冰的变形特性并建立其本构模型对极地灾害预报具有重要的意义。基于已有的人造多晶冰常规三轴压缩试验数据,发现人造多晶冰具有明显的应变软化特征,构建以等效塑性应变为变量的损伤变量,以摩尔-库仑准则为初始屈服函数,采用相适应流动法则,建立了能够反映多晶冰应变软化特征的弹塑性损伤本构模型。利用不同围压、不同温度条件下的常规三轴压缩试验数据对提出的本构模型进行了验证,并对部分模型参数进行了参数敏感性分析。将建立的弹塑性损伤本构模型写入FLAC^3D软件中,利用单个单元的三轴压缩数值模拟对写入的本构模型进行了验证;然后使用写入的弹塑性损伤本构模型对圆柱状试样开展三轴压缩数值模拟,对数值模拟结果进行了详细的分析。研究结果以期为冰川稳定性分析以及冰川多场耦合研究提供理论及数值基础。     

1996—2021年格陵兰冰盖表面融化时空变化分析

格陵兰冰盖的表面融化通过物质平衡影响全球海平面上升,同时也是气候变化的灵敏指示器。本文基于增强分辨率的被动微波日亮温数据,使用自动气象站的气温记录,评估了进行冰盖表面融化探测的改进的亮温日较差(Advanced Diurnal Amplitude Variations,ADAV)方法和另外4种常用方法(M+30 K、ALA、MEMLS1和MEMLS2)的探测效果,通过总体精度和Kappa系数证实了ADAV方法探测冰盖表面融化的可行性与可靠性。在此基础上,基于ADAV方法进一步分析格陵兰冰盖表面融化的时空变化特征,发现1996—2021年格陵兰冰盖所有区域都发生过表面融化,融化最剧烈的区域分布于冰盖边缘,南部较北部融化范围更大、融化天数更多。极端融化事件导致冰盖融化范围波动较大,而融化指数呈现增长趋势,增长速率为5.24×10⁵ d·km²·a^-1。且表面融化具有向内陆高海拔地区扩张的趋势,融化天数为11～30 d、31～50 d、51～70 d的区域,26年间的平均高程都发生了显著的增长,增长速率分别为13.06 m·a...     

基于延时摄影监测冰川表面运动过程的研究北大核心CSCD

延时摄影因可靠、高效和低成本的优势,在冰川监测中应用广泛,特别是对于获取冰川表面连续变化信息而言。本文基于2020年3月—2021年9月物候相机拍摄的梅里雪山明永冰川末端照片及多期无人机影像,利用地面摄影测量技术和互相关算法,提取了日尺度冰川表面运动速度。结果表明:通过物候图像获取的冰川表面运动速度分辨率高,从海拔2 880~3 150 m a. s. l.,冰川总位移介于(129.38±7.76)~(669.95±247.88) m,年均表面运动速度达(79.14±4.74)~(412.86±152.75) m·a-1,呈从中间向两侧减缓的空间分布特征。冰川表面运动速度随季节变化,夏季流速[(0.13±0.06)~(1.99±0.37) m·d-1]快于冬季流速[(0.07±0.06)~(1.35±0.37) m·d-1]。与冬季流速相比,夏季流速受降水和气温升高的影响不稳定。根据流速分离结果,明永冰川末端底部全年处于融化或压融状态,底部滑动对冰川表面运动速度的贡献介于76%~93%。冬季底部滑动占表面流速高达82%,夏季底部滑动对冰川运动起绝对主导作用。本文采用的技术为进一步研究季风海洋型冰川的运动机制提供了参考方案。     

石冰川形成机制、运动特征及水文效应研究进展

石冰川是含冰的舌状或叶状多年冻结地质体,广泛分布于全球范围内的高海拔和高纬度冰缘区,是多年冻土边界的重要代用指标。活动型石冰川沿山谷/坡向下缓慢蠕动,其活动性在全球变暖背景下逐渐增强,成为一种日益重要的寒区地质灾害。此外,石冰川内部含有大量冰体,是干旱与半干旱地区一种重要的淡水资源。基于国内外研究进展,将石冰川分为倒石堆型、岩屑覆盖型、冰碛型、昆仑山型,并分别讨论了不同类型石冰川的形成机制。石冰川的运动主要由多年冻土蠕变、冻胀融沉、整体前进,以及岩屑与冰的补给等过程组成,其时空变化主要受到气候条件、地形环境、内部结构,以及外力作用等多种因素的共同影响。石冰川对全球变暖的响应主要表现为地温增加引起的局部区域运动加速或失稳以及多年冻土融化导致的石冰川失活。在冰川退缩及季节性积雪持续时间缩短背景下,冰碛型石冰川表面的岩屑覆盖层作为保温隔热层,可以保护下伏冰体减缓融化,延缓和降低石冰川对气候变化的响应,成为干旱与半干旱地区一种日益重要的水资源。我国目前已有超过13 511条石冰川纳入编目,总面积超过945.51 km²,但仍然十分缺乏系统性的石冰川编目及长期的现场监测和模...     

基于OGGM模型的萨吾尔山冰川面积和储量预估

基于全球开放冰川模型(OGGM),结合第六次气候模式比较计划(CMIP6),在5种气候模式(BCC-CSM2-MR、CESM2、CESM2-WACCM、FGOALS-f3-L、NorESM2-MM)模拟的3种气候情景(SSP1-2.6、SSP2-4.5、SSP5-8.5)下,系统分析了萨吾尔山冰川2020—2100年间面积和储量的变化。结果显示,3种气候情景下,萨吾尔山冰川面积和储量都呈现退缩趋势,其中SSP5-8.5气候情景下的冰川面积和储量损失最大,对应面积和储量变化为-0.154 km2·a^-1和-5.11×106 m³·a^-1,其次是SSP2-4.5,对应面积和储量变化为-0.150 km²·a^-1和-5.05×10⁶ m³·a^-1,SSP1-2.6气候情景下面积和储量损失最小,面积和储量变化为-0.139 km²·a^-1和-4.93×10⁶     

高分三号山地冰川表面运动提取与分析

冰川表面运动提取在冰川动力学与物质平衡变化研究中具有重要意义。针对当前我国自主遥感卫星数据在冰川运动监测应用中存在的不足,选用GF-3卫星FSI模式下获取的2019—2020年间覆盖亚洲高山区典型冰川的SAR数据,借助并行化偏移量跟踪算法获取了研究区冰川表面流速分布。研究结果表明：优化后的偏移量跟踪算法极大地提高了运行效率;全局形变拟合估计、地形偏差校正及滤波降噪后,冰川运动分布形态更加直观,精度可达0.5 m;通过与准同期Landsat-8影像提取的冰川流速对比以及对非冰川区位移残差的统计分析,验证了GF-3影像在监测不同区域冰川流速结果方面的可靠性及适用性;GF-3影像凭借其良好的空间分辨率,在规模较小、运动缓慢的冰川运动提取方面具有显著的优势,能够更好地体现冰川运动细节信息及其差异性。该研究有助于分析气候变化背景下青藏高原地区冰川的运动规律及其时空演变特征。     

21世纪格陵兰冰川融化速率对海平面变化的影响

本文利用大洋环流模式POP研究RCP4.5情景下21世纪格陵兰冰川不同的融化速率对全球及区域海平面变化的影响。结果显示:当格陵兰冰川的融化速率以每年1%增加时,全球大部分海域的动力和比容海平面变化基本不变,主要是由于格陵兰冰川在低速融化时并不会导致大西洋经向翻转流减弱。当格陵兰冰川的融化速率以每年3%和每年7%增加时,动力海平面在北大西洋副极地、大西洋热带、南大西洋副热带和北冰洋海域呈现出显著的上升趋势,这是因为格陵兰冰川快速融化导致大量的淡水输入附近海域,造成该上层海洋层化加强和深对流减弱,导致大西洋经向翻转流显著减弱;与此同时,热比容海平面在北冰洋、格陵兰岛南部海域和大西洋副热带海域显著下降,而在热带大西洋和湾流海域明显上升;此时盐比容海平面的变化与热比容海平面是反相的,这是由于大量的低温低盐水的输入,造成北大西洋副极地海域变冷变淡、大西洋经向翻转流和热盐环流显著减弱,引起了太平洋向北冰洋的热通量和淡水通量减少,导致了北冰洋海水变冷变淡,同时热带大西洋滞留了更多的高温高盐水,随着湾流被带到北大西洋,北大西洋副极地海域低温低盐的海水,被风生环流输运到副热带海域。