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。     

－1℃下多晶冰在振动荷载下的蠕变

应用人造多晶冰开展了正弦振动荷载和恒荷载压缩蠕变实验。振动应力的最大值为０．５０ＭＰａ，最小值为０．３４ＭＰａ，对时间的平均值为０．４２ＭＰａ，实验频率在１０￣（－２）—５Ｈｚ范围内变动。恒荷载实验的初始应力为０．４２ＭＰａ，实验温度一律为－１℃。当应变很小时（低于～０．１４％）样品在一个振动周期内发生的可恢复应变随应变的增加而增加。一个振动周期内可恢复应变的量级为１０￣（－４）。振动荷载下样品最小平均应变率为恒荷载实验结果的１．４倍。为获得最小平均应变率所需的应变与恒荷载实验所得结果相同。     

-1℃下多晶冰在振动荷载下的蠕变

应用人造多晶冰开展了正弦振动荷载和恒荷载压缩蠕变实验。振动应力的最大值为０．５０ＭＰａ,最小值为０．３４ＭＰａ,对时间的平均值为０．４２ＭＰａ,实验频率在１０＾－２－５Ｈｚ范围内变动。恒荷载实验的初始应力为０．４２ＭＰａ,实验温度一律为－１℃。当应变很小时（低于～０．１４％）样品在一个振动周期内发生的可恢复应变随应变的增加而增加。一个振动周期内可恢复应变的量级为１０＾－４。振动荷载下样品最小平均应     

板岩流动变形破坏的各向异性

大试伯单轴蠕变实验表明，板岩流动变形破坏受结构面控制。即使在同一方向应力作用下，也表现了平行走向、反倾向、顺倾向方向的差异。本这是板岩流为形破坏各向异性的另一种表现形式。     

雪冰中铁的研究进展

铁是地壳中丰度较高的元素之一,然而在全球海洋中却存在大面积缺铁的\"高营养盐,低叶绿素\"（HNLC）海域,因此海洋中铁是一种相对缺乏的元素。铁可以通过影响浮游植物对碳的固定,降低大气CO2的浓度,进而影响到全球气候变化。因此在近几十年来,铁循环是目前地球科学领域的研究热点。冰冻圈作为全球铁循环的重要组成部分之一,其中冰川、冰盖、积雪、冰山与海冰等是其主体,其不仅可以记录大气沉降铁,同时又能向海洋中输送铁,是全球铁循环的重要环节。本文对极地和青藏高原雪冰中铁的历史变化规律及气候意义进行了综述,总结了雪冰中大气沉降铁的现状及存在的问题,归纳了雪冰中铁的实验室分析方法。针对该领域目前研究上的空白和热点,对雪冰中铁的未来发展发向和需要重点关注的部分进行了展望。     

西藏地区冰崩灾害研究进展

随着全球气候的变暖,青藏高原地区冰川消融、退缩加剧,稳定性降低,增加了冰崩灾害的发生频率。西藏地区作为青藏高原的主体部分,其冰川的稳定影响着我国及周边国家的水源及生命财产安全。文章通过梳理国内外冰崩的研究现状,整理了西藏地区冰崩灾害的定义;从地形因素、构造运动和气候作用角度分析了冰崩形成机制;归纳分析了冰崩—冰湖溃决—泥石流链式灾害、冰崩—堵溃—泥石流链式灾害、冰崩—直接型泥石流（山洪）灾害3种类型冰崩灾害链的特征;阐述了目前冰崩灾害监测预警的手段及特点,认为多种监测方式联合是冰崩灾害监测的发展趋势,展望了冰崩灾害的研究体系,以期能为后续的研究工作提供思路。     

多晶冰蠕变机制的研究进展

与绝大多数材料遵循基于位错攀移的指数蠕变机制不同,多晶冰遵循基于位错滑移的指数蠕变机制,这种机制引起了冰川学家极大的兴趣.以前人的研究为基础,综述了冰中质子无序及质子点缺陷的形成过程,质子点缺陷对位错滑移影响的微观机理,以及多晶冰蠕变的微观机制.研究表明:冰晶体中的氢原子(质子)无序使得位错在滑移过程中形成质子点缺陷(D、L、H₃O⁺和OH^-缺陷),从而降低了位错的滑移速率.质子点缺陷的形成需要氢原子(质子)跃迁,其激活能大于水分子自扩散所需的激活能.同时,多晶冰的蠕变激活能与质子跃迁的激活能相当,而大于水分子自扩散所需的激活能,因此多晶冰的蠕变控制机制是位错滑移,而不是位错攀移.     

基于SAR的触底湖冰遥感研究进展

湖冰的变化是区域乃至全球气候变化的敏感指示器。已有研究大多关注于湖冰的物候,或表层冻结的类型,而对其纵向的类型（浮冰和触底冰）关注相对较少。相对于浮冰,触底冰能够在整个封冻期对湖底基质提供0℃以下的保护环境,延滞湖底冻土融区的发育及碳排放等,因此,准确识别和分类浮冰和触底冰对于冰冻圈多个领域的研究均有重要意义。星载合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar, SAR）为大范围识别和周期性监测湖冰类型及其变化提供了先进的手段。近年来,随着遥感技术特别是合成孔径雷达技术的进一步发展,遥感数据的种类日益多样化,时空分辨率显著提高,给湖冰研究带来了新的机遇和挑战。目前,对湖冰的遥感研究大多集中在湖冰的物候或厚度上,而对湖冰的纵向发育（能否触底）关注较少。到目前为止,还没有关于利用合成孔径雷达遥感识别触底湖冰的文献综述。因此,有必要全面系统地回顾该领域的研究进展,总结取得的成就,找出存在的问题和挑战,进一步推动SAR数据在快速湖冰监测中的应用,为相关的气候变化和湖泊生态研究提供支持。本文对SAR遥感识别触底冰和浮冰的相关研究进行了全面综述,阐明其识别的基本原理和常用的方法,并梳理了湖冰类型识别对相关研究的支撑作用和指示意义。研究表明：（1）浮冰的后向散射增强主要由冰水界面的高粗糙度和气泡导致,但在不同的波长下,两者分别能够产生的后向散射增量仍有待进一步研究;（2）识别方法从阈值法逐步发展到面向对象分割、时间序列聚类,以及机器学习等,然而,识别精度仍受冰面融水、积雪覆盖、湖泊边界精度等因素影响;（3）触底湖冰的产生能够体现封冻期湖冰的纵向发育过程,因此可以反映冰厚对气候变化的响应,以及触底湖冰对不同深度湖泊底部冻土层的影响,这对气候、生态,以及淡水资源研究等具有指示意义。     

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.     

花岗质超糜棱岩的微观构造与变形机制

花岗质岩石的变形方式和过程决定大陆地壳的流变学特性。本文聚焦藏南拆离系超糜棱岩化的花岗质岩石,借助传统显微构造分析方法和扫描电镜、阴极发光、矿相自动分析系统和电子背散射衍射等新技术手段,开展微观组分、结构、组构定量化观测和分析。超糜棱岩主要造岩矿物为钾长石、斜长石、石英、黑云母等,显微构造呈现为单矿物相域与多相矿物混合域交织结构。相平衡模拟与斜长石钙含量等值线变形温度估算结果为390～410℃。单相域的矿物集合体条带主要分为钾长石条带与石英条带,其中钾长石条带内变形颗粒呈现典型的核 幔构造。组构分析表明钾长石颗粒具有强烈的晶格优选定向,残斑与动态重结晶的钾长石颗粒具有相似的晶格优选方位(CPOs)特征。施密特因子法分析揭示钾长石残斑变形过程中主要活动的滑移系为(100)[010]、(010)[001]和(001)[100],基质钾长石颗粒形成机制主要为位错蠕变驱动的亚颗粒旋转重结晶。在混合相域,矿物颗粒发生强烈细粒化而只含有少量残斑,基质颗粒主要为斜长石,斜长石颗粒间广泛分布微米级黑云母颗粒。斜长石无组构或弱组构,主导变形机制为颗粒边界滑动。在单相域条带与混合相域基质内,石英颗粒均发生强烈细粒化,颗粒表面发育溶蚀结构以及细小的新晶晶核,石英＜c＞轴晶格优选定向及形态学长轴优选定向皆平行于线理X方向,变形机制为溶解 沉淀蠕变。这显示在由单相域向混合相域的演化过程中,流体作用至关重要,流体与单相域钾长石进行交代使其分解为细粒的斜长石与石英,并导致花岗质岩石变形机制由位错蠕变向非位错蠕变转换,并诱发岩石的流变弱化。     

洞庭湖砂纹淤泥质土一维固结蠕变模型研究

利用一维固结蠕变试验研究洞庭湖砂纹淤泥质土的蠕变特征,建立了适用于描述洞庭湖砂纹淤泥质土应力-应变-时间关系的经验蠕变模型。研究结果表明,轴向应变 与时间t在双对数坐标系中呈良好的线性递增关系。随着固结应力的增加, - 关系曲线的斜率显著减小,且相邻两级荷载作用下 - 关系曲线的间距逐渐变短。在高应力水平下, - 关系曲线趋于水平,同时曲线斜率减小的速率明显降低。双曲线函数比指数函数更为适合描述洞庭湖砂纹淤泥质土的应变-应力关系,将Singh-Mitchell模型中的应变-应力关系修正为双曲线型比较符合工程实际。发现 - 关系曲线的斜率与固结应力呈双曲线函数关系。在此基础上,建立了反映应力水平影响、适用于描述洞庭湖砂纹淤泥质土蠕变特性的5参数修正Singh-Mitchell模型。     

滇西南景谷—镇沅地区第三纪重力流沉积及其地质意义

本文通过详细的沉积学研究,讨论了滇西南景谷—镇沅地区第三纪重力流的沉积特征,包括碎屑流、颗粒流和浊流三种沉积类型。它们的发育直接受印度板块与欧亚板块碰撞及其后陆内变形的控制,是区域构造事件的响应。     

山地冰川流动模型探讨

近30 a来冰川动力学模型有了快速发展, 在南极、 格林兰冰盖预测中取得一系列重要成果, 对山地冰川的研究也初见端倪. 从冰川流动的力学过程出发, 利用本构方程、 理想冰川假设、 浅冰层近似(Shallow ice approximation)假设完整地推导了理想冰川流动的物理过程, 揭示了冰川流动的机理, 建立了气候变化和冰川自身重力引起的理想冰川物质和能量再分配的温度耦合三维流动模型. 结合山地冰川的冰床形态, 将理想冰川与实际冰川相结合, 使理想冰川流动模型更好地近似山地冰川的流动.     

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。