青藏高原中部色林错湖近10年来湖面急剧上涨与冰川消融

量化了1976～2010年间,特别是2000～2010年间西藏色林错、错鄂及班戈错的湖面面积及湖面海拔高度变化,分析了不同补给方式对湖面变化的影响,为最近10年青藏高原中东部气候变暖所致冰川加速消融提供了新证据.结合差分GPS实测湖面海拔、数字高程模型(DEM)及不同时相(1976～2009年)湖面面积的遥感解译,研究提出:(1)近40年来色林错湖面海拔高度变化过程可分为两个阶段.1976～2000年,色林错湖面海拔缓慢上升4.3m,平均0.18m/a;2000～2010年,湖面急剧上涨8.2m,平均0.82m/a.与色林错近10年湖面海拔的快速增长对比,错鄂和班戈错的湖面上升趋势缓慢且平稳.(2)1976～2009年间,色林错湖面面积变化过程经历了平稳增长→加速增长→平稳增长的变化过程.湖面总体扩大656.64km2,增长幅度为39.4%,特别是1999～2009年间,湖面急剧扩大549.77km2,增长幅度为30.6%.根据气象数据相关性及湖水水位平衡分析,近期气温升高所致上游冰川的加速消融是色林错近10年湖面快速变化的主要因素--冰川融水直接导致色林错湖面上涨约8m,降水量的增加是影响湖面变化的次要因素;而主导班戈错湖面变化的因素是长期降水量的变化,气温的影响是次要因素.     

喜马拉雅山中段抗物热冰川的面积和冰储量变化

结合实测差分GPS数据、冰川雷达测厚数据与地形图以及遥感数据, 对比研究了喜马拉雅山中段希夏邦马地区抗物热冰川1974年与现在的空间范围, 估算了近30多年来该冰川的变化, 特别是冰川的体积变化. 研究表明自20世纪70年代以来该冰川处于大幅度的物质亏损状态, 冰川面积减少了34.2%, 体积减少了48.2%, 平均厚度减薄了7.5 m. 这一结果表明喜马拉雅山地区冰川体积的减小远比人们预想的要严重得多. 通过对位于希夏邦马地区两个气象站气象资料的分析, 发现该地区自20世纪中叶到21世纪初气温升高显著. 气候转暖所导致的大幅度冰川退缩, 将对水文与生态环境产生显著的影响.     

DEM分辨率对计算地形起伏引起的高程异常的影响

影响GPS高程转换精度主要有两个方面:地形改正的短波段分量和重力场改正的中长波段分量.文章以四川某山区为例,采用不同分辨率的数字高程模型(DEM)来计算各控制点的高程异常地形改正值,然后利用"移去-恢复"技术来拟合各控制点的高程异常值.结果表明,对于山区当DEM分辨率在10 m～100 m内取20 m～30 m时,可以显著提高GPS高程转换的精度,从而有利于具有精度高、速度快、布网灵活等诸多优势的GPS高程测量新技术的普及应用.     

近50年来天山乌鲁木齐河源1号冰川平衡线高度对气候变化的响应

冰川平衡线高度是反映气候变化最直接的参数之一. 基于1959~2008年天山乌鲁木齐河源1号冰川平衡线高度观测资料和河源区气候变化资料, 建立了过去50年冰川平衡线高度与夏季气温以及降水量变化之间的关系模型, 并揭示出暖季气温是该冰川平衡线高度变化的主导气候因素. 1号冰川平衡线高度在1959~2008年时期呈上升总趋势, 并在2008年达到最高值(海拔4168 m), 接近该冰川的顶部. 近50年来该冰川平衡线高度上升了约108 m. 对1号冰川平衡线高度的气候敏感性研究表明, 如果暖季(5~8月)气温升高(降低)1℃, 那么冰川平衡线高度将上升 (下降)约61.7 m; 如果年降水量增加(减少)10%, 那么冰川平衡线高度将下降(上升)约13.1 m. 如果河源区气候保持过去50年的平均升温趋势(斜率为0.019℃/a), 平衡线将以2.16 m/a的速率继续升高; 如以2000~2008年的速率升温(斜率为0.059℃/a), 平衡线高度将以6.5 m/a的速度上升直至达到稳定态. 冰川平衡线的升高, 使得积累区面积比率减小, 而消融区面积比率增加, 将对气候变暖背景下冰川的进一步消融产生重要影响.     

近期新疆东天山冰川退缩及其对水资源影响

新疆东疆盆地属于资源性缺水地区. 流域内大部分河流的补给依赖于东天山高山区丰富的降水与冰川融水. 1981 年中日联合考察和2009 年中国科学院天山冰川站对该区博格达峰3 条冰川考察表明, 夏季消融强烈, 并有加速退缩趋势. 基于1962/1972 年地形图及近期的ASTER和SPOT5 遥感影像资料, 研究了博格达山脉203 条冰川和哈尔里克山75 条冰川的进退情况. 结果表明: 在1962~2006 年间博格达峰地区冰川面积减小了21.6%(0.49% a^-1), 长度平均退缩181 m,冰储量减小了28%; 1972~2005 年间哈尔里克山冰川面积减小了10.5%(0.32% a^-1), 长度平均退缩166 m, 冰储量减小了14%. 南坡冰川退缩快于北坡, 其中博格达山脉南北坡冰川面积分别减小了25.3%和16.9%, 哈尔里克山脉分别减小了12.3%和6.6%. 小于0.5 km² 的冰川退缩最为强烈,而大于2 km² 的冰川将会成为未来径流的主要贡献者. 东疆盆地水系的冰川消融总体呈增强趋势, 水资源处在不断恶化之中. 该地区坎儿井数量及其水量的锐减, 以及有无冰川补给河流径流量的显著变化均与上游冰川退缩有关, 未来将会对下游的乌鲁木齐市和吐鲁番盆地的水资源产生影响.     

北极Pedersenbreen冰川变化(1936～1990～2009年)

Pedersenbreen冰川是位于北极新奥尔松小镇(Ny-lesund)附近的一条多温山谷冰川,该冰川从2004年开始被列为中国长期监测的两条冰川之一.利用2009年中国考察队员在Pedersenbreen冰川表面采集的GPS/GPR数据,结合挪威极地研究所出版的Svalbard地区A7(Kongsfiorden)片区地形图等高线重建了该冰川不同年份的冰川面积、体积等参数,分析了该冰川1936～1990～2009年的变化.分析发现,Pedersenbreen冰川从20世纪初小冰期结束以后,经历了一个明显的退缩,冰舌退缩了0.6km以上,体积减少了近13%,且在最近20年,出现加速消融的趋势.进一步分析发现,Pedersenbreen冰川的消融主要集中在冰川下游的冰舌位置,而在该冰川的上游,出现了积累,这一趋势与Svalbard地区同类型冰川表现一致,但随着全球变暖的加剧,近几年积累区面积已经大为减小.     

青藏高原东南部岗日嘎布地区冰川严重损耗与退缩

海洋性冰川由于所处位置降水量大、气温高, 因而对气候变化的响应更为显著. 针对藏东南海洋性冰川, 通过冰川表面物质平衡监测、GPS冰川末端位置测定、冰川雷达测厚以及地形图与卫星遥感图片相结合的方法, 对岗日嘎布地区冰川变化进行了研究. 研究发现, 从20世纪70年代以来, 本区冰川经历了严重的物质损耗与退缩. 南坡的阿扎冰川冰舌末端由于表面强烈消融而形成长约6 km的表碛覆盖区, 冰川末端呈现出加速退缩的态势. 北坡的四条冰川物质平衡观测数据显示, 2006年5~2007年5月冰川表面出现较大亏损, 冰川退缩速度为15~19 m. 此外, 与面积较大的冰川相比, 小冰川呈现出更为明显的退缩状态. 气温升高造成的本区冰川强烈物质损耗及占本区冰川数量众多的小冰川的“消失”将可能会对本区水资源、生态环境、局地气候及人类可持续发展等造成相当大的影响.     

海螺沟冰川冰蚀基岩面矿物变形与冰下过程

海螺沟冰川地处温暖湿润的海洋环境, 冰川运动速度较快, 冰川底部接近压融点, 存在丰富的冰川融水. 冰川底部有丰富的碎屑, 为冰川磨蚀提供了有效“研磨工具”. 偏光显微镜下观察冰蚀基岩面矿物变形破裂特点, 揭示长石、石英、角闪石和黑云母不同程度存在变形、破裂和化学蚀变. 受矿物晶格特性制约, 黑云母发生弯曲变形较普遍, 弯曲方向多与冰川流向一致, 少量角闪石也出现弯曲变形; 石英和长石多见高角度张性破裂和低角度压剪破裂, 个别矿物被完全压碎(糜棱岩化), 显示出其刚性特点. 冰川底部的磨蚀、拔蚀、冰下流水作用和冰下溶蚀作用在微观尺度上都得到证实. 矿物的变形、破碎是冰川底部侵蚀的基本机制, 海螺沟冰川单次磨蚀厚度在30~90 μm, 统计平均50 μm, 主要产生粉砂粒级碎屑. 基岩表面矿物变形破碎程度向下迅速降低. 推算本地的冰川侵蚀速率约2.2~11.4 mm/a, 与其他海洋性山岳冰川侵蚀速率较一致, 小于阿拉斯加大规模山麓冰川的侵蚀速率(10~30 mm/a), 大于大陆性冰川的侵蚀速率(0.1~1.0 mm/a). 冰川类型、冰川规模是影响侵蚀速率大小的主要因素.     

山地冰川表面分布式能量-物质平衡模型及其应用

基于“七一”冰川物质平衡、水文气象观测资料, 结合DEM数据, 初步建立了一套时间分辨率达1 h、空间分辨率为15 m的冰川表面分布式能量-物质平衡模型. 模型考虑地形对太阳辐射的遮蔽效应, 引入新的冰川反照率参数化方案, 并发现分布式能量-物质平衡模型对气温垂直递减率、降水梯度、降水固/液态划分指标等参数较敏感. 利用该模型对2007年6月30日20:00~10月10日12:00时段“七一”冰川粒雪线高度变化、物质平衡演变、融水径流状况及其对气候变化的响应等过程进行了模拟研究. 结果表明, 冰川物质平衡高度结构主要受反照率高度结构的影响, 反照率大小直接影响冰川物质平衡水平. 气候敏感性试验表明, 物质平衡对气温变化非常敏感, 它对气温变化的响应呈非线性特征; 而物质平衡对降水量变化敏感性相对较弱, 对降水量变化的响应是线性的. 增温引起的冰川物质亏损量不能靠降低相同气温来得到弥补, 物质平衡变化对气候变暖具有不可逆效应. 气温升高1℃, 即使降水量增加20%, “七一”冰川也会呈现较大的物质亏损状态.     

纳木错流域扎当冰川径流对气温和降水形态变化的响应

报道西藏纳木错湖南岸念青唐古拉山脉北坡扎当冰川2007/2008年的径流年际大变化并分析其成因. 与2007年夏半年相比, 2008年同期降水量增加了17.9%, 流域径流量却减少了33.3%, 由此得出冰川消融量减少了53.8%. 利用通常的度日模型分析发现, 大气正积温的变化只能解释约一半的冰川消融量年际差, 说明该冰川对气温变化异常敏感. 能量平衡分析显示, 冰川表面反照率的改变造成了冰川消融量的年际重大差异. 而反照率的改变主要是由降水形态的差异造成的. 统计得出, 2007年夏半年冰川末端以降雨为主, 降雨量占降水总量的71.5%; 相反, 2008年以降雪为主, 降雨量仅占30.7%. 说明在对某些冰川进行气候变化的敏感性分析或径流预测时, 降水形态是需要单独考虑的一个因素.     

基于"嫦娥一号"的月表形貌特征分析与自动提取

利用"嫦娥一号"CCD相机获得的遥感影像及其经三线阵数字摄影测量处理后的DEM数据(空间分辨率为500 m)进行了月表形貌特征分析.结果表明:月球的平均高程为-742 m,最大高程点和最小高程点均位于月球的背面,其中前者位于Engel'gardt撞击坑东缘,后者位于Minkowski撞击坑的次级撞击坑内;月球表面相对平...     

近50年来祁连山七一冰川平衡线高度变化研究

基于祁连山七一冰川平衡线高度观测资料, 建立了该冰川平衡线高度与暖季气温(9, 7和8月份的平均气温)和1~3月份降水量之间的统计关系模型, 并揭示出暖季气温是该冰川平衡线高度变化的主导气候因素. 对该冰川平衡线高度的气候敏感性研究表明, 如果暖季气温升高(降低)1℃, 那么该冰川平衡线高度将上升(下降)约172 m; 如果1~3月份降水量增加(减少)10%, 那么该冰川平衡线高度将下降(上升)约62 m. 七一冰川平衡线高度在1958~2008年时期呈上升总趋势, 并在2006年达到最高值(海拔5131 m), 接近该冰川的顶部. 近50年来该冰川平衡线高度上升了约230 m. 如果未来气候维持2001~2008年时期的平均气候状况, 那么七一冰川还将继续退缩约2.08 km, 才能达到其稳定状态.     

基于冰川动力学的古里雅冰帽稳定态建模分析

古里雅冰帽是已知亚州中部最大、最高和最冷的冰帽,研究其内部运动速度、温度空间分布对气候变化的响应具有重要的意义.基于二维热耦合冰川动力学流线模型,以冰川表面观测温度、冰川运动速度及冰川几何形态作为输入,利用冰帽主流线物质平衡作为驱动,对古里雅冰帽在稳定态下的运动速度与温度分布进行模拟研究.通过对参数的敏感性分析表明,稳定态下在6200 m处的表面运动速度模拟值与实测值吻合较好.古里雅冰川的运动速度空间差异显著,消融区和末端的运动速率较低,而在积累区的运动速度较大;从中流线的纵剖面来看,冰川表面运动速度高于底部,且在冰川积累区尤其明显.该冰帽温度分布模拟结果和实测数据基本一致,且古里雅冰川的温度沿着中流线的纵剖面具有分异特点,冰川由表面到底部冰温逐渐升高,特别是在海拔6200 m处,底部冰温为-1.65℃,而冰川表面的温度为-16.2℃.最后,对模型存在的不确定性进行了分析,并由数值模拟结果得出冰川末端相对较小的应变率变化是古里雅冰帽长期处于基本稳定状态的原因之一.     

天山乌鲁木齐河源1号冰川变化的数值模拟及其对气候变化的响应分析

冰川变化的数值模拟及其预测是冰冻圈科学的前沿方向.本文介绍了对山地冰川进行数值模拟的原理和方法,并以天山乌鲁木齐河源1号冰川(以下简称1号冰川)为研究对象,通过数值求解二维的冰川流动方程,对1号冰川的流场进行了模拟.同时通过线性分析构建了一个未来升温情景:2010～2070年1号冰川地区升温速率为0.17℃/10a,而降水量保持不变.在此气候情景下,从冰川变化的物理过程,预测了2010～2070年期间1号冰川的变化趋势,结果表明在2040年以前,冰川末端退缩比较缓慢,但消融区厚度减薄较快.2040年以后,冰川末端退缩加剧,最终于2070年左右退缩为冰斗.从冰川流动原理证明在全球变暖背景下,山地冰川退缩将会越来越剧烈.     

近期藏东南帕隆藏布流域冰川的变化特征

青藏高原海洋型冰川在气候变化和水资源利用等方面具有重要的理论与现实意义, 但对其近期变化的研究却相对薄弱. 通过对藏东南帕隆藏布流域内6条海洋型冰川的物质平衡和末端变化观测研究, 揭示出2005/2006~2007/2008物质平衡年内, 6条监测冰川的物质平衡均为负值, 冰川末端持续后退的事实. 从面积等级来看, 面积较小的冰川相对于面积较大的冰川显现出更大的相对物质损失. 结合横断山、喜马拉雅山地区海洋性冰川物质平衡变化趋势及藏东南冰川近期面积萎缩的事实, 如果现在气候变化趋势继续, 预测该区海洋型冰川在今后的一段时间内还将处于物质损失和末端后退状态.     

雅鲁藏布大峡谷气候因素引起地壳剥蚀冷却的证据

雅鲁藏布大峡谷处于东喜马拉雅构造结, 是全球气候和构造作用最为强烈的地区, 也 是地貌演化最为迅速的区域, 因此成为了研究气候构造两者相互作用的良好野外实验室. 在这一地区利用磷灰石裂变径迹的方法, 对多雄拉-背崩剖面上海拔高程分布在4210~710 m 之间11 个基岩样品进行测试. 该剖面是一个综合的气候、构造因素的多元梯度带, 具有降雨量、地形高程、变质程度、热史年龄等方面的梯度变化, 为进行气候-构造因素相互作用的研究提供了途径. 测试的结果显示, 样品的磷灰石裂变径迹年龄分布在(4.6±0.6)~(1.7±0.3) Ma 之间,裂变径迹长度分布在11.0~12.4 μm(标准偏差为2.0~2.7 μm). 在这一剖面上, 磷灰石裂变径迹年龄与高程大致呈正相关, 随着海拔高度的降低, 样品冷却速率呈增加的趋势, 这与同一剖面上用黑云母⁴⁰Ar/³⁹Ar 年代学方法获得的冷却速率随高程的变化趋势不同. 东喜马拉雅构造地区磷灰石裂变径迹年龄的分布, 与区域降水量的分布存在着明显的空间耦合, 指示剖面内岩体的剥蚀冷却速率与降水量之间具有密切的联系. 热史模拟结果一致显示了多雄拉-背崩剖面开始加速剥蚀冷却的转折时间为1.0~0.5 Ma, 与前人获得的大峡谷水汽通道开始发挥作用的时间相一致. 这些证据都显示了以降水为主的气候因素在雅鲁藏布大峡谷最新的快速地壳剥蚀冷却过程中占据了主导的地位.     

贺兰山第四纪冰川特征及其与气候和构造之间的耦合关系

贺兰山(3556m)是中国东部存在确切第四纪冰川遗迹的山地之一,是我国季风区与非季风区、温带草原与荒漠草原的分界线,对于研究中国东、西部冰川发育特点以及青藏高原边缘山地冰川发育与气候和构造之间的耦合关系具有十分重要的科学意义.野外地貌调查与室内光释光(OSL)、加速器质谱碳十四(AMS14C)对冰川、黄土以及湖相沉积物年代测定结果显示,在贺兰山主峰周围海拔2800m以上保存着古冰川侵蚀与堆积地貌,第四纪冰川发生的时限较晚,时代上限为末次冰期中冰阶,对应深海氧同位素MIS3中期(43.2±4.0ka)、末次冰盛期(LGM,~18ka)、晚冰期(12.0±1.1ka)和新冰期(3.4±0.3ka),冰川作用的阶段性明显.采用深海氧同位素曲线(MIS)代表共和运动(150ka)以来的冰川平衡线变化,并用末次冰盛期的平衡线(2980m)以及现代理论雪线高度值(4724m)作为平衡线的最大振幅,以3.5mm/a作为贺兰山体的抬升速率,探讨了末次冰期以来贺兰山山体高度与冰川作用之间的关系,并与黄土-古土壤等反应气候环境变化的指标对比,认为贺兰山地区第四纪冰川作用是山体的构造抬升与气候条件耦合的结果,即"共和运动"之后山体抬升到与末次冰期气候耦合的高度,开始发育冰川.     

东南极冰盖中山站至Dome A断面冰雷达探测初步结果: 冰厚和冰下地形

中国第24次南极科学考察(CHINARE 24, 2007-08)期间, 通过车载冰雷达对东南极冰盖中山站至Dome A断面的冰厚和冰下地形进行了探测, 测线总长1170 km, 其中在82%的测线上成功探测到冰岩界面, 实测数据的水平分辨率<5.6 m. 测量数据经过处理生成沿断面走向的冰厚分布和冰下地形起伏曲线. 结果显示, 断面上的平均冰厚为2037 m, 低于东南极冰盖平均厚度, 730 km处冰厚最大, 冰盖边缘位置冰厚最小(891 m), 内陆1020 km位置冰厚略大于冰厚最小值, 为1078 m; 冰下地形平均海拔728 m, 远高于东南极冰下地形高程平均值, 其中1034 km处海拔最高, 达到2650 m, 765 km处海拔最低. 内陆深处900~1170 km范围内冰下地形海拔较高, 与该段位于Gamburtsev冰下山脉区域有关. 除900 km位置冰下地形的剧烈升高在冰面造成明显的地形抬升外, 总体上, 冰下地形对冰面地形的影响不大. 在冰雷达探测到冰岩界面的部分, 小尺度的冰厚和冰下地形变化相对密集且剧烈, 表明沿断面的冰床粗糙度较大, 认为是冰流运动、冰下环境和冰下地质构造共同作用的结果. 冰雷达未能探测到冰岩界面的部分, 冰厚明显较大. 此外, 由于该段冰流运动较强, 增加了冰盖内部结构的复杂性, 导致冰雷达信号在冰体内传播的衰减严重.     

利用GPS分析电离层波动现象

利用中国境内连续运行的GPS跟踪站提供的高时空分辨率的双频观测数据, 初步分析了2003年11月3日太阳耀斑期间电离层的波动特性. 当天PRN23号GPS卫星的VTEC及其变化率曲线表明, 此次电离层波动基本沿着经线向南运动, 且主要包含了两种频率的运动. 另外, 结合局域面VTEC涨落的谱分析及穿刺点与电离层波动的相对运动分析表明, 中纬度地区, 这两种频率的波动主要体现为周期分别为1小时左右和20~30分钟的运动; 周期为1小时左右的大尺度电离层波动, 其振幅会达到1~2 TECU左右, 速度会达到120~150 m/s, 且波动速度会随着纬度的降低而变快; 周期为20~30分钟的小尺度电离层波动, 其振幅约为0.4~0.7 TECU, 速度在30~40 m/s左右.     

大别山天堂寨地区晚白垩世以来剥露历史的(U-Th)/He和裂变径迹分析证据

对采自大别山主峰天堂寨地区高差约1.4 km的垂直剖面内不同高程上的6个样品进行了锆石/磷灰石的(U-Th)/He和裂变径迹分析, 分析结果表明天堂寨地区在晚白垩世~早第三纪期间仍处在冷却剥露过程之中. 垂直剖面上各样品的各个测年体系的年龄-高程关系表明, 在距今110 Ma时存在一个快速的冷却剥露时期; 从距今90 Ma开始, 各样品的年龄随着高程的降低而减少, 可以进一步识别出两个具有不同平均视剥露剥蚀速率的时期. 43.4~22.5 Ma间的平均视剥露剥蚀速率为0.062 km/Ma, 76.4~47.4 Ma间的平均视剥露剥蚀速率为0.039 km/Ma.