北极阿拉斯加春季积雪中汞的时空分布及其来源分析

开展北极雪冰中汞分布特征及其来源的探究,不仅可以丰富冰冻圈汞生物地球化学循环的认识,而且对评估北极环境中汞的潜在暴露风险具有现实意义。在2017年4月至5月对美国阿拉斯加的积雪进行大范围样品采集,探讨了该区域积雪中汞的空间分布特征及其成因、汞的沉降后过程以及潜在来源分析。研究表明:积雪中汞的空间分布受大气汞亏损事件(AMDEs)及人为源的共同影响,毗邻北冰洋海岸(如巴罗)积雪中总汞(THg)浓度较高,接近人为源的山地表层雪中THg浓度较高。巴罗雪坑中THg浓度随深度增加呈下降趋势。积雪中主要阴阳离子与THg的相关性分析表明,阿拉斯加积雪中THg的空间分布可能主要受北冰洋海盐气溶胶以及人类活动的影响。     

古尔班通古特沙漠及周边区域冬季大气边界层高度对地表积雪的响应

古尔班通古特沙漠是中国唯一冬季存在长期积雪的沙漠,在此特殊地理环境下,沙漠及周边区域冬季雪深和边界层高度的时空变化特征和相互关系尚未明确。本文利用1980—2019年SMMR（Scanning Multichannel Microwave Radiometer）、SSM/I（Special Sensor Microwave/Imager）、SSMI/S（Special Sensor Microwave Imager/Sounder）被动微波遥感雪深数据、古尔班通古特沙漠腹地雪深观测数据和ERA5再分析资料（the Fifth Generation ECMWF Reanalysis）边界层高度数据,分析了沙漠及周边区域冬季雪深和边界层高度的时空变化特征与相互关系。结果表明：古尔班通古特沙漠及周边区域冬季雪深年均值为8.45 cm,整体呈现东北部和南部积雪较深,其他区域积雪较浅并呈现出由沙漠中心区域向四周逐渐减少的特点,雪深在古尔班通古特沙漠及其东北、南边的邻近区域呈升高趋势,剩余地区呈下降趋势。古尔班通古特沙漠及周边区域冬季边界层高度年均值为105.54 m,呈现东南部和西北部高,中心沙漠区域、东北部、西南部较低的特点,边界层高度在沙漠及周边区域升高而其他区域降低。古尔班通古特沙漠的冬季雪深和大气边界层高度时空变化整体呈负相关,其中93.17%以上的沙漠区域呈负相关,平均相关系数为-0.32,最大相关系数绝对值为-0.58,空间相关系数为-0.42（P<0.05）。     

积雪和有机质土对青藏高原冻土活动层的影响

随着全球气候变暖,青藏高原冻土活动层正在逐渐加深,为了理解积雪和表层有机质土壤对冻土活动层的影响机理,一维水热耦合模型CoupModel被用于模拟气象驱动下土壤冻融的动态过程.基于祁连山冰沟和青藏高原唐古拉站长期监测数据,CoupModel模型被成功的率定和验证.在冰沟站验证的模型被用于研究积雪对冻土活动层的影响,结果显示:目前较浅积雪情景(雪深＜20 cm)比完全忽略积雪的情景模拟的冬季土壤冻结深度深,说明青藏高原现状下较浅的积雪有利于冻土发育.原因是雪面较高的反照率造成地表吸收的太阳辐射减少,导致雪面温度较低,加之浅雪的阻热性能又较小,综合导致浅雪覆盖时表层土壤向大气释放的能量增加.但随着积雪深度逐渐增加,模拟的冬季土壤冻结深度反而越来越浅,说明较厚的积雪(＞20 cm的雪深)并不利于冻土的发育,主要是雪相对于空气低的热传导隔绝了表层土壤向大气的热损失.在唐古拉站验证的模型被用于研究有机质土对冻土活动层的影响,结果显示:随着有机质土壤深度增加,模拟的活动层夏季融化深度逐渐较小.有机质土壤较矿物质土壤低的热传导和高的热容性质减少了下伏土壤热状况对太阳辐射和气温波动的响应,说明有机质土有利于冻土的保护.     

阿拉斯加北极地区的工程设计和施工经验及教训

阿拉斯加北极地区位于布鲁克斯山以北, 白令海峡以东的北坡地区, 属北极海洋性气候区. 区内寒冷( -10 ～ -6 ℃)、连续多年冻土厚度多在200～300 m, 局部达700 m. 地表湖塘和冰楔多边形广泛分布. 阿拉斯加北极地区的工程建筑活动主要为海军部和商业石油勘探、开发和运输服务. 从20世纪40年代以来, 尽管有不少的曲折和教训, 但成功和可以借鉴的经验很多. 最成功的例子当数普如道湾油气田开发、阿里亚斯卡输油管道工程及其相应的环境保护措施. 工程师为了成功和经济地在北极地区修筑和运行工程设施, 必须从"冷"处着想, 并付诸计划和行动. 设计和施工的工程师必须保持实事求是、不断创新精神, 而不拘泥于中纬度地区的教育、培训, 或行业传统. 从工程勘察、设计到施工阶段, 工程师和从事环境研究的科学家必须密切合作. 工程师需要知道环境参数, 制约因素和可利用的机会; 环境科学家需要知道工程师的施工设计和问题, 理解工程限制条件、设备工作能力, 以及备选方案的经济学问题. 这些相互理解只能在密切合作中形成, 并能创造工程经济效益和奇迹.     

古尔班通古特沙漠南部沙垄水分动态--兼论积雪融化和冻土变化对沙丘水分分异作用

2004年3月至2005年7月对古尔班通古特沙漠南部典型半固定沙垄土壤水分进行了系统监测,结合气象资料,特别是对冬季积雪和冻土资料的分析,认为该沙漠沙丘土壤水分时空变化规律在很大程度上受积雪融化和季节性冻土的影响.由于冬季稳定存在20~30 cm的积雪于春季融化,使得春季沙丘土壤含水率成为全年最高的季节,从而为早春植物的萌发生长创造了有利的条件.冬季1 m多深的冻土于早春时节由表及里开始消融,沙丘表面融化的雪水在坡面重力作用下,沿难以透水的冻土层上界自坡上向坡下发生迁移,在春夏季形成了垄间最高、坡部次之和垄顶最少的土壤水分空间格局.该研究具有生态学意义,可为古尔班通古特沙漠特殊环境条件下植被恢复与重建提供依据.     

新疆阿克苏河流域昆马力克河积雪消融规律对气候变化的响应

作为气候变化产物及气候变化敏感指示器的积雪, 对干旱区的区域社会经济的发展、 生态环境的改善起着极其重要的作用. 为能够更好的指导环境变化下积雪水资源的合理开发利用, 基于2001-2010年MODIS积雪数据、 2005年MODIS土地利用/覆被变化(LUCC)数据及阿克苏气象站气象数据, 对昆马力克河流域积雪消融规律对气候变化的响应进行分析. 结果表明: 研究区气温自1997年后快速升高, 尤其以冬季和春节较明显; 年际、 年内及时段积雪消融规律对气候变化有较好的响应关系; 不同覆被下除农用地所在区域积雪覆盖率与气温变化服从线性变化外, 其他覆被下均服从抛物线型变化. 积雪覆盖率对气温变化的敏感程度有一定的差异, 以林地所在区域最敏感, 变化较快, 其次依次为灌丛、 草地和稳定雪/冰所在区域.     

三江源地区1980—2019年积雪时空动态特征及其对气候变化的响应

三江源地区气象站点稀疏,依靠地面台站数据难以反映地面真实积雪情况。利用卫星遥感数据引入重心模型分析了三江源地区1980—2019年4个积雪参数（积雪日数、积雪深度、积雪初日和积雪终日）的时空动态特征,利用Mann-Kendall检验和Sen斜率估计分析了积雪和气候因子的变化趋势,并探究积雪对气候变化的响应。结果表明：1980—2019年三江源地区呈现积雪日数和积雪深度减少、积雪初日推迟、积雪终日提前的变化趋势,而该区域同期的气温和降水量则呈现上升趋势;4个积雪参数重心均呈现出东移趋势,而同期气温重心则呈现西移趋势,气温重心位置西移速率分别是积雪日数和积雪深度重心位置东移速率的6倍和2倍。这表明该区域4个积雪参数以及气候因子的变化趋势具有较强的空间异质性,西部气温升高速率大于东部,导致西部积雪日数和积雪深度减少速率同样大于东部,从而导致气温重心西移而积雪参数重心东移。澜沧江源区积雪日数减少、积雪深度减少、积雪初日推迟以及积雪终日提前的速率最大,其次是长江源区和黄河源区。进一步的相关性分析表明,三江源地区年平均气温的升高是导致积雪日数和积雪深度减少、积雪初日推迟、积雪终日提前的主要影响因子,积雪日数对气温升高响应最敏感,其次是积雪深度、初日和终日;而年降水量与4个积雪参数的相关性均不显著。研究可为三江源地区水资源和生态环境保护提供基础资料和理论依据。     

1953 - 2016年华山积雪变化特征及其与气温和降水的关系

利用华山气象站1953 - 2016年气象观测资料和1989 - 2016年Landsat TM卫星遥感影像数据, 分析华山积雪变化的基本特征及其与气温、 降水和大气环流的关系。结果表明： 1953 - 2016年华山平均积雪日数78.5 d, 积雪主要出现在每年的10月 - 次年5月, 64 a来积雪初日推迟, 终日提前, 初终间日数减少, 年度、 冬半年、 冬季积雪日数分别以8.3 d?（10a）^-1、 7.6 d?（10a）^-1、 4.7 d?（10a）^-1的减少率显著减少。1981 - 2016年华山年度最大积雪深度减少趋势不显著, 年度累积积雪深度以88.2 cm?（10a）^-1的减少率显著减少, 一年中积雪日数、 最大积雪深度和累积积雪深度的减少（小）趋势均以3月最为显著。1989 - 2016年华山区域积雪面积、 浅雪和深雪面积减少趋势不明显。1953 - 2016年华山年度、 冬半年、 冬季平均气温升高, 降水量减少。积雪日数与平均气温存在显著的负相关, 与降水量存在显著的正相关, 气温是影响华山积雪日数的最主要因素。年度、 冬半年和冬季积雪日数突变年份与相应时段平均气温突变年份相近。1953 - 2016年华山冬半年、 冬季平均气温和降水量均与大气环流指数相关显著, 华山冬半年和冬季积雪日数与同期西藏高原指数、 印缅槽强度指数、 南极涛动指数和西太平洋副高西伸脊点指数为明显的负相关, 与850 hPa东太平洋信风指数、 亚洲区极涡面积指数为明显正相关。     

青藏高原积雪和季节冻融层的突变特征及其对中国降水的影响

利用青藏高原气象台站观测的积雪和冻土资料,建立了高原积雪和季节冻融层1965—2004年的变化序列,通过滑动T平均、M-K检验、动力学分割算法(BG算法)等方法检验出高原积雪没有发生明显的突变过程,而高原季节冻融层在1987年前后有一次明显的突变,冻结深度减少比较显著.当高原积雪偏少时,华南和西南降水偏多,而当高原冻结较厚时,全国的降水几乎都偏少.通过计算高原积雪和季节冻融层与全国夏季降水的单因子相关和复相关发现,积雪和季节性冻土对中国夏季降水都有一定的可预测性,但是如果共同考虑两个因子的影响,则能够提高夏季降水预测的准确率.考虑两个因子的共同影响,有3个明显的相关带,分别是北部沿大兴安岭经太行山北部到陕北最后到河西走廊,中部在长江中下游地区,南部则是沿武夷山经南岭到云贵高原中部.     

长江源区小冬克玛底冰川区积雪消融特征及对气候的响应

2005年使用花杆法在小冬克玛底冰川上进行了两轮积雪融化观测,结果显示:6月中、下旬,冰川区积雪消融基本与气温同步变化,但到7月上旬积雪消融发生了变化:其融化时间提前了2 h,在12:00融化量就达到一定高度;融化量大,日平均融化量较6月中下旬大0.71 mm水当量;最大积雪融化量出现时间滞后于气温最高时间约2 h,于18:00达到最大值.雪坑雪层剖面真实记录了积雪积累与融化过程中的雪层变化.积雪融化除受温度影响之外,还与风速等其它因素有密切关系.温度越高,融化量越大;风速与积雪融化量的关系相对复杂.积雪融化量只与1.5 m高度风速有关.在2h尺度上,近地面风速大,积雪融化量也大;在日尺度上,风速与积雪融化量的关系较好,但在两个观测时段表现出不同的相关关系.研究区积雪量很少,受昼夜气温变化与下垫面状况的影响,积雪融水几乎不产生径流,对河川径流的影响程度极小.     

基于环境小卫星数据的冰川区积雪面积变化及其与温度响应关系研究

气候变暖导致的冰川退缩问题已引起了广泛关注, 青藏高原作为世界第三极, 其冰川积雪变化也成为全球变化研究的重要内容. 选取了2011年5-9月期间青藏高原扎当冰川及周边区域的HJ-1A/1B多光谱数据共13景, 通过最大似然法分类分别提取冰川区积雪面积, 并与该区域同期日平均温度数据进行了相关分析. 结果表明: 2011年5-9月研究区积雪面积呈现先减少后增多的总体变化趋势(由5月的37%, 降到6、 7月的18%, 到8、 9月份又回升到21%); 积雪面积变化和气温呈现高度负相关.     

欧亚和我国东北冬春季积雪对东北夏季气温的影响

根据我国东北及邻近地区123个气象站的逐日气温和积雪深度资料,欧亚大陆积雪面积以及NCEP/NCAR全球再分析月平均500hPa高度场资料,通过相关、合成分析等方法,研究了东北夏季气温异常对欧亚和我国东北冬春季积雪的响应,并从大气环流的角度出发分析了欧亚和我国东北冬春季积雪对东北夏季气温异常形成的影响机制.结果表明:东北地区夏季气温与欧亚大陆春季积雪面积以及东北冬季累积雪深的异常存在明显的关系.欧亚春季积雪面积的扩大与维持有利于8月我国东北上空500hPa位势高度的偏低,环流上表现出西欧与我国东北地区槽加深,泰梅尔阻塞高压加强的特征.由于欧亚中高纬上空的环流经向度加大,槽后脊前的西北气流加强,诱导冷空气南下,从而造成东北全区8月气温一致偏低;东北冬季累积雪深减少则有利于6月东北全区、7月东北西南部上空的位势高度偏低(负距平),造成相关区域气温偏低.研究结果对于提高东北夏季气温的短期气候预测水平具有重要意义.     

北极大气中典型持久性有机污染物对海冰变化的响应

近年来,北极变暖速度几乎是全球平均速度的两倍,海冰加速消融被认为会使沉积的持久性有机污染物（POPs）重新释放进入大气。本文利用近30年的大气POPs浓度数据和北极海冰数据,比较了有机氯农药（OCPs）和多氯联苯（PCBs）在北极Alert、Zeppelin、Stórhöfði和Pallas这4个站点的变率,结合互相关分析,探讨POPs对海冰变化的响应。结果发现,在周围多为浮冰区的Zeppelin站点,OCPs（特别是HCB和α-HCH）在2009年后与海冰变化显著负相关,而在其他站点显著性较低或无显著相关性。PCBs在Stórhöfði和Pallas站点,超前海冰变化,可能与长距离输送和土壤的二次释放有关,而在Zeppelin站点出现了和DDTs类似的滞后海冰变化的现象。本研究表明,不同类型的POPs对海冰变化的时空响应不同,海冰消融不一定导致大气POPs浓度增大。

     

绿洲与荒漠背景夏季近地层大气特征的对比分析

利用观测试验资料, 对比分析了夏季典型晴天敦煌绿洲与周围荒漠戈壁背景近地面层大气特征的差异. 结果表明: 绿洲具有降温、保湿、风屏等效应, 地表温度和近地面层大气温度明显要比周围荒漠的低, 近地面层大气湿度要明显比周围荒漠的大, 近地面层大气风速和摩擦速度要比周围荒漠的小, 近地面层感热通量比周围荒漠小1/5, 近地面层潜热通量比周围荒漠大 10 倍左右. 同时, 绿洲与周围荒漠相比有比较可观的下沟运动, 这会对绿洲的能量和水分输送有贡献. 绿洲的 Bowen比大约是周围荒漠戈壁的1/20, 相差一个量级, 这说明绿洲和周围荒漠的气候特征相差十分明显.     

植被和气候对阿拉斯加和加拿大北部北极苔原地区多年冻土活动层厚度的影响

The active layer is the top layer of permafrost soils that thaws during the summer season due to increased ambient temperatures and solar radiation inputs. This layer is important because almost all biological activity takes place there luring the summer. The depth of active layer thaw is influenced by climatic conditions. Vegetation has also been found to have a strong impact on active layer thaw, because it can intercept incoming radiation, thereby insulating the soil from ambient conditions. In order to look at the role of vegetation and climate on active layer thaw, we measured thaw depth and the Normalized Difference Vegetation Index (NDVI; a proxy for aboveground plant biomass) along a latitudinal temperature gradient in arctic Alaska and Canada. At each site several measurements of thaw and NDVI were taken in areas with high amounts of vegetation and areas with little to no vegetation. Results show that the warmest regions, which had the greatest levels of NDVI, had relatively shallow thaw depths, and the coldest regions, which had the lowest levels of NDVI, also had relatively shallow thaw depths. The intermediate regions, which had moderate levels of NDVI and air temperature, had the greatest depth of thaw. These results indicate that temperature and vegetation interact to control the depth of the active layer across a range of arctic ecosystems. By developing a relationship to explain thaw depth through NDVI and temperature or latitude, the possibility exists to extrapolate thaw depth over large scales via remote sensing applications.     

青藏高原多年冻土活动层土壤水分对高寒草甸覆盖变化的响应

对青藏高原高寒草甸30%、60%和93%三种覆盖度下,多年冻土活动层的土壤水分随季节变化的观测研究,结果表明:多年冻土活动层土壤水分分布对植被覆盖变化响应强烈.年内不同时期,植被覆盖度为65%和30%的土壤表层20cm深度内水分含量及分布相似,每次降水后30%覆盖度土壤水分的变率略大于65%覆盖度的;而93%覆盖度土壤水分在年内解冻开始到冻结前均小于前两种覆盖类型;植被覆盖度越小,土壤冻结和融化响应时间越早,响应历时也越短;浅层土壤冻结和融化对植被覆盖度的响应程度较强,接近深层土壤冻结和融化对植被覆盖度的响应程度降低.覆盖度为30%和65%土壤水分在整个冻结过程的减少幅度比93%覆盖度土壤大10%～26%,而融化期水分增加幅度更大为1.5%～80%;土壤冻融的相变水量对植被覆盖度变化响应明显,植被覆盖度降低,土壤冻结和融化相变水量增大.由于受植被蒸腾与地表蒸散发和土壤温度梯度的影响,融化期土壤剖面的水分重新分配,总体上呈现水分向剖面上部和底部迁移,剖面中部60～80cm深度左右的土壤出现"干层".     

基于水热耦合的青藏高原分布式水文模型 ——Ⅱ.考虑冰川和冻土的尼洋河流域水循环过程模拟

尼洋河流域是雅鲁藏布江第四大支流,受冰川、积雪和冻土影响,水循环关系极其复杂。为深入研究该区域内的水文循环过程,本文在寒区水循环模型（WEP-COR）的基础上,针对青藏高原气候和地质特点,构建了耦合“积雪-土壤-砂砾石层”连续体和“积雪-冰川”水热过程模拟的青藏高原分布式水循环模型（WEP-QTP）。在尼洋河流域通过对2013—2016年的流量过程模拟发现,工布江达和泥曲站的逐月流量Nash-Sutcliffe效率系数分别达到0.810和0.752,比改进前的0.430和0.095有明显提升;以2015年为例,对比WEP-COR和WEP-QTP模型发现,WEP-QTP模型在汛期特别是主汛前（冻土融化期）模拟的流量过程不会出现较大的波动,模拟得到的逐日流量Nash-Sutcliffe效率系数相比WEP-COR从-0.67提高到0.54。模型增强了地下水含水层的调节作用,使得流量过程更加平稳且接近实测,研究结果表明,WEP-QTP模型适用于青藏高原的水文模拟。     

第三极地区气温和积雪的季节—年际气候预测研究

第三极地区气候多样、灾害频发,是影响全球和亚洲气候异常的关键区域,针对此地区开展季节—年际气候预测研究对于提高区域预报技巧以及减少灾害造成的影响具有重要的科学和指导意义.基于国家气候中心气候预测业务模式(BCC CSM1.1m)的历史回报和预测数据,对第三极地区2m气温和积雪的预测结果进行了确定性技巧评估,并分析了海洋因子对于预测技巧的调制作用.研究表明:该模式对于青藏高原及其周边地区气温和积雪的季节—年际气候预测具有一定的预测能力,对夏季气温的预测效果整体上好于冬季气温和积雪深度预测;预测技巧随着模式起报时间的提前而下降,但是存在技巧回升现象.研究也发现,海温异常因子对第三极地区的气候预测技巧具有不同程度的调制作用,厄尔尼诺等海洋信号能够通过直接和间接作用影响第三极地区的气候预测.     

环渤海大气PAHs浓度和健康风险对新冠疫情管控的响应

2019年冬季突发新冠病毒疫情,为控制疫情进一步传播,全国各地实行了管控措施,其间人为活动受到很大限制。多环芳烃(PAHs)是一类以人为活动排放为主的污染物,且环渤海区域大气PAHs污染严重。为评估环渤海区域大气PAHs浓度和健康风险对新冠疫情管控的响应,本研究于2018年12月～2020年8月在环渤海区域部署了9个站点采集大气被动样品,对比分析疫情不同时期PAHs的浓度与健康风险变化。结果显示, 2019年12月～2020年5月(疫情期间)15种PAHs(∑₁₅PAHs)的浓度(44.7±15.8 ng/m³)比2018年12月～2019年5月(疫情前1, 104.7±70.5 ng/m³)下降了57.3%,主要由低环PAHs浓度下降引起。2020年6月～8月(复工后)∑₁₅PAHs浓度与2019年6月～8月(疫情前2)相当,中环PAHs浓度升高。疫情期间渤海北部采样点∑₁₅PAHs浓度比南部采样点下降更多。疫情期间大气PAHs增加的终身患癌风险(ILCR)为5.69×10<...     

海相碳酸盐台地含钾层段旋回地层学响应和识别 ——以川中广安地区三叠系为例

识别海相碳酸盐岩台地深部的成盐聚钾层段,主要依靠测井解译和钻井取芯验证。连续沉积的碳酸盐岩台地具有旋 回性,记录着海相碳酸盐岩随古海平面旋回变化的信息。因此,利用测井数据模拟台地高频沉积旋回叠加样式,反演古海 平面旋回,寻找海退地层序列的低水位沉积体系,进而快速锁定成盐聚钾层段的方法值得探索。文中以四川盆地川中广安 地区三叠系为例,以等间距连续测量的自然伽马测井数据为对象,运用数值模拟技术,有效识别了三叠纪沉积时期的高频 沉积旋回,并根据高频沉积旋回的累积厚度偏差变化,反演了古海平面的变化趋势,判断广安地区嘉陵江组 5 段至雷口坡 组 1 段第 1 亚段沉积期,相对海平面长期处于较低水位,是最有利的成盐聚钾期,这与基于钻井岩芯划分的富钾层段极为吻 合,表明这种方法能够有效识别碳酸盐岩台地含钾层段。