南极冰盖表面物质平衡实测技术综述

研究南极冰盖的物质平衡状况是研究冰盖与全球海平面变化关系的基础性工作,也对重建冰芯古气候记录有重要意义。积累率是冰盖物质平衡计算中最重要的收入项。大空间尺度上的表面物质平衡信息只能通过遥感技术来获取。但因存在多源误差,仅靠遥感手段,冰盖物质平衡的信息难以准确获取,这是南极冰川学面临的最大挑战之一。因此实测数据不可或缺。表面物质平衡的实地测量有多种方法,如花杆、超声高度计(雪深仪)、雪层物理／化学层位法(比如雪坑、冰芯／雪芯积累率恢复,探冰雷达连续测量冰内等时层结构等)。本文对南极冰盖表面物质平衡的实地测量技术做一概述,对每种方法的特点进行了比较和讨论。     

南极冰盖表面微地貌研究进展与展望

南极冰盖表面微地貌是大气与冰盖相互作用的直接产物,微地貌的形态特征、结构性质及其发展变化对南极冰盖表面的物质平衡、能量平衡以及冰盖记录大气信息的过程具有重要的影响,冰盖表面微地貌的结构性质以及空间分布的确定是计算南极冰盖物质平衡与能量平衡的重要依据,同时在南极冰芯钻探选址以及冰芯解译古气候信息时具有重要的参考价值。根据微地貌的形成方式将南极冰盖表面微地貌分为沉积型、侵蚀型、沉积间断型三类,介绍了南极冰盖表面常见的微地貌形态雪丘、雪纹、雪垄、雪窝以及光洁区的形态特征与结构性质,并对冰盖表面微地貌的分布规律特征进行了总结,文中重点对不同微地貌区域内的物质平衡与能量平衡特征进行了介绍,最后探讨了冰盖表面光洁区对南极冰芯选址的影响,并对未来南极微地貌研究进行了展望。     

南极冰川学与全球变化研究新进展

南极冰川学与全球变化是最近举行的“南极与全球变化：相互作用和影响”国际学术研讨会的主题。南极冰盖净物质平衡的观测和估算，冰盖物质平衡与气候变化的预测模型；南极冰雪大气、气候和环境化学；南极深冰芯分析，及其与其它古环境记录的对比研究，是目前南极冰川学研究的几个热点、关键问题。     

南极内陆冰盖表面地貌特征监测系统设计及应用分析

南极内陆冰盖表面的特征与冰盖表面年际降雪量、冰盖表面风速有关,冰盖表面地貌特征主要包括雪面粗糙度、雪层软硬度,这些特征对内陆车队行进过程中的设备运输具有重要的参考价值。文中提出了车载自动化监测冰盖雪面特征的方法,并进行了监测系统的设计与数据分析;该系统包括以雪地车颠簸幅度代表的雪面凹凸程度(即雪面粗糙度),以GPS模块监测车辆行进距离,以激光测距监测雪地车车辙深度来表征雪面软硬度。通过数据采集系统的实时监测软件平台,实现了冰盖表面地貌特征的监测;该系统分别于2012年11月和2014年11月在中国第29次南极和31次南极考察中进行了监测应用,通过对以上监测数据的分析,初步给出了中山站至昆仑站沿途的冰盖表面粗糙度及雪面软硬度结果。     

南极洲伊丽莎白公主地区两雪坑内环境气候时间序列记录初步研究

对１９９６／１９９７年中国首次南极内陆冰盖考察获得的南极洲伊丽莎白公主地区两个雪坑样品的阴离子、阳离子和δ１８Ｏ进行对比分析,结果表明ＮＯ－３的浓度变化和δ１８Ｏ的变化同相,Ｃｌ－的浓度变化和δ１８Ｏ的变化异相,两者的变化和δ１８Ｏ的变化一样,都形成明显的季节变化层,这为研究者在本地区冰盖内划分年层、建立时间序列提供了重要的依据,但与之相反的是,各种阳离子的时间序列却不明显。另外,两个雪坑中的ｎｓｓＳＯ４２－在１９９５／１９９４和１９９３／１９９２都表现出非常高的浓度值,很可能是１９９１年６月和１９９１年８月的Ｐｉｎａｔｕｂｏ火山和ＣｅｒｒｏＨｕｄｓｏｎ火山的爆发在本地区冰雪中的反应     

南极洲伊利莎白公主地区气候特征分析

通过对1996/1997年中国首次南极内陆冰盖考察地区——南极洲伊利莎白公主地区近300 km断面上70余个雪坑的δ¹⁸O和积累率资料的分析,首次揭示了本地区气候变化特征。即无论是气温还是降水都从沿海向内陆递减,但两者的变化又有差异,具体表现在气温从沿海向内陆持续递减,降水先递增后递减,表现出很强的地段性。同时探讨了二者变化的影响因素和影响机制。     

南极冰盖物质平衡与海平面变化研究新进展

本文在简要介绍冰盖物质平衡及其对海平面影响的基础上,从整体法和分量法两个方面总结了南极冰盖物质平衡研究的最新进展,并分析了影响其物质平衡的不确定因素。研究表明,整个南极冰盖物质平衡呈现负增长的趋势,其中西南极Amundsen海湾附近的冰盖物质流失最为明显。另外,南极冰盖边缘的大部分地区还呈现变薄的趋势。南极冰盖物质流失是引起海平面上升的最大潜在因素之一,其冰架的缓冲作用、冰盖的不稳定性和冰盖底部融水的作用等不确定因素对南极冰盖物质平衡具有重要的影响。未来随着观测技术和数据处理技术的不断提高,南极冰盖物质平衡的估算及其不确定因素有望得到进一步的认识,从而为预测海平面的上升范围提供更多的理论和技术支撑。     

2007/2008年度中国南极冰穹A考察新进展

冰穹A(DomeA)是南极冰盖最高区域,其独特的地理位置和蕴藏的科学资源受到国际科学界的普遍关注,近年来成为国际南极科学考察研究的重要前沿区域。中国第24次南极考察(CHINARE24,2007/2008年度)继续开展DomeA地区考察活动,具体执行内陆建站选址任务和国际极地年中国行动计划--PANDA计划。本次内陆冰盖队在到达DomeA后,在DomeA核心区域以及中山站-DomeA断面上开展了多学科系统性的科考工作,取得了以"南极DomeA科学考察"、"内陆建站选址"和"中国南极内陆考察支撑能力建设"为代表的新进展,提升了我国南极内陆考察的支撑保障能力和科学认知水平。     

南极伊利莎白公主地250年来海、陆盐离子浓度特征

中国首次南极内陆冰盖考察获得的50m冰芯的雪冰化学资料研究表明:南极伊利莎白公主地海盐离子浓度季节变化特征明显,为冰芯定年提供了可靠的依据。伊利莎白公主地雪冰中Cl^-、Na⁺和Mg²⁺等海盐离子浓度与南极冰盖其它地方相当,而Ca²⁺含量异常的高,可能与局地较强的陆地源有关。近150年来,伊利莎白公主地海盐离子浓度具有明显升高的趋势,可能是整个南半球100多年来升温的结果。     

东南极冰盖泰山站雪层垂直温度分布特征研究

准确可靠的冰盖浅层冰雪温度是数值模式中评估极地冰盖物质平衡和能量平衡的重要因子。基于中国第32次南极科学考察在泰山站附近布放的综合监测站浅层10 m温度链观测数据,首次获得了泰山站雪层的高精度积雪温度垂直廓线,并探讨了表层积雪温度的日变化、月变化和季节变化特征。结果表明,冰盖雪层温度存在随深度传导的特点:雪层温度波动振幅随深度衰减,波动相位随深度滞后,波动曲线的波峰和波谷由表层向下传导至10 m深度均需100多天。泰山站冰盖表层积雪温度存在显著季节差异,冬季与夏季、春季与秋季的温度垂直轮廓线均相反但不完全对称,夏季表层的温度变化幅度要大于冬季的温度变化幅度,而秋季表层的温度变化幅度也高于春季的温度变化幅度,这与短波辐射的加热作用和季节波动的位相滞后存在密切的联系。     

智能机器人技术在南极科学考察事业中的试验应用

智能机器人技术在极地科学考察事业中有着广阔的应用前景。2007／2008年度第24次南极科学考察中,我国开发的冰雪面移动和低空飞行机器人在南极成功实现了首次应用。扼要介绍国外开发的应用于南极的智能机器人技术,重点介绍我国开发的冰雪面移动和低空飞行机器人及其在南极现场的试验应用情况。此外,作者思考了我国南极考察事业对智能机器人技术的一些潜在需求,以期能对未来的机器人技术开发提供参考。     

基于GRACE反演南极物质平衡的研究

利用GRACE重力卫星提供的时变重力场反演了南极大陆冰雪质量变化。由于GRACE提供的C20项不准确,本文考虑利用SLR测得的C20项替换,反演结果显示南极西部冰雪在消融,东部基本保持平衡,整个南极以(-0.689±0.172)cm/a的速率在消融。     

极地记录冰川和达尔克冰川流速的遥感监测研究

测定南极冰川的流速 ,对于研究南极冰雪物质平衡、南极环境变化及其对全球环境的影响有重大意义。本文论述了利用多时相卫星遥感影像监测冰川变化的原理和方法 ,通过对英格里特 .克里斯泰森海岸不同时期的遥感影像进行几何纠正和配准及叠加处理 ,测量和计算出极地记录冰川和达尔克冰川的平均流速 ,并对它们的变化特点进行了初步的分析和评价。     

Remote monitoriug ice velocities of the polar record and the Dark Glaciers

Measurement of ice velocities of the Antarctic glaciers is very important for studies on Antarctic ice and snow mass balance. The polar area environmental change and its influences on the global environment. Conventional methods may be used for measuring the ice velocities, but they suffer from severe weather conditions in the Polar areas. Use of satellite multi-spectral and muki-temporal images makes it easier to measure the velocities of the glacier movements. This paper discusses a new method for monitoring the glacial change by means of multi-temporal satellite images. Temporal remotely sensed images in the Ingrid Christensen coast were processed with respect to geometric rectification, registration and overlay, The average ice velocities of the Polar Record Glacier and the Dark Glacier were then calculated, with the changing characteristics analyzed and evaluated. The advantages of the method reported here include promise of all-weather operation and potentials of dynamic monitoring through suitabl     

The spatial and seasonal distributions of air-transport origins to the Antarctic based on 5-day backward trajectory analysis

Transport of moisture-bearing air to the Antarctic is one of the important factors that control the mass balance of the ice sheet. Here, we investigate the distribution of air-parcel transport using a backward trajectory analysis over the entire Antarctic ice sheet, based on whether the air parcel was located inside or outside of Antarctica at 5 days before arrival. At this time, we considered the air from outside Antarctica to be moisture rich. Oceanic air was found to dominate in West Antarctica throughout the year, whereas air from inland was more prominently distributed around East Antarctica, especially in summer. In East Antarctica, there was a significant seasonal variation: air from inland dominated in summer, while air of oceanic origin dominated in winter. The distribution of air parcels that came from oceanic/inland sources was similar to the accumulation map (based on satellite data), which indicates that oceanic air parcels could be a substitute for moisture transport to the Antarctic. To determine the future impacts of climate change (e.g., sea level rise), more precise predictions of the variations in the surface mass balance will be required. Our results contribute towards the improved understanding of the spatial distributions of accumulation and aerosols found in Antarctic snow and ice cores.     

The tidal signals extraction from GPS data on the Amery Ice Shelf, Antarctica

Tidal motion is the source of short-term vertical motion that an ice shelf experiences, and hence has a significant impact on ice shelves. During the 2003/2004 Austral summer season, five days of GPS measurements were carried out on the front of the Amery Ice Shelf （AIS）, East Antarctica, by the 20th Chinese National Antarctica Research Expedition （CHINARE）. The GPS data was processed using GAMIT/GLOBK software with 2-hour static data segment and the vertical precision is less than 0.18 m. To verify our results for the vertical component, we compare the ice shelf GPS tidal signal with a tidal result derived from tide gauge measurements at China＇s Zhongshan Station on Antarctica. Comparison of the GPS results with the tide gauge were in good agreement in amplitude at the few cm level, which indicates that the tide under the front of Amery Ice Shelf is irregular semidiurnal tide, the maximal tidal differences is approximately 2 m. GPS data can be used to validate the ocean tide model around the Antarctic area and such studies are important to improve our knowledge of the Antarctic ice shelf mass balance and dynamical models of ice sheet/ocean interaction.