参照冰川近期变化特征及乌鲁木齐河源1号冰川物质平衡模拟

论文摘要

冰川储存着大量淡水资源,被誉为气候变化的天然“指示器”。在全球气候变暖背景下,全球绝大多数山地冰川呈加速退缩趋势,已对海平面、局地和区域水资源安全带来深刻影响,加大了冰川灾害发生的频率与强度。深入开展区域乃至全球冰川变化过程监测和机理分析,加强野外定位观测与实验室模拟相结合,已经成为国际冰川学研究的前沿领域和发展趋势,也是解决冰川变化引发海平面升降和水资源安全等问题的关键。本研究根据世界冰川服务处出版的冰川变化数据集和野外观测数据,选取资料时间较长的41条参照冰川作为研究对象,对近几十年参照冰川物质平衡过程、面积变化、冰川末端、平衡线高度及其气候敏感性、积累区比率以及冰川储量变化进行定量评估,并以乌鲁木齐河源1号冰川为实验对象,结合雪冰-能量物质平衡耦合模型对山地冰川物质平衡过程进行模拟,利用实测物质平衡观测值对模型模拟结果进行精度验证。主要研究结果如下:（1）41条参照冰川中仅有Engabreen glacier和Nigardsbreen glacier物质平衡与累积物质平衡为正,其余39条均呈负平衡状态,14条位于高纬度,25条在中纬度,Nigardsbreen glacier表现出较强正平衡为114mm,Helm glacier表现出强烈负平衡为-1208mm,Sarennes glacier消融量最多,亏损最严重;累积物质平衡变化过程划分为正平衡型、负平衡型以及正负交替型3种;区域物质平衡多年均值为-430 mm,年均亏损较多为欧洲中部,亏损较少是斯堪的纳维亚,空间上表现出典型区域性和纬度地带性特征,高加索和中东区域消融最快,斯瓦尔巴岛和扬马延岛最慢。（2）41条参照冰川在20世纪50年代初面积为2179.93km2,21世纪初面积为2075.17km2,共减少104.76km2（5%）,单条平均减小2.6km2,约占5%,Peyto glacier面积减少最多,为4.8km2,占该冰川面积的35%,Melville South Ice Cap面积无明显变化;参照冰川储量减少条数占95%,累积减少22.5km3,约减小4%,年均变化率为0.07%,Devon Ice Cap NW储量减小最多,为11.6 km3,每年减小0.28 km3（2%）,Columbia（2057）glacier和Melville South Ice Cap冰川储量保持不变。（3）单条/区域参照冰川末端变化整体上均呈退缩趋势,表现出间歇性前进的阶段性特征,South Cascade glacier退缩速率最快为24m/a,No.125（Vodopadniy）glacier退缩最慢为2.7m/a,北美西部参照冰川退缩速率最大,为14.3m/a,其他区域相差不大;参照冰川积累区比率介于0.150.65之间,平均值为0.45,绝大多数参照冰川积累区面积减小,消融区扩张,物质亏损,冰川退缩;1950-2016年仅有Nigardsbreen glacier冰川αd为正,为4.9%,冰川目前正处在微弱稳定状态,33条冰川αd均为负值,介于-0.3%-57.7%之间,平均值为-22.3%,负αd占据主导地位,99%的参照冰川处在不稳定状态。（4）31条参照冰川平衡线高度平均以28m/10a的速率上升,其中White glacier上升速率最快（74m/10a）,14条参照冰川上升速率超过了平均值,仅有Helm glacier平衡线高度以6m/10a下降;敏感性分析发现Lemon Creek glacier、South Cascade glacier和Ts.Tuyuksuyskiy glacier无论气温升高（降低）1℃还是降水增加（减少）10%,平衡线高度上升（降低）幅度均不大,Place glacier、Wolverine glacier及White glacier对降水变化敏感,其余冰川平衡线高度变化对气温变化十分敏感。（5）雪冰-能量物质平衡耦合模型对乌鲁木齐河源1号冰川2018年4月28日至8月18日物质平衡模拟效果较好:实测物质平衡为-0.51（±0.11）m,模型模拟物质平衡为-0.48（±0.25）m,相差0.03 m,误差仅为5.8%,模型模拟冰川累积物质平衡过程与野外观测变化趋势较好吻合,对消融期冰川能量组分变化特征及贡献分析发现,冰川获得能量主要依靠净短波辐射和感热通量及穿透的短波辐射,净短波辐射是冰川表面融化的主要能量来源。净长波辐射、潜热通量以及冰川内部热传导是冰川损失能量的主要方式,净长波辐射损失能量占据主要地位。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
•   1.1 选题背景与研究意义
•   1.2 国内外研究进展
•     1.2.1 冰川变化研究进展
•     1.2.2 冰川消融模型研究进展
•   1.3 研究目标及内容
•   1.4 技术路线
• 2 研究区概况和数据来源
•   2.1 研究区概况
•     2.1.1 高加索和中东
•     2.1.2 南安第斯
•     2.1.3 斯堪的纳维亚
•     2.1.4 欧洲中部
•     2.1.5 阿拉斯加
•     2.1.6 亚洲北部
•     2.1.7 加拿大北极北部
•     2.1.8 北美西部
•     2.1.9 亚洲中部
•     2.1.10 斯瓦尔巴岛和扬马延岛
•   2.2 数据来源
•     2.2.1 参照冰川变化数据集
•     2.2.2 冰川编目数据
•     2.2.3 物质平衡数据
•     2.2.4 气象数据
•     2.2.5 Landsat遥感影像数据
•     2.2.6 数字高程模型
• 3 参照冰川近期变化特征
•   3.1 研究方法
•     3.1.1 单点物质平衡计算方法
•     3.1.2 面积变化研究方法
•     3.1.3 平衡线高度计算方法
•     3.1.4 冰川储量变化计算方法
•     3.1.5 冰川稳定性评估
•   3.2 单条参照冰川变化特征
•     3.2.1 物质平衡变化特征
•     3.2.2 面积变化
•     3.2.3 冰川末端（长度）变化
•     3.2.4 平衡线高度
•     3.2.5 积累区比率变化特征
•     3.2.6 冰川储量变化
•     3.2.7 冰川稳定性评估
•   3.3 冰川作用区冰川变化特征
•     3.3.1 区域物质平衡与累积物质平衡变化特征
•     3.3.2 末端（长度）变化
•   3.4 本章小结
• 4 乌鲁木齐河源1号冰川物质平衡模拟
•   4.1 参照冰川物质平衡模拟选择依据
•   4.2 乌鲁木齐河源1号冰川简介
•   4.3 雪冰-能量物质平衡耦合模型（COSIMA）
•     4.3.1 短波辐射
•     4.3.2 长波辐射
•     4.3.3 反射率
•     4.3.4 湍流热通量
•     4.3.5 冰雪层内热通量
•     4.3.6 雪的密实化过程
•     4.3.7 模型精度评估
•   4.4 乌鲁木齐河源1号冰川物质平衡模拟
•     4.4.1 气象数据
•     4.4.2 参数率定
•     4.4.3 1号冰川表面能量平衡特征
•     4.4.4 1号冰川物质平衡模拟
•     4.4.5 COSIMA模型精度评估
•   4.5 本章小结
• 5 结论与展望
•   5.1 主要结论
•   5.2 研究展望
• 参考文献
• 附录
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 梁鹏斌

导师: 李忠勤

关键词: 参照冰川,冰川变化,物质平衡,积累区比率,平衡线高度

来源: 西北师范大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 地球物理学

单位: 西北师范大学

分类号: P343.6

总页数: 98

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