基于冰川平衡线高度变化的气候重建模型研究

冰川物质平衡线高度(equilibrium-line altitude,ELA)变化的研究是冰川学研究的重要内容,其变化情况将最终决定冰川的命运。与冰川的其他特征(如冰川长度、面积)相比,ELA的变化是气候变化最直接的反应,其变化量常被用于对比不同区域间的气候变化特征差异。基于冰川ELA变化的气候重建的统计学方法,如ELA处气温与降水关系模型、气温递减率模型(Lapse-rate model)和温度指数融化模型(Temperature index melt model),结构简单,能获得较好的模拟效果,但均未能从冰川变化的物理成因来研究影响ELA升降的气候因素,且在数据不足时理论也缺乏说服力;物理方法,如能量—物质平衡模型是基于影响冰川变化的能量因子来探讨ELA升降的机制,其参数较多、计算复杂,但精度较高。不同模型受其本身及冰川类型等因素的影响,适用性及精度差别较大。

唐古拉山冬克玛底冰川平衡线高度附近的能量平衡

本文以连续的、至少一年的观测资料，分析青藏高原唐古拉山冬克玛底冰川平衡线高度处的辐射平衡及能量平衡特征。冰川表面独特的下垫面性质，使其净辐射值全年有５个月左右为负；潜热交换量基本与净辐射成反向的季节变化；感热交换全年均为正值而成为该冰川表面主要热源之一；传导热交换量对能量平衡的贡献很小。该冰川表面的能量交换水平季节变化明显，冰川表面气温季节变化与净辐射关系密切。冰川表面气温对总辐射通量变化的敏感性系数与其反射率及吸收辐射通量关系密切。

喜马拉雅山亚东-康马段现代冰川平衡线高度、分布特征及影响因素

利用《中国第二次冰川编目》的数据和卫星图,结合野外地貌观测,探讨喜马拉雅山亚东-康马段的冰川平衡线高度(ELA)、分布特征及影响因素。结果表明,研究区现代冰川平均ELA为5717 m,库拉岗日地区稍高,为5840~5957 m,白马林岗日地区较低,为5333~5373 m,反映气候与地形大势对冰川ELA的控制。此外,山脉的走向、坡向、冰川地形坡度以及冰川表面冰碛覆盖、雪崩等对冰川ELA有不同程度的影响。

高亚洲定位监测冰川平衡线高度时空分布特征研究

利用高亚洲定位监测冰川平衡线高度数据,对平衡线高度时空分布特征进行了分析.结果表明:高亚洲冰川平衡线高度在空间尺度上具有纬度地带性、经向地带性和区域性的特征.在时间尺度上,高亚洲定位监测冰川平衡线高度呈现不同程度的升高趋势.在天山山区,乌鲁木齐河源1号冰川和Ts.Tuyuksuyskiy冰川的平衡线高度在1960-2013年间,分别增加约116 m、80 m,二者相比,Ts.Tuyuksuyskiy冰川对气候变化的敏感性更高;在阿尔泰山区,No.125(Vodopadniy)冰川、Maliy Aktru冰川和Leviy Aktru冰川在1983-2007年间,平衡线高度变化趋势基本一致,总体都呈升高趋势,其中,Maliy Aktru冰川平衡线高度增幅最大,升高了约142 m;高亚洲定位监测冰川中,1962-2008年间,七一冰川平衡线高度升高速度最快,增幅最大,升高了约264 m,升高速度最为缓慢的是乌鲁木齐河源1号冰川,其增幅最小,升高了约47 m.

基于多源遥感数据的乌鲁木齐河源1号冰川平衡线高度研究

以我国天山乌鲁木齐河源1号冰川(以下简称1号冰川)为例,基于Landsat TM/ETM/OLI和Sentinel-2A MSI数据,利用归一化差异积雪指数(NDSI)和阈值法提取该冰川2002-2015年的平衡线高度,并利用站点实测的冰川ELA数据和气象数据对提取的平衡线高度进行了验证。结果表明,2002-2015年遥感获取的平衡线高度呈总体上升的趋势,与实测的平衡线具有高度相关性(r=0.9);ELA与年物质平衡序列高度相关,物质平衡波动的平均解释率可高达69%;与气象要素(温度和降水)年际变化的相关性也很高,约有59%的冰川ELA变化可以用夏季气温和降水来解释。因此,利用遥感数据可以提取高精度的冰川平衡线高度数据,对无站点数据冰川的平衡线高度以及物质平衡研究具有一定的借鉴意义。

中国现代冰川平衡线分布特征与末次冰期平衡线下降值研究

青藏高原及周边山地拥有地球上最高大且最广阔的高山高原，是除两极外最大的现代冰川作用中心，这也使得中国成为中低纬度地区现代冰川最发育的国家之一．现代冰川平衡线分布具有纬度地带性特征，在青藏高原上还呈不对称的环状．根据相关研究资料估算，中国末次冰期最盛期时的冰川面积约为50×10^4km^2，是现代的8．4倍．基于平衡线处年降水量和夏季平均气温（6-8月）之间的相关关系重建的中国西部（105°E以西）末次冰期最盛期时的平衡线分布图与现代的相似．在青藏高原内部与西北部，平衡线下降值在500m以内，小的仅为200～300m；在青藏高原东南边缘下降值约800m，最大可达1000～1200m．天山与阿尔泰山平衡线下降值均在500m左右．中国东部（105。E以东）没有发育现代冰川，仅有数处中高山地，如贺兰山、太白山、长白山与台湾山地保存有确切的末次冰期冰川地形，末次冰期最盛期时的平衡线下降800—900m，大于青藏高原、天山与阿尔泰山地区的下降值．根据中国东部末次冰期的平衡线分布图以及相关的古气候与古环境研究资料，海拔2000m以下的中低山地在第四纪期间任何一次冰川作用中都不具备冰川发育所需的地势条件．

2008-2014年青冰滩72号冰川物质平衡特征分析

物质平衡是冰川与气候相互作用的关键桥梁,对气候变化非常敏感。基于青冰滩72号冰川2008-2014年冰面花杆和雪坑的观测资料,结合Landsat系列卫星影像,利用零平衡线法对青冰滩72号冰川的物质平衡进行计算和分析。结果表明:青冰滩72号冰川2008-2014年平均物质平衡梯度为(0.86±0.19)m w. e.?(100m)-1;平衡线高度在(4 109±23)^(4 317±92)m a. s. l.之间变化,平均为(4 167.5±33.2)m a. s. l。同时,青冰滩72号冰川年净物质平衡介于-1.23m w. e.^+0.31m w. e.,年平均为-0.38m w. e.,累积物质平衡为-2.27m w. e.。此外,与位于天山地区图尤克苏冰川、乌鲁木齐河源1号冰川平衡线高度和累积物质平衡的比较发现,青冰滩72号冰川平衡线高度和物质平衡的变化与图尤克苏冰川相似,而与乌鲁木齐河源1号冰川的差异相对较大。

天山乌鲁木齐河源1号冰川物质平衡对气候变化的敏感性研究

应用度日物质平衡模式对天山乌鲁木齐河源１号冰川物质平衡及平衡线高度对气候变化的敏感性进行了研究．结果表明，位于大陆性气候区且具有暖季补给特征的乌鲁木齐河源１号冰川物质平衡对气候变化的敏感性要小于海洋性冰川，升温１℃或增加２０％的降水可引起平衡线上升８１ｍ或下降３１ｍ．此外，气温与降水在物质平衡形成过程中的作用是不同的，气温引起物质平衡剖面以旋转方式变化，而降水可导致其平移方式的响应．若未来升温２℃时，即使降水增加３０％，１号冰川向负平衡变化仍然不能得到遏制．

近40年来冰川物质平衡变化及对气候变化的响应

根据北半球连续观测的40多条冰川物质平衡(B)资料,对近40a来北半球不同地区B变化的若干特征进行了分析;阐述了B和ELA之间的关系在不同空间尺度内的适应性;发现在过去40a中B的亏损量相对零平衡状态(B=0)而言,大约相当于气温0.8～1.2℃的上升值。半球范围内气温对B的影响要比降水显著得多,冬季气温与B关系密切。用实测B值直接计算的B对气候变化的敏感值为-830mm/(a·℃)。

近50年来北极斯瓦尔巴地区冰川物质平衡变化特征

利用长时间序列的冰川物质平衡资料,详细分析了北极斯瓦尔巴地区冰川的物质平衡变化特征以及气候因子对物质平衡的影响。结果表明:近50年来斯瓦尔巴地区冰川物质平衡变化主要呈负平衡、零平衡/略微增长两种状态。冰川净平衡一般为负值,年际变化波动幅度较大且呈负平衡趋势,累积物质平衡表现出长期稳定的负平衡增长态势。除Kongsvegen冰川外,其他冰川不存在短期内的平衡波动。季节变化表现为夏季消融、冬季积累,且夏季消融比冬季积累波动更大,冰川净平衡与夏季消融保持同步变化趋势。冰川净平衡与平衡线高度(ELA)呈负相关(平均相关系数为-0.89),与积累区面积比率(AAR)呈正相关(平均相关系数为0.84),该地区大多数冰川AAR减小,说明冰川物质补给处于劣势,冰川物质平衡向负平衡发展。夏季气温升高是斯瓦尔巴地区冰川表面物质加速亏损的直接原因。

棉纱线垂直芯吸效应研究

针对棉纱线垂直芯吸高度预测难度大的问题,通过分别测试两种线密度的不同捻度棉纱线垂直芯吸性能,探究棉纱线线密度、捻度与其芯吸平衡高度的关系,以揭示芯吸高度在芯吸过程中的变化规律,在此基础上确定了可预测棉纱线垂直芯吸效应的模型。结果表明,棉纱线捻度相同时,14.3 tex纱线芯吸平衡高度较20.0 tex纱线提高0.1~0.7 cm,线密度小的纱线有利于芯吸效应;线密度相同的纱线,捻度由20捻/10 cm增大到100捻/10 cm,14.3 tex和20.0 tex纱线所对应的芯吸平衡高度分别下降了3.1 cm和2.9 cm,捻度增加不利于芯吸效应。对两种线密度的不同捻度棉纱线的芯吸高度和时间分别取自然对数,它们之间满足一次线性关系,且拟合系数均大于0.9,与Washburn方程一般式取自然对数后变化趋势一致。

北极斯瓦尔巴、高亚洲和阿尔卑斯山冰川物质平衡对比研究

基于冰川物质平衡和平衡线高度数据,对北极斯瓦尔巴、高亚洲和阿尔卑斯山的冰川物质平衡变化和平衡线高度空间分布特征进行了对比分析,得出以下结论:(1)阿尔卑斯山冰川年均负物质平衡值最大,为-907 mm;斯瓦尔巴为-431 mm;高亚洲最小,为-264 mm。(2)高亚洲和斯瓦尔巴冰川物质平衡年振幅较小,年际变化较小;阿尔卑斯山冰川物质平衡年振幅较大,年际变化较大。斯瓦尔巴冰川物质平衡趋向正平衡,阿尔卑斯山和高亚洲冰川物质平衡趋向负平衡。(3)斯瓦尔巴内陆的冰川平衡线高度高于沿海地区,高亚洲冰川平衡线高度呈纬向地带性、经向地带性和区域地带性的分布规律,阿尔卑斯山的冰川平衡线高度主要受冰川所处海拔的影响。

吸收塔中填料层高度解析计算法

本文通过对吸收塔中填料层的高度计算方法的比较,得出了目前利用计算机直接计算填料层高度的通用方法。

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172m;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62m.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5131m),接近该冰川的顶部.近50年来该冰川平衡线高度上升了约230m.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2.08km,才能达到其稳定状态.

青藏高原东部冰川平衡线高度的模拟及预测

冰川变化数值模拟及预测是全球变化的前沿领域,冰川平衡线高度(ELA)作为对气候状态的直接响应,其变化直接体现冰川的扩张和消融.本文基于能量物质平衡方程,由气象观测为输入数据,模拟了青藏高原东部冰川ELA的空间分布,模拟结果显示自1970年以来,高原东部冰川ELA以2~8m/a的速率升高,高原边缘,特别是在祁连山和藏东南,部分冰川的ELA已经达到或超过了冰川顶部,意味着该地冰川处在消亡边缘.为预测ELA的变化趋势,以唐古拉山小冬克玛底冰川和祁连山七一冰川为例,采用IPCC给出的低、中、高三种碳排放路径下21世纪的气候变化情景,发现在采取大力减排措施的RCP2.6情景下,两冰川ELA都在2040年左右达到最大值且接近冰川顶部,冰川积累区大幅度缩小.在RCP4.5中排放路径下,两冰川ELA将在2045年左右超过冰川顶部,冰川积累区消失,冰川将强烈消融直至消亡.在RCP8.5高排放路径下,两冰川ELA将在2035年左右超过冰川顶部,冰川积累区消失,冰川将急剧消融直至消亡.从物质能量平衡角度证明在当前全球变暖背景下,不论在何种情景下,高原东部山地冰川将加剧退缩乃至消亡.

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4168m），接近该冰川的顶部．近50年来该冰川平衡线高度上升了约108m．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61．7m；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13．1m．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2．16m／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6．5m／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．

填料层高度通用解析算法

本文提出了一种单组分吸收时操作线与平衡线不为直线、高低浓度均可采用的填料层高度的解析算法。计算时综合考虑了温度、总压、传质系数随塔高的变化。

末次冰盛期中国西部冰川物质平衡线高度的模拟研究

文章使用9个气候模式的数值试验数据,研究了末次冰盛期中国西部冰川物质平衡线高度(ELA),以期加深理解冰期青藏高原地表环境以及ELA变化成因.相对于工业化革命前期这一参考时段,末次冰盛期青藏高原夏季普遍降温4-8℃,年降水量平均减少25%.在降温和降水减少的共同作用下,中国西部ELA降低,不同区域之间降幅存在差异.在青藏高原地区,其南缘和西北部下降1100m,中部腹地下降650-800m,东部下降550-800m且由西南向东北逐渐变小.中国境内天山上的ELA下降不超过650m,祁连山和阿尔泰山上的下降值在500~600m.另外,水平分辨率高的气候模式能模拟出青藏髙原中部ELA下降不超过500m的低值,这与古冰川遗迹记录一致;末次冰盛期青藏高原冰川物质积累区主要发生在边缘山地,其面积扩张至现代的2-5倍,但仍未覆盖到高原中部.

1959-2009年乌鲁木齐河源1号冰川零平衡线高度变化研究

基于1959-2009年间天山乌鲁木齐河源1号冰川观测资料,研究了该冰川零平衡线高度变化特征,并建立了零平衡线高度与夏季气温和夏季降水量之间的统计关系。研究表明:近51年来,1号冰川零平衡线高度呈缓慢上升、缓慢下降、急剧上升、急剧下降的变化趋势,但总体呈上升趋势,且该冰川零平衡线高度上升了约45m。1号冰川零平衡线高度和年净物质平衡有良好的线性关系,冰川处于稳定状态时的零平衡线高度为4018m。此外,对1号冰川零平衡线高度的气候敏感性研究表明,如果夏季气温升高(或降低)1℃,那么该冰川零平衡线高度将上升(或下降)约64m;如果夏季降水量增加(或减少)100mm,那么该冰川零平衡线高度将下降(上升)约21m,夏季气温是影响冰川零平衡线高度变化的主要气候因素。

近52a天山乌鲁木齐河源1号冰川平衡线高度及其与气候变化关系研究

论文以天山乌鲁木齐河源1号冰川1958/1959—2009/2010年平衡线高度观测资料为基础,研究了平衡线高度及其与气候变化的关系。结果表明,在研究时段内,平衡线高度变化分为正常波动、缓慢下降、迅速上升三个阶段,变化范围介于3 948~4 484 m,多年平均为4 067 m,总体呈普遍上升趋势,总计上升了90 m,且在2009/2010年超过了冰川的上界,意味着该年度冰川全部处于消融状态。积累区比率作为平衡线高度变化的一个重要指标,在这一时期内也呈现明显的下降趋势,下降了约17%。物质平衡与平衡线高度具有显著的负相关性,物质平衡减小100 mm,平衡线高度将上升17 m。冰川处于稳定状态时的平衡线高度,即零平衡高度ELA0为4 018 m。平衡线高度随纯消融量的增加而升高,纯消融量增加10×104m3,平衡线高度上升14 m。平衡线高度对气候变化的敏感性研究表明,如果夏季平均气温升高1℃,则平衡线高度将上升约82 m,如果年降水量增加100 mm,则平衡线高度将下降约41 m,且夏季气温是影响冰川平衡线高度变化的主导气候因素。