基于耦合热传导-冰流模型的冰川钻孔温度重建的气候反演算法比较

冰川内部温度与冰面温度变化过程密切相关,因此可由实测冰温-深度剖面重建冰面温度变化。耦合热传导-冰流物理模型及其相关反演算法是基于冰温-深度剖面重建冰面温度变化的理论基础和关键。通过构造理想条件下的数值实验,分析比较了最小二乘法、Tikhonov正则化方法和蒙特卡罗算法重建百年尺度冰面温度变化的实验结果。同时,以我国藏北高原腹地的马兰冰川钻孔资料为例,结合气象资料构造真实钻孔数据模拟实验。分别给出了三种反演算法重建10 a和40 a尺度的冰面温度变化结果,并讨论了不同算法的优劣性和适用性。两组模拟实验结果均表明:Tikhonov正则化方法是目前求解该反问题的最优方法。与其他算法相比,Tikhonov正则化方法在各个时间尺度的重建结果与真实冰面温度变化吻合更好。另外,分别对重建百年和40 a尺度的冰温-深度剖面添加±0.02℃和±0.01℃的随机误差,研究发现Tikhonov正则化方法能够有效降低噪声干扰,相较其他算法得到的解更加稳定。这在一定程度上解决了该反问题中解的稳定性问题。

可可西里马兰山冰川的近期变化

位于可可西里地区的马兰山冰帽 ,冰川覆盖了整个山体 ,冰川面积达 195km2 ,属极大陆型冰川 .雪线海拔在 5 34 0～ 5 5 40m之间 .大多数冰川末端存在小冰期的冰碛垄 ,一般可分辨出 3道 .自小冰期以来 ,随着气候的变化 ,马兰山冰帽表现出波动退缩趋势 .小冰期时 ,冰舌末端南坡比现在低 2 0m ,北坡低 2 0～ 40m .由冰川退缩引起的冰川面积的减小相当于现代冰川面积的 4.6 % ,略小于整个羌塘高原地区小冰期以来冰川面积减小的幅度 (8% ) .近百年来 ,冰川的退缩量为 45～ 6 0m左右 ,而从1970年以来的 30a中 ,马兰山冰川的退缩量为 30～ 5 0m ,平均年退缩量为 1～ 1.7m .虽然小于高原边缘和其它地区的冰川退缩幅度 ,但是退缩速率正在逐渐增大 ,这将对高原内陆脆弱的生态系统和生态环境产生较大的影响 .

1973-2010年基于RS和GIS的马兰冰川退缩与气候变化关系研究

以1973—2010年的RBV、MSS、TM和ETM+遥感资料为信息源,通过遥感图像处理技术和目视解译方法提取冰川界限,应用GIS技术分析了位于昆仑山中段的马兰冰帽近37a冰川面积变化.结果表明:1973—2010年马兰冰帽呈退缩趋势,冰川面积减少了6.04%;冰川退缩经历由快-慢-快-慢的过程,近10a冰川退缩不显著,体现冰川变化的一个转型时期.在研究期内,马兰冰帽南北向退缩690.4m,东西向退缩84.29m.研究表明:马兰冰帽退缩的关键因素是气候变暖,年降水量的增加不能够抵消由夏季温度剧烈上升导致的冰川消融.此外,地形条件、冰川规模都是影响冰川波动的重要因素.

InSAR与激光雷达测高集成的马兰山冰川物质平衡变化

冰川物质平衡是反映冰川消融与积累关系的重要指标,也是联系冰川与气候变化的纽带,对于评估冰川动态变化具有十分重要的意义。马兰山冰川位于青藏高原北部,作为东昆仑山系中消融最为剧烈的冰川之一,为了评估其在全球气候变暖背景下的物质平衡变化,利用TerraSAR-X/TanDEM-X合成孔径雷达数据、ICESat-2激光雷达高度计数据、SRTM DEM数据,基于合成孔径雷达干涉测量和激光雷达测高技术对其2000年—2020年高程变化进行了研究,并估算了物质平衡。结果表明:近20年来,该区域41条冰川平均表面高程变化-5.64±0.96 m,物质平衡为-0.24±0.06 m·w·e/a,呈明显负平衡状态。其中,2000年—2012年冰川的消融速度(-0.30±0.04 m·w·e/a)要略快于2012年—2020年消融速度(-0.22±0.11 m·w·e/a)。结合GPCC(Global Precipitation Climatology Centre)降水与GHCN_CAMS(Global Historical Climatology Network)气温再分析数据集可知:自2000年以来,马兰山冰川整体受夏季气温升高影响,消融剧烈,年降水量微弱增加仅弥补了少部分由升温带来的物质亏损。此外,由于2012后气温增速变慢,夏季气温波动降低,导致了冰川在2012年—2020年间消融速度有所减缓。根据Landsat-7遥感影像发现,马兰山南坡存在一条跃动冰川,跃动发生于2007年—2012年间,冰川末端在此期间异常增厚并前进了约251 m。

基于面向对象分类的马兰冰帽变化与气候响应

以Landsat遥感影像和数字高程数据为基础数据,利用面向对象分类方法提取了马兰冰帽1990、2000、2015年3期冰川边界,并分析了冰帽变化情况。结果表明:马兰冰帽在近25 a来一直处于退缩状态。由1990年的195.87 km^2减少到2015年的188.60 km^2,退缩了7.27 km^2,占1990年冰帽面积的3.71%,退缩速率为0.15%·a^(-1);不同时段内冰帽变化速率具有差异性,1990—2000、2000—2015年2个时段内冰帽退缩速率分别为0.16%·a^(-1)、0.14%·a^(-1),冰帽退缩速率处于减慢状态;不同朝向的冰川发育特点和变化差异显著,南坡冰川退缩速率较北坡慢。25 a来,研究区域内夏季平均气温升高了2.21℃,升温显著,增温率为0.67℃·(10a)^(-1),年降水量增加了53.52 mm,线性增加率为16.22 mm·(10a)^(-1),增加速度缓慢。由此推断,夏季气温显著升高是引起马兰冰帽持续退缩的主要原因。同时,研究发现地形条件对冰川规模变化也产生重要影响。