天山奎屯河哈希勒根51号冰川雪坑化学特征及环境意义

2004～2007年在天山奎屯河哈希勒根51号冰川采集3个雪坑样品。运用相关分析、海盐示踪法等方法,对化学要素的季节变化特征及主要阴阳离子来源进行分析研究。结果表明,雪坑中不溶粉尘和主要化学离子具有明显的季节变化特征;春季期间降雪中粉尘浓度明显高于其他季节。主要离子的浓度在沙尘季节也明显高于非沙尘季节。雪坑中Ca2+是主要阳离子,SO42-是主要阴离子。除NO3-外,雪坑中其他离子浓度之间均存在较好正相关。表明冰川区主要受中亚地区沙尘活动影响;同时雪坑中的离子(尤其是Na+)除陆源矿物粉尘之外,一定程度源于海洋源。

中国西北典型冰川区大气氮素沉降量的估算——以天山乌鲁木齐河源1号冰川为例

高寒冰川区氮素沉降量的变化会对区域生态系统产生显著影响,定量评估冰川区的氮沉降状况可以为修正相关模型提供重要的原始数据。通过2004年1月至2006年12月在天山乌鲁木齐河源1号冰川连续采样,分析了中国西北典型冰川区大气氮素的沉降特征,并估算了该区域的年均氮素沉降量。研究结果表明,1号冰川湿沉降中的硝态氮(NO-3-N)、铵态氮(NH+4-N)与总无机氮(TIN)存在着明显的季节变化特征:夏季沉降量最大,冬季最少,且与降水量表现出较好的对应关系。1号冰川氮素湿沉降的硝铵比(NO-3-N/NH+4-N)月平均值在0.3—1间波动。1号冰川TIN湿沉降量年平均值为1.51 kg/hm2(其中NH+4-N沉降量占总量的69%,而NO-3-N沉降量仅占31%),干湿沉降总量年均值为1.56 kg/hm2,总氮(TN)的干湿沉降总量年均值为3.85 kg/hm2。得到的冰川区氮素沉降量符合中国西部高寒区的一般水平,代表了该区域的本底值。

天山托木尔峰地区青冰滩72号冰川表面运动速度特征研究

托木尔峰地区是天山最大的冰川分布区,是阿克苏地区主要水资源补给地.一直以来,该区冰川运动资料空白,严重阻碍了对冰川水资源现状及未来变化评估工作的开展.鉴于以上情况,中国科学院天山冰川站在2008年8月到2009年8月3次开展了对天山托木尔峰青冰滩72号冰川表面运动速度的观测,获得了冰川表面运动速度特征变化状况.结果表明:青冰滩72号冰川冰舌区域运动速度存在明显的消融季和非消融季的差异,消融季速度偏大.年均水平运动速度47.1m.a-1速度分布受局地地形因素影响明显.与天山乌鲁木齐河源1号冰川相比,该冰川运动速度明显偏大,消融季底部滑动显著,其运动特征更偏向海洋性冰川.

中国天山冰川区降水、积雪pH和电导率季节变化特征分析

根据乌鲁木齐河源区2003-2004年度的大气降水样品、1号冰川一个完整年周期的连续雪坑样品及哈密庙儿沟平顶冰川和奎屯51号冰川雪坑样品的pH和电导率资料,系统探讨大气降水、表层雪、雪坑样品中pH和电导率的季节变化特征和沉积过程中pH和电导率的变化特点,以及不同冰川区雪坑中pH值和电导率的空间差异。结果表明:大气降水及表层雪中pH和电导率有着相似的季节变化趋势,主要受冰川所在区域大气中可溶性离子浓度和沉积后过程的影响;对1号冰川大气降水、表层雪和雪坑样品中pH和电导率的对比分析发现,从降水到表层雪,最后到雪坑样品的演化过程中,pH和电导率均呈减小趋势,而且pH和电导率的最高值均出现在春季;自西向东随着地理环境的变化,雪坑中样品的pH值呈升高趋势,哈密庙尔沟平顶冰川最大,乌鲁木齐河源1号冰川次之,奎屯哈希勒根51号冰川最小,但电导率却呈现出了不同的变化规律。

天山乌鲁木齐河源1号冰川气溶胶可溶性离子昼夜变化研究

在2007年4月16—23日,8月5—12日,10月20—23日3个采样时段内,分昼夜采集了16个气溶胶样品,对样品中的可溶性离子(Na+、K+、Mg2+、Ca2+、Cl-、NO3-、SO42-)进行了分析,以研究气溶胶可溶性离子的昼夜变化特征和可能的影响因素.结果表明:天山乌鲁木齐河源1号冰川气溶胶夜间平均离子浓度高于白天浓度,7种离子中,除NO3-在全年中的平均离子浓度表现为白天高于晚上外,其余离子的平均浓度均是夜间高于白天.区域风向的日变化是控制气溶胶浓度昼夜变化的主要影响因素,相比之下大气环流的影响则相对较弱.在所研究的8组昼夜变化事件中,Ca2+的昼夜变化最为明显,离子浓度的高值事件多出现在晚上,而其余离子在采样时段内的昼夜变化事件表现则不尽一致,无明显规律.

冰川区积雪中NO_3^-与粉尘记录的对比研究——以天山乌鲁木齐河源1号冰川为例

为研究山岳冰川积雪中NO3-与粉尘记录之间的联系,利用2003～2005年间新疆天山乌鲁木齐河源1号冰川东支积累区的雪样,分析了雪层中NO3-与不溶微粒的对应关系.研究发现,沙尘活动季节初期,表层雪中NO3-浓度与不溶微粒浓度呈正相关,而与其平均粒径呈负相关,表明NO3-可以通过吸附在粉尘细颗粒表面远距离传输.雪层剖面中NO3-浓度峰值与污化层之间的相对位置在冬半年可基本保持稳定,但夏半年以淋溶作用为主的后沉积过程,会强烈改造NO3-与粉尘记录之间的联系.

中国西部冰川小冰期以来的变化——以天山乌鲁木齐河流域为例

利用航拍地形图、TM影像、spot5及landsat 8影像,在遥感和地理信息技术的支撑下研究小冰期以来乌鲁木齐河流域冰川变化。对能够观察到小冰期最盛时期冰碛垄的73条冰川研究发现:小冰期到2014年冰川整体呈退缩趋势。相对于小冰期最盛期,面积共退缩了37.22 km^2,退缩率为64.84%;总长度共退缩了52 878.67 m,退缩率为49.83%,1959年以来,流域内的乌鲁木齐河源1号冰川一直处于退缩状态,物质平衡持续亏损。小冰期以来,海拔3 400~4 000 m之间的冰川退缩最明显,海拔3 400~3 600 m之间的冰川消失。冰川朝向分析表明,流域朝北向冰川多于其它方向,冰川在各个朝向上面积均呈退缩趋势,正东向冰川退缩最为严重。分析发现,流域冰川大幅度退缩的主要缘于该流域小冰川数量较多(小冰期冰盛期面积<1 km^2的冰川数量达75.3%),小冰川对气候变化的响应敏感,大西沟气象站气象资料分析表明,降水的增加无法弥补夏季气温的持续升高引起的冰川消融是该流域普遍冰川退缩的主要原因。

近50a来天山博格达峰地区四工河4号冰川表面高程变化特征

基于GIS技术,利用GPS测量数据和1962年地形图分别建立两期DEM,通过对比重点研究了四工河4号冰川1962-2009年冰舌区的表面高程变化特征。结果表明:1962-2009年间,冰舌区平均减薄15±10 m,年均减薄约0.32±0.2 m,冰储量亏损达(14.3±9.5)×10-3km3,折合水当量(12.9±8.6)×10-3km3。不同海拔、坡度区间冰面高程变化差异显著,海拔较低、坡度较缓区域的变化最为强烈。在气候变暖的趋势下,四工河4号冰川发生强烈消融,标志着博格达峰地区的冰川正处于物质严重亏损的状态,直接影响到流域水资源状况。

天山博格达峰地区四工河4号冰川雷达测厚与冰储量估算

2009年7月对天山博格达峰地区的四工河4号冰川进行了雷达测厚工作,获取了该冰川的厚度分布状况.基于该冰川的厚度数据,在GIS技术的支持下,采用Co-Kriging插值方法结合理想塑性体理论对冰川非测厚区域的厚度进行了重建,绘制出了冰川厚度等值线图并对冰川冰储量进行了计算.结果表明:冰体最大厚度出现于海拔3 775m趋于主流线位置,冰川平均厚度为27.6m;四工河4号冰川的冰储量为0.076 km3.将2009年四工河4号冰川表面地形图与冰川厚度分布图相结合,绘制出了该冰川的冰床地形图.结果显示,在冰体厚度最大的区域,冰床地形呈现凹陷状,这与其相对平缓的冰面地形形成明显对比.

天山乌鲁木齐河源1号冰川消融对气候变化的响应

目前气候变暖导致的冰川退缩,引起了全世界的广泛关注。以新疆天山乌鲁木齐河源1号冰川为例,根据1958年以来的观测资料,研究了冰川消融对气候变化的响应。结果表明,近50a来冰川在表面粒雪特征、成冰带、冰川温度、面积、厚度及末端位置等方面发生了显著变化,而这些变化均与气温的升高有着密切的联系;20世纪80年代以来的快速升温,使冰川的退缩出现了加速趋势,冰川融水径流量也呈加速增大趋势。

1959-2013年中国境内萨吾尔山冰川变化特征

萨吾尔山冰川条数少,中国冰川编目将萨吾尔山南北坡的冰川分别附入了天山和阿尔泰山区的冰川,不便于冰川变化研究,因此应给予其特殊考虑.鉴于前人工作中鲜有涉及该区的冰川研究,以萨吾尔山区冰川为研究对象,利用地形图、冰川编目数据以及Landsat遥感影像数据结合实测探地雷达数据,分析萨吾尔山地区冰川变化特征.通过目视解译结合野外实地观测的方法,得到1959-2013年该区的冰川变化特征.结果表明:总体上,萨吾尔山冰川持续退缩明显,1959-2013年中国境内的冰川面积由17.69 km2退缩为10.13 km2,退缩率42.74%,平均每年退缩0.14 km2;萨吾尔山北坡的冰川退缩率为37.57%,南坡退缩率为72.69%,南坡冰川退缩率基本为北坡的两倍.分析认为,南坡冰川退缩率较高的原因除了与坡向因素有关外,单条冰川面积大小是该差异的主要影响因素;基于木斯岛冰川探地雷达测厚结果,对该冰川体积进行了初步估算并与1959年地形图估算出的体积进行对比,发现该冰川体积减少约44.6%.

天山乌鲁木齐河源1号冰川雪冰中δ^18O的演化过程

2002年9月14日-2005年3月7日,在天山乌鲁木齐河源1号冰川积累区雪坑中连续观测取样,频率为1次/周,分析了其中的部分表层雪样品和粒雪坑样品中的δ^(18)O。结果表明:表层雪样品的δ^(18)O具有明显的季节变化,且与月平均温度关系密切。粒雪坑样品中的δ^(18)O在9月底至次年6月初变化较小,升华对雪坑1 m以下雪冰中δ^(18)O的影响不超过-2‰,整个雪坑都较好地保持了δ^(18)O的季节变化特征。但6月初-9月底融水对雪冰中δ^(18)O的影响巨大,冬季形成的δ^(18)O低于-30‰的中、细粒雪层,经过夏季融水的改造,可成为δ^(18)O-11.6‰的粗粒雪和冰片层。融水可使雪冰中δ^(18)O的改变量>60%。在全球变暖背景下,冬季形成的低δ^(18)O雪层经过夏季融水的改造,其内的δ^(18)O可以完全被平滑。

天山东部冰川积雪中大气粉尘的沉积特征

对我国天山东部三个研究点乌鲁木齐河源1号冰川、奎屯哈希勒根51号冰川和哈密庙尔沟平顶冰川积雪中大气粉尘沉积进行了分析研究。微粒特征分析表明,自西向东随着研究点地理环境的变化,积雪中不溶微粒的质量浓度、沉积通量和体积粒径分布众数都表现出增高趋势:奎屯哈希勒根51号冰川最小,乌鲁木齐河源1号冰川次之,哈密庙尔沟平顶冰川最大;三个研究点粒径0.57<d<26!m微粒的平均质量浓度分别是969"g/kg、1442#g/kg、3690$g/kg,年均沉积通量分别是58.2%g/cm2、72.1&g/cm2、73.8’g/cm2。表明,哈密冰川受粉尘源影响较大,而乌鲁木齐河源与奎屯河源区受影响则相对较小。雪坑微粒浓度剖面和离子相关性分析表明,天山东部冰川积雪中污化层富含亚洲粉尘的富Ca2+、Na+矿物;微粒体积—粒径分布众数介于3-22(m,粒径分布显示了单结构模式。研究区最近4年积雪的污化层剖面揭示了春季零星的粉尘浓度峰值以及沉积数量上较大的年际变化,意味着天山东部雪冰中粉尘沉积对大气环境变化的敏感性。

基于遥感与GIS的库克苏河流域冰川变化研究

以伊犁河上游库克苏河流域冰川为例,利用1963年地形图、2004年的ASTER数字遥感影像资料及数字高程模型,通过遥感图像处理和分析提取研究区冰川范围,并在地理信息系统技术支持下分析该地区冰川的变化情况。研究表明1963-2004年库克苏河流域冰川整体变化幅度较大,冰川表现为萎缩的趋势,2004年冰川面积、冰储量比1963年分别减小了18.9%、21.8%,分析认为,较大的变化率是由于研究区面积<1 km2的冰川数量占总数的比重较大(近80%)造成的。同时分析了库克苏河流域冰川空间结构特征,研究表明0.1~0.5 km2面积的冰川对气候变化最为敏感,消融率最高,1~5 km2面积的冰川对消融总量贡献比例最大。依据分形理论对未来冰川变化进行初步预测,分析认为研究区冰川的消融速率仍将保持比较高的状态。

天山乌鲁木齐河源1号冰川积累区气溶胶和表层雪中可溶性矿物粉尘的变化特征及相互关系——以Ca^(2+)、Mg^(2+)为例

对天山乌鲁木齐河源1号冰川(以下简称1号冰川)积累区海拔4130 m处12个月、每周1次的气溶胶和表层雪样品进行了分析.结果表明,1号冰川气溶胶与表层雪中Ca2+、Mg2+的平均浓度均在夏季最高,冬季最低.气溶胶中Ca2+、Mg2+浓度变化规律极其相似,二者在一年内出现两次峰值,第1次出现在春季,第2次出现在夏末秋初.表层雪中这两种离子浓度变化趋势也相似,峰值均出现在夏季,且Ca2+浓度峰值的出现稍早于Mg2+,二者浓度在冬季都有所升高,尤其Ca2+更为显著.气溶胶和表层雪中对应离子间在整体变化趋势上较为相似,且在日时间尺度上的对应关系有显著的特点.相应离子的对应关系,可能受粉尘微粒的溶解、离子的清除比率、离子的淋溶强弱等性质的影响.

天山乌鲁木齐河源1号冰川大气气溶胶的微观形貌及元素组成分析

为研究冰川区大气气溶胶单颗粒物的物理化学特征,使用带能谱的扫描电镜(SEM-EDX)对2007年在天山乌鲁木齐河源1号冰川东支积累区海拔4 130m(86°49′E,43°06′N)处采集的38个气溶胶样品中的38 861个单颗粒物进行了微观形貌和元素组成的分析.结果表明:天山乌鲁木齐河源1号冰川区大气气溶胶主要以粒径在0.6～2.5μm之间的不规则的非圆形矿物颗粒为主,其中以富含Si、Ca的粘土矿物颗粒为主,与人类活动密切相关的含S颗粒物及烟尘飞灰等含量较少.这与其它沙尘源区的气溶胶特征相似,其中含Ca颗粒多于其它沙尘源区,主要受西风带的影响.气团轨迹显示,来自于西面中亚地区的高空气流影响了1号冰川区的大气环境,表明天山乌鲁木齐河源1号冰川区的气溶胶主要代表了中亚沙尘源区对流层中上部大气的本底状况.

天山东部冰芯pH值和电导率的大气环境空间差异

冰芯电导率是大气环境变化的替代性指标。对我国天山东部三个研究点奎屯哈希勒根48号冰川、乌鲁木齐河源1号冰川以及哈密庙儿沟平顶冰川粒雪芯中pH值和电导率的近期环境记录进行了分析研究。结果显示,三个研究点粒雪芯反映的近期pH值和电导率变化趋势不同:奎屯电导率随冰芯深度增加表现出升高趋势,哈密庙尔沟平顶冰川和乌鲁木齐河源1号冰川随冰芯深度增加表现出一定下降趋势;冰芯电导率平均值在哈密庙儿沟冰川最大,而其他两个点相对较小,这与矿物粉尘浓度和离子浓度的分布一致;雪冰电导率与粉尘及离子相关性分析表明,电导率主要受中亚粉尘活动影响,同时与Ca2+、Mg2+、Na+等相关性很高。通过比较显示,天山东部与我国西部其他研究点以及极地雪冰电导率的差异可以很好地反映大气环境的空间差异。

天山哈密榆树沟流域春洪期水化学特征及其控制因素研究

2013年4月26日-5月2日,逐日采集哈密榆树沟流域下游榆树沟水文站点的河水样。综合运用描述性统计、相关性分析、Gibbs图、阴阳离子三角图示法,对主要的化学离子、pH值、电导率EC、总可溶性固体TDS进行了分析。结果表明:榆树沟流域春洪期径流水体呈弱碱性;HCO3-、Ca2+是阴、阳离子中最主要的离子,Ca2+质量浓度占阳离子总数的74.31%,HCO3-质量浓度占阴离子总数的82.07%;水化学类型为HCO3--Ca2+;径流中主要离子组成、TDS、EC、pH值受即时径流量的调节作用不大,岩石的风化作用是水化学主要离子来源的主要控制因素,其中主要来源于石灰岩等碳酸盐岩的风化。

乌鲁木齐河源1号冰川雪-冰界面含氮离子迁移研究

冰川积累区雪-冰界面附近的化学物质迁移对冰芯记录的形成具有重要意义,为讨论主要含氮离子在这一界面的迁移,本研究基于2004年11月至2006年3月在天山乌鲁木齐河源1号冰川连续采集的64组雪冰样品分析了NO3-与NH4+的变化情况。结果表明,雪层底部干季(11月至翌年3月)含氮离子浓度的平均值高于湿季(4—10月)的,而冰层顶部离子浓度的平均值则相反,即干季的低于湿季的,雪-冰界面附近5cm与15cm尺度上均有体现;干季的离子浓度雪冰比(雪层底部与冰层顶部含氮离子浓度的比值)平均值大于湿季的,即干季雪层底部含氮离子的浓度一般高于冰层顶部的浓度,湿季其表现出相反的趋势;雪-冰界面附近含氮离子的迁移反映了环境信息的记录过程,受到融水和气温变化等因素的综合影响。

天山博格达峰四工河4号冰川雪坑中人类活动的NO3-、SO4(2-)记录

2009年7月在天山博格达峰地区四工河4号冰川采集了20个雪坑样品.对所有样品(Na+、K+、Ca2+、Mg2+、NH4+、Cl-、SO42-、NO3-、HCOO-和CH3COO-)进行了分析.与天山地区其它冰川比较,博格达峰四工河4号冰川雪坑中SO24-和NO3-浓度均表现为最高值,分别达到521.4ng.g-1和760.4ng.g-1.2008年12月的多条空气后向轨迹经过了乌鲁木齐市中心;雪坑样品pH值与乌鲁木齐市平均值基本一致,并且雪坑样品[NO3-]/[SO24-]比率与乌鲁木齐市冬天[NO3-]/[SO42-]比率相符合;雪坑样品[HCOO-]/[CH3COO-]比率仅为0.79,低于1.结果表明,博格达峰四工河4号冰川雪样的SO24-和NO3-主要来自于人类污染.