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萨吾尔山冰川现状及演化过程

干旱区地理 2024年

作者：牟建新李忠勤王璞玉梁鹏斌王炎强白昌彬王芳龙中国科学院西北生态环境资源研究院冰冻圈科学国家重点实验室/阿尔泰山冰冻圈科学与可持续发展综合观测研究站中国科学院西北生态环境资源研究院冰冻圈科学与冻土工程重点实验室青海理工学院生态与环境科学学院青海省高原气候变化及其生态环境效应重点实验室山西农业大学资源环境学院南宁师范大学

萨吾尔山是中国西部14座冰川分布的山系之一，横跨中国和哈萨克斯坦两国，尽管冰川规模不大，但因二元政治主体割裂了科学研究的完整性，同时萨吾尔山冰川水资源对于新疆吉木乃县发展具有重要意义，为此本研究结合航摄地形图、Landsat及... 详细信息

萨吾尔山是中国西部14座冰川分布的山系之一，横跨中国和哈萨克斯坦两国，尽管冰川规模不大，但因二元政治主体割裂了科学研究的完整性，同时萨吾尔山冰川水资源对于新疆吉木乃县发展具有重要意义，为此本研究结合航摄地形图、Landsat及Sentinel卫星遥感影像，并参考已有冰川编目和Google Earth高分辨率历史图像等数据资料，在野外台站现场观测验证基础上对萨吾尔山冰川当前现状和过去30多年间的变化进行了详细研究，结果表明：（1）截止2022年，萨吾尔山共分布冰川31条，总面积11.47 km2，新疆吉木乃县境内的木斯岛冰川为最大规模冰川，面积2.95 km2，其余90%的冰川其面积不足1 km2。（2）过去30多年来，萨吾尔山冰川变化的总体趋势是冰川分裂、面积缩小和末端后退持续增加。冰川数量从12条分裂成31条，1989—2022年冰川面积减少8.11 km2，退缩率达41.42%，冰川末端年均退缩6.36 m。气温升高、冰川反照率降低和冰川破碎程度加大是引起萨吾尔山冰川退缩的主要原因。（3）相较于我国其他13座高大山系，萨吾尔山在过去半个多世纪中冰川面积相对退缩幅度最大。未来在全球气候变暖背景下萨吾尔山冰川极大可能会基本消融殆尽，这对本就干旱贫水的吉木乃县可持续发展将产生重要影响，需提早统筹谋划以应对未来的水资源危机。

关键词：冰川现状演化过程冰川变化萨吾尔山

基于长标距FBG的桥梁监测:从结构变形到损伤识别

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公路 2024年第8期69卷 412-418页

作者：卢晓琪任晓辉梁鹏斌陈适之王涛宝鸡市公路局宝鸡市721006 陕西高速公路工程试验检测有限公司西安市710086 长安大学公路学院西安市710064

为解决我国中小桥数量庞大、分布广泛,仅依赖人工巡检难以有效管养的问题,利用长标距FBG组建传感系统,基于“一核多模”的思路研发多种健康监测方法,从结构变形到损伤识别全覆盖,构建起中小桥监测体系。首先通过将共轭梁理论进行长标距... 详细信息

为解决我国中小桥数量庞大、分布广泛,仅依赖人工巡检难以有效管养的问题,利用长标距FBG组建传感系统,基于“一核多模”的思路研发多种健康监测方法,从结构变形到损伤识别全覆盖,构建起中小桥监测体系。首先通过将共轭梁理论进行长标距化,并结合铁木辛柯梁理论,提出了基于长标距FBG的变形监测方法;随后,经理论推导得到长标距应变影响线,提出了基于长标距应变面积的损伤指标及损伤识别方法,建立起中小桥监测体系。针对提出的方法设计开展了相应的室内模型试验研究,结果表明:提出的变形监测方法可以有效消除剪切变形引入的误差,在不同变形状态和梁体尺寸下识别误差均处在3%以下;损伤识别方法可以在不同车速下成功识别不同程度的预设损伤位置,相较而言,损伤程度识别精度会受损伤程度大小及车辆动态效应干扰,虽不理想但仍可接受。整体结果初步表明基于一套长标距FBG构建的监测体系具有在中小桥中应用的潜力,但后续仍需进一步完善提升。

关键词：桥梁工程结构健康监测长标距FBG 中小跨桥梁结构变形损伤识别

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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

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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

作者：梁鹏斌西北师范大学

学位级别：硕士

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... 详细信息

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2179.93km,21世纪初面积为2075.17km,共减少104.76km(5%),单条平均减小2.6km,约占5%,Peyto glacier面积减少最多,为4.8km,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22.5km,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 km,每年减小0.28 km(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0.15.65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α为正,为4.9%,冰川目前正处在微弱稳定状态,33条冰川α均为负值,介于-0.3%57.7%之间,平均值为-22.3%,负α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*** 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。

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 COSIMA

2001—2017年祁连山积雪面积时空变化特征

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干旱区地理 2019年第1期42卷 56-66页

作者：梁鹏斌李忠勤张慧西北师范大学地理与环境科学学院甘肃兰州730070 中国科学院西北生态环境资源研究院冰冻圈科学国家重点实验室/天山冰川站甘肃兰州730000

科学监测祁连山积雪面积及变化特征对该区域气候研究、雪水资源开发利用、环境灾害预报及生态环境保护等具有重要意义。基于2001—2017年MOD10A2积雪产品和气象数据,分析祁连山积雪面积动态变化特征及与气温降水关系。结果显示:(1) 2001... 详细信息

科学监测祁连山积雪面积及变化特征对该区域气候研究、雪水资源开发利用、环境灾害预报及生态环境保护等具有重要意义。基于2001—2017年MOD10A2积雪产品和气象数据,分析祁连山积雪面积动态变化特征及与气温降水关系。结果显示:(1) 2001—2017年祁连山积雪面积年际波动趋势较大,呈减小趋势,多年平均积雪面积约为5×104km2,占祁连山总面积的25. 9%;年内变化成"M"型,即在一个积雪年中有两个波峰和波谷,波峰出现在11月和1月,波谷出现在7月;季节变化波动趋势较大,夏冬季积雪面积减小趋势大于春季,秋季呈现略微增加趋势。(2)祁连山区积雪面积主要分布在3 000～4 000 m及4 000～5 000 m,积雪覆盖率随着海拔上升呈现逐渐增大的趋势;祁连山区不同坡向积雪覆盖面积差异较大,积雪覆盖率差异较小;积雪频率高值区呈典型的条带状分布,与祁连山地形相一致,呈西北—东南分布,且分布西部大于东部。(3)初步分析认为祁连山积雪面积变化对气温要素更敏感。

关键词：祁连山 MODI10A2 积雪面积时空变化

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1959年来中国天山冰川资源时空变化

地理学报 2017年第9期72卷 1594-1605页

作者：邢武成李忠勤张慧张明军梁鹏斌牟建新西北师范大学地理与环境科学学院兰州730070 中国科学院西北生态环境资源研究院冰冻圈国家重点实验室兰州730000

基于两期冰川编目数据与气象数据,对天山1959年来冰川资源的时空变化特征进行研究。研究发现:(1)天山地区现有冰川7934条,面积7179.77 km^2,冰储量756.48 km^3。冰川数量以面积<1 km^2的冰川居多,面积以1~10 km^2和≥20 km^2的冰川为主... 详细信息

基于两期冰川编目数据与气象数据,对天山1959年来冰川资源的时空变化特征进行研究。研究发现:(1)天山地区现有冰川7934条,面积7179.77 km^2,冰储量756.48 km^3。冰川数量以面积<1 km^2的冰川居多,面积以1~10 km^2和≥20 km^2的冰川为主,冰川集中分布在海拔3800~4800 m之间。(2)在四级流域中,阿克苏河流域冰川面积最大为1721.75 km^2,面积最小的是伊吾河流域,为56.03 km^2。在各市(州)中,阿克苏地区冰川资源量最多,其面积和储量分别占天山总量的43.28%和68.85%;冰川资源量最少的市(州)是吐鲁番地区,面积和储量仅占天山总量的0.23%和0.07%。(3)1959年来,天山地区冰川面积减少了1619.82 km^2(-18.41%),储量亏损了104.78 km^3(-12.16%),其中数量以<1 km^2的冰川减少最多,面积减少以<5 km^2的冰川最为严重。(4)冰川变化呈现明显的区域差异,变化速度最快的是天山东段博格达北坡流域,变化最慢的是中部的渭干河流域。初步分析认为夏季气温显著上升带来的消融大于年内降水带来的积累是天山冰川退缩的主要原因。

关键词：天山冰川冰川变化冰川编目气候变化中国

全球冰川面积现状及近期变化——基于2017年发布的第6版Randolph冰川编目

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冰川冻土 2018年第2期40卷 238-248页

作者：牟建新李忠勤张慧梁鹏斌西北师范大学地理与环境科学学院甘肃兰州730070 中国科学院西北生态环境资源研究院冰冻圈科学国家重点实验室/天山冰川观测试验站甘肃兰州730000 中国科学院大学北京100049

基于2017年发布的第6版Randolph冰川编目资料,结合全球16个主要冰川区近期发表的冰川变化研究文献,系统分析了全球冰川面积现状及其近期变化。结果表明,全球(不包括南极与格陵兰冰盖)共发育山地冰川215 547条,总面积达705 739 km^2,面... 详细信息

基于2017年发布的第6版Randolph冰川编目资料,结合全球16个主要冰川区近期发表的冰川变化研究文献,系统分析了全球冰川面积现状及其近期变化。结果表明,全球(不包括南极与格陵兰冰盖)共发育山地冰川215 547条,总面积达705 739 km^2,面积相对误差为4.2%。冰川数量以面积等级<1 km^2的冰川(79.15%)为主,冰川面积以面积等级≥100 km^2的冰川(54.9%)为主。分布在北极的冰川面积(45.5%)最多,分布在南极周边岛屿的冰川面积(18.8%)次之,分布在高亚洲(13.8%)和阿拉斯加(12.3%)的冰川面积再次之。近50年间全球冰川经历了强烈退缩,16个主要冰川区面积退缩率达11.3%,1960年以来的冰川面积年均退缩率为0.35%。由于目前尚缺乏多期冰川编目可供比较,全球范围内冰川变化的定量研究仍将是今后研究的重点。

关键词：全球冰川变化冰川面积冰川编目

额尔齐斯河源春季水化学及稳定同位素特征研究

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冰川冻土 2020年第1期42卷 234-242页

作者：刘峰李忠勤郝嘉楠梁鹏斌王芳龙张慧西北师范大学地理与环境科学学院甘肃兰州730070 中国科学院西北生态环境资源研究院冰冻圈科学国家重点实验室甘肃兰州730000 兰州大学资源环境学院甘肃兰州730000

基于2018年4月额尔齐斯河源至富蕴段的河水样品,综合运用Gibbs图、Piper三线图、相关矩阵分析等方法对河水中主要的化学离子、pH值、电导率、TDS和氢、氧稳定同位素等物理化学指标进行了分析。结果表明:额尔齐斯河源春季河水呈弱碱性,TD... 详细信息

基于2018年4月额尔齐斯河源至富蕴段的河水样品,综合运用Gibbs图、Piper三线图、相关矩阵分析等方法对河水中主要的化学离子、pH值、电导率、TDS和氢、氧稳定同位素等物理化学指标进行了分析。结果表明:额尔齐斯河源春季河水呈弱碱性,TDS平均值为72.02mg·L^-1,整体属于低矿化度水。河水中主要离子浓度序列为HCO3^->SO4^2->Ca^2+>Na^+>Cl^->NO3->Mg^2+>K^+,其中HCO3^-、SO4^2-和Ca^2+是最主要的阴阳离子。水化学类型从库依尔特河的HCO3^--Ca^2+型转变为额尔齐斯河富蕴段的(HCO3^-,SO4^2-)-Ca^2+型。从源区至富蕴段各离子含量整体呈增大趋势,但其增加过程受到复杂因素的影响而出现差异。河水离子主要受水-岩风化作用控制,且以碳酸盐岩(石灰岩、白云岩)为主的风化水解是离子的主要来源,其次是长石类矿物的风化,还包括下游人类活动的离子输入等。δD和δ18O沿程逐渐增大,在下游出现了富集现象。

关键词：额尔齐斯河水化学离子来源稳定同位素

中国西部大陆性冰川与海洋性冰川物质平衡变化及其对气候响应——以乌源1号冰川和帕隆94号冰川为例

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干旱区地理 2019年第1期42卷 20-28页

作者：牟建新李忠勤张慧徐春海金爽梁鹏斌西北师范大学地理与环境科学学院甘肃兰州730070 中国科学院西北生态环境资源研究院冰冻圈科学国家重点实验室/天山冰川观测试验站甘肃兰州730000 中国科学院大学北京100049

为认识全球变暖背景下中国西部大陆性冰川与海洋性冰川物质平衡变化及其对气候响应,以天山乌鲁木齐河源1号冰川和藏东南帕隆94号冰川为例,结合大西沟与察隅站气象资料,对1980—2015年两条冰川的物质平衡变化特征及差异进行了分析。结果... 详细信息

为认识全球变暖背景下中国西部大陆性冰川与海洋性冰川物质平衡变化及其对气候响应,以天山乌鲁木齐河源1号冰川和藏东南帕隆94号冰川为例,结合大西沟与察隅站气象资料,对1980—2015年两条冰川的物质平衡变化特征及差异进行了分析。结果表明:36 a来乌源1号冰川与帕隆94号冰川物质平衡总体上均呈下降趋势,累积物质平衡达-17 102 mm w. e.与-8 159 mm w. e.,相当于冰川厚度减薄19 m与9. 01 m,且分别于1996、2004年左右发生突变。同期两条冰川所处区域年均温呈显著上升趋势,而降水量却表现出不同的变化态势;二者年内气温分配相仿,但降水分配差异较大。初步分析认为气温上升是导致乌源1号冰川与帕隆94号冰川物质亏损的主要原因,冰川区气温和降水变化幅度的差异和地性因子(坡度、冰川面积)的不同使得乌源1号冰川对气候变化响应的敏感性高于帕隆94号冰川,由于目前海洋性冰川物质平衡监测时段相对较短,为深入研究中国西部冰川物质平衡变化及过程仍需加强对冰川的持续观测。

关键词：物质平衡大陆性冰川海洋性冰川乌源1号冰川帕隆94号冰川气候变化

天山哈密榆树沟6号冰川积雪化学特征及环境意义

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环境化学 2020年第9期39卷 2498-2506页

作者：刘峰李忠勤郝嘉楠梁鹏斌王芳龙西北师范大学地理与环境科学学院兰州730070 中国科学院西北生态环境资源研究院冰冻圈科学国家重点实验室兰州730000 兰州大学资源环境学院兰州730000

本研究基于2017年8月和2018年8月在天山榆树沟6号冰川采集的雪坑和表层雪实测资料,通过海盐示踪法、相关分析法、HYSPLIT后向轨迹等方法,对冰川积雪的主要阴阳离子的化学特征进行了分析,并探讨了离子的来源及环境指示意义.研究发现,冰... 详细信息

本研究基于2017年8月和2018年8月在天山榆树沟6号冰川采集的雪坑和表层雪实测资料,通过海盐示踪法、相关分析法、HYSPLIT后向轨迹等方法,对冰川积雪的主要阴阳离子的化学特征进行了分析,并探讨了离子的来源及环境指示意义.研究发现,冰川积雪中平均离子浓度顺序为Ca2+>SO42->Cl->Na+>NO-3>NH+4>Mg2+>K+,其中SO42-和Ca2+分别为主要的阴阳离子.雪坑中各离子平均浓度,pH值、电导率整体高于表层雪,且雪坑中的不溶微粒粉尘和化学离子峰值与污化层具有很好的对应关系.表层雪的化学离子浓度随海拔变化呈先减小后增大的趋势.冰川积雪中的离子来源主要包括,陆源矿物粉尘(Ca2+、Mg2+、K+)、海洋源海盐(Cl-、Na+)、人为源(SO42-、NO-3、NH+4).

关键词：榆树沟6号冰川积雪化学特征离子来源