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2005年—2016年南极冰盖物质平衡精细评估

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遥感学报 2023年第2期27卷 318-334页

作者：林依静于志同刘岩程晓沈强赵励耘北京师范大学全球变化与地球系统研究院遥感科学国家重点实验室北京100875 中国空间技术研究院钱学森空间技术实验室北京100094 南方海洋科学与工程广东省实验室(珠海) 珠海519082 中国高校极地联合研究中心北京100875 全球变化与可持续发展协同创新中心北京100875 中山大学测绘科学与技术学院珠海519082 中国科学院测量与地球物理研究所大地测量与地球动力学国家重点实验室武汉430077

在全球变暖背景下,精细评估南极冰盖物质平衡可以深入探索南极冰盖变化对海平面上升的影响。基于最新的多源遥感冰盖产品,本文改进了通量法(IOM)在触地线处冰通量的评估方法,并逐年逐流域评估了2005年—2016年南极冰盖物质平衡及变化,... 详细信息

在全球变暖背景下,精细评估南极冰盖物质平衡可以深入探索南极冰盖变化对海平面上升的影响。基于最新的多源遥感冰盖产品,本文改进了通量法(IOM)在触地线处冰通量的评估方法,并逐年逐流域评估了2005年—2016年南极冰盖物质平衡及变化,探讨了其变化的动力学和气候学原因。本文实现了触地线处冰通量的精细评估,与国际同期结果比较此方法结果更合理;同时,对比结果显示细微的数据差异和方法差异会造成IOM法物质平衡估算结果的明显差异。2005年—2016年期间,南极年冰盖物质平衡基本处于物质流失状态,年均物质损耗量为109.1±34.9 Gt/a,年际间波动为±84.1 Gt/a。南极冰盖物质损耗由西南极主导,占总物质损耗量的65.1%;东南极整体处于正平衡状态,但威尔克斯地流域存在明显的物质损耗;南极半岛地区在零平衡状态下波动;岛屿冰通量首次被单独评估,处于负物质平衡状态。冰盖物质平衡变化从整体来看是由表面物质平衡主导的,受年际变化的气候学因素影响;从小尺度范围来看,冰架变薄、冰川崩解导致的触地线处冰通量的动力学变化影响了部分物质损耗严重区域的物质平衡变化,使其在崩解事件发生的年份流失的冰物质量增加。

关键词：南极冰盖物质平衡通量法表面物质平衡冰通量

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南极冰盖地表能量平衡的研究进展

极地研究 2021年第1期33卷 99-114页

作者：杨堤益丁明虎邹小伟浙江省海宁市气象局浙江海宁314400 中国气象科学研究院青藏高原与极地气象科学研究所北京100081

南极冰盖地表能量平衡研究,是耦合冰冻圈、大气圈和水圈过程的基础之一,对了解冰盖表面物质平衡过程、提升极地天气气候预报水平有着极其重要的意义。随着近年来极地观测水平的提升,南极冰盖地表能量平衡研究取得了长足的进步,特别是在... 详细信息

南极冰盖地表能量平衡研究,是耦合冰冻圈、大气圈和水圈过程的基础之一,对了解冰盖表面物质平衡过程、提升极地天气气候预报水平有着极其重要的意义。随着近年来极地观测水平的提升,南极冰盖地表能量平衡研究取得了长足的进步,特别是在辐射参数化和有效热传导系数模拟等方面。但在南极广袤的地域和多样的天气条件下,已有的研究大都适用于局地环境,限制了我们的模拟和预测能力。因此,适用于极地特殊环境的传感器的研发、关键气候区的科学试验的开展和基础的气象站网建设,能加深我们对冰/雪-气相互作用过程的理解,进而改进已有的参数化方案,应用于多圈层模式的耦合。

关键词：地表能量平衡研究进展南极冰盖

基于输入-输出法的2013~2018年南极冰盖物质平衡评估

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中国科学：地球科学 2023年第7期53卷 1490-1505页

作者：程远海港崔祥斌吕达乔刚李荣兴上海大学文化遗产保护基础科学研究院文化遗产与信息管理学院上海200444 同济大学空间信息科学及可持续发展应用中心上海200092 同济大学测绘与地理信息学院上海200092 中国极地研究中心上海200136

近40年的卫星观测结果表明,南极冰盖(AIS)处于持续的物质流失状态,并对全球海平面(GSL)上升产生了相应贡献.本文改进了现有的南极冰盖接地线冰通量及物质平衡评估算法,并基于最新发布的BedMachine冰厚数据、PEL冰厚数据、ITS_LIVE年度... 详细信息

近40年的卫星观测结果表明,南极冰盖(AIS)处于持续的物质流失状态,并对全球海平面(GSL)上升产生了相应贡献.本文改进了现有的南极冰盖接地线冰通量及物质平衡评估算法,并基于最新发布的BedMachine冰厚数据、PEL冰厚数据、ITS_LIVE年度流速图等高质量遥感数据产品,以及RACMO 2.3模型的表面物质平衡模拟数据,对2013~2018年南极冰盖的物质平衡状况进行了逐年评估.在高精度冰厚数据的支持下,本文提出的方法能够将冰通量评估结果的不确定性降低10%.结果表明,2013~2018年,AIS的总物质流失约为1069Gt、平均变化率为(-178.2±108.9)Gt a^(-1),其中主要贡献来自加剧的西南极(WA)物质流失,加速度为(6.9±6.5)Gt a^(-2).此外,东南极毛德皇后地的表面物质平衡较高,物质累积速度为(56.0±10.0)Gt a^(-1).结合已有研究中输入-输出法的评估结果可知,WA及东南极威尔克斯地的持续物质流失现象,与这一区域的冰川变薄及冰架底部融化加剧有关.此外,与1979~2017年长期物质平衡评估结果相比,本文的研究结果揭示了近10年南极冰盖的物质流失加速趋势.本文的物质评估方法可进一步应用于不同时期、基于不同卫星数据获取的冰流速产品,为南极冰盖和格陵兰冰盖物质平衡的长期趋势分析提供支撑.

关键词：南极冰盖物质平衡输入-输出法 BedMachine ITS_LIVE

基于Polar WRF模型的南极冰盖气温、风速和气压数值模拟

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冰川冻土 2022年第3期44卷 843-862页

作者：张玉伦王叶堂侯书贵南京大学地理与海洋科学学院江苏南京210023 山东师范大学地理与环境学院山东济南250358

在全球变暖的背景下,南极已成为全球气候变化研究的热点,然而其区域内的观测站点稀疏且缺乏较长的时间序列,限制了人们对南极气候变化机制的分析与理解。Polar WRF作为目前最先进的极地区域气候模型之一,有力弥补了观测资料不足的缺陷,... 详细信息

在全球变暖的背景下,南极已成为全球气候变化研究的热点,然而其区域内的观测站点稀疏且缺乏较长的时间序列,限制了人们对南极气候变化机制的分析与理解。Polar WRF作为目前最先进的极地区域气候模型之一,有力弥补了观测资料不足的缺陷,然而模式存在误差,在应用之前有必要对其定量评估。本文利用Polar WRF3.9.1对2004-2013年南极冰盖2m气温、10m风速和地表气压进行了数值模拟,并与28个气象站数据进行了对比分析,结果表明:模式对气温的模拟值在东南极沿岸偏低,在内陆偏高,在南极半岛既存在冷偏差也存在暖偏差,而对风速和气压的模拟整体呈高估。而从均方根误差和平均绝对误差的空间分布来看,模式对气温和气压的模拟结果在东南极沿岸的精度高于内陆和南极半岛,而风速则在内陆的精度要高于沿岸地区。但总体来说模拟效果较为理想,在2004-2013年间气温、风速、气压的模拟值的变化趋势与实测值的变化趋势相同。模式模拟的年平均2m气温和近地面气压在所有站点都通过了α=0.1的显著性检验,季节误差和月误差整体较小,且所有月份的相关系数都分别大于0.90与0.79。模式对10m风速的模拟精度要略低,部分沿岸站点的年平均误差超过了7.5m·s^(-1),但整体而言其在四季和各个月份的相关性均大于0.5且误差小于4.5m·s^(-1)。虽然Polar WRF作为天气模式,但在模拟长时间尺度的气候方面仍然表现较好。

关键词：南极冰盖 Polar WRF 数值模拟温度风速气压

南极冰盖内部结构特性研究——基于三维各向异性电磁波时域有限差分方法

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地球物理学报 2009年第4期52卷 966-975页

作者：王帮兵田钢孙波崔祥斌浙江大学理学院地球科学系杭州310027 中国极地研究中心上海200129

冰雷达技术已成为目前探测南极冰盖内部结构的主要技术手段.近年发展起来的多极化雷达技术可根据不同方向雷达反射功率的变化推断冰盖内部冰晶组构特征和变化规律,进而推断冰盖内部应力应变历史,这对于理解冰流机制和动力过程以及解释... 详细信息

冰雷达技术已成为目前探测南极冰盖内部结构的主要技术手段.近年发展起来的多极化雷达技术可根据不同方向雷达反射功率的变化推断冰盖内部冰晶组构特征和变化规律,进而推断冰盖内部应力应变历史,这对于理解冰流机制和动力过程以及解释冰盖过去、现在和未来的变化规律具有非常重要的作用.本文从Maxwell方程出发,推导出适于介电常数各向异性的三维电磁波时域有限差分方程,进而建立模型模拟各向异性介质的响应输出及其时空分布特征.模拟结果表明:(1)电磁波在各向异性介质中传播时,波前面为椭圆形,长轴位于介电常数小的主轴方向;(2)横向各向异性介质反射波振幅在水平面内具有180°的变化周期.通过对现场常用三种天线装置类型模拟对比分析发现,不同天线类型各向异性层底界面反射波存在"时差"现象,并且时差大小和正负与上下层介电常数差异以及同层各向异性差异有关.在模拟计算的基础上,作者讨论了由于介电常数各向异性导致的"时间延迟"和水平面内振幅"周期性变化"的原因.模拟结果和结论对于南极冰盖冰雷达数据处理和解释工作具有指导意义.

关键词：各向异性电磁波时域有限差分南极冰盖冰雷达

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东南极冰盖PANDA断面绝对重力测量

中国科学：地球科学 2022年第12期52卷 2541-2544页

作者：杨元德李斐武汉大学中国南极测绘研究中心自然资源部极地测绘科学重点实验室武汉430079

1引言南极冰盖是地球上最大的陆缘冰体,重力是冰盖物质平衡和内部结构研究的重要基础(许厚泽,2001;Alley等,2005).自20世纪50年代以来,科学家们采用摆式或弹簧重力仪,通过相对重力测量的方式将其他大洲的重力基准引入到南极大陆(Sledzin... 详细信息

1引言南极冰盖是地球上最大的陆缘冰体,重力是冰盖物质平衡和内部结构研究的重要基础(许厚泽,2001;Alley等,2005).自20世纪50年代以来,科学家们采用摆式或弹簧重力仪,通过相对重力测量的方式将其他大洲的重力基准引入到南极大陆(Sledzinski,2001;Amalvict,2004).随着重力仪的发展,各国陆续在南极开展了绝对重力测量,主要目的是提供重力基准和监测重力变化等.截止2009年,各国在南极的14个考察站实施了25次绝对重力测量.

关键词：绝对重力测量南极大陆考察站重力变化南极冰盖重力仪

利用ICESat数据解算南极冰盖冰雪质量变化

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地球物理学报 2016年第1期59卷 93-100页

作者：李斐袁乐先张胜凯杨元德鄂栋臣郝卫峰武汉大学中国南极测绘研究中心武汉430079

南极冰盖冰雪质量变化反映了全球气候变化,并且直接影响着全球海平面变化.ICESat测高卫星的主要任务之一就是要确定南北两极冰盖的质量变化情况并评估其对全球海平面变化的影响.本文利用2003年10月至2008年12月的ICESat测高数据,针对南... 详细信息

南极冰盖冰雪质量变化反映了全球气候变化,并且直接影响着全球海平面变化.ICESat测高卫星的主要任务之一就是要确定南北两极冰盖的质量变化情况并评估其对全球海平面变化的影响.本文利用2003年10月至2008年12月的ICESat测高数据,针对南极DEM分辨率有限的特殊性,通过求解坡度改正值,解决重复轨道地面脚点不重合的问题,计算了南极大陆(86°S以北区域,后文所述南极冰盖均不包括86°S以南区域)在这5年里的冰雪质量变化情况,得到东南极冰盖的质量变化为-18±20Gt/a,西南极-26±6Gt/a,南极冰盖的冰雪质量变化为-44±21Gt/a,对全球海平面上升的影响约为0.12mm·a^(-1).解算结果表明,南极冰盖质量亏损主要集中在西南极阿蒙森海岸附近冰川以及东南极波因塞特角区域.

关键词：南极冰盖物质平衡 ICESat 重复轨道

过去60年来南极冰盖近地面气温时空变化研究

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第四纪研究 2021年第3期41卷 739-751页

作者：张雪影王叶堂宁文涛张悟颖董旭山东师范大学地理与环境学院山东济南250014

如何将十分有限的器测资料和再分析资料有机联系起来,充分借助它们各自的优势,分析南极冰盖气温时空变化具有重要意义。以CFSR(the Climate Forecast System Reanalysis)、ERA5(the European Centre for MediumRange Weather Forecasts Fifth-generation Reanalysis)和MERRA-2(the Modern-Era Retrospective Analysis for Research and Applications,version 2)再分析资料分别作为背景场,利用南极冰盖具有超过50年连续观测的站点气温观测资料,分别重建了1960~2019年冰盖近地面月气温时空数据集,借助于未参与重建的70个站点观测资料进行了验证分析。在此基础上,利用精度最高的重建数据集探讨了冰盖过去60年来气温时空变化特征。精度验证结果表明:基于ERA5重建的月气温数据集精度最高,相关系数为0.70,均方根误差为0.49℃。1960~2019年,南极半岛和西南极冰盖呈现显著增温趋势,而且显著变暖延伸到60°~180°E的东南极内陆大部分区域。全球变暖停滞事件在南极半岛和西南极冰盖发生,且增温减缓程度更明显:1999~2019年间年和春季平均气温均呈明显降低趋势。1960~1998年,整个东南极冰盖气温没有显著变化,但是1999~2019年东南极冰盖内陆较大区域呈现了显著变暖趋势。这些结果有助于增进对不同时间尺度南极冰盖气温变化区域差异性的理解。

关键词：南极冰盖近地面气温重建再分析资料时空演变

1961—2017年南极冰盖近地面风时空变化研究

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冰川冻土 2021年第5期43卷 1383-1399页

作者：殷宝玲刘琪王叶堂山东师范大学地理与环境学院山东济南250014

基于19个人工气象站1961—2017年风速风向实测数据对南极冰盖近地面风速时空变化和风向进行了分析。结果表明:近50年来,南极冰盖近地面各季节平均风速和年平均风速变化的空间模式基本一致。东南极0°~120°E沿海地区风速呈显著上升趋势... 详细信息

基于19个人工气象站1961—2017年风速风向实测数据对南极冰盖近地面风速时空变化和风向进行了分析。结果表明:近50年来,南极冰盖近地面各季节平均风速和年平均风速变化的空间模式基本一致。东南极0°~120°E沿海地区风速呈显著上升趋势;南极半岛气象站风速变化趋势各异,且变化速率相差甚大,但从区域平均结果来看,南极半岛年和季节平均风速均呈上升趋势。这与近几十来局地气温、气压变化及南半球环状模趋向于正位相发展有关。东南极受下降风和绕极东风影响,大部分地区盛行偏南风或偏东风,且频率较高风向稳定;而受天气活动影响,南极半岛风向复杂,主风向频率低,风向多变。

关键词：南极冰盖近地面风速近地面风向变化趋势