冰川物质平衡

物质平衡定义为单位时间内冰川上以固态降水形式为主的物质收入(积累)和以冰川消融为主的物质支出(消融)的代数和。冰川物质平衡是表征冰川积累和消融量值的重要冰川学参数之一,主要受控于能量收支状况,对气候变化有敏感的响应。物质平衡及其动态变化是引起冰川规模和径流变化的物质基础,是连结冰川与气候、冰川与水资源的重要纽带。

2.1观测规范

根据WGMS规范要求,冰川物质平衡观测采用冰川学方法(花杆/雪坑法)。

2.1.1物质平衡花杆网阵观测网络布设

冰川积累和消融观测基于布设在冰川表面的木质或金属花杆(或称之为测杆),并对其编号。各观测点花杆应在冰面露一部分进行测点编号和旗帜鲜明的测点标志。理想的花杆布设应均匀分布于冰川表面,形成冰面积累和消融观测网(图3-1,以1 号冰川为例)。主流线花杆的布设尽可能的加密。在不易到达的冰面区,花杆应尽可能靠近冰川主流线布设,然后沿垂直于主流线方向布设数排花杆。由于光照条件或表面特性不同,冰川两侧边缘与山脊接壤部分的消融往往与其它部分有明显不同,因此,布设网点时应考虑在这些位置加设花杆。冰川物质平衡的测杆不仅用于冰川积消量的计算,而且也是观测整个冰川表面运动速度的标志。一般依靠蒸汽钻或人工冰芯钻钻取。花杆露出雪面的高度和在冰内的长度依照布设点的积累或消融情况以及观测周期而定。

图2.1 天山乌鲁木齐河源1号冰川物质

2.1.2物质平衡测量及注意事项

(1)冬平衡观测

① 消融开始前,应对冰川表面总积雪厚度进行一次全面观测,与上年最后一次观测的的雪厚相减折算成水当量即为冬平衡。

② 为获取冰川粒雪盆某点冬平衡,需观测雪坑剖面的层位特征及其密度,不同特征层位雪层应分别量测其密度。

③ 在冬末(4 月末或5 月初)观测时,应对无花杆区以“雪深探杆”测量雪层厚度和相应的密度。

(2)消融的观测

① 春末夏初用测杆网进行冰川消融的初始观测,其消融量以两次冰面高度差确定。

② 积累区消融观测应配合雪坑观测,特别应注意附加冰和内补给的形成过程和量值。

③ 消融期最后一次观测(8 月末或9 月初)应对全冰川剩余积雪厚度分布状况实施一次全面观测,配合雪层密度测量以确定剩余积雪水当量。

④ 每次观测时应注意记录瞬时雪线分布的高度。

2.2观测冰川

天山乌鲁木齐河源1号冰川物质平衡观测始于1959年,如今已积累了60年资料,是世界上少有的物质平衡长序列。其余几条参照冰川(哈希勒根51号冰川、庙尔沟冰帽、青冰滩72号冰川、木斯岛冰川、十一冰川、八一冰川、Austre Lovénbreen冰川和Pedersenbreen冰川)的观测时间20～40年不等,观测频率每年2次或1次。

2.3观测数据说明

由花杆/雪坑法观测获得的物质平衡资料,数据应集中收录:“花杆(雪坑)经纬度”、所处“冰川表面高程”、“单点物质冬平衡”及“年平衡”等信息。物质平衡数据精度达到mm级。采用重复地面立体摄影测量法与RTK-GPS 表面重复测量法时,应包含“观测时间”、“花杆(标志点)经纬度”及所在处“冰川表面高程”等信息。数据集包括两个部分:一是数据集说明。其中包括数据集的主要内容、参数字段名、野外采集区地理位置或空间覆盖范围、参数采集时间、观测误差、观测人、备注等基本信息;二是观测数据。不同观测项目或方法有相应的格式与内容。以上说明适用于本指南中所有观测项目的数据整编,其它章节中将不再重述。

2.4数据下载

2.4.1在线下载

国内数据平台(冰冻圈科学数据平台:http://data.sklcs.ac.cn、国家特殊环境特殊功能研究台站共享平台:http://www.crensed.ac.cn、寒区旱区科学数据中心:http://westdc.westgis.ac.cn);国际数据平台(世界冰川监测服务处WGMS:https://wgms.ch、全球冰冻圈数据库GCW:http://globalcryospherewatch.org、国家冰雪数据中心NSIDC:https://nsidc.org/data)。