科研进展

2018年度科研进展

来源： | 作者： | 日期：2019-07-17 08:28:55 | 阅读： 718

2018年，天山冰川站和阿尔泰山站在冰川变化过程、机理和模拟，大气化学研究等方向取得了重要的阶段性成果。

（1）冰川变化过程、机理和模拟

全球尺度来看，牟建新等（2018）基于2017年发布的第 6 版 Randolph 冰川编目资料研究得出，目前全球(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 km2，其中，79.15%的冰川面积＜1 km2。近50年间经历了强烈退缩，16个冰川区面积退缩率达11.3%（图1）。基于世界冰川监测服务处（WGMS）发布的全球40条典型参照冰川物质平衡数据分析显示，大多数冰川物质平衡为负的状态，冰川普遍退缩，尤其在中纬度比较强烈；物质平衡值由北到南出逐渐增大，空间上呈现出典型的纬度地带性和经度地带性特征，年代际物质平衡值值呈阶梯下降，每10年物质平衡值下降200 mm左右；全球冰川在2000年之后出现了加速消融的变化趋势（图2；梁鹏斌等，2018）。

位于天山的乌鲁木河源1号冰川，定位观测已近60年，自1980年以来，每年夏季末都对其开展表面运动速度观测。Wang Puyu et al. (2018) 系统地对该冰川年运动速度的长期变化及其影响因素进行了分析和讨论（图3）。从1980/1981到2011/2012年，乌鲁木河源1号冰川年运动速度减小了40%，平均每年减小1.3%。按照冰川运动和动力学基本理论，对冷冰川来说，冰体在自身重力作用下的蠕变变形是冰川运动的主要机制，运动速度主要受控于冰体厚度、底床和表面坡度。因此，该冰川运动速度长期变化的根本原因在于，持续的气候变暖使冰川物质平衡长期处于负平衡状态，进而使冰川厚度总体减小，底床虽然不变但表面坡度会发生变化。

Xu Chunhai et al. (2018a) 首次将Rigel VZ ©-6000 地面三维激光扫描仪用于乌鲁木河源1号冰川的物质平衡监测, 计算了2015-2017年年尺度以及月尺度的物质平衡，其获取的冰面高程变化值与花杆/ 雪坑法获取的相应同名点的高程变化值具有高度的一致性, 相关系数达 0.85 (通过了0.001 的显著性检验), 说明其在冰川物质平衡监测中具有很大的潜力（图4）。此外，基于1981年地形图和2015年地面三维激光扫描获取的DEM，在高程数据配准、误差评估和两种方法差异性分析的基础上，对乌鲁木河源1号冰川冰川学物质平衡资料进行再分析。结果依然表明乌鲁木河源1号冰川物质平衡的误差值普遍小于全球监测冰川的平均水平。采用统计学方法对比分析发现冰川学法和大地测量法物质平衡值具有较好的一致性（位于95%的置信区间内），论证了乌鲁木河源1号冰川物质平衡的质量是令人信服的（Xu Chunhai et al., 2018b）。Wang Feiteng et al. (2018) 在萨吾尔山木斯岛冰川上也作了相关试验（图5），取得了良好的效果，利用三维激光扫描仪开展物质平衡监测具有一定的可推广性。

由于冰川物质平衡直接取决于其能量收支状况，因此，众多学者将更多的研究集中在冰川表面的能量平衡上，并对其进行了不同程度的改进与简化。基于天山奎屯河流域哈希勒根51号冰川7年的物质平衡资料、冰面气象资料与格点数据，利用气温指数模型对该冰川1999-2015年的年物质平衡及季节性物质平衡进行了重建，以分析该冰川物质平衡变化特征及其与气候变化之间的相互关系（图6）。结果显示，16年间该冰川累计物质平衡为-6.06±0.88 m w.e.，年均物质平衡为 -0.37±0.22 m w.e.。该冰川平均年物质平衡、夏平衡与冬平衡分别为-0.37、-0.54与0.16±0.22 m w.e.。该冰川物质平衡对气温的敏感性为-0.51 m w.e.a^-1℃^-1；降水增加10%为该冰川带来的补给量约为0.08 m w.e.a^-1。消融期内的气温和年内降水是该冰川物质平衡变化的主控因素(Zhang Hui et al., 2018)。

（2）大气化学

Zhou Xi et al. (2018) 对兰州市颗粒物和气态污染物特征作了分析（图7），结果表明：2013-2016年来兰州市SO2、PM2.5和PM10浓度呈下降趋势，NO2、CO和O3浓度呈上升趋势，但颗粒物污染年均值超过二级标准，NO2和O3的升高将使兰州空气污染由煤烟型污染转变为复合型污染。兰州市污染物浓度冬季比夏季高，但O3夏季比冬季高，且颗粒物在春季也有较高值；污染物在上午10时至12时左右为最高浓度值，下午16时左右浓度最低，但O3正好相反；相比全国的空气污染状况，兰州市NO2污染较其他城市更为严重，PM10、CO次之。兰州市的污染物的主要来源为地壳源、燃烧源和光化学源，远距离输送主要来自新疆沙漠戈壁。兰州市污染物排放减少及气象条件的改善是兰州市空气质量变好的主要原因。Wang Fanglin et al. (2018) 首先通过气态前体物和水溶性例子的时序分析，重要污染物的特征比和后向轨迹分析探究了兰州市沙尘期和非沙尘期气态前体物及其对应的水溶性离子之间的关系；其次，利用PMF模型对沙尘期和非沙尘期中水溶性离子进行了源解析；最后，使用浓度权重分析对兰州市春季粗颗粒物中水溶性离子的潜在来源进行了详细的了解（图8）。