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重大进展

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2011研究进展

时间:  2012-06-07 16:17  点击:   次
    2011年实验室主持的国家重大科研项目进展顺利,其中,国家重点基础研究发展计划项目《我国冰冻圈动态过程及其对气候、水文和生态的影响机理与适应对策》顺利通过科技部验收,全球变化研究国家重大科学研究计划项目《北半球冰冻圈变化及其对气候环境的影响与适应对策》顺利通过中期评估,科技部科技基础性工作项目《中国冰川资源及其变化调查》和《青藏高原多年冻土本底调查》2011年度进展顺利,所取得成果简要分述如下:
    1、《我国冰冻圈动态过程及其对气候、水文和生态的影响机理与适应对策》
    本项目执行期间冰冻圈科学国家重点实验室开展了一系列观测、试验、分析、模拟和研究工作,在冰冻圈变化、冰冻圈变化对水文过程的影响、冰冻圈与生态相互作用关系、冰冻圈气候模拟参数化及冰冻圈适应机理等方面取得重要研究成果,冰冻圈科学国家重点实验室在冰冻圈变化对水文水资源的影响研究方面,取得突出进展,主要表现为对我国不同类型冰川建立监测网,并在五个流域建立了冰冻圈综合观测系统,以冰冻圈主要要素(冰川、冻土、积雪)和水文气象观测为基础,通过资料分析和模型研究,在冰川径流模拟、冻土水文过程和寒区水文模式发展方面获得突破性进展。在冰川径流研究方面,重建了我国西部全部流域1960-2006年冰川径流时间序列,全面揭示了冰川径流的时空变化特征,表明近几十年来我国冰川径流呈加速增加的趋势,其中2000-2006年年平均径流增加26%,明晰了冰川径流拐点出现的时间,对于冰川规模较大的流域,未来50年冰川径流还会持续增加,而对于平均冰川面积<0.5km2的流域(如石羊河流域),径流峰值可能已经出现。在冻土水文过程研究方面,揭示了寒区流域冻土对径流的控制作用,认为未来冻土退化将导致径流年内分配趋于平缓,过去50-70年冻土退化已经导致流域水文参数的变化。在寒区水文模式研究中,通过增加流域内冰川消融和土壤冻融过程模块,初步发展了流域尺度寒区分布式水文模型,成功地将该模型应用于寒区流域过去径流模拟和未来气候变化情景下径流的预估,并在融雪径流和冰川径流预报中得到应用。冰冻圈变化对水文过程的影响是水资源持续利用的关键科学问题,备受关注。而冰川退缩导致的径流变化的难点是融水“先丰后枯”拐点的出现时间,即阈值问题,冻土变化对水文的影响由于缺乏观测和有效评价方法一直处于定性认识水平。本项成果在大量观测试验的基础上,发展了包含了冰冻圈要素的水文模型,通过模拟验证获取了我国冰川水资源变化的时空特征;通过空间对比的方法解决了定量评价冻土变化对水文的影响,具有较强的创新性。根据本项研究成果得出的主要科学认识,向国家和地方政府等提交了数份咨询报告,从西北干旱区水资源合理利用、保障国家水安全、气候谈判、防灾减灾和区域可持续发展的战略角度提出一些建议,对国民经济建设具有现实指导作用。部分成果已经被应用到塔里木河流域、雅鲁藏布江、河西走廊等地区的生产实践中社会效果良好。上述成果发表在《journal of geophysical research》、《hydrology and earth system sciences》、《hydrological processes》等刊物上,已被国际同行多次引用。
 
 

    2、《北半球冰冻圈变化及其对气候环境的影响与适应对策》
    本项目研究期间冰冻圈科学国家重点实验室承担的任务在下述方面取得了突出进展:
    1)揭示了全球现代冰川平衡线高度的分布规律:冰川平衡线高度是决定冰川发育及冰川变化的关键要素。迄今,国际上还没有从全球尺度来研究现代冰川平衡线高度的分布规律。本项目,通过对全球资料的收集与分析,揭示了现代冰川平衡线随纬度的变化规律,并从气候的角度给出了合理的解释。
    2)冻土监测网络及青藏高原碳储量取得突破性进展:构建并补充完善了我国多年冻土变化、局地因素影响和碳循环的监测网络,形成我国冻土变化与气候变化响应关系的监测体系;对北半球多年冻土热状态和活动层厚度变化进行了区域地带性对比分析,揭示了青藏高原和天山冻土变化与北半球其他区域的差异,进一步拓展了我国冻土研究领域;初步估算了青藏高原多年冻土区活动层厚度(2-3m深度)的碳储量,极大地延伸了碳储量估算深度。同时初步给出了不同生态系统中多年冻土层内温室气体排放通量的季节变化特征及其与环境因子间的关系。
    3)获得了一批关键性冰冻圈数据、对冰冻圈变化及其对气候环境的影响与适应有了更深入的认识:通过大量的野外考察与观测,在我国及周边国家的17条冰川上获得了冰川物质平衡资料,在不同类型的冰川上获得了完整年的冰川气象资料与夏季冰川融水径流资料,获得了我国青藏高原、东北以及西北山地多年冻土活动层、地温、含水量变化以及部分多年冻土地区的积雪厚度变化、碳储量、温室气体交换资料,获得了积雪演化过程中的粒径变化、积雪表面特征、雪层特征变化以及积雪反照率特征资料,获得北极海冰物理性质、融化过程、能量转化特征的观测资料,收集了半球尺度的监测冰川、冻土、积雪、气温、降水等资料,为下一步深入开展相关研究奠定了基础;揭示了积雪变化对中高纬度冬季升温速率的影响,这对深入研究冰冻圈与气候相互作用具有重要意义;从时空尺度揭示了多年冻土变化与水文过程的关系,为预测全球变暖情况下冻土退化对流域径流变化的影响研究奠定了科学基础;揭示了我国冰雪洪水灾害的发生趋势与影响范围,对应对策略研究提供了技术支撑;通常认为北冰洋中央区被高密集度坚厚的海冰所覆盖,海冰变化最大发生在冰边缘地带,本项目通过北极考察发现北极中央区出现极低的海冰密集度现象,并揭示出北极波弗特高压位置的西移是其主要原因,同时指出这个现象也与海冰厚度和范围减小有密切关系。由于北极海冰还在不断减退,预计未来这种极低密集度的冰区会频繁发生,其产生的气候效应和对北极海冰的反馈是不可低估的,并指出北极上层海洋环流转型的可能性。这些成果均在国际上首次提出。
 
 
    3、《中国冰川资源及其变化调查》
    2011年度对第一次冰川编目数字化成果进行了全面审核和修改,修正了数字化错误。与之前发表的冰川编目成果相比,20世纪50-80年度初期间冰川数量有所变化,如已发表的冰川总面积为59425km2,更新后为61955 km2
进一步扩大了现状冰川编目的范围,同时开展了已完成现状编目的新一轮检查和修订。截止2011年底,已基本完成西部地区占第一次冰川编目面积85%左右冰川的现状编目。在此过程中,总计使用了aster数据562景,landsat数据212景(其中etm 数据29景),spot5影像8景。对于冰川边界的质量控制以冰川边界提取时参考遥感影像的质量为标准。
 
    4、《青藏高原多年冻土本底调查》
    在不冻泉-清水河一线补充调查中,主要完成探地雷达(gpr )测速剖面52个,探坑常规雷达剖面40条,埋设地标验证剖面23条,冻土分布边界探测剖面30条,总里程46km;完成直流电法(gdp)257个测点;挖掘探坑55个,累计深度84m,共采集土壤理化分析样品454个,测定土壤容重、含水量651组,采集土壤剖面微型标本62套,土壤酶分析样品375个,拍摄照片1700张;为了与探坑结合、数据共享,植被组围绕探坑完成典型植物群落样地调查63个,调查区内植物群落点375个。目前植被调查资料和多年冻土物探资料已经整理完毕,土壤样品分析正在进行。
 
 
 
    结合2006年和2011年多年冻土钻探勘察资料,基本查明沿线多年冻土分布界限,沿线山区多年冻土分布最低下界高程4450m,多年冻土下界最高可达4690m,而在楚玛尔河流域内的古湖盆内,多年冻土最低保存在4370m高程位置。沿线最低多年冻土地温出现在海拔最高的龙甲山垭口,约为-1.5℃,大部分多年冻土地段地温高于-0.5℃,属极高温型多年冻土。山区多年冻土地下冰含量除洪积扇部位较高外,其余均属于少冰冻土,而平原区及丘陵区属于古湖盆范围内下伏的更新世泥岩中含有多层纯冰层,局部地段纯冰层累计厚度可达1.0m。局地因素对多年冻土状态影响显著,不同地面和地层条件下,临近地点的地温相差可达3.0℃,直接影响多年冻土的存在与否。根据楚玛尔河南岸钻孔揭示地温显示,高原水层较薄的辫状河流对多年冻土影响有限,只有夏季经常被水淹没的河床下多年冻土消失,其影响范围不超过0.5km。
    在杂多典型区调查工作开始初期,完成钻孔4个,总进尺70m;探坑9个,总深度15m;gpr剖面3条,里程6km;gdp剖面5条,测点47个。从已完成钻孔编录资料看,该地区多年冻土下界高程在4700m以上。

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