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自主研究课题

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2008年自主研究课题

时间:  2010-03-15 11:07  点击:   次
    实验室自主研究课题在2008年共设7项,总经费600万元人民币。
    冰冻圈科学国家重点实验室2008年自主研究课题一览表

课题名称 负责人 总经费(万元) 当年经费(万元) 执行年限
中国冰冻圈生物地球化学循环及其环境效应的初步研究 秦大河
康世昌
300 150 2008年1月至2009年12月
基于冰川动力学理论的冰川预测模型建立及其在典型流域中的运用 李忠勤 50 30
青藏高原土壤冻融过程及其参数化研究 杨梅学 40 20
南极冰盖表层雪稳定同位素研究及dome a地区冰气年代差 侯书贵 45 23
玉龙雪山海洋型冰川物质平衡变化的观测研究 何元庆 50 30
国际合作格陵兰冰芯研究 效存德 75 72
冰冻圈变化适应评价体系与方法示范研究-以云南丽江地区为例 杨建平 40 20
 
    2008年度各项工作紧紧围绕项目研究目标,按照任务书执行,工作进展顺利。具体分述如下:
 
    1、中国冰冻圈生物地球化学循环及其环境效应的初步研究
 
    本课题依据计划任务书,于9~10月对中国西部冰冻圈4条冰川进行了雪坑和雪冰融水采样,分别是:念青唐古拉东段扎当冰川,藏东南帕隆藏布德木拉冰川,祁连山老虎沟祁连山老虎沟12号冰川和乌鲁木齐河源1号冰川。共采集样品6大类(主要离子、氢氧同位素、黑碳、重金属元素、汞、颗粒物和微生物),共计300多个。同时在典型研究区纳木错流域河水和湖水进行了系统采样,并依托纳木错站连续采集tsp样品及大气碳黑监测,依托祁连站监测co2浓度变化,依托格尔木站观测了多年冻土区的碳源/汇强度和环境因子。
    初步的数据分析表明:纳木错地区大气环境非常洁净,黑碳等大气污染物的浓度较低,该地区的大气污染物极有可能来自南亚地区;纳木错河水和湖水中hg的含量极低;唐古拉地区高寒草甸生态系统各月co2通量日变化均呈现单峰曲线,且该区低温多年冻土区高寒草甸生态系统处于明显的碳排放状态,为一个较大的碳源区域;在活动层融化和冻结过程中,地温和土壤未冻水含量与co2通量间存在显著的线性相关关系,活动层融化阶段,土壤处于相对稳定的丰水和高温状态,co2通量高低主要取决于光合作用强弱。
    2、基于冰川动力学理论的冰川预测模型建立及其在典型流域中的运用
    2008年工作按照任务书执行,各项工作进展顺利。取得的进展主要有:第一,乌源1号冰川物质平衡模式研究:基于1号冰川多年观测和新增的多种特殊观测,通过国际合作和自我创新,构建了以度日模型为核心的冰川物质平衡模型。该模型可以很好地模拟冰川表面物质平衡的年际变化过程和物质平衡对气候变化响应的定量特征,较以往的研究有较大发展。另外,分布式的能量平衡模型也正在提取观测资料和初步建立阶段。第二,乌源1号冰川动力学模式建立和未来变化预测研究。根据1号冰川多年详细的观测和新增的观测资料,构建了1号冰川动力学模式。该模式以物质平衡模式运行结果为输入端,对1号冰川过去40年的变化作了很好的重现。应用该动力学模型,耦合物质平衡模式,以ipcc2007报告所提供的几种未来气候变化情景为背景,预估了1号冰川面积、储量、长度及冰川径流的未来动态变化过程,变化特征及冰川消亡时间。结果显示1号冰川将在未来70-90年消失, 极端升温条件下可在50年左右消失。到2050年,该冰川面积与体积都将缩小目前规模的一半以上,而冰川径流在2050年之后会急剧减少。
    3、青藏高原土壤冻融过程及其参数化研究
    本课题按计划去青藏高原维护了中日国际合作项目game-tibet 和ceop/camp-tibet 的有关土壤温度和含水量的观测仪器,下载了有关数据,并收集和整理了已有的观测数据,并对观测的资料进行了初步的分析,具体研究的阶段性成果如下:
    1) 基于观测资料,利用土壤水热耦合模型(simultaneous heat and water-shaw),单点模拟青藏高原中部季节冻土区地表能量通量特征,发现shaw模式能较成功地模拟该地区地表能量通量特征。净短波和净长波辐射的模拟值与观测值吻合较好。净辐射和土壤热通量在夏秋季模拟的较好, 但冬春季稍偏大。模拟的感热和潜热通量的季节变化比较合理, 其bowen比也能较好地解释不同季节太阳辐射的能量转化。
    2) 利用水热耦合模式及“全球协调加强观测计划之亚澳季风青藏高原试验”(camp/tibet)中那曲地区bj站的观测资料, 单点模拟青藏高原中部季节冻土区的土壤温湿特征,发现shaw模式能较成功地模拟该地区不同深度的土壤温度, 深层土壤温度比浅层模拟的好, 夏半年的模拟效果比冬半年好。模拟的土壤湿度基本上能够再现土壤未冻水含量随时间的实际变化趋势, 但模拟值与观测值的差异较大。由于土壤湿度的影响因素较多及其本身具有较复杂的相态变化, 陆面模式中对其进行合理的参数化仍是难点之一。
    4、南极冰盖表层雪稳定同位素研究及dome a地区冰气年代差
    本课题的研究工作按计划执行,紧紧围绕项目研究目标,进展良好,在相关领域国内外一流杂志上发表了阶段性研究结果,其主要研究结果如下:
    1) 南极冰盖表层雪稳定同位素空间变化利用改进的bw模型,结合到目前为止最为完善的南极冰盖表面稳定同位素比率实测资料,建立了南极冰盖现代降水中δ18o与纬度和海拔定量关系的模型。 (r2=0.89) 在此基础上,利用地理信息系统分析软件,模拟研究了南极冰盖表面同位素比率分布,给出了从海岸到内陆直至dome a顶点不同地带现代降水中氧同位素比率的背景值,为古气候与稳定同位素水文研究提供了重要资料。
    2) 南极dome a 地区109.91m冰芯稳定同位素记录初步结果 根据dome a冰芯134个碎屑样品的氢(δd)、氧(δ18o)稳定同位素分析资料,结合东南极内陆冰盖其它冰芯相关稳定同位素资料,表明东南极内陆地区晚全新世以来气候状况较为稳定(气温波动幅度约为0.6 ℃),且变化趋势具有一致性。另外,dome a冰芯中过量氘的值较高(平均值为17.1‰),是南极雪冰中过量氘的高值中心,这可能与过饱和环境下降雪过程中稳定同位素动力分馏效应有关,另外东南极内陆冰芯晚全新世以来过量氘(excess d或d=δd-8δ18o)的升高趋势主要反映了水汽源区位置总体上向较低纬度的迁移。冰芯ch4浓度测试结果以及粒雪化模型模拟结果一致表明, 该冰芯在约102.0 m处气泡被完全封闭, 并根据粒雪化模型计算气泡被完全封闭处冰的年龄约为4.2 ka. dome a冰气年代差约4.1ka年。
    5、玉龙雪山海洋型冰川物质平衡变化的观测研究

     2008年本课题开始在贡嘎山选定的海螺沟冰川上布设冰川物质平衡、融水径流、冰川动态、冰雪和湿地等观测场,安置自动气象站、水文监测系统和其它冰雪模拟实验监测仪器,开始项目各项内容的野外监测和实验;同时采集冰、雪、水、树木年轮样品,收集邻近台站水文气象资料、研究区卫星影像资料、地形图及航空摄影照片等,已圆满完成项目原计划的各项工作。具体阶段性成果如下:
    1) 9月19日?9月29日累积消融量为-79mm 水当量;9月29日?10月6日累积积累量为20mm水当量;10月6日?10月13日累积积累量为49mm水当量, 初步得出白水1号冰川消融与积累的转型期大致发生在9月底至10月初。另外发现在10月21号?11月2日的一次降水过程中,积雪积累厚度达139cm,约为631mm水当量。说明白水1号冰川虽然冬季为干季,降水较少,但仍可以有大量积雪。
    2) 各测温孔同步变化,降温过程基本一致;b、4715m与4742m测温孔处于积累区下部冰川较完整,实测数据显示海拔高的相同深度冰温低于海拔较低的冰温;4672m测温孔位于冰舌破碎区,粒雪层受融水渗浸影响较大,上层冰温随深度增加而降低,5m深度达到最低值,下层冰温随深度增加而增加;冰舌区实测冰温与积累区下部测温孔实测冰温分布趋势差别较大。
    3) 丽江盆地(流域面积436.8 km2)主要地表径流漾弓江主要是降水贡献,漾弓江源头(冰川面积0.60 km2)的冰雪融水(三束河)被水厂截流供给丽江的饮用水,一部分渗入地下,因此我们选择了其上游的三束河小流域进行观测研究将是很有必要的。
    4) 白水1号冰川表面形态变化显著:冰川破碎化已达积累区;冰体先崩塌后消融是冰川末端剧烈退缩的主要形式;剧烈消融和动力作用引起消融区冰面“冰林化”
    6、国际合作格陵兰冰芯研究

    按照neem计划成员国达成的协议,2008年10月已向neem计划主持方丹麦哥本哈根大学niels bohr 研究所汇出10万美元。效存德参加了2008年11月14-16日在哥本哈根大学举行的neem科学指导组(sc)会议,并在会议上提出中国愿意承担的具体研究内容,供会议讨论。中方提出由于中国的戈壁沙漠和黄土高原是北半球大气粉尘的主要源区之一,在第四纪期间是全球气候的重要影响因子之一,同时,粉尘携带的fe元素还是海洋生物c泵的重要影响因子。格陵兰grip冰芯的初步研究表明,中国粉尘区很可能是格陵兰冰期粉尘的主源。中国已经开展了大量黄土和干旱区第四纪地质和地球化学研究,紧紧围绕粉尘及其fe通量研究,可望就全球环境演变和c循环研究得出更深入的认识。上述陈述得到与会者的普遍兴趣和赞同。
    但neem计划中提出开展金属元素研究的国家还有意大利、韩国和加拿大(意大利非neem成员,参加韩、加两国计划)。效存德表示中国将集中做fe,al, ca等粉尘元素,研究目标较集中,请neem气溶胶工作组组长协调。
    本项目为国际合作计划,neem深冰芯已于2007年在格陵兰建立营地,2008年夏季开钻。中国因经费到位晚,尚未实质性参与野外工作。
    目前开展了一些文献调研工作:
    1) 格陵兰冰芯中有关粉尘研究的前期成果;
    2) 中国黄土沉积中有关的标志性元素组合及同位素(比率)研究成果;
    3) 太平洋fe元素加富试验研究成果;
    4) 深钻关键技术参数调研。
    7、冰冻圈变化适应评价体系与方法示范研究-以云南丽江地区为例

    本课题对丽江地区开展了实地社会调查,获得了该地区基本社会经济、自然环境资料和问卷调查资料,并建立了数据库;搜集到的资料初步分析工作已完成;构建了示范研究区适应对策评价指标体系框架;2008年研究工作完全按原定计划执行,目前已全面完成,实现了预期目标。具体阶段性成果如下:
    1)对问卷调查资料与统计资料的初步分析认为:被调查区的社会调查结果可以佐证遥感和地面观测得出的后退和变薄的冰川变化特征;气温变化和人为原因是冰川后退、变薄的主要原因,而且作用相当,降水量变化不是主因;丽江地区居民对冰川变化非常关注,认为冰川变化会对当地气候、水资源、旅游业发展有重要影响;雪山冰川对丽江地区旅游业影响程度极高,如果雪山冰川消失,将会减少目前一半以上的游客;丽江地区居民具有较高的自主适应环境变化的能力,农户和非农户选择的适应措施明显不同;快速经济发展提升了丽江地区的经济适应能力。
    2)较深入分析了丽江地区旅游业的辐射效应以及负面影响:丽江地区雪山冰川旅游经济辐射效应具有显著的空间差异性,距离雪山越远收益迅速减小,而受到的不利影响在增大,使得较远处村庄的居民对发展雪山旅游持否定态度。因此,探寻不同的参与方式,解决现存矛盾,协调好各方利益,可增强社会适应能力。
    3) 构建了丽江地区适应对策评价框架。
  

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