目錄
總序一
總序二
前言
第1章 引言 1
1.1 概述 1
1.2 國(guó)內(nèi)外進(jìn)展與趨勢(shì) 3
1.2.1 東南極冰蓋表面物質(zhì)平衡的星-地一體化觀測(cè)計(jì)算與評(píng)估 3
1.2.2 典型冰蓋-冰架系統(tǒng)監(jiān)測(cè)與模擬研究 5
1.2.3 北極海冰時(shí)空變化特征、消融機(jī)制及其對(duì)天氣氣候變化的影響機(jī)理 6
1.2.4 極地冰凍圈長(zhǎng)期變化與氣候的關(guān)系 8
1.3 問題與主要關(guān)注點(diǎn) 9
1.3.1 冰蓋物質(zhì)平衡計(jì)算的不確定性及多源數(shù)據(jù)的融合計(jì)算 9
1.3.2 影響冰蓋動(dòng)力不穩(wěn)定性的幾個(gè)關(guān)鍵問題 10
1.3.3 北極增暖、北極海冰融化對(duì)中緯度區(qū)域影響中存在的科學(xué)問題 11
1.3.4 年代際至百年際冰芯記錄反映的極地冰凍圈變化 11
第2章 研究區(qū)域與方法 13
2.1 研究區(qū)域 13
2.1.1 南極冰蓋和格陵蘭冰蓋 13
2.1.2 北冰洋 17
2.2 研究方法 18
2.2.1 冰蓋物質(zhì)平衡 18
2.2.2 海冰觀測(cè) 24
2.2.3 冰蓋動(dòng)力：三維Stokes冰蓋動(dòng)力模型的構(gòu)建 27
2.2.4 大氣動(dòng)力診斷與模擬 27
2.2.5 冰芯重建方法 28
2.3 基本研究思路 30
2.3.1 本研究的基本思路 30
2.3.2 采用的技術(shù)路線 31
第3章 南極冰蓋典型流域表面物質(zhì)平衡 36
3.1 南極冰蓋表面物質(zhì)平衡的影響因素 36
3.2 南極冰蓋海岸至內(nèi)陸表面物質(zhì)平衡變化規(guī)律 37
3.2.1 中山站—Dome A斷面表面物質(zhì)平衡變化 37
3.2.2 Syova—Dome F斷面表面物質(zhì)平衡變化 42
3.2.3 Terra Nova Bay—Dome C斷面表面物質(zhì)平衡變化 45
3.3 三個(gè)典型區(qū)域表面物質(zhì)平衡的異同 47
第4章 影響冰蓋物質(zhì)平衡的冰下和冰內(nèi)過程 48
4.1 冰蓋的冰厚與冰下地形 48
4.1.1 Bedmap數(shù)據(jù)庫(kù)評(píng)述 49
4.1.2 中山站—Dome A斷面的冰厚和冰下地形 50
4.1.3 Dome A核心區(qū)域冰厚和冰下地形 53
4.1.4 泰山站的冰厚與冰下地形 58
4.1.5 格羅夫山的冰厚與冰下地形 60
4.2 冰蓋內(nèi)部等時(shí)層及其應(yīng)用 62
4.2.1 內(nèi)部等時(shí)層的表示 63
4.2.2 內(nèi)部等時(shí)層的形成機(jī)制 64
4.2.3 內(nèi)部等時(shí)層的形變 66
4.2.4 內(nèi)部等時(shí)層的應(yīng)用 67
4.3 冰下復(fù)結(jié)冰、冰下湖和冰下水系統(tǒng) 73
4.3.1 冰下復(fù)結(jié)冰 73
4.3.2 冰下湖 77
4.3.3 冰下水系統(tǒng) 80
4.4 冰蓋穩(wěn)定性與冰下過程 82
第5章 南極冰蓋表面物質(zhì)平衡模擬 84
5.1 多源再分析資料適用性評(píng)估 84
5.1.1 再分析資料基本情況 84
5.1.2 南極冰蓋表面物質(zhì)平衡實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù) 87
5.1.3 基于實(shí)測(cè)資料的多源再分析資料空間變化評(píng)估 88
5.1.4 多源再分析資料時(shí)間變化評(píng)估 89
5.2 多區(qū)域氣候模式相互比較與評(píng)估 92
5.2.1 區(qū)域氣候模式基本情況 92
5.2.2 多區(qū)域氣候模式表面物質(zhì)平衡空間變化模擬評(píng)估 94
5.2.3 多區(qū)域氣候模式表面物質(zhì)平衡時(shí)間變化模擬評(píng)估 94
5.3 現(xiàn)代南極冰蓋表面物質(zhì)平衡變化模擬 95
5.3.1 表面物質(zhì)平衡及各分量空間分布 96
5.3.2 表面物質(zhì)平衡及各分量季節(jié)變化、年際變化和趨勢(shì) 97
5.4 21世紀(jì)和22世紀(jì)南極冰蓋表面物質(zhì)平衡預(yù)估 97
5.4.1 LMDZ4大氣環(huán)流模式及動(dòng)力降尺度 98
5.4.2 LMDZ4和SMHiL模擬的南極現(xiàn)代表面物質(zhì)平衡評(píng)估 98
5.4.3 21世紀(jì)和22世紀(jì)南極冰蓋表面物質(zhì)平衡預(yù)估 99
第6章 冰蓋物質(zhì)平衡的衛(wèi)星觀測(cè) 101
6.1 衛(wèi)星觀測(cè)原理介紹 101
6.1.1 衛(wèi)星測(cè)高原理介紹 101
6.1.2 GRACE重力衛(wèi)星原理介紹 104
6.2 衛(wèi)星測(cè)高與衛(wèi)星重力數(shù)據(jù)處理介紹 108
6.2.1 衛(wèi)星測(cè)高數(shù)據(jù)處理 108
6.2.2 衛(wèi)星重力GRACE數(shù)據(jù)處理 112
6.3 衛(wèi)星測(cè)高與衛(wèi)星重力觀測(cè)的冰蓋物質(zhì)平衡時(shí)空分布特征 115
6.3.1 基于衛(wèi)星測(cè)高的冰蓋物質(zhì)平衡時(shí)空分布 115
6.3.2 衛(wèi)星重力的冰蓋物質(zhì)平衡時(shí)空分布 124
6.4 地面與衛(wèi)星多源數(shù)據(jù)在冰蓋物質(zhì)平衡的融合與同化 126
6.4.1 聯(lián)合衛(wèi)星重力和衛(wèi)星測(cè)高的格陵蘭冰蓋冰/雪高程變化分離 126
6.4.2 衛(wèi)星與地面數(shù)據(jù)融合與同化 128
第7章 冰蓋-冰架動(dòng)力模型的構(gòu)建與模擬 129
7.1 冰蓋動(dòng)力模型簡(jiǎn)述 129
7.1.1 南極冰蓋和格陵蘭冰蓋 129
7.1.2 冰蓋動(dòng)力模型發(fā)展歷史 130
7.1.3 海洋性冰蓋的動(dòng)力學(xué)不穩(wěn)定性 131
7.2 完全Stokes冰蓋模型 132
7.2.1 冰蓋流動(dòng)的Stokes方程 132
7.2.2 構(gòu)建Stokes模型的數(shù)值方法 133
7.3 冰架系統(tǒng)的模擬 133
7.3.1 冰架的動(dòng)力學(xué)性質(zhì) 133
7.3.2 模擬冰架流動(dòng)的數(shù)值方法 134
7.4 接地線動(dòng)力過程的模擬 135
7.4.1 接地線位置的確認(rèn) 135
7.4.2 模擬接地線位置的移動(dòng) 137
7.5 冰蓋的底部滑動(dòng) 138
7.5.1 冰蓋底部的水熱特征 138
7.5.2 確定冰蓋底部滑動(dòng)系數(shù)分布 141
第8章 海冰變化觀測(cè)事實(shí)與原因分析 142
8.1 北極海冰的快速變化 142
8.1.1 密集度變化 142
8.1.2 范圍和面積變化 146
8.1.3 厚度變化 150
8.1.4 漂流速度的變化 152
8.1.5 冰齡變化 155
8.1.6 基于遙感數(shù)據(jù)的北極海冰快速變化的觀測(cè)事實(shí) 158
8.2 基于ICESat測(cè)高數(shù)據(jù)的北極海冰干舷研究 160
8.2.1 數(shù)據(jù)簡(jiǎn)介 160
8.2.2 解算方法 161
8.2.3 解算結(jié)果 162
8.2.4 驗(yàn)證分析 164
8.3 北極黑碳對(duì)于北極海冰消融影響的觀測(cè)與模擬研究 166
8.4 北極降水形態(tài)變化對(duì)北極海冰消融影響的觀測(cè)與模擬研究 171
第9章 北極海冰變化對(duì)氣候的影響與反饋 173
9.1 9月北極海冰變化的動(dòng)力學(xué)原因研究 173
9.1.1 9月北極SIE變化趨勢(shì) 173
9.1.2 夏季北極表面風(fēng)場(chǎng)變率優(yōu)勢(shì)模態(tài)的空間特征 174
9.1.3 風(fēng)場(chǎng)優(yōu)勢(shì)模態(tài)位相演變的物理意義 178
9.1.4 夏季風(fēng)場(chǎng)模態(tài)對(duì)9月北極SIE的影響 179
9.2 秋冬季節(jié)北極海冰融化對(duì)歐亞大陸冬季盛行天氣模態(tài)的影響 184
9.2.1 冬季歐亞大陸盛行天氣模態(tài)的空間特征以及位相演變的物理意義 185
9.2.2 盛行天氣模態(tài)的時(shí)間演變特征 190
9.2.3 冬季歐亞大陸盛行天氣模態(tài)與秋季北極海冰的可能聯(lián)系 194
9.3 秋冬季節(jié)北極海冰對(duì)冬季西伯利亞高壓的影響 200
9.3.1 北極SIC和冬季西伯利亞高壓的聯(lián)系：對(duì)季節(jié)預(yù)測(cè)的啟示 200
9.3.2 近20年來冬季西伯利亞高壓的變化趨勢(shì) 204
9.3.3 趨勢(shì)的可能機(jī)制和討論 207
9.4 冬春季節(jié)北極海冰異常對(duì)夏季歐亞大陸大氣環(huán)流以及東亞中緯度地區(qū)降水的影響 208
9.4.1 冬季北極海冰與夏季歐亞大陸大氣環(huán)流異常的聯(lián)系 210
9.4.2 夏季歐亞大陸大氣環(huán)流變率的優(yōu)勢(shì)模態(tài)的主要特征 213
9.4.3 冬季北極海冰異常影響后期夏季歐亞大陸大氣環(huán)流的可能機(jī)理 216
第10章 南極淺冰芯記錄與海冰長(zhǎng)期變化 219
10.1 用代用指標(biāo)反演南極海冰的原理與方法 219
10.1.1 MSA與SIE 219
10.1.2 海鹽離子與SIE 222
10.1.3 其他代用指標(biāo) 224
10.2 南印度洋過去300年SIE的變化特征 225
10.2.1 LGB69冰芯記錄 225
10.2.2 LGB69冰芯內(nèi)MSA與南印度洋 SIE 226
10.3 南極海冰長(zhǎng)期變化的驅(qū)動(dòng)因子探討 228
10.3.1 對(duì)南極海冰增長(zhǎng)趨勢(shì)原因的幾種觀點(diǎn) 229
10.3.2 南極海冰的長(zhǎng)期變化 231
10.3.3 SAM與SIE的可能關(guān)聯(lián) 233
10.4 指示南極冰蓋水汽來源的同位素和化學(xué)指標(biāo) 235
10.4.1 南大洋斷面水汽同位素反映的緯向水汽輸送通道 235
10.4.2 冰蓋水汽和降水穩(wěn)定同位素比率反映的水汽來源 241
10.4.3 海鹽離子反映的水汽來源和高程分布 245
10.4.4 中山站—Dome A斷面水汽源區(qū)及其氣候?qū)W意義 247
10.5 南極冰蓋氣溫和積累率長(zhǎng)期變化特征 249
10.5.1 根據(jù)冰芯重建的冰蓋千年氣溫記錄序列 249
10.5.2 積累率長(zhǎng)期變化及其空間差異 250
10.5.3 構(gòu)建分流域序列 251
第11章 主要結(jié)論與展望 254
11.1 主要結(jié)論 254
11.2 極地冰蓋物質(zhì)平衡研究展望 257
11.2.1 影響冰蓋物質(zhì)平衡計(jì)算的主要不確定性 257
11.2.2 消除不確定性的途徑 258
11.2.3 相關(guān)國(guó)際計(jì)劃 259
11.3 冰蓋動(dòng)力學(xué)模型與地球系統(tǒng)的耦合 260
11.3.1 冰蓋穩(wěn)定性與海平面變化的關(guān)系 261
11.3.2 地球系統(tǒng)模式中應(yīng)該引入更加精細(xì)化的冰蓋動(dòng)力學(xué)模塊 261
11.3.3 全球海平面變化的長(zhǎng)期預(yù)估 262
11.4 兩極海冰變化的影響研究及其展望 262
11.4.1 北極海冰變化與航道、資源及其地緣政治 262
11.4.2 南極海冰變化機(jī)理研究 263
11.4.3 兩極海冰變化異同 263
11.5 極地冰凍圈長(zhǎng)期演變與預(yù)估 263
11.5.1 East GRIP等深冰芯與冰蓋動(dòng)力學(xué)的結(jié)合 264
11.5.2 格陵蘭冰蓋和南極冰蓋的聯(lián)動(dòng)變化與全球海平面 264
11.5.3 構(gòu)建極地海冰長(zhǎng)期變化序列 264
參考文獻(xiàn) 265