北极Svalbard地区Austre Lovénbreen和Pedersenbreen冰川冰流动力学分析研究

摘要

冰川是一定气候条件下的产物,同时也是气候环境变化敏感的指示器和记录器。冰体运动是冰川区别于其他自然冰体的主要标志之一,对冰川的存在和发展具有重要意义。冰川运动研究是冰川学研究的重要内容之一,是冰川变化研究的基础。冰川运动与外部气候、冰川形态、物质平衡、冰川温度及冰川水文等密切相关,能直接反应气候变化的信号,为其他冰川研究提供参数支持。选择北极Svalbard地区AustreLovénbreen和Pedersenbreen两条冰川为研究对象,以2005-2011年间冰川运动、物质平衡及其他数据为基础,统计了Svalbard群岛跃动型冰川,分析AustreLovénbreen和Pedersenbreen冰川是否发生过跃动;讨论AustreLovénbreen和Pedersenbreen冰川运动特征及其表面应力分布;总结四种计算冰川末端变化的方法,并建立基于灰色系统AustreLovénbreen冰川末端变化预测模型。主要研究结果如下: (1)Svalbard群岛跃动冰川的数目约占13%-90%,造成结果差别巨大的原因有多种。AustreLovénbreen冰川至今没发生过跃动,Pedersenbreen冰川曾经发生过跃动。 (2)AustreLovénbreen多年平均水平运动速度为2.14m·a-1,变差系数0.24,Pedersenbreen为6.28m·a-1,变差系数为0.14。从冬、夏季水平运动速度来看,两条冰川夏季水平速度略高于冬季,Pedersenbreen水平运动的季节性变化比AustreLovénbreen强烈。冰川横剖面,AustreLovénbreen冰川表面平均水平运动速度的分布表现为明显的不对称,冰川下游东侧流速高于西侧,而东支冰川冰流速度明显小于西支冰川。冰川纵剖面上,AustreLovénbreen冰川从源头至末端表现为运动的压缩区、拉伸区和压缩区,而Pedersenbreen冰川从源头至末端表现为运动的拉伸区和压缩区,两者有所不同。冰川表面水平运动速度(y,m·a-1)与所处海拔高度(x,hm)具有多项式型相关性。 (3)AustreLovénbreen表面垂直运I动速度0.76m·a-1,Pedersenbreen为0.90m·a-1,运动方向均为垂直向下,两冰川表面垂直运动速度年际变化较大且变化趋势基本一致。AustreLovénbreen夏季表面垂直运动速度为0.14米/月,运动方向为垂直向下,冬季表面垂直运动速度为0.13米/月,方向为垂直向上。Pedersenbreen夏季表面垂直运动速度为0.13米/月,运动速度为垂直向下,冬季值为0.09米/月,运动方向与夏季相反。AustreLovénbreen冰川夏季垂直运动速度大于冬季值,约高于冬季值的7.69%,并且夏季垂直运动速度的变化强度小于冬季值得变化强度。冰川主流线附近的垂直运动速度(y,m·a-1)与所处海拔位置(x,hm)具有简单的一元线性相关性。在垂直运动速度构成中,AustreLovénbreen冰川的H对垂直运动速度的贡献率最大,其次为V和△B,Pedersenbreen冰川△B对垂直运动速度的贡献率最大,其次为H和V。 (4)两条冰川表面应变率ε表现为从冰川源头到冰川末端从大于0逐步减小到0,然后再负向增加,暗示冰川上游冰体受力以张力为主,逐步过渡到冰川下游以挤压力为主,表面应变率年际变化均较大。在冰川主流线附近,表面应变率变差系数表现出沿冰川主流线向下先增加后减少的趋势。AustreLovénbreen冰川表面应力菱形观测网结果表明冰川下游沿主流线方向,冰川主要是受挤压力,为冰川运动的压缩区,在垂直于冰川主流线方向,B2E段受挤压力,B2W段受拉伸力作用。 (5)AustreLovénbreen冰川的流变系数A为1.4×10?16m·Pa-3·a-1,底部平均滑动量为1.77m/a,占表面运动速度的70%。 (6)基于冰川区地形图和实地GPS测量数据,总结四种用于计算冰川末端变化量的方法:主流线法、中心线法、周长法和特征点法,提出GIS的操作思路,并分析了各种方法的优缺点及阐述各种方法在使用中的注意事项。建议使用最短距离的特征点法计算冰川末端变化量,并且以前一期的特征点向后一期的冰川边界搜索最短距离。近五十年来,两冰川均处于退缩状态,AustreLovénbreen冰川退缩量16.93m·a-1,Pedersenbreen冰川为7.94m·a-1,AustreLovénbreen冰川末端退缩速度率减小。基于灰色系统的AustreLovénbreen冰川末端退缩预测模型为11=13.552677e0.325313t+2.767323。

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中文摘要

英文摘要

1 绪论

1.1 研究背景和意义

1.2 国内外研究现状

1.3 研究方法

1.4 主要研究内容

2 Svalbard地区概述

2.1 Svalbard地区的地理环境

2.2 研究区冰川概况

3 冰川运动的一般原理

3.1 冰川运动的基本机制

3.2 Svalbard地区冰川跃动

4 Austre Lovénbreen和Pedersenbreen冰川运动分析

4.1 数据源及其处理方法

4.2冰川表面运动速度分析

4.3 冰川表面应力分析

4.4 Austre Lovénbreen冰川动力学模拟

4.5 本章小结

5 Austre Lovénbreen和Pedersenbreen冰川末端变化分析

5.1 数据来源及处理方法

5.2 末端变化分析

5.3 基于灰色系统 Austre Lovénbreen 冰川末端变化预测

5.4 本章小结

参考文献

研究生期间科研成果

致谢