目錄
總序一
總序二
前言
第1章 引言 1
1.1 概述 1
1.2 國內(nèi)外進展與趨勢 3
1.2.1 東南極冰蓋表面物質(zhì)平衡的星-地一體化觀測計算與評估 3
1.2.2 典型冰蓋-冰架系統(tǒng)監(jiān)測與模擬研究 5
1.2.3 北極海冰時空變化特征、消融機制及其對天氣氣候變化的影響機理 6
1.2.4 極地冰凍圈長期變化與氣候的關(guān)系 8
1.3 問題與主要關(guān)注點 9
1.3.1 冰蓋物質(zhì)平衡計算的不確定性及多源數(shù)據(jù)的融合計算 9
1.3.2 影響冰蓋動力不穩(wěn)定性的幾個關(guān)鍵問題 10
1.3.3 北極增暖、北極海冰融化對中緯度區(qū)域影響中存在的科學問題 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 24
2.2.3 冰蓋動力：三維Stokes冰蓋動力模型的構(gòu)建 27
2.2.4 大氣動力診斷與模擬 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)庫評述 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)部等時層及其應用 62
4.2.1 內(nèi)部等時層的表示 63
4.2.2 內(nèi)部等時層的形成機制 64
4.2.3 內(nèi)部等時層的形變 66
4.2.4 內(nèi)部等時層的應用 67
4.3 冰下復結(jié)冰、冰下湖和冰下水系統(tǒng) 73
4.3.1 冰下復結(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)平衡實測數(shù)據(jù)庫 87
5.1.3 基于實測資料的多源再分析資料空間變化評估 88
5.1.4 多源再分析資料時間變化評估 89
5.2 多區(qū)域氣候模式相互比較與評估 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估 94
5.2.3 多區(qū)域氣候模式表面物質(zhì)平衡時間變化模擬評估 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 97
5.4 21世紀和22世紀南極冰蓋表面物質(zhì)平衡預估 97
5.4.1 LMDZ4大氣環(huán)流模式及動力降尺度 98
5.4.2 LMDZ4和SMHiL模擬的南極現(xiàn)代表面物質(zhì)平衡評估 98
5.4.3 21世紀和22世紀南極冰蓋表面物質(zhì)平衡預估 99
第6章 冰蓋物質(zhì)平衡的衛(wèi)星觀測 101
6.1 衛(wèi)星觀測原理介紹 101
6.1.1 衛(wèi)星測高原理介紹 101
6.1.2 GRACE重力衛(wèi)星原理介紹 104
6.2 衛(wèi)星測高與衛(wèi)星重力數(shù)據(jù)處理介紹 108
6.2.1 衛(wèi)星測高數(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)星測高與衛(wèi)星重力觀測的冰蓋物質(zhì)平衡時空分布特征 115
6.3.1 基于衛(wèi)星測高的冰蓋物質(zhì)平衡時空分布 115
6.3.2 衛(wèi)星重力的冰蓋物質(zhì)平衡時空分布 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-冰架動力模型的構(gòu)建與模擬 129
7.1 冰蓋動力模型簡述 129
7.1.1 南極冰蓋和格陵蘭冰蓋 129
7.1.2 冰蓋動力模型發(fā)展歷史 130
7.1.3 海洋性冰蓋的動力學不穩(wěn)定性 131
7.2 完全Stokes冰蓋模型 132
7.2.1 冰蓋流動的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 冰架的動力學性質(zhì) 133
7.3.2 模擬冰架流動的數(shù)值方法 134
7.4 接地線動力過程的模擬 135
7.4.1 接地線位置的確認 135
7.4.2 模擬接地線位置的移動 137
7.5 冰蓋的底部滑動 138
7.5.1 冰蓋底部的水熱特征 138
7.5.2 確定冰蓋底部滑動系數(shù)分布 141
第8章 海冰變化觀測事實與原因分析 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事實 158
8.2 基于ICESat測高數(shù)據(jù)的北極海冰干舷研究 160
8.2.1 數(shù)據(jù)簡介 160
8.2.2 解算方法 161
8.2.3 解算結(jié)果 162
8.2.4 驗證分析 164
8.3 北極黑碳對于北極海冰消融影響的觀測與模擬研究 166
8.4 北極降水形態(tài)變化對北極海冰消融影響的觀測與模擬研究 171
第9章 北極海冰變化對氣候的影響與反饋 173
9.1 9月北極海冰變化的動力學原因研究 173
9.1.1 9月北極SIE變化趨勢 173
9.1.2 夏季北極表面風場變率優(yōu)勢模態(tài)的空間特征 174
9.1.3 風場優(yōu)勢模態(tài)位相演變的物理意義 178
9.1.4 夏季風場模態(tài)對9月北極SIE的影響 179
9.2 秋冬季節(jié)北極海冰融化對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：對季節(jié)預測的啟示 200
9.3.2 近20年來冬季西伯利亞高壓的變化趨勢 204
9.3.3 趨勢的可能機制和討論 207
9.4 冬春季節(jié)北極海冰異常對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)流的可能機理 216
第10章 南極淺冰芯記錄與海冰長期變化 219
10.1 用代用指標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 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 南極海冰長期變化的驅(qū)動因子探討 228
10.3.1 對南極海冰增長趨勢原因的幾種觀點 229
10.3.2 南極海冰的長期變化 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指標 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)國際計劃 259
11.3 冰蓋動力學模型與地球系統(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)模式中應該引入更加精細化的冰蓋動力學模塊 261
11.3.3 全球海平面變化的長期預估 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 南極海冰變化機理研究 263
11.4.3 兩極海冰變化異同 263
11.5 極地冰凍圈長期演變與預估 263
11.5.1 East GRIP等深冰芯與冰蓋動力學的結(jié)合 264
11.5.2 格陵蘭冰蓋和南極冰蓋的聯(lián)動變化與全球海平面 264
11.5.3 構(gòu)建極地海冰長期變化序列 264
參考文獻 265