發(fā)布時間：2020-03-29 18:15

【摘要】：南極氣候變化和全球氣候的整體變化有著密切的關(guān)系,而南極冰蓋高程和質(zhì)量變化是南極氣候變化幅度和特征的一個重要的指標量,南極冰蓋的消融和虧損會直接導致全球海平面的上升,進而劇烈地影響全球生產(chǎn)生活的平穩(wěn)開展,據(jù)統(tǒng)計,南極冰蓋質(zhì)量每消融360Gt,全球海平面高度會上升1mm左右,可見其對全球氣候的重要影響。測高衛(wèi)星和重力衛(wèi)星作為兩個重要的遙感測量工具在極地研究方面展現(xiàn)了其巨大的優(yōu)勢,測高衛(wèi)星可以直接測得南極冰蓋表層厘米級高程數(shù)據(jù),通過多期的測高數(shù)據(jù)進行比較就可以得出冰蓋高程隨時間序列的變化情況。而重力衛(wèi)星則可以獲取地球表層每一點的質(zhì)量的變化情況,進而可以轉(zhuǎn)化為等效水柱高度(EWH)來進行重力觀測。因此,在進行南極冰蓋變化觀測時,可以將測高衛(wèi)星和重力衛(wèi)星相結(jié)合,發(fā)揮其各自的優(yōu)勢,共同進行南極冰蓋變化方面的分析研究。得益于其在南極高緯度地區(qū)稠密的衛(wèi)星星下軌跡,以CryoSat-2為代表的測高衛(wèi)星被應(yīng)用在南極局部典型地區(qū)的研究,研究區(qū)分別選取南極半島地區(qū)、西南極洲內(nèi)陸地區(qū)和冰穹A及其附近地區(qū)。此外,考慮到數(shù)字高程模型在南極地區(qū)各個研究領(lǐng)域都有著重要作用,本文利用CryoSat-2數(shù)據(jù)進行了南極地區(qū)最新的數(shù)字高程模型構(gòu)建。以GRACE為代表的重力衛(wèi)星主要應(yīng)用在南極大尺度方面,其研究范圍覆蓋整個南極洲地區(qū)。經(jīng)過對上述兩個方面展開研究,分析了南極洲局部和整體冰蓋變化的時空規(guī)律,主要得到以下研究成果。1、南極半島地區(qū)冰川整體上處于加速消融遷移的態(tài)勢。在20個研究樣區(qū)冰川中,有15個冰川展現(xiàn)為消融或遷移的趨勢,僅有5個冰川為累積態(tài)勢。2、西南極洲內(nèi)陸地區(qū)和冰穹A地區(qū)(DomeA)存相似的冰蓋高程變化特征,總體來講,兩個研究區(qū)中冰蓋高程變化隨時間沒有顯著的變化規(guī)律。西南極洲地區(qū)2011年—2018年冰蓋年平均變化量為0.046m,其中在2011年到2013年冰蓋為積累狀態(tài),在2013年到2015年冰蓋質(zhì)量為消融或遷移跡象,在2015年之后,整個研究區(qū)呈現(xiàn)冰蓋積累特征;冰穹A(DomeA)地區(qū)2011年到2018年冰蓋高程的年平均變化量為-0.024m,在2014年之前,DomeA地區(qū)呈現(xiàn)累積—消融交替特征,而在2014年之后,DomeA地區(qū)的冰蓋質(zhì)量存在明顯的消融跡象,在DomeA研究區(qū)內(nèi)的低緯度地區(qū),冰蓋消融—累積特點更為復(fù)雜,總體上,西南極洲內(nèi)陸地區(qū)較DomeA地區(qū)冰蓋變化較為活躍。并且研究發(fā)現(xiàn),結(jié)合GIS格網(wǎng)法和交叉點法可以更加詳盡地分析冰蓋高程變化特征。3、利用CryoSat-2衛(wèi)星數(shù)據(jù)建立了最新的全南極洲的數(shù)字高程模型CryoSat-2DEM,并利用ICESat數(shù)據(jù)集的冰蓋測高數(shù)據(jù)和IceBridge冰橋數(shù)據(jù)對其進行了高程精度的評價,發(fā)現(xiàn)其在88°S以北地區(qū)的高程精度為10.88m,優(yōu)于RAMP V2 DEM和ERS-1 5km DEM的精度水平。4、通過重力衛(wèi)星GRACE研究南極表面等效水柱高度變化發(fā)現(xiàn),南極地區(qū)的冰蓋質(zhì)量虧損在西南極地區(qū)沿海的瑪麗伯得等地區(qū)最為嚴重,而冰蓋質(zhì)量累積主要出現(xiàn)在西南極的坎普冰川和東南極的恩德比地和毛德皇后地;通過流域分析后,得到了每個流域的等效水柱高度變化量和冰蓋質(zhì)量的變化量,發(fā)現(xiàn)全南極洲27個流域中有19個流域冰蓋質(zhì)量正處于消融或遷移態(tài)勢,并且變化幅度較大的流域主要集中在西南極洲。在2003年到—2016年間,西南極洲的年冰蓋變化量為-118.95±7.50Gt,東南極洲的年冰蓋質(zhì)量變化量為2.76±19.02Gt,南極洲整體的年冰蓋質(zhì)量變化量為-106.97±12.86Gt。每年南極地區(qū)冰蓋融化造成全球海平面上升0.33mm,大約占當前全球每年海平面增長量的9.71%,超過以往的8%左右。5、經(jīng)過集合經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解(EEMD)之后,最終提取出5種不同周期的南極冰蓋質(zhì)量變化的驅(qū)動因素。其中影響程度最大的是大尺度、長時間周期的全球大氣候驅(qū)動因素(模態(tài)分量6以及殘差)。此外,還包括了周期約為半年和一年的季節(jié)性驅(qū)動因素、周期約為7.45年的“厄爾尼諾—拉尼娜”的氣候驅(qū)動因子、周期為2.56年的極其微弱的隱性驅(qū)動因素以及周期為2.75個月的突變驅(qū)動因素。
【圖文】：

蓋的變化對于地球表層各個物理系統(tǒng)都有著深刻且廣泛的影移以及環(huán)境變化的研究中有著重要的指導意義[1][2]，在 20 世紀，南極冰蓋的消融對于全球海平面上升速率的貢獻程度比較平消融所導致的全球海平面上漲只占所有因素驅(qū)動的 8%左右[3由于全球工業(yè)發(fā)展和氣候系統(tǒng)本身的混沌性影響，其可能會面上升”的反饋機制失去平衡，造成南極冰蓋的消融所占權(quán)重個 20 世紀，全球海平面的上升速率不到 1.7mm/yr[4]，但是在年的 26 年間，全球海平面上升速率卻達到了 3.4mm/yr，見圖。Levermann 等人[5]在利用動態(tài)冰蓋消融響應(yīng)函數(shù)進行南極冰升的預(yù)測時發(fā)現(xiàn)，在 21 世紀，南極冰蓋消融可能最大會導致，是整個 20 世紀海平面上升量的 2.5 倍以上，且海平面上升量的氣候變化時期內(nèi)有較大差異[6]。同時也有研究表明[7]，對于部消融也存在地區(qū)分異性。

圖 1-2 1860 年來全球溫度變化(數(shù)據(jù)來自 NASA)作為全球最大的冰蓋覆蓋大陸，其常年冰雪覆蓋面積占全由于其溫度低，距離人類活動劇烈的地區(qū)較為遙遠，因此影響的程度和其他大洲相比較為微弱，導致南極洲百年來是由于南極洲氣候的穩(wěn)定性，也造成了全球氣候的總體變饋較關(guān)系較為敏感，這種敏感主要呈現(xiàn)在兩個方面，一是變化之間存在復(fù)雜的正負反饋關(guān)系，，二是南極洲自身的氣分異特征關(guān)系。
【學位授予單位】：西北大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：P332;P467

【參考文獻】

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本文編號：2606334