【摘 要】
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北极地区是气候变化响应研究的热点地区,当前关于北极冰下环境的热力学、水文学特征仍待深入研究,北极山地冰川受何种冰川侵蚀作用,其形态学特征的发育状态及冰下地形如何影响冰川运动等方面尚存部分争议。位于北极Svalbard群岛的Austre Lovénbreen冰川和Pedersenbreen冰川一同被列为我国长期监测的两条多温山谷冰川,具有北极山地冰川的典型特征,其冰下环境及冰川运动学特征的变化反映了
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北极地区是气候变化响应研究的热点地区,当前关于北极冰下环境的热力学、水文学特征仍待深入研究,北极山地冰川受何种冰川侵蚀作用,其形态学特征的发育状态及冰下地形如何影响冰川运动等方面尚存部分争议。位于北极Svalbard群岛的Austre Lovénbreen冰川和Pedersenbreen冰川一同被列为我国长期监测的两条多温山谷冰川,具有北极山地冰川的典型特征,其冰下环境及冰川运动学特征的变化反映了北极山地冰川气候响应的一般规律。幂函数模型法拟合冰川槽谷断面的冰下地形特征是研究冰川冰下环境的有效方法,既能获取冰川冰下地形的形态学特征,也可体现出形态学特征与冰川侵蚀作用的相互关系,更能影响冰川运动,对理解冰川作用区地貌演化及冰川演化具有深远的意义。作为全球气候变化的早期信号,北极冰川演化的气候响应机制研究被广泛关注。基于有限元方法的冰川数值模拟技术,实现了三维冰川流动模型、冰川物质平衡模型及外部气候变化的气候情景模型的耦合,模拟了气候变化条件下的冰川动力学响应过程,并完成北极山地冰川在升温情景下时空演化历程的预测。利用中国科学考察队员于2009年通过野外作业采集的GPS数据、GPR数据,和冰流速监测花杆采集的2005年至2010年间的冰川表面冰流速数据,结合冰川槽谷的幂函数模型、冰川数值模拟的有限元方法,以两条冰川为研究对象,探究其冰川槽谷地貌形态学特征的发育状态,并对Pedersenbreen冰川在各类不同的气候变暖条件下的演化历程进行模拟预测及分析讨论。具体如下:（1）使用经处理后的冰川监测数据,沿Austre Lovénbreen冰川主流线、东部支流及Pedersenbreen冰川主流线截取冰川槽谷断面,将各断面与冰川槽谷的幂函数模型进行拟合。发现Austre Lovénbreen冰川及Pedersenbreen冰川均为V型冰川槽谷;二者所受冰川侵蚀作用不同,Austre Lovénbreen冰川的冰川侵蚀作用以下蚀作用为主,Pedersenbreen冰川的冰川侵蚀作用以侧蚀作用为主;从形态学特征的发育状态来看,Pedersenbreen冰川冰下地形发育优于Austre Lovénbreen冰川,其冰川槽谷形态更接近于U型谷;冰川表面冰流速与冰下地形的发育程度存在相关关系,冰下地形发育更佳的冰川表现出运动速度更快的现象。（2）基于联合国政府间气候变化专门委员会（Intergovernmental Panel on Climate Change,IPCC）第六次评估报告（AR6）的社会共享经济路径,提出了5种升幅不同的升温假设（低温假设:0.028℃?;较低温假设:0.036℃?;最大概率假设:0.054℃?;较高温假设:0.072℃?;高温假设:0.088℃?）。依据五种不同升温假设下的物质平衡模型,模拟了Pedersenbreen冰川2009-2109年间的演化历程,结果表明:在较高温假设、高温假设下冰川于动态模拟后期到达生命周期终点,分别于动态模拟的第98年、第96年完全消融;最大概率假设下的Pedersenbreen冰川在动态模拟末期存在少量冰储量残余,最大冰厚处冰厚为58.95米;低温假设及较低温假设下的Pedersenbreen冰川冰储量余量较大,短期内不会完全消融,两种假设下的最大冰厚处冰厚分别为106.38米及92.58米。（3）由动态模拟中Pedersenbreen冰川的冰川学特征年际变化时间序列,分析得出冰川面积、冰储量及冰川消融量的变化规律。结果表明:冰川面积及体积在温度升高的气候条件下持续减小;冰川消融量在动态模拟前期呈上升状态,抵达消融量峰值后持续下降直至冰川完全消融;五种不同气候情景下的冰川年均消融量取值区间为2.5934～3.6221×10,年均消融量占比即冰储量的年均减少率取值区间为-0.74%a-1～-1.04%a-1。
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