东南极冰盖断面特征及Dome A积累率时空变化研究

来源 :武汉大学 | 被引量 : 3次 | 上传用户:water_please
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冰盖探测与稳定性研究是预测未来全球海平面变化的重要内容。近期越来越多的研究显示东南极冰盖同西南极冰盖一样也经历着快速变化,而认识冰盖特征及其演化历史是研究冰盖运动变化的重要前提与基础,所以东南极冰盖历史特征及其物质平衡变化机制在整个冰盖稳定性研究中占有重要地位。目前,我国极地科学家就东南极冰盖断面已经取得了多方面的重要成果,如冰盖表面地形、表面积累率、冰流以及冰厚和冰下地形等。然而对于冰盖历史特征——内部等时层仍缺乏足够的认识。因此本文围绕东南极冰盖断面等时层形态特征展开研究,重点关注了内部等时层与冰盖表面以及底部特征的相互作用机制。基于冰雷达探测技术,我们应用中国南极科学考察(Chinese National Antarctic Research Expedition,CHINARE)第 29 次(CHINARE 29,2012/13)车载高垂向分辨率和第32次(CHINARE32,2015/16)机载冰雷达数据,获取了东南极中山站至DomeA断面的详细等时层特征数据。为了使得冰雷达图像中等时层特征更加清晰以便于识别与分析,我们在常规处理的基础上,提出了对冰雷达图像进行Sobel增强处理的方法。综合考虑中山站至DomeA断面的表面以及冰下地形特征,沿海岸至内陆的方向将整个断面分成了四个不同部分:海拔快速上升区域、海拔平缓区域、Lambert冰川上游区域和冰穹区域。结果显示,浅部等时层形态结构主要由表面积累率决定,而表面积累率又受到表面地形和局部气候等因素的共同影响。其中表面地形受长期下降风作用最显著的结果是形成光洁区,且在冰盖浅部则表现为等时层超覆。如本文研究中靠近Dome A区域的浅部等时层则出现了大范围的超覆现象,其横向延续距离达160公里,纵向埋深达1000米,且具有重复周期性。该区域位于Lambert冰川跃升为Gamburtsev山脉地形的过渡地带,其特殊的冰下地形也间接影响了表面地形的形态,使得冰盖表面长期受风吹雪作用而出现零甚至负积累。这同时说明浅部等时层的形态特征也间接受到冰下地形的影响。深部等时层形态结构则受到冰流与冰下环境的影响较大。通常情况下,等时层的形态结构与冰下地形起伏基本一致。然而在一些特殊的区域,如快速冰流区、峡谷以及冰川流经区域等,则会出现等时层缺失、难辨甚至扰动的异常特征。在本文研究的Lambert冰川上游区域内,从单个断面上出现了等时层波长远远小于冰下地形波长的现象。该现象是由于研究断面的垂向或交叉向断面底部存在短波冰下地形造成的,因此说明等时层形态结构是由三维冰下环境共同决定。另外,在该断面的冰川边缘区域其深部等时层出现了扰动的异常特征。由于冰下地形决定着冰盖物质流动机制,反之冰流运动又与冰下地形相互作用,因此该边缘区域山峰与峡谷陡变产生了复杂的应力应变环境,从而造成了等时层扰动的异常特征。进一步,为了认识东南极内陆典型区域DomeA的历史演化过程,本文以六条定年等时层为输入数据,应用D-J冰盖模式重建了该区域过去16.1万年间的平均积累率时空分布特征。认识DomeA演化历史对寻找超过百万年的冰记录具有重要意义。对此浅冰芯分析仅仅能够了解近期(几百或几千年间)的物质积累变化,而深冰芯钻取(正在开展中,预计2018年完成)不仅耗时长且研究区域有限。因此将连续等时层与深冰芯相结合,能够实现大范围的认识冰盖历史变化过程。利用国际DoCo计划中连接Vostok与Dome A的连续等时层,获取了 Dome A区域六条长达216公里的连续定年等时层并作为输入数据。在D-J冰盖模型的应用中,我们统计分析了其经验参数h的变化影响,并在合理范围内取800米作为计算参数值。分析表明:空间分布上,Dome A平均积累率在216公里断面上整体呈现由南向北逐渐增加的趋势。过去六个不同时期(TP1:0-34.3±1.3 ka,TP2:0-39.6±0.1 ka,TP3:0-47.5± 1.7 ka,TP4:0-93.3 ±0.4 ka,TP5:0-123.5± 1.5 ka 和 TP6:0-161.4± 1.0 ka;TP 表示 Time Period)的空间分布特征基本一致,表明了 DomeA在过去16.1万年间处于相对稳定的状态。为了更详细了解Dome A平均积累率空间分布特征,本文以40公里为单位距离,由南向北逐段分析了平均积累率的变化。结果显示最低平均积累率出现在Dome A分段区域,其平均积累率在过去TP1、TP2、TP3、TP4、TP5和TP6期间分别为2.09,2.30,2.41,1.79,2.21和1.88厘米每年(冰当量)。时域分布上,过去TP12、TP23、TP34、TP45和TP56期间平均积累率分别为4.20、3.41、1.29、3.74和1.10厘米冰当量每年。对比分析过去不同时期的平均积累率结果,我们发现在过去3.4-4.7万年间Dome A经历了相对高的积累率时期。为了寻找Dome A经历高积累率的原因,本文将该结果与Vostok冰期特征进行了详细的对比分析,发现DomeA的相对高积累率与末次冰期的暖冰期MIS3(Marine Isotope Stage 3,2.9-5.9万年间)基本重叠。由于温度只是影响积累率的多种因素之一,所以DomeA该相对高积累率期也应该是受温度等多种影响因素的共同作用结果。
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