發(fā)布時(shí)間：2020-05-31 00:55

【摘要】：南極冰蓋作為地球系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分,在重建地球氣候演化歷史和調(diào)查海洋環(huán)流變異及海平面變化的過(guò)程中扮演著關(guān)鍵角色。位于東南極冰蓋中心的冰穹-Dome A(昆侖站)由于其獨(dú)特的環(huán)境要素,是一個(gè)有助于深入理解南極冰蓋演化、穩(wěn)定性和找尋地球氣候久遠(yuǎn)記錄的理想地點(diǎn)。目前,Dome A作為可能存在超過(guò)百萬(wàn)年古氣候記錄的理想深冰芯鉆探位置,成為南極研究的焦點(diǎn)之一。本文從南極冰蓋氣候演化歷史研究的最新進(jìn)展入手,深入討論在Dome A開(kāi)展深冰芯鉆探的可能性和戰(zhàn)略,通過(guò)對(duì)東南極Dome A中心區(qū)域的中國(guó)第21次和第24次地面雷達(dá)數(shù)據(jù)以及最近AGAP (Antarctica's Gamburstev Province project)計(jì)劃和德國(guó)AWI的機(jī)載雷達(dá)數(shù)據(jù)(DoCo)的綜合分析,結(jié)合Vostok、Dome C、Dome Fuji冰芯數(shù)據(jù)和Dome A氣象數(shù)據(jù),揭示典型區(qū)域的冰流動(dòng)力學(xué)特征;構(gòu)建冰蓋數(shù)值模式嘗試?yán)斫鈻|南極中心區(qū)域的冰蓋演化與冰流特征。我們得到如下結(jié)果:1、模擬出冰層等時(shí)線上的水平平均積累率,反演出過(guò)去至少8.5萬(wàn)年的古積累率分布;2、模擬出冰蓋雷達(dá)斷面上的積累率空間分布,揭示Dome A的長(zhǎng)時(shí)間尺度演化特征;3、描述等時(shí)線空間分布,揭示冰蓋內(nèi)部冰流動(dòng)力學(xué)機(jī)制;4、模擬冰蓋雷達(dá)斷面上的深度-年代關(guān)系,為深冰芯鉆探可能地點(diǎn)的選取提供理論依據(jù)。 通過(guò)中國(guó)第21次(CHINARE 21,2004/05)南極科學(xué)考察期間在Dome A中心區(qū)域及其外圍200km內(nèi)獲得的一條冰雷達(dá)典型斷面,得到Dome A附近冰蓋內(nèi)部的雷達(dá)等時(shí)層分布。分析表明:在冰蓋淺層(0-500m)內(nèi)部等時(shí)層局部出現(xiàn)向斜層(syncline)和背斜層(anticline),總體比較平坦。在冰蓋深部(500-2000m),內(nèi)部等時(shí)層水平分布很不規(guī)則,在冰下地形波長(zhǎng)小于冰厚或與冰厚可比較時(shí),分布呈現(xiàn)顯著的褶皺現(xiàn)象,追蹤并趨向于平行冰下地形;而當(dāng)其冰下地形波長(zhǎng)為長(zhǎng)波并大于冰厚時(shí),內(nèi)部等時(shí)層覆蓋了冰下地形,并不隨著冰下地形的起伏而起伏;在冰下局部出現(xiàn)單個(gè)或兩個(gè)地形劇烈變化的山峰附近的內(nèi)部等時(shí)層被冰下地形強(qiáng)烈擾動(dòng)。Dome A中心區(qū)域深部的雷達(dá)等時(shí)層存在不連續(xù)性以及褶層曲率較大的現(xiàn)象,但在小尺度內(nèi)抑制了內(nèi)部等時(shí)層的劇烈形變。另外,結(jié)合冰蓋厚度數(shù)據(jù),找出了3個(gè)供選擇構(gòu)建預(yù)測(cè)冰芯鉆探點(diǎn)年代-深度關(guān)系的地點(diǎn)。 通過(guò)對(duì)雷達(dá)數(shù)據(jù)的分析,揭示出Dome A的三維冰下和表面特征,發(fā)現(xiàn)其下方存在一個(gè)東北向的馬鞍形槽谷。最大的冰厚已經(jīng)超過(guò)了3000m(昆侖站的下方),最高處的表面高程達(dá)到4092m。典型向斜層和背斜層的出現(xiàn)表示那里的表面物質(zhì)積累存在空間分布的不均勻性。內(nèi)部等時(shí)層存在局部的斷裂,冰蓋底部的內(nèi)部等時(shí)層有時(shí)由于反射信號(hào)的衰減或者雷達(dá)波不能穿透至底部而出現(xiàn)信號(hào)盲區(qū)。 冰蓋內(nèi)部的等時(shí)層結(jié)構(gòu)和淺層積累率是數(shù)值模擬末次冰期冰蓋演化的必要參數(shù)和邊界條件之一。通過(guò)對(duì)2004/05年度中國(guó)21次南極考察隊(duì)在Dome A獲取的高頻雷達(dá)數(shù)據(jù)的分析,示蹤出三條內(nèi)部等時(shí)層,利用穿越Dome A內(nèi)部等時(shí)層與Vostok冰芯鉆取位置的交定年,得到層上相應(yīng)的深度-年代關(guān)系。將深度-年代關(guān)系作為輸入,使用一個(gè)一維冰流模式計(jì)算了Dome A過(guò)去8.46萬(wàn)年以來(lái)三個(gè)不同階段的古積累率,揭示了Dome A地區(qū)在相應(yīng)歷史時(shí)期的古積累時(shí)間與空間變化。結(jié)果顯示Dome A核心區(qū)域的古積累率有著一致的分布特征,且在過(guò)去32.6kyr,44.6kyr, 84.6kyr這三個(gè)晚更新世的不同時(shí)期, Dome A核心區(qū)域的平均積累率較低,分別為0.020m/yr, 0.023m/yr, 0.018m/yr,發(fā)現(xiàn)在距今3.5-4.5萬(wàn)年間存在一個(gè)相對(duì)較為濕潤(rùn)的時(shí)期;此外,給出了沿著Dome A中心區(qū)域向其外圍積累率的空間變化。 本文也介紹冰蓋和冰川的動(dòng)力學(xué)和熱力學(xué)基本理論,推導(dǎo)了淺冰近似下的冰蓋演化方程組。同時(shí),介紹三維的冰蓋耦合模式-GLIMMER模式并在EISMINT下做了固定邊界和移動(dòng)邊界的兩個(gè)實(shí)驗(yàn),得到了反應(yīng)冰蓋物質(zhì)平衡和能量平衡的一系列溫度、速度和物質(zhì)通量特征曲線。同時(shí)為了描述冰穹位置的物理特征,以及為了檢驗(yàn)Dansgaard-Johnsen冰流模式,我們做了該模式的二維冰流情形的簡(jiǎn)化和改進(jìn)。實(shí)驗(yàn)的結(jié)果與冰蓋基本理論是吻合的。
【圖文】：

縮與海洋溫鹽環(huán)流變化、海冰覆蓋范圍波動(dòng)有著直接的關(guān)系。南極冰蓋的演化歷史以及它在全球氣候系統(tǒng)中扮演的角色尤其引人關(guān)注。鑒于此，，南極冰蓋的演化及其與氣候變化的關(guān)系成為最近 20 年南極研究中發(fā)展最快的領(lǐng)域之一。東南極最高點(diǎn)的冰穹 A（Dome Argus，簡(jiǎn)稱(chēng) Dome A）由于其特殊的氣候條件和環(huán)境要素，被認(rèn)為是獲取南極科學(xué)新發(fā)現(xiàn)一個(gè)獨(dú)特研究場(chǎng)所。由此自 1996 年中國(guó)開(kāi)始南極內(nèi)陸考察以來(lái)，已經(jīng)開(kāi)展了 7 次中山站至 Dome A 的內(nèi)陸冰蓋斷面考察，其中中國(guó)南極考察隊(duì)在第 4 次內(nèi)陸考察期間（CHINARE 21，2004/05；圖 1-1 顯示了此次內(nèi)陸考察路線和冰雷達(dá)觀測(cè)測(cè)線）成功到達(dá) Dome A，而后經(jīng)過(guò)中國(guó)第 24 次南極考察期間（CHINARE 24，2007/08）的前期調(diào)研，終于在中國(guó)第 25 次南極考察期間（CHINARE 25，2008/09）于 Dome A 建立了內(nèi)陸冰蓋考察站—昆侖站（Kunlunstation），并在中國(guó)第 26 次南極考察期間（CHINARE 26，2009/10）期間進(jìn)行了完善。

et al.2010）。目前，Dome A作為中國(guó)昆侖站站址所在以及極地冰芯研究的新焦點(diǎn)而引人矚目（任賈文，2009）。圖1-2 南極冰蓋Dome A三維表面和冰下地形，及其Dome A與昆侖站位置（崔祥斌等，2010）最近的研究顯示，Dome A下的Gamburtsev山脈呈現(xiàn)出典型的山地冰川作用地貌特征（圖1-2），是南極冰蓋起源地（Sunbo et al， 2009），并且由于其較2
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)海洋大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2010
【分類(lèi)號(hào)】：P941.61;P343.6

【參考文獻(xiàn)】

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1 崔祥斌;孫波;田鋼;蔣蕓蕓;張向培;郭井學(xué);唐學(xué)遠(yuǎn);;冰雷達(dá)探測(cè)研究南極冰蓋的進(jìn)展與展望[J];地球科學(xué)進(jìn)展;2009年04期

2 唐學(xué)遠(yuǎn);孫波;李院生;崔祥斌;李鑫;;南極冰蓋研究最新進(jìn)展[J];地球科學(xué)進(jìn)展;2009年11期

3 侯書(shū)貴;李院生;效存德;龐洪喜;徐建中;;南極Dome A地區(qū)109.91m冰芯氣泡封閉深度及穩(wěn)定同位素記錄的初步結(jié)果[J];中國(guó)科學(xué)(D輯:地球科學(xué));2008年11期

4 陳百煉;張人禾;孫菽芬;張廷軍;效存德;卞林根;;一個(gè)冰蓋近表層熱傳輸模式及其對(duì)南極Dome A的溫度模擬[J];中國(guó)科學(xué):地球科學(xué);2010年01期

5 蔣蕓蕓;孫波;柯長(zhǎng)青;崔祥斌;唐學(xué)遠(yuǎn);郭井學(xué);張向培;;用雷達(dá)電磁波探測(cè)研究南極冰蓋淺層散射特征:以中山站至Dome A冰蓋斷面為例[J];極地研究;2009年01期

6 丁明虎;效存德;明鏡;秦大河;李傳金;金波;;南極冰蓋表面物質(zhì)平衡實(shí)測(cè)技術(shù)綜述[J];極地研究;2009年04期

7 侯書(shū)貴;李院生;效存德;任賈文;;南極Dome A地區(qū)的近期積累率[J];科學(xué)通報(bào);2007年02期

8 效存德;李院生;侯書(shū)貴;Ian Allison;卞林根;任賈文;;南極冰蓋最高點(diǎn)滿足鉆取最古老冰芯的必要條件:Dome A最新實(shí)測(cè)結(jié)果[J];科學(xué)通報(bào);2007年20期

9 任賈文;效存德;侯書(shū)貴;李院生;孫波;;極地冰芯研究的新焦點(diǎn):NEEM與Dome A[J];科學(xué)通報(bào);2009年04期

10 崔祥斌;孫波;田鋼;唐學(xué)遠(yuǎn);張向培;蔣蕓蕓;郭井學(xué);李鑫;;東南極冰蓋中山站至DomeA斷面冰雷達(dá)探測(cè)初步結(jié)果:冰厚和冰下地形[J];科學(xué)通報(bào);2010年19期

本文編號(hào)：2689003