北极Svalbard地区AustreLovénbreen冰川温度分布特征和传热学分析

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冰川是地球五大圈层冰冻圈的主体,对气候变化有指示记录作用。冰川温度是冰川的基本物理特征,对于认知冰川产生和发展过程有重要意义。冰川温度与冰川运动速度、成冰作用类型、冰内水的状态关系紧密,而冰川滑动、冰川跃动等取决于冰川的温度。以北极Svalbard地区Austre Lovénbreen冰川2009~2012年观测数据为基础,讨论了冰川活动层温度时间和空间的变化特征,并分析了其与气候变化及冰川物质平衡的相关性;应用传热学原理计算出冰层热传递关系式,研究冰层内热量传递过程,并依据Hobbs理论,计算冰床底部温度值。主要研究结果如下:(1)根据Svalbard群岛上十几条冰川统计,该区冰川温度整体较高,冰层以温冰层占主导地位, AustreLovénbreen冰川属于其中典型,年际变化不大,各年变化率随深度增加不断减小,其范围在-0.01~1℃/a,在20m深度处基本各年保持不变,E2点为-3.0℃左右,B2点为-2.4℃左右,F点为-2.55℃左右。(2)冰川活动层温度年变化规律:秋季年变化波动整体明显小于春季年变化。春季测温点B2冰温年变化呈现逐年下降趋势,最低值为2011年-5.53℃;测温点E2春秋季和B2点秋季冰温无明显时间规律;测温点F位置春季2009~2010年不同深度温度呈现等距上升变化,秋季温度年变化温度值逐渐降低,最低值为-3.534℃在2011年。AustreLovénbreen冰川活动层温度相对大气温度波动幅度有相对较长滞后期,春季大约为6个月,秋季滞后时间大约为4个月。(3)AustreLovénbreen冰川在海拔范围200~500m之间,不同于冰川上冰层温度随海拔升高而降低的一般规律。在冰层10~20m深处,温度变化趋势为先减小再增大,减小趋势为-0.2℃/100m,增加速度为0.4℃/100m,在海拔410m左右达到最低,全年无季节变化;在冰川0~10m深冰层中,秋季冰舌前沿测温点B2处温度基本是处于三个温度钻孔最高,春季无此现象,测温点E2和F之间在不同年份春秋季交叉变化。(4)2009~2011年AustreLovénbreen冰川年均气温Ta与10m深冰层温度T10,在误差±1℃,Ta=T10;冰川活动层温度与年降雪量和大气温度之间不存在简单线性关系,冰川表面积雪厚度变化对冰川活动层温度影响要大于大气温度的影响。(5)AustreLovénbreen冰川2008~2012年年净物质平衡值分别为-0.12m w.e、-0.07m w.e、-0.99m w.e和-0.12m w.e;冰川平衡线高度394.79m、379.16m、562.51m和394.89m;两者的年变化与冰川活动层温度年变化趋势保持一致。(6)基于传热学原理和2009年冰川温度数据,分析了冰川活动层传热状态,4m深度以下热交换为主要传导方式,4m深度之上热交换比较复杂,秋季表面出现0℃的冰水混合物;冰温向上递减速率消融区最大,γ=0.0714℃/m,各层的温度波动幅度在积累区最大,Ts=16.54,β=6.4;消融区、平衡区和积累区分别在54m、82m、72m深处冰川达到融点,融点温度为-0.05℃、-0.06℃、-0.06℃。
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