青藏高原西风区与季风区典型冰川物质-能量平衡变化差异及其机制研究

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第三极地区主要受到中纬度西风环流、印度季风和东亚季风的控制。大量的实测与遥感研究显示以青藏高原为主体的第三极地区冰川物质平衡变化存在显著的空间差异,然而对这种空间差异现象的解释却存在很大的争议。为此,本研究选择了印度季风影响强烈的藏东南帕隆4号冰川、受印度季风影响相对较弱的念青唐古拉中段的扎当冰川和受典型中纬度西风控制的慕士塔格15号冰川为对比研究对象,开展了详细的冰川表面气象和物质平衡综合观测,建立了适合研究区冰川的分布式物质-能量平衡模型。在此基础上,对比分析了不同环流控制下三条冰川表面的气象、物质和能量平衡特征,阐明导致不同气候区冰川物质平衡变化差异的物理机制。同时,本研究还重建了三条冰川1980-2010年来的冰川物质平衡变化序列,尝试从较长时间尺度上探讨大气环流与冰川物质平衡变化之间的内在联系,揭示季风区与西风区冰川变化的空间的差异机制。本文的主要结论如下:  (1)分析帕隆4号冰川、扎当冰川上和慕士塔格主峰附近自动气象站近几年的观测资料,发现慕士塔格地区具有冷、干的气象特征,扎当冰川具有暖、干的气象特征,帕隆藏布地区具有暖、湿的气候特征。受季风影响下的两条冰川气温递减率暖季大于冷季,而受西风影响的慕士塔格地区是冷季大于暖季。慕士塔格地区降水集中在春季和夏季,夏季的降水多于春季;扎当冰川降水集中在夏季;而帕隆4号冰川附近降水发生在春季和夏季,春季降水比例更高。  (2)通过对多个全天入射长波辐射(Lin)模型的对比,发现这些组合模型的参数经过优化后能较好的模拟Lin的时空变化。建立了以日为基础的分布式物质-能量平衡模型,通过不同来源的气象数据和模型参数的优化发现,利用冰川末端山谷里的气象数据可以较好的模拟冰川上的物质和能量平衡特征。但是随着AWS与冰川距离的增加,模拟效果会变差。  (3)利用建立的分布式物质-能量平衡模型以及实测的气象数据,模拟并比较分析了不同环流控制下三条冰川表面能量-物质平衡特征,同时对其敏感性进行了分析。结果表明:融化是三条冰川物质平衡差异的主要来源,出射短波辐射(或者反照率)和入射长波辐射的空间差异是融化能量差异的主要贡献因子。位于典型季风区的帕隆4号冰川具有暖、湿和多云的气候,使得该地的入射长波辐射最大和出射短波辐射的绝对值最小;其次是扎当冰川;位于西风区的慕士塔格15号冰川,具有冷、干和少云的气候,使得该地区的入射长波辐射最小和出射短波辐射的绝对值最大。降雪的差异也是三条冰川物质平衡空间差异的重要来源。  慕士塔格15号冰川物质平衡的年际变化主要受全年降水的控制,其次是暖季气温;扎当冰川主要是受到暖季气温的控制,其次是暖季的降水;帕隆4号冰川物质平衡的年际变化主要受暖季气温的控制,其次是全年的降水。  在模型验证的基础上,通过改变气候情景进行冰川敏感性实验,结果显示帕隆4号冰川对气温的敏感性最高,超过其对降水的敏感性;扎当冰川对气温的敏感性次之。中纬度西风区的慕士塔格15号冰川对气温和降水的敏感性都较低,但是对降水的敏感性超过气温。  (4)重建了慕士塔格15号冰川、扎当冰川和帕隆94号冰川的1980-2010年的物质平衡,发现三条冰川的物质平衡都显现了明显的年际变化特征。与1996-2002年相比,受印度季风影响的青藏高原东南部和南部地区2003-2010年处于异常反气旋影响之下,导致了该地区季风期降水明显减少和气温显著高升,藏东南海洋性冰川物质呈现加速亏损;而同期,青藏高原北部以及天山山脉处于气旋控制之下,从而使得该地区降水增加和气温相对偏低,青藏高原北部和天山山脉冰川物质损失较1996-2002年相对偏正。西风区与季风区气候及冰川变化以及它们的年际变化可能与中纬度欧洲大气环流变化的遥相关过程有关。西风区和季风区大气环流的变化及中纬度大气环流的变化可以较好地解释近期第三极地区冰量变化的空间差异现象。
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