冰川表碛下的冰面消融模拟研究—以科其喀尔冰川为例
文献类型：学位论文
| 作者 | 韩海东 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2007-05-08 |
| 授予单位 | 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所 |
| 授予地点 | 寒区旱区环境与工程研究所 |
| 导师 | 丁永建 |
| 关键词 | 表碛 冰面消融 科其喀尔冰川 热传导 地表温度 地热通量 热参数 分数微积分 |
| 其他题名 | MODELING THE ICE ABLATION UNDER A SUPRAGLACIAL DEBRIS LAYER—A CASE STUDY OF KOXKAR GLACIER, WEST TIANSHAN, CHINA |
| 学位专业 | 自然地理学 |
| 中文摘要 | 表碛是指堆砌在冰川表面的岩石碎屑物，它的形成与冰川的运动及冰川物质平衡的变化密切相关。早在十九世纪末二十世纪初，人们就已经对表碛及其对冰川消融和冰川变化的影响有了一定的认识，通过在不同地区进行的野外观测实验，人们已经知道薄层的表碛因能够吸收更多的热量而可以促进冰面的消融，而厚层的表碛能够抑制热量的交换，从而使冰川能够免于快速的消融。近年来，随着全球变暖问题的日益显著，气候变暖背景下的冰川变化研究受到越来越多的重视。而表碛覆盖在冰川变化中的作用及对冰川水资源的影响问题也逐渐成为研究区域冰川波动及冰川水资源变化的重要课题。 自上世纪五十年代开始，人们陆续建立了包括经验模型、能量平衡模型和概念性模型的各种数学模型来进行表碛下冰面消融量的估算，而Nakawo and Young提出的能量平衡模型从物理机理出发来模拟表碛下的冰面消融，并且在一些冰川得到了成功的应用，具有一定的代表性。通过对该模型原理及其应用情况的分析，我们看到，由于Nakawo能量平衡模型忽略了表碛的储热变量，因此在表碛的厚度较大时可能会引起较大的计算误差；同时该模型参数较多，计算比较复杂，不利于进行实际的应用。为此，我们开展了此项研究，试图通过对其中物理过程的深入认识，提出新的表碛下冰面消融模型，并在表碛发育比较广泛的西天山地区选择科其喀尔冰川作为典型冰川，对模型的模拟效果进行分析和讨论。通过本研究的实施，我们主要得出以下几点认识与结论： 1) 针对已有模型的缺点，以热传导原理和能量平衡原理为基础，提出了热传导-能量平衡模型和热传导模型两个模型方案。这两个方案的核心思路都是通过自上而下对表碛温度的求解，来估算冰面的消融量。两个模型方案都仅需要地表温度序列、表碛热属性参数和表碛厚度等少量参数作为模型驱动，结构简单，易于使用。 2) 对于科其喀尔冰川所进行的地温剖面观测表明，表碛中下层的温度变化较小，而表碛上部则较为剧烈，可按照昼夜间地温的垂向变化划分出4种典型的地温剖面。热传导为秋季表碛内热量传输的主导方式，表碛内温度和热量的变化可以通过一维均质土壤热传导方程进行较为合理的描述。 3) 利用科其喀尔冰川三个试验点的实测资料对热传导-能量平衡模型进行了模拟效果的分析，结果表明，热传导-能量平衡模型对于地温的模拟不太理想，其主要原因可能在于难以对表碛储热变量进行精确的模拟。通过地温模拟而得到的冰面消融速率与其实测值之间也存在较大的误差，但是在进行冰面累计消融量的分析后我们看到，模型虽然不能很好的反映出冰面消融速率的日变化过程，但其计算的累计消融量与实测累计值的误差较小。 4) 对热传导模型进行的计算分析表明，热传导模型能够较好的对不同深度处的地温进行较好的模拟，但模拟值与实测地温之间的相位差是产生模拟误差的主要原因，相位差产生的原因与热通量的变化与温差变化的不同步等有关。在经过相位的校正后，对于冰面消融速率的模拟是较好的。 5) 对两个模型方案实际模拟效果的分析表明，热传导模型在地温和冰面消融速率的模拟效果上明显优于热传导-能量平衡模型，模拟的误差更小，精度更高。而热传导模型与Nakawo能量平衡模型的比较表明，Nakawo模型模拟的冰面消融速率波动非常剧烈，与实测值的误差很大，同时其对于冰面累计消融量的模拟误差也较大，这主要与模型忽略了表碛储热变量有关。 6) 利用热传导模型所进行的参数敏感性分析表明，表碛厚度的变化对于表碛下冰面消融的影响是较大的。在9月下旬，科其喀尔冰川表碛区中部厚度为0.7 m、1.2 m和2.0 m的表碛，其下的冰面消融量分别比厚度为0.05 m时减小26.0%、43.8%和60.3%。对表碛热参数的敏感性分析表明，表碛热参数的变化对于冰面消融的影响可能是较小的。通过各试验点实测地表温度与冰面消融速率的比较表明，地表温度的日内变化对于薄层表碛下冰面消融的影响较快，影响程度也较大；当表碛较厚时，地表温度的影响将被推迟，而且程度也较弱，此时的冰面消融状况与前期的气温的平均状况关系密切。 |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2013-08-22 |
| 页码 | 122 |
| 源URL | [http://ir.casnw.net/handle/362004/21538]  |
| 专题 | 寒区旱区环境与工程研究所_研究生学位论文_学位论文 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 韩海东. 冰川表碛下的冰面消融模拟研究—以科其喀尔冰川为例[D]. 寒区旱区环境与工程研究所. 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所. 2007. |
入库方式： OAI收割
来源：寒区旱区环境与工程研究所
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