科其喀尔巴西冰雪表中介组织的冰崖度及其对温度变化的响应

科其喀尔巴西冰雪表中介组织的冰崖度及其对温度变化的响应

0表收覆盖物对表收率的影响在世界上的山区，除了大面积覆盖的冰川（表莫面积超过30%）外，四川和莫霍峰地区的冰川数量一般都很小，但往往很大。以西南天山托木峰地区为例，该地区共有519条河流，总面积746.32公里。另一方面，广泛种植的多木尔冰川数量约占该地区河流总数的7%以上，但占该地区河流总面积的81%以上。另一方面，莫霍面积降低了表面反射率（与冰雪表面相比），并增加了土壤辐射的吸收。如果表莫的厚度较薄（小于临界厚度），则可以促进冰面的融化。如果表莫的厚度增加，有效的抗热效果将显著抑制冰面的融化。因此，在实地调查中，除了表莫外，冰崖的融化也是表莫区域物质平衡变化的一个重要方面（如果表莫的平均厚度较大，也可以是主要方面）。韩东海等人对托木尔峰科齐卡尔冰川（图1）表莫地区的冰崖形态进行了调查。结果表明，研究区域内冰崖数量众多（图2），许多大型冰崖发育（图3）。在调查样本中，最长的冰崖达到221.2m，最大的冰崖暴露在65975.06平方米。由于表莫地区冰崖海拔低、气温高，冰崖暴露在大面积的冰面中，冰面表面分布着大量的细冰池。因此，表莫地区的冰崖非常强烈。sakai等人在喜马拉雅的rigalovo高原进行了研究。结果表明，表莫区冰崖面积仅为2%，但储水区约为69%，范莫区冰崖的融化量非常大。在这项工作中，我们以科齐卡尔冰川为例，通过太阳因素研究，分析了表莫区冰崖的溶解特征。1试验结果科其喀尔冰川位于天山托木尔峰山汇南部,属于亚大陆型冰川,也是一条典型的托木尔型冰川.关于该冰川的地理位置,冰川规模及特征,相关文献叙述较多,在此不再敖述.我们于2007年7月9日-8月30日在冰川表碛区进行了冰崖消融试验(图4).试验的方法与花杆法测量冰川物质平衡方法类似,即通过选定一些具有不同海拔、坡向和坡度的冰崖,在其裸露冰面上栽设消融杆(花杆),测量时段间消融杆的出露高度从而得到冰面消融量,并结合同期观测点附近自动气象站的温度观测资料进行数据分析.由于冰崖的裸露冰面具有较大的坡度,因此消融杆的布设与在平缓冰面情况下有所不同.人员在安全措施保障下至冰崖中上部的裸露冰面上,利用蒸汽钻输出高温蒸汽垂直于冰面打孔,孔深1～3m,放入标记有刻度的竹制消融杆,以方便远距离读数,最后利用地质罗盘分别在多处测量冰面的倾角和倾向,取平均值得到冰崖的坡度和坡向.试验期间,共计在海拔3150～3750m的表碛区冰崖上布设消融杆46个,其中的13个在进行第2次观测时因冰面的快速消融而失踪,因此最终得到有效消融数据33个(图1).同期的气象观测数据利用前期在表碛区架设的3台自动气象站(5号、7号和8号气象站)观测得到,这些自动气象站的名称、海拔、配置的主要传感器等资料列于表1.为便于分析试验结果,将试验期间5号、7号和8号气象站记录的距地面2.0m的风速、气温和相对湿度统计值列于表2.可以看到,试验期的7-8月间,冰川下部表碛区的气温较高,除位于表碛区上部的海拔3700m附近少数几天的夜间气温低于0℃以外,其它各处均处于正温,表碛区下部海拔3200m附近的最高气温甚至接近20℃.此外,由于7-8月份为冰川区降水最集中的时期,平均相对湿度也较大.2冰雪融水径流模拟度日模型是基于冰川、积雪的消融与气温(尤其是冰雪表面的正积温)之间的线性关系建立的简单而有效的模型,目前已广泛应用于冰雪消融、冰川物质平衡及对气候敏感性响应、冰川动力模型以及冰雪融水径流模拟等的研究中.其计算式为:A=k⋅PDD(1)A=k⋅ΡDD(1)式中:A为一段时间内的冰雪消融量(水当量,mm);k为度日因子(mm·℃-1·d-1);PDD为一段时间内的正积温(℃),其可表示为:PDD=∑i=1nHt⋅Tt(2)ΡDD=∑i=1nΗt⋅Τt(2)式中:Tt为第t天的平均气温(℃);Ht为逻辑变量,当Tt>0时,Ht=1;当Tt≤0时,Ht=0.本研究中,我们也以度日模型分析为主要方法,对表碛区冰崖的消融特征进行讨论.3冰崖的粒度因子利用度日模型解算的33个有效观测点的度日因子量值介于2.92～9.35mm·℃-1·d-1之间,平均为4.81mm·℃-1·d-1.对比乌鲁木齐河源1号冰川(8.5mm·℃-1·d-1)、“七一”冰川(7.2mm·℃-1·d-1)和抗物热冰川(15.8mm·℃-1·d-1)等冰川的研究结果,该冰川表碛区冰崖的平均度日因子明显偏小,其原因除了不同冰川的性质、展布方向等的差异外,还与各地气候条件的差异以及由此造成的能量收支差异有关.Braithwaite在对比分析了不同冰川的冰面消融量、正积温和度日因子的变化关系后认为,较大的度日因子仅出现在温度较低的环境中,而环境温度较高时度日因子较小.我们可以做一个简单的分析来进一步证明这一点.由于较多的研究表明,冰面消融量与正积温具有较好的线性关系,即度日因子k可在一定条件下视为常数,这里我们不妨设k=8mm·℃-1·d-1,同时我们设在相同的时间段内正积温PDD分别为50℃、100℃、150℃和200℃来代表不同的温度环境,则当不同的正积温分别增加ΔT=1℃,相应增加的消融量ΔA分别为2%、1%、0.7%和0.5%,可见当环境温度较低时,温度的细微变化对冰面消融的影响是较大的,反之则较小.由于通过定义(式(1))可知,度日因子即表示为单位积温(温度)变化对冰川消融的贡献量,因此在其它条件相同时,低温条件下的度日因子较大,而高温条件下冰川的度日因子常较小.在本研究中,冰川表碛区主要位于冰川的下部海拔3100～3800m的范围内,相对于乌鲁木齐河源1号冰川、“七一”冰川和抗物热冰川等,海拔低,平均气温较高,因此表碛区内冰崖的度日因子较小.此外,科其喀尔巴西冰川表碛区冰崖的度日因子与海拔的变化关系(图5)也表明,随着海拔的增加,冰崖的度日因子表现出增加的趋势,其原因除了与辐射随海拔的增加有关外,同样也反映了温度环境对度日因子的影响.诚然,度日因子除了反映温度变化对冰川消融的综合影响外,还受到辐射等其它气象因子、冰面状况、地表反照率以及遮挡、坡度坡向等地形因素的影响.图5中度日因子的分布所表现出较大的离散性,也说明了其它因素对度日因子产生了一定的影响.由于冰崖坡向的差异直接影响到了下垫面的辐射状况以及与此相关的温度环境,因此坡向的变化必然会对度日因子产生影响.在分析冰崖的坡向与其度日因子之间的关系时,为了尽量减小不同观测点海拔差异的影响,我们对相近海拔的观测点进行分组分析(图6):第一组海拔3179～3309m,计16个观测点;第二组海拔3377～3522m,计7个观测点;第三组海拔3622～3750m,计10个观测点.对三组观测点的综合分析初步表明,NEE-SE方向的度日因子较大,SW-W方向的次之,NWW-N-NE方向的较小,S方向的最小.坡向与度日因子的关系因地而异,就科其喀尔冰川来说,度日因子这样的变化趋势可能与夏季日间辐射及其相关的温度变化特征有关.图7显示了2007年8月24-28日冰川中部5号自动气象站观测的总辐射变化序列,它总体上也代表了科其喀尔冰川7-8月的太阳辐射变化特征.图中可以看到,除全天为晴朗天气的28日外,其它几天表现出这样的变化特征:从黎明至11:00时左右(当地时,下同),天气较为晴朗,太阳辐射逐步增强;从11:00时至16:00时左右,云量迅速增加,并时常伴随有降水,太阳辐射较晴朗时大幅减小;16:00时以后天气又渐转为晴朗.由此,NEE-SE方向的冰崖在上午时能够吸收较多的太阳辐射,消融较强,同时此时的气温较低,因而度日因子较大;SW-W方向易出现较大的度日因子亦是同理,但因下午至傍晚时分的太阳辐射较弱,且受到西面地形遮蔽的影响,度日因子小于NEE-SE方向;NWW-N-NE方向的冰崖全天接收的太阳直接辐射都较小,但因其均处在背阴面,气温较低,因此其度日因子处于平均水平;S方向的冰崖本应该接收全天最强的太阳直接辐射,但因中午时云量较大,太阳辐射受到大量的削弱,同时此时的气温较高,二者综合使得度日因子反而最小.此外,我们还根据不同的海拔,分组考察了冰崖的坡度与度日因子的关系,如图8所示,所观测冰崖的坡度介于30°～59°之间,但坡度的变化与度日因子的变化似乎不具备明显的对应关系,这可能与观测点较少有关.由于不同坡度的冰崖的温度环境以及所接收的太阳辐射是不同的,这都能够对冰崖的度日因子产生影响,但图8表明,这种影响可能是较小的.4冰崖把控冰崖粒度因子变化物质平衡研究是冰川研究中的一个主要议题,而现今的冰川物质平衡研究正在或者已经从单个冰川的测量向基于遥感和GIS方法的面上评估方向发展,这就需要我们对典型冰川,特别是具有复杂下垫面冰川的物质平衡变化特征有一个细致的了解,总结规律,建立相应的模型.而度日模型由于参数很少,能够给出类似于依赖能量平衡的物质平衡模式所给出的结果,因此得到广泛的应用.本文通过短期的冰崖消融试验,利用度日模型,对科其喀尔冰川表碛区内冰崖的度日因子变化进行了初步的分析,结果表明:表碛区内冰崖的度日因子变化较大,平均为4.81mm·℃-1·d-1,小于青藏高原及其它地区冰川的度日因子,其原因可能主要与该冰川的海拔较低,平均气温较高有关.在较高的温度环境下,冰面的消融对于温度变化的敏感性减小,使得该地区的度日因子较小.而表碛区内冰崖度日因子随海拔的增加表现出增加的趋势也可能与此有关.冰崖坡向的变化也对度日因子产生了影响,总体表现为NEE-SE方向及SW-W方向的度日因子较大