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在全球气候变暖背景下， 第三极和北极地区的增温尤其明显， 冰冻圈对气候变化有着更为敏感的响应。湖冰作为冰冻圈的重要组成部分， 其变化不仅是气候的指示器， 同时也通过改变能量平衡、 大气环流、 辐射平衡等影响区域气候。通过对比不同观测手段及主要模型模拟方法在湖冰研究中的优缺点及适用性， 总结了第三极和北极湖冰变化的时空特征， 结果表明：第三极和北极地区湖冰均显示初冰日推迟、 消融日提前、 封冻期缩短的趋势； 第三极和北极地区湖冰厚度呈持续减少趋势； 未来湖冰的这些变化将更加显著。第三极和北极地区湖冰的变化主要受到气温的影响， 同时也受到风速、 湖泊理化性质的限制。在系统梳理第三极和北极地区湖冰变化的基础上， 总结了湖冰研究面临的问题和挑战， 为未来湖冰研究提供科学依据。 相似文献
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铅是一种对人类危害极大的有毒重金属元素,示踪铅的来源是控制铅污染的前提。由于铅同位素在自然过程中难以发生明显的分馏而保留了污染源区的特点,成为追踪铅污染源强有力的“指纹”工具。雪冰作为冰冻圈重要的环境介质,因具有保存大气铅的特征,对雪冰的研究可以重建区域和全球的大气污染变化,探讨过去铅排放的活动历史。本文系统地总结了三极地区(南极、北极、青藏高原及周边地区)雪冰中铅浓度与铅同位素记录、空间分布以及使用铅同位素对雪冰铅源进行识别与解析的相关研究。结果表明：三极地区雪冰铅浓度呈现第三极>北极>南极的空间分布特征,其中第三极北部地区雪冰中铅浓度整体较南部偏高且拥有更低的206Pb/207Pb比值。冰芯环境记录表明,铅污染显著发生在古罗马和中世纪时期、工业革命时期(采矿、冶炼、燃煤)和20世纪下半叶(含铅汽油使用前后),三极地区雪冰中铅浓度峰值主要出现在20世纪70年代左右。铅同位素示踪显示矿物粉尘是三极地区雪冰中铅的主要自然来源,其中南极不同地点雪冰还受到火山活动不同程度的影响。南极雪冰中的铅污染主要来源于澳大利亚和南美洲国家,北极雪冰... 相似文献
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大气中的黑碳主要由化石燃料以及生物质燃料不完全燃烧产生， 经由传输以及沉降等过程， 可到达并沉积于偏远地区的雪冰表面。相对于洁净的雪表， 较暗的黑碳可吸收更多的太阳辐射， 导致雪表反照率降低， 加速冰雪消融， 进而对区域气候环境产生重要影响。青藏高原的环境脆弱而敏感， 是全球气候变化的驱动机与放大器。根据青藏高原山地冰川雪冰样品矿物杂质多、 浓度变化大的特点， 优化了雪冰单颗粒黑碳光度计（Single Particle Soot Photometer， SP2）分析方法， 制定了规范详细的实验步骤， 评估了样品储存和分样、 进样方式、 样品稀释等过程对测量结果的影响， 并用该方法对研究区域的季节积雪及雪坑样品进行检测。结果表明： 青藏高原雪冰中黑碳浓度在0.21~47.96 ng·mL-1之间， 平均值6.69 ng·mL-1。测样过程中连续测定胶体石墨标样， 校正后的回收率在75%以上。因此， 优化的SP2方法能够获得青藏高原雪冰中准确可靠的黑碳含量信息， 对利用雪冰介质重建黑碳的历史变化过程， 进而准确评估其对气候环境的影响程度， 具有重要意义。 相似文献
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冰冻圈关键地区雪冰化学的时空分布及环境指示意义 总被引：7，自引：6，他引：7
采用雪冰常量化学元素示踪体系, 系统分析了冰冻圈关键地区的南极冰盖、北极格陵兰和北极中心地带、以及以青藏高原为中心的高亚洲地区现代降水(表层雪冰)化学的空间分布、季节变化特点. 研究表明, 两极和高亚洲地区雪冰化学反映了全球或局地大气环境本底:南极现代雪冰化学代表了南半球或全球本底, 北极格陵兰地区代表了北半球对流层中部本底, 青藏高原海拔5 000 m以上的高海拔地区雪冰化学则代表中纬度地区对流层中上部本底. 其中, 离子浓度在两极冰盖和喜马拉雅山高海拔地区接近, 而在青藏高原北部高海拔地区则高得多. 三个地区雪冰化学的季节分布特点是: 在南极冰盖, 海盐气溶胶的"丰"季形成雪层化学峰值, 在北极, 冬春季污染物(所谓"北极霾")和漂尘形成季节峰值, 在高亚洲, 主要是春季降尘形成明显污化层. 青藏高原上大风季节与干季重叠, 静风季节与湿季重叠, 决定了干湿沉积过程具有明显季节转换. 总之, 主要阴、阳离子在南、北极和高亚洲雪层中的时空分布揭示了大气气溶胶的源区和传输, 其形成过程与大尺度大气环流、季风和局地尘暴等事件密切相关. 相似文献
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生物质燃烧释放的大量温室气体和烟尘气溶胶能够显著改变大气化学组成、扰动大气环流和水文过程、影响地表辐射平衡,是地球气候和环境过程的主要影响因素之一。生物质燃烧产生的烟尘颗粒等能够随大气环流过程进行迁移输送,在重力作用下或随降水过程沉降到地球表面,成为沉积物地球化学的重要组成部分。雪冰中诸如黑碳、钾离子、左旋葡聚糖等特征标志物记录能够较好地反映区域乃全球尺度的生物质燃烧信息。利用雪冰开展生物质燃烧现代过程和历史记录的研究对系统认识地球气候环境演变过程具有重要意义。从雪冰中可用于开展生物质燃烧记录研究的特征指标、不同地区的研究现状以及生物质燃烧的影响因素等方面综述了近20年来国内外的主要研究成果。并对当前在青藏高原地区利用雪冰开展生物质燃烧记录研究存在的主要问题以及未来研究工作的重点进行了探讨。 相似文献
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冰冻圈区域河流是连接冰冻圈及河流中下游,乃至海洋碳库的重要通道。气候变暖导致冰冻圈快速萎缩,致使储存在冰川和冻土中的黑碳暴露并迁移,深刻影响冰冻圈区域河流黑碳的来源及输移过程,对海陆碳循环具有重要意义。本文重点综述了青藏高原、北极、阿尔卑斯山脉、落基山脉以及安第斯山脉等典型冰冻圈区域河流黑碳的通量、来源以及传输运移途径。结果表明：典型冰冻圈区域河流黑碳的传输通量约为2.29 Tg·a-1,约占全球河流黑碳通量的5.33%。除大气干湿沉降和径流侵蚀外,冰川消融和冻土退化对冰冻圈区域河流黑碳浓度及通量变化具有显著影响,其中青藏高原和阿拉斯加冰川消融每年释放进入河流的黑碳通量分别为10.00 Gg(7.74～12.30 Gg)和0.60 Gg(0.47～0.73 Gg)。然而,冻土退化对冰冻圈区域河流黑碳的影响程度尚不清楚。总体而言,冰冻圈区域河流黑碳的研究不足将严重限制区域乃至全球碳循环的系统认识,未来亟需加强冰冻圈区域河流黑碳的系统监测与研究,为量化全球变暖背景下冰冻圈区域河流黑碳变化及其影响提供科学数据。 相似文献
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雪冰中汞的研究进展 总被引：1，自引：0，他引：1
汞是具有特殊物理化学性质的重金属元素,其较强的挥发性使之能够参与全球尺度传输,汞的高毒性又能对人类和高等生物体产生极大危害,因而汞是一种全球性污染物,在近几十年来备受科学界的关注.汞的全球生物地球化学循环演化规律是目前环境科学领域的研究热点.冰冻圈是地球系统的关键组成部分之一,是各圈层相互作用的重要环节;而雪冰是冰冻圈的主体,是环境和气候记录的良好载体之一.对南极、北极和中低纬高海拔冰川现代雪冰和冰芯中汞的季节变化、空间差异以及历史变化的研究成果进行了综述,总结了北极和亚北极地区汞的雪/气界面过程研究,归纳了汞的实验室检测手段和方法.针对该领域目前研究上的空白和热点,分别对利用冰芯高分辨率和长时间序列记录重建工业革命以来汞的变化历史(特别在青藏高原)、中低纬冰川区汞的雪/气界面过程、雪冰中汞的同位素分析等进行了展望. 相似文献
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极地海冰的研究及其在气候变化中的作用 总被引：4，自引：2，他引：2
极地海冰作为全球气候系统的一个重要组成部分,通过影响大洋表面的辐射平衡、物质平衡、能量平衡以及大洋温、盐流的形成和循环而影响全球气候变化.从最初研究极地海冰的强度和承载力到目前海/冰/气相互作用全球气候耦合模型的建立,使海冰变化和全球气候变化紧密结合起来.这些研究领域主要有:海冰及其表层雪的物理特性和过程、海冰区域生态特征、海冰区与气候相关的反照率和物质平衡研究以及海冰气候耦合模型等大的领域.模拟显示,21世纪因为全球变暖,南北极海冰都将减少.海冰和全球气候系统其它要素之间的相互作用问题、极地海冰的厚度季节性区域性分布问题、极地海冰边界及范围变化趋势问题、生消关键过程及其影响因素问题、冰间湖的作用以及海气相互作用等将是未来重要的研究方向. 相似文献
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燃烧形成的黑碳粒子进入大气中可影响辐射平衡,导致全球气候变暖,其沉降在河流、湖泊、海洋、土壤等环境中对全球生物地球化学循环起到重要的作用,成为当前国际地球科学研究的热点问题。综述了黑碳的定义及排放、沉降、降解过程,并总结了其在现在及过去环境和气候系统中的重要作用与研究意义。黑碳是全球惰性有机碳库的重要组成部分,在全球慢速碳循环中发挥潜在作用。因其具有很强的吸光特性,它在区域气候变暖过程中扮演重要角色。沉降在不同地质载体中的黑碳难以降解,可以保存几百万年,为地质历史时期古气候和古环境重建研究提供重要信息。海洋沉积物过去数百万年的黑碳记录指示了天然火的演化信息,晚第四纪黄土剖面黑碳也指示了天然火的变化信息,最近千年的湖泊和冰芯黑碳记录既反映了天然火的信息,也指示人类活动的信号。未来黑碳研究应进一步关注标准测量方法,以真正理解黑碳在全球气候与环境系统中的作用。 相似文献
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为了探究青藏高原雪冰中痕量元素的空间分布与主要来源,对2019年7—9月在青藏高原七一冰川、八一冰川、岗什卡雪峰、煤矿冰川、玉珠峰冰川、古仁河口冰川以及玉龙雪山白水河1号冰川采集的表雪样酸化后,利用电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS）测试了常量元素Al、Fe与痕量元素As、Ba、Co、Cr、Cu、Li、Mn、Mo、Pb、Sr、Tl、Zn、Cd共15种元素的含量,通过Jonckheere-Terpstra非参数检验分析痕量元素空间分布趋势。结果表明：中部煤矿冰川和玉珠峰冰川浓度最高,南部古仁河口冰川和玉龙雪山最低,东北部3条冰川居中;本研究与其他研究区关于冰川As、Cu、Pb、Zn、Cd浓度对比的结果显示,青藏高原冰川中元素含量的空间分布总体趋势为：中部＞北部＞南部。富集因子分析表明,Co、Cr、Cu、Tl、Fe、Li、Mn、Mo、Sr元素主要受粉尘输入影响,Pb、Cd、Zn元素受人为源影响较大（例如有色金属冶炼、交通排放、化石燃料燃烧等）。后向轨迹结果表明,东北部3条冰川主要受东北和西北部地区影响;中部冰川元素来源复杂,以青藏高原西部和北部的粉尘输入为主,且受西部临近煤矿和交通运输影响;南部冰川主要受南亚和青藏高原西南部地区影响。研究成果将进一步丰富青藏高原雪冰痕量元素数据库,为评估人类活动对青藏高原大气环境的污染和水源区的潜在环境风险提供科学依据。 相似文献
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In this paper the characteristics of surface radiative fluxes and cloud-radiative forcing are reviewed with a focus on the Arctic. Three aspects are addressed, including (i) changes in radiation flux over the global surface; (ii) characteristics of surface fluxes in the Arctic; and (iii) characteristics of cloud-radiative forcing in the Arctic. The clouds not only significantly reduce the peak summer radiative heating of the surface but also reduce the wintertime radiative cooling at the surface in higher latitudes. The downward longwave fluxes dominates the incident radiative fluxes in the Arctic during most of the year. Incoming shortwave fluxes are negligible during late fall, winter and early spring, and even during the midsummer the incoming shortwave fluxes are only slightly greater than the downward longwave fluxes. The total net surface radiative flux is negative for most of the year and only positive during midsummer in the Arctic. The global net cloud-radiative forcing is negative, but the cloud-radiative forcing is positive in the Arctic, showing a warming effect, except for a short period in mid-summer. Positive cloud-radiative forcing in the Arctic is attributed to the presence of snow and ice with high albedo and the absence of solar radiation during the polar night. 相似文献
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《地学前缘(英文版)》2023,14(4):101566
Microplastics (MPs) pollution has become a serious environmental issue of growing global concern due to the increasing plastic production and usage. Under climate warming, the cryosphere, defined as the part of Earth’s layer characterized by the low temperatures and the presence of frozen water, has been experiencing significant changes. The Arctic cryosphere (e.g., sea ice, snow cover, Greenland ice sheet, permafrost) can store and release pollutants into environments, making Arctic an important temporal sink and source of MPs. Here, we summarized the distributions of MPs in Arctic snow, sea ice, seawater, rivers, and sediments, to illustrate their potential sources, transport pathways, storage and release, and possible effects in this sentinel region. Items concentrations of MPs in snow and ice varied about 1–6 orders of magnitude in different regions, which were mostly attributed to the different sampling and measurement methods, and potential sources of MPs. MPs concentrations from Arctic seawater, river/lake water, and sediments also fluctuated largely, ranging from several items of per unit to >40,000 items m?3, 100 items m?3, and 10,000 items kg?1 dw, respectively. Arctic land snow cover can be a temporal storage of MPs, with MPs deposition flux of about (4.9–14.26) × 108 items km?2 yr?1. MPs transported by rivers to Arctic ocean was estimated to be approximately 8–48 ton/yr, with discharge flux of MPs at about (1.65–9.35) × 108 items/s. Average storage of MPs in sea ice was estimated to be about 6.1×1018 items, with annual release of about 5.1×1018 items. Atmospheric transport of MPs from long-distance terrestrial sources contributed significantly to MPs deposition in Arctic land snow cover, sea ice and oceanic surface waters. Arctic Great Rivers can flow MPs into the Arctic Ocean. Sea ice can temporally store, transport and then release MPs in the surrounded environment. Ocean currents from the Atlantic brought high concentrations of MPs into the Arctic. However, there existed large uncertainties of estimation on the storage and release of MPs in Arctic cryosphere owing to the hypothesis of average MPs concentrations. Meanwhile, representatives of MPs data across the large Arctic region should be mutually verified with in situ observations and modeling. Therefore, we suggested that systematic monitoring MPs in the Arctic cryosphere, potential threats on Arctic ecosystems, and the carbon cycle under increasing Arctic warming, are urgently needed to be studied in future. 相似文献
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南极、北极和青藏高原作为地球的“三极”是全球变化的敏感区和研究热点。随着天空地一体化对地观测技术的快速发展,三极时空信息呈现出海量、高时效、多维度的大数据特征。但由于缺乏有效的可视化手段,这些数据很难被非科研人员理解和认知。如何面向不同人群,快速直观地展示三极最新科学发现所产生的时空数据,已成为数据可视化研究迫切需要解决的问题。基于三极科学数据和成果的特点,设计了一个基于开源框架的三极科学发现展示的原型系统（三极球）,重点突破数据分布式存储、数据自动预处理、三维开发引擎、多屏幕互操作,分析结果自动生成等关键技术,并以北极放大效应、三极冰雪冻融对比与关联及三极联动对东亚气候的影响三个典型场景为例,进行三极科学发现的三维场景展示,生动、直观的再现三极科学重大发现,有利于管理决策者与普通大众理解三极生态环境变化以及对我国天气和气候的影响等研究成果,对地学领域相关的信息展示也具有示范作用。 相似文献
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青藏高原东南部冰川雪冰重金属元素特征 总被引：4，自引：3，他引：1
雪冰可以很好地记录大气重金属元素的含量水平。基于2015年6月在青藏高原东南部（藏东南）地区采集的4条冰川的雪坑和表层雪冰样品,分析并讨论了雪冰重金属元素特征。结果显示,Pb、Cd等重金属元素含量与高原其他地区雪冰中一致,含量总体较低,显著低于天山和阿尔卑斯山雪冰中Pb和Cd含量,与格陵兰地区雪冰Pb和Cd含量大致相当,但显著高于南极地区雪冰中Pb和Cd含量,这表明藏东南雪冰中元素含量仍代表全球背景地区大气环境状况。元素富集因子结果显示,Pb、Cr、Cd、Cu、Zn、Mo、Sn等发生强烈富集（EFs>10）,而以地壳源为主的元素如Fe、Ti、Mn、Th等则富集较弱。主成分分析表明,不同重金属元素的污染来源存在差异;结合后向气团轨迹分析,推断藏东南地区雪冰元素含量不可避免地受到南亚地区人类活动排放污染物的显著影响。目前,藏东南地区冰川呈显著退缩状态,强烈的冰川消融可释放大量的重金属元素进入河流,可能对下游地区的人类生产生活以及生态系统产生重要影响。 相似文献
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Shuhai Guo Rensheng Chen Chuntan Han Guohua Liu Yaoxuan Song Yong Yang Zhangwen Liu Junfeng Liu 《地球科学进展》2017,32(11):1204-1217
As an important exchange process of water and heat between the cryosphere and the atmosphere, snow and glacier sublimation is a principal pathway of moisture content loss of cryosphere. The observations and simulations of snow and glacier sublimation for the process and influencing factors were conducted earlier in the Antarctic and the Arctic Pole, North America and northern Europe, and had made great progress. Based on the analysis of the sublimation of ice and snow and the latent heat of sublimation in different regions and climatic conditions, the influencing factors to sublimation of ice and snow were analyzed. Although sublimation of ice and snow is an important part of regional hydrological process and energy budget balance, under humid climate conditions, sublimation of ice and snow is inhibited. it is greatly affected by local topography(elevation, slope and aspect), vegetation and meteorological elements, resulting in large differences in reported sublimation of ice and snow. However, there are many factors that affect the sublimation, resulting in the obvious spatial and temporal differences of research results. The researches lack of long-term, systematic observation and research, and which has contributed to the lack of understanding in the water-heat process of snow and glacier. There are still great uncertainties and difficulties in this study that need to be overcome. 相似文献