基于雷达等时层的东南极Dome A冰层断代与晚更新世古积累率重建

发布时间：2020-05-31 00:55

【摘要】：南极冰盖作为地球系统的一个重要组成部分,在重建地球气候演化历史和调查海洋环流变异及海平面变化的过程中扮演着关键角色。位于东南极冰盖中心的冰穹-Dome A(昆仑站)由于其独特的环境要素,是一个有助于深入理解南极冰盖演化、稳定性和找寻地球气候久远记录的理想地点。目前,Dome A作为可能存在超过百万年古气候记录的理想深冰芯钻探位置,成为南极研究的焦点之一。本文从南极冰盖气候演化历史研究的最新进展入手,深入讨论在Dome A开展深冰芯钻探的可能性和战略,通过对东南极Dome A中心区域的中国第21次和第24次地面雷达数据以及最近AGAP (Antarctica's Gamburstev Province project)计划和德国AWI的机载雷达数据(DoCo)的综合分析,结合Vostok、Dome C、Dome Fuji冰芯数据和Dome A气象数据,揭示典型区域的冰流动力学特征;构建冰盖数值模式尝试理解东南极中心区域的冰盖演化与冰流特征。我们得到如下结果:1、模拟出冰层等时线上的水平平均积累率,反演出过去至少8.5万年的古积累率分布;2、模拟出冰盖雷达断面上的积累率空间分布,揭示Dome A的长时间尺度演化特征;3、描述等时线空间分布,揭示冰盖内部冰流动力学机制;4、模拟冰盖雷达断面上的深度-年代关系,为深冰芯钻探可能地点的选取提供理论依据。通过中国第21次(CHINARE 21,2004/05)南极科学考察期间在Dome A中心区域及其外围200km内获得的一条冰雷达典型断面,得到Dome A附近冰盖内部的雷达等时层分布。分析表明:在冰盖浅层(0-500m)内部等时层局部出现向斜层(syncline)和背斜层(anticline),总体比较平坦。在冰盖深部(500-2000m),内部等时层水平分布很不规则,在冰下地形波长小于冰厚或与冰厚可比较时,分布呈现显著的褶皱现象,追踪并趋向于平行冰下地形;而当其冰下地形波长为长波并大于冰厚时,内部等时层覆盖了冰下地形,并不随着冰下地形的起伏而起伏;在冰下局部出现单个或两个地形剧烈变化的山峰附近的内部等时层被冰下地形强烈扰动。Dome A中心区域深部的雷达等时层存在不连续性以及褶层曲率较大的现象,但在小尺度内抑制了内部等时层的剧烈形变。另外,结合冰盖厚度数据,找出了3个供选择构建预测冰芯钻探点年代-深度关系的地点。通过对雷达数据的分析,揭示出Dome A的三维冰下和表面特征,发现其下方存在一个东北向的马鞍形槽谷。最大的冰厚已经超过了3000m(昆仑站的下方),最高处的表面高程达到4092m。典型向斜层和背斜层的出现表示那里的表面物质积累存在空间分布的不均匀性。内部等时层存在局部的断裂,冰盖底部的内部等时层有时由于反射信号的衰减或者雷达波不能穿透至底部而出现信号盲区。冰盖内部的等时层结构和浅层积累率是数值模拟末次冰期冰盖演化的必要参数和边界条件之一。通过对2004/05年度中国21次南极考察队在Dome A获取的高频雷达数据的分析,示踪出三条内部等时层,利用穿越Dome A内部等时层与Vostok冰芯钻取位置的交定年,得到层上相应的深度-年代关系。将深度-年代关系作为输入,使用一个一维冰流模式计算了Dome A过去8.46万年以来三个不同阶段的古积累率,揭示了Dome A地区在相应历史时期的古积累时间与空间变化。结果显示Dome A核心区域的古积累率有着一致的分布特征,且在过去32.6kyr,44.6kyr, 84.6kyr这三个晚更新世的不同时期, Dome A核心区域的平均积累率较低,分别为0.020m/yr, 0.023m/yr, 0.018m/yr,发现在距今3.5-4.5万年间存在一个相对较为湿润的时期;此外,给出了沿着Dome A中心区域向其外围积累率的空间变化。本文也介绍冰盖和冰川的动力学和热力学基本理论,推导了浅冰近似下的冰盖演化方程组。同时,介绍三维的冰盖耦合模式-GLIMMER模式并在EISMINT下做了固定边界和移动边界的两个实验,得到了反应冰盖物质平衡和能量平衡的一系列温度、速度和物质通量特征曲线。同时为了描述冰穹位置的物理特征,以及为了检验Dansgaard-Johnsen冰流模式,我们做了该模式的二维冰流情形的简化和改进。实验的结果与冰盖基本理论是吻合的。
【图文】：

雷达图,断面图,东南极冰盖,中山站

缩与海洋温盐环流变化、海冰覆盖范围波动有着直接的关系。南极冰盖的演化历史以及它在全球气候系统中扮演的角色尤其引人关注。鉴于此，，南极冰盖的演化及其与气候变化的关系成为最近 20 年南极研究中发展最快的领域之一。东南极最高点的冰穹 A（Dome Argus，简称 Dome A）由于其特殊的气候条件和环境要素，被认为是获取南极科学新发现一个独特研究场所。由此自 1996 年中国开始南极内陆考察以来，已经开展了 7 次中山站至 Dome A 的内陆冰盖断面考察，其中中国南极考察队在第 4 次内陆考察期间（CHINARE 21，2004/05；图 1-1 显示了此次内陆考察路线和冰雷达观测测线）成功到达 Dome A，而后经过中国第 24 次南极考察期间（CHINARE 24，2007/08）的前期调研，终于在中国第 25 次南极考察期间（CHINARE 25，2008/09）于 Dome A 建立了内陆冰盖考察站—昆仑站（Kunlunstation），并在中国第 26 次南极考察期间（CHINARE 26，2009/10）期间进行了完善。

南极冰盖,昆仑,三维表面,站位

et al.2010）。目前，Dome A作为中国昆仑站站址所在以及极地冰芯研究的新焦点而引人瞩目（任贾文，2009）。图1-2 南极冰盖Dome A三维表面和冰下地形，及其Dome A与昆仑站位置（崔祥斌等，2010）最近的研究显示，Dome A下的Gamburtsev山脉呈现出典型的山地冰川作用地貌特征（图1-2），是南极冰盖起源地（Sunbo et al， 2009），并且由于其较2
【学位授予单位】：中国海洋大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：P941.61;P343.6

【参考文献】