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第7 卷第1 期 南极 研究(中文 版).

7,NO.1韩建康 ( 中国科学 豌兰 州冰 川冻 土研 究州..0o.温塞 ( 中国 扳垣再 再.上海2 ∞I

2 9 ) 尚新 春(兰,fI大学 , 兰蝌730000)金会军(中国科学院兰州珠JII冻土研究所,兰州730000)03争|摄要 钻孔内温度 实测 表明 , 柯 林斯冰 帽积 量 区大部 分呈 温性 , 消融医可瞻 呈冷性 . 冰帽 括动 层温度明显受 气 温季 节变 化 的影响 , 降水 暖渗 授 对冰 的 增温 作用 显著.雪盖对温度 分布也显 示了一定的影 响.潸量显 示,冰帽纵深 层的 温度大 都接 近融 点,而小 冰穹 顶附 近十 致米范 围 内温度 变化较大 小球 穹顶 附近 , 钻进 时30m以下 孔中 出水 现象 显著 , 可能 是球 内径 流差异运动 和较 高 盐度 等 因素共 同作 用的 结果 . 美调筮拄担斌篡-!!坚冒夕极

一、引言冰川温度分布是若干冰外 冰 内过程相互作用 的结果 , 而且 它会对各 种冰川过程产生 重要的影响 .认识冰川温度分布规律 , 是 全面深入研究冰川 的重要环节 对南极洲乔治 王岛及 其 附近 的冰 川温度状况 , 我国冰川工作 者 已作过 多次观测研 究(任贾文 ,

1 9

8 8 } 任贾文 ,

1 9

9 0 } 秦大 河,王晓军 , 个人交流) .当时尽管在冰川积累 区和 消融 区均布设 了测温点 , 但 工作 所达 海拔 高度和观 测深度有限 , 且所 获资 料仅 限于夏季 .于是 对于海拔高于纳 尔逊冰帽穹顶 的柯林斯冰帽顶部和冰川深部冰温 , 曾提 出过多种推测 , 如 认为柯林 斯冰帽最高穹顶

1 0 m 深处冰温约 为一5 .

1 3 ~0 .

8 6 ℃, 冰岩接触 界面处温度低于

0 ℃, 冰体与底床是 冻结在一起的等( 任贾文 , I

9 9

0 ) .

1 9

9 1 ~1

9 9 2年 在柯林斯 冰帽开展 了相 当规模 的冰芯钻探工作 . 这为全 面进行冰 川温 度观 测,认识乔治 王岛地 区冰川 的水热状况 , 提供 了一个极其宝贵 的机会 .如表

1 图 1所 示,该次考察埋设温度探头 的钻孔基本分布在 由冰帽末端至主冰穹 顶、 跨越消融区和积 累 区的主 山脊上 . 相邻两孔 间的高差约为

1 0

0 m. 由于 测温探头安放在 电动机械钻机提取冰 芯后的钻孔 中,温度场恢复较快 .这次考察 的大多数 测温钻孔深于

2 5 m, 有的还达到冰下 含水层 , 因而对冰温从活动层到深层以至融点层 ( 或 含水层) 的变 化获得了较全 面的了解 . 此外 , 在海拔较低的几个测温钻孔 中还取得 了半年左右的连 续测 温资料 . 本文仅对获得 的 维普资讯 http://www.cqvip.com 南极 研究 ( 中文 版)第7卷 资料进 行归纳介 绍,并进行初步分析 . 对冰川温度 分布 和变 化进 行全 面数 学模拟和验 证的 工作将在另文 中进行 . 衰1柯林 新冰 帽测 疆钻孔分 布及 资科 秉捌 概况 T k

1 . Th e d i s u ~ b u t i o n

0 f b o r e h o ks a n d t e mp e r a t u r e me a s u r e m e n t d a t a o l l t h e Co l l i n s I c e Ca p . 海拔 高度 嘣温 最大探 度钻孔资料覆 盖最长 系列 备注(raa.&

I.) n ) B D T

70 2

3 2.

5 19

91 .1

2 . 13―

19 9

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2 5

2 3 m

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1 9

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1 1 .

3 同一 高度 其它测 温孔测 到约

5 0 m 妊球 温为 ~0 .

6 5 ℃ S D8

1 80

25 .

0 1

9 92 .

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1 99

2 n .7 S D9

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1 9

9 2 .1

1 .

8 图1柯林斯 珠帽 测温钻 孔分 布图Fig.1.Thedistributionofboreholesfortemp e r a t u r e me a s u r e me n t o n t h e C o l l i n s I c e Ca p . 维普资讯 http://www.cqvip.com 第1期韩建 康等 南 极洲 乔治 王 岛柯 林斯 冰 帽的温 度分 布61

二、测温 探 头埋 设和 观测 在柯林斯冰帽进行冰川温度观测使用的仪器是中国科学院兰州 冰川冻土研究所研制 的SBJ一3多探头热敏 电阻温度计 , 其分辨 率为士0 .

1 ℃.为 防止探头做成 后 因时间推移元 件质量变化} I 起测量精度误差 , 在探头安放前均甩水 、 雪混合液体 (

0 ℃) 进行了再校正 . 探于lm的测温探 头埋设在 提取冰芯之 后的钻孔 中,深度零 位从初 次埋设探 头 时积 雪(冰)表面算起 为防止导线弯 曲引起的深度误 差,同孔探头导线在室温下被捆成一股 , 下系适 当重物沉入孔中 , 且用装雪 的塑料袋 塞填孔 口. 以防空气对 流引起的温度误差 .一般温度 探头安放

2 ~3 小 时后 即可读数 , 为确保探 头读数达到 稳定 , 通常隔 日读数 . 同~深度冰 温在 3次以上读数 的基础 上求平均值 , 精确到士0 .

1 ℃. 中国科学院兰 州冰川冻土研 究所研 制的石英 晶体温度 计被 用于

3 0 m 以下冰 川温度 的补 点测量 这 种温度计在探 头安放

4 O分钟后即可达到稳定 , 测量精度为 士O .

0 1 C '

三、冰Jl『活动层 温度 在 冰川约

1 5 m厚 的上层 , 温度 受表 面温度季节变 化的影 响,该层 即通常所 称的 活动 层 .在较低纬度 , 冰 川表 面夏 季存在相 当严重 的融化 .融水 下渗 引起 的传热传质过程 , 极 大地 改变着活动 层以至深部 的温度状况 柯林 斯冰帽实测结果证 实了这一 点.1.初夏活动 层 温度 的空间分布 图 2是 以1992年南半球 初夏观测 资料 为主( B DT为前年同一季节观 测结 果) 绘出的 各测温地点

1 5 m深 度以上温度剖面 , 其中SD9位于消融区, 其它各点位于积累区 . 观测时 冰 川表面平均 气温均在零度 以下 , 表面消融刚刚开始 , 在低海拔处的冰川消融 区暖波仅传 播到 l m深处 , 而在海拔较 高处的积 累区 ,

2 .

5 m 以下还未受 当年融水渗浸的影响 , 可 以认 图2柯林 斯 冰帽 初夏 活动 层温 度一 深 度制 面图Fig-2-Th e t e z n p e r a t u r e - d e p t h p r o f i l e s

0 f a c t i v e l a y e r o i l t h e Co l l i n s I c e Ca p i n e a r l y s u m f n e r 为 仍保 留着冬 季的温度状 态.表 面以下

8 ~1

5 m深度 范 围内, 冰 温随高度变化不大 , 除消 融区及小冰穹 顶部 ( S D6 , 海拔252m) 仍保持 负温状 态(一1 ℃左右) 外.其余钻 孔温度均接 近于

0 1

2 .这 种冰 川温度 随海拔 高度的分布规律可 以用积雪 厚度 随高度 的变化 及前一年 的渗浸作用解释 在消融 区和冰帽顶部 , 由于海拔较低或 吹雪强烈 , 积雪或粒雪层厚度较 维普资讯 http://www.cqvip.com 南 极研 究(中文 版)第7卷 薄,融水渗 浸深 度受不透水 的冰 层限制 , 融化潜 热随径流散 失,使活动层底 部能够保持冷 状态 ,

1 8

0 m 处及

3 8

0 m 以上活动层底部可达到 O '

C, 是 因为该 处积雪 厚度较大 ( 见温家 洪等,1994),融水渗浸作用强烈造成的 在主冰穹顶部 , 粒雪层超过

2 0 m, 但 活动层底 部冰温 出现负值 , 可能是前一年融水渗浸量不大 , 冬季冷波 足以将活 动层粒雪 层中的液 相水全部 冻结所致2.冬季至初 夏冰温分布随时 问的变化 由初夏活动层冰温的空间分布看得 出, 柯林斯冰帽冰温剖面基本可 以分 为三 类:消融 区、 积 累区渗 浸中带和渗 浸下带 后两者 的主要 区别 在于渗浸 中带冰川表面粒雪覆 盖层很 厚,占到 活动层

1 /

4 厚度或更大 ;

而渗 浸下 带粒雪 覆盖 层有 限,且下伏很 厚 的不 透水 冰层.图 1所示三个海拔最低的测温点资料正好表现 了上述三 种冰温分 布类型 .图 3中给 出的

1 9

9 2年 5月 中旬 至l1月上旬各类型 代表点实测温度 随时 闻的变化 曲线 , 表现 出以 下共同点 : (

1 ) 随季 节推 移,各点曲线总体上表现出 由右 向左 再 向右 的摆动趋势 , 反映 了入冬 后 经隆冬进入 初夏 的季 节转化 中气温 先是 降低而后升高 的变 化过程 , 这说 明尽管夏季渗 水 作用可 以极大地改变温冰 川活动层温度分布 , 但就全年冰温来看 , 各高度上基本仍受气温 控制 . (

2 ) 随深度增 加相 同时 间间隔内温度变幅减小 , 这是 由于进入 冬季后 , 夏季 渗入积雪 内的融水 回冻过 程完成 , 积累区和 消融 区冰 内热 量变化和 温度分布基 本重新受制 于表 面 温度为正弦波振动时一维热传导的傅里 叶方程 .其解析 解表 明, 随深度增加 , 温度较 差衰 减 .柯林斯冰帽冰温实测结果也证实了这一 点 .从 图 3中可 以看 出,1m深度的温 度较差 在4K左右 ,

1 O m 处小 于1K, 而在

1 5 m 深度冰温较差 已在测量精度 以下. 籀潘目图3SDg ( a ) , S D8 ( b ) , S D6 ( c ) 由i992年 5月至 l

1 月 的实 测温 度 一深度 日线 F i g 一3・Oh m- r e d t e mp e r a t u r e , d e p t h c u r v e s o f t h e B o r e h o l e S D9 ( a ) , S D8 ( B )a n d S D6 ( c )f r o m M a y t o No v e m b e r

0 f

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9 2 .

一、维普资讯 http://www.cqvip.com 第 1期 韩 建康 等:南极 洲乔 治王 岛柯林 斯冰 帽 的温度分 布从图3中我们也看 出三个测 温点 曲线变化表现 出以下相异点 : (

1 ) 捎融区与积累区相 比, 表面温度波动的传播深度大 . 因为在消融 区, 由正弦变化描 述 的表面温度波 动能够 以减少 的振 幅传至活动层底部 .由囹 3看得 出,在SD9 , 盛夏 出现 在冰面的最高温度在 7月下旬传至活动层底部 , 在15m处冰 温的年 内振幅约为

0 .

2 ℃ 而 在积 累区, 主要是 由于融水 的作 用,夏末 活动层冰 温整体 已达到

0 ℃ , 这一 相当 温暖的状况即使夏季 结束也还要持 续一 段时间 , 直 到雪 层 内的渗水 全部 回冻才转而服从 无相变 的一维热传导过程 , 加上积雪 覆盖推迟 了夏末后 冷波 的 向下传播 , 冬季温度 的变化 在未 达到理 想活动层下界便被 次年较 暖季节输入的. 暖波 相抵销 , 这些 因素将促使积 累 区活 动层下界上升 , 使 与消融........