冰川觀測(cè)與研究方法

內(nèi)容概要

　　冰川學(xué)的發(fā)展離不開大量的野外觀測(cè)試驗(yàn)，因而隨著觀測(cè)技術(shù)的不斷發(fā)展、研究和觀測(cè)內(nèi)容的不斷豐富，對(duì)冰川相關(guān)過(guò)程的認(rèn)識(shí)也在不斷深入?！侗ㄓ^測(cè)與研究方法》通過(guò)綜合國(guó)內(nèi)外冰川觀測(cè)與研究發(fā)展現(xiàn)狀，對(duì)冰川的要素、形成過(guò)程的觀測(cè)與調(diào)查方法進(jìn)行了系統(tǒng)總結(jié)和介紹，主要內(nèi)容包括冰川積雪性質(zhì)與成冰作用、冰川的物質(zhì)平衡、冰川運(yùn)動(dòng)與表面高程變化、冰川溫度與厚度、冰川氣象、冰川融水徑流、第四紀(jì)冰川地貌，以及積雪與雪崩等的基本觀測(cè)和研究方法?！　　侗ㄓ^測(cè)與研究方法》提供了冰川學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)，并介紹了冰川相關(guān)研究的觀測(cè)方法，為即將加入冰川研究隊(duì)伍的青年學(xué)者或希望獲取某一冰川過(guò)程信息的學(xué)者提供了基本工作思路，有助于他們盡快實(shí)現(xiàn)觀測(cè)目的。本書還可供自然地理、氣候、水文、測(cè)繪、第四紀(jì)地質(zhì)與地貌、旅游、水電規(guī)劃等領(lǐng)域的大學(xué)生、研究生、研究和教學(xué)人員參考。

書籍目錄

序前言第1章 緒論1.1 冰川研究的意義1.2 冰川野外調(diào)查與觀測(cè)的作用1.3 冰川野外調(diào)查的準(zhǔn)備工作1.4 野外觀測(cè)與理論發(fā)展的關(guān)系1.5 本書編寫目的1.6 本書主要內(nèi)容第2章 雪的層位及其成冰作用觀測(cè)2.1 基本概念2.1.1 雪型2.1.2 雪的變質(zhì)成冰作用2.2 雪-粒雪的層位觀測(cè)2.2.1 觀測(cè)雪坑的設(shè)置2.2.2 雪層觀測(cè)使用的器材2.2.3 雪-粒雪層位觀測(cè)的內(nèi)容2.3 冰川分帶的主要標(biāo)志2.3.1 按成冰作用機(jī)制分2.3.2 按融化狀態(tài)分第3章 冰川物質(zhì)平衡觀測(cè)3.1 冰川物質(zhì)平衡各分量的定義3.2 物質(zhì)平衡的直接觀測(cè)3.2.1 觀測(cè)冰川的選擇及測(cè)點(diǎn)的布設(shè)3.2.2 冰川消融的觀測(cè)3.2.3 冰川積累的觀測(cè)3.2.4 整個(gè)冰川物質(zhì)平衡的計(jì)算3.2.5 總平衡的觀測(cè)3.3 物質(zhì)平衡的間接觀測(cè)3.3.1 水文學(xué)方法3.3.2 重復(fù)測(cè)量法3.3.3 踏勘方法3.4 極地冰蓋物質(zhì)平衡研究方法3.4.1 分量法3.4.2 冰流量法3.4.3 整體法3.5 冰川平衡線（雪線）3.5.1 定義3.5.2 野外觀測(cè)方法3.5.3 冰川平衡線的間接判讀法第4章 冰川運(yùn)動(dòng)速度測(cè)量4.1 冰川表面運(yùn)動(dòng)速度的測(cè)量4.1.1 測(cè)量點(diǎn)的布設(shè)與觀測(cè)時(shí)間4.1.2 測(cè)量冰川表面運(yùn)動(dòng)速度的方法4.1.3 冰川運(yùn)動(dòng)速度的短期變化和脈動(dòng)測(cè)量4.1.4 測(cè)量冰川垂直運(yùn)動(dòng)分量的方法4.2 冰內(nèi)運(yùn)動(dòng)速度測(cè)量4.2.1 探坑法4.2.2 冰隧道（冰洞）法4.2.3 鉆孔法4.3 冰川冰的變形觀測(cè)4.3.1 冰川表面變形觀測(cè)4.3.2 冰川隧道變形觀測(cè)4.4 躍動(dòng)冰川的監(jiān)測(cè)4.5 冰川運(yùn)動(dòng)速度的資料匯總第5章 冰川溫度監(jiān)測(cè)5.1 冰川溫度測(cè)量?jī)x器5.2 冰川溫度測(cè)量方法5.2.1 表面溫度測(cè)量5.2.2 雪層溫度測(cè)量5.2.3 淺（活動(dòng)）層冰溫測(cè)量5.2.4 透底冰層測(cè)溫5.3 冰川溫度數(shù)據(jù)歸一化處理5.4 實(shí)驗(yàn)儀器與說(shuō)明書5.4.1 精密熱敏電阻溫度計(jì)探頭5.4.2 標(biāo)準(zhǔn)手提冰鉆簡(jiǎn)要使用說(shuō)明書第6章 冰川厚度測(cè)量6.1 冰川測(cè)厚回顧6.2 冰雷達(dá)測(cè)厚方法6.2.1 冰雷達(dá)測(cè)厚的物理基礎(chǔ)6.2.2 冰雷達(dá)探測(cè)基本原理6.2.3 現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)6.2.4 內(nèi)業(yè)整理6.2.5 測(cè)厚成果6.3 冰川探測(cè)與發(fā)展第7章 冰川變化測(cè)量7.1 冰川測(cè)繪的準(zhǔn)備工作7.1.1 了解測(cè)區(qū)概況和擬定作業(yè)方案7.1.2 冰川測(cè)量的范圍7.1.3 冰川測(cè)繪的時(shí)間7.1.4 測(cè)圖比例尺7.1.5 等高距7.2 測(cè)繪方法7.2.1 標(biāo)志點(diǎn)測(cè)量法7.2.2 攝影測(cè)量法7.2.3 平板儀測(cè)量法7.2.4 地面立體攝影法7.2.5 重復(fù)航空攝影測(cè)量法7.2.6 數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量法7.2.7 衛(wèi)星遙感技術(shù)7.3 外業(yè)測(cè)繪7.4 內(nèi)業(yè)成圖7.5 冰川表面變化量測(cè)的幾種方法7.6 冰川測(cè)繪資料整編第8章 冰川氣象觀測(cè)8.1 冰川定位站的氣象觀測(cè)8.1.1 人工觀測(cè)場(chǎng)址及場(chǎng)地8.1.2 觀測(cè)場(chǎng)內(nèi)儀器及其布置8.1.3 觀測(cè)方法及要點(diǎn)8.1.4 自動(dòng)氣象觀測(cè)8.2 冰川小氣候觀測(cè)8.2.1 觀測(cè)目的8.2.2 場(chǎng)地選擇與儀器安裝的基本原則8.2.3 冰川小氣候的自動(dòng)氣象觀測(cè)8.2.4 氣溫及降水梯度觀測(cè)8.2.5 冰川區(qū)與非冰川區(qū)的氣候差異及冰川“溫躍值”觀測(cè)8.3 冰川能量平衡觀測(cè)8.3.1 基本知識(shí)8.3.2 觀測(cè)方法第9章 冰川水文測(cè)驗(yàn)及其融水徑流估算9.1 冰川融水徑流及其特征值9.1.1 冰川融水徑流的定義9.1.2 冰川融水徑流的特征值9.1.3 冰川融水徑流特征9.2 冰川消融與融水徑流觀測(cè)9.2.1 代表性冰川的選擇9.2.2 冰川融水徑流場(chǎng)的布設(shè)及觀測(cè)9.2.3 冰川消融場(chǎng)的布設(shè)及觀測(cè)9.2.4 冰川水文斷面的設(shè)立及其徑流觀測(cè)9.2.5 冰川匯流觀測(cè)9.3 冰川融水徑流量的估算9.3.1 水量平衡法9.3.2 高度區(qū)間法9.3.3 流量過(guò)程線分割法9.4 冰川洪水和冰川泥石流的監(jiān)測(cè)9.4.1 冰川湖潰決性洪水的監(jiān)測(cè)9.4.2 冰面湖和冰內(nèi)洞穴潰決洪水的監(jiān)測(cè)9.4.3 其他成因的洪水或泥石流第10章 雪崩調(diào)查與積雪監(jiān)測(cè)10.1 概述10.1.1 雪崩的基本概念10.1.2 雪崩的形成與計(jì)算10.2 雪崩調(diào)查10.2.1 雪崩調(diào)查要點(diǎn)10.2.2 雪崩痕跡調(diào)查10.2.3 訪問(wèn)群眾10.2.4 填寫雪崩登記卡片10.3 雪崩觀測(cè)與試驗(yàn)10.3.1 雪崩觀測(cè)站的任務(wù)10.3.2 觀測(cè)內(nèi)容和方法10.4 積雪監(jiān)測(cè)與試驗(yàn)10.4.1 積雪的環(huán)境意義10.4.2 積雪的形成與分類10.4.3 積雪資料的選擇與質(zhì)量控制10.4.4 積雪性質(zhì)的觀測(cè)與實(shí)驗(yàn)第11章 冰川地貌及其要素調(diào)查11.1 冰川地貌研究的意義11.2 冰川侵蝕地形及其要素調(diào)查11.2.1 冰斗11.2.2 冰川谷11.2.3 羊背巖、鯨背巖11.2.4 其他冰川侵蝕地形11.3 冰川沉積地形及其要素調(diào)查11.3.1 側(cè)磧壟11.3.2 終磧壟11.3.3 其他冰磧地形及其要素調(diào)查11.4 第四紀(jì)冰川年代學(xué)樣品采集11.4.1 地衣樣品的采集與要點(diǎn)記錄11.4.2測(cè)年樣品的采集與要點(diǎn)記錄11.4.3 光釋光（OSL）測(cè)年樣品的采集與要點(diǎn)記錄11.4.4 電子自旋共振（ESR）測(cè)年樣品的采集與要點(diǎn)記錄11.4.5 宇宙成因核素（CRN）測(cè)年樣品的采集與要點(diǎn)記錄參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　1.1冰川研究的意義　　冰凍圈是地球氣候系統(tǒng)的四大圈層之一，而冰雪則是冰凍圈的主要組成部分。全球約11%陸地面積被冰川所覆蓋，蘊(yùn)藏了全球3/4的淡水資源。對(duì)地球表層系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，冰雪相變過(guò)程的熱量交換占熱量循環(huán)的1/3，冰雪的高反射率特性是導(dǎo)致地球表面能量再分配的主要因子，因而冰雪變化對(duì)大氣環(huán)流和水循環(huán)有重要影響。在冰期間冰期旋回過(guò)程中，全球冰量變化是海平面變化的主要影響因素，近百年全球海平面上升與全球范圍冰川萎縮有很大關(guān)系。因此，認(rèn)識(shí)冰雪分布及其變化規(guī)律具有十分重大的科學(xué)及實(shí)踐意義?！　∥覈?guó)是世界第四大冰川國(guó)，據(jù)？中國(guó)冰川目錄？12卷22冊(cè)的統(tǒng)計(jì)，我國(guó)共發(fā)育冰川46377條，面積59425km2，冰儲(chǔ)量約5600km3（施雅風(fēng)等，2005）。我國(guó)冰川面積雖然只占全球冰川總面積（含冰蓋）的0.4%，但就山地冰川或兩極之外冰川而言，它分別占世界和亞洲冰川面積的14.5%和47.6%，而且是世界上中低緯度和內(nèi)陸干旱地區(qū)冰川最多的國(guó)家（王宗太、蘇宏超，2003）。我國(guó)干旱區(qū)不同于世界其他干旱區(qū)的一個(gè)最顯著特點(diǎn)就是冰雪水資源在地表水資源形成中扮演著十分重要的角色，冰雪融水變化與綠洲興衰有密切的聯(lián)系。青藏高原發(fā)育的數(shù)量眾多和規(guī)模巨大的冰川，成為滋養(yǎng)東亞和南亞文明的大江大河的源泉。　　因此，研究中國(guó)冰川有著更為特殊的現(xiàn)實(shí)意義?！　￠_展冰川研究的重要意義顯示為以下幾方面：　?。?）冰川是氣候的產(chǎn)物，其變化又對(duì)氣候變化有敏感的指示作用。冰川物質(zhì)平衡、末端進(jìn)退及儲(chǔ)量等的變化在多種時(shí)間尺度上與氣候過(guò)程相關(guān)聯(lián)，因而它們又可以指示不同時(shí)間尺度的氣候變化，提供未受人類活動(dòng)直接干擾地區(qū)環(huán)境變化的重要證據(jù)?！　。?）冰川是由大氣降雪逐年積累、變質(zhì)而形成的。因此，冰川中蘊(yùn)藏著豐富的過(guò)去氣候及環(huán)境變化信息，它對(duì)于人類了解過(guò)去、預(yù)測(cè)未來(lái)氣候變化有寶貴的科學(xué)價(jià)值。揭示冰芯氣候環(huán)境記錄已成為全球變化研究的重要內(nèi)容?！　。?）冰雪積累與消融是寒區(qū)水文循環(huán)的重要過(guò)程之一。冰雪在兩個(gè)時(shí)間尺度上對(duì)寒區(qū)水循環(huán)施加影響：①在季節(jié)尺度上，冬半年降水多以積雪形式保存，并緩慢向冰川冰轉(zhuǎn)化；隨著夏季來(lái)臨，冰川區(qū)季節(jié)積雪不斷融化，冰川冰也在加劇消融，因而引起河川徑流發(fā)生冬枯夏豐的變化，如塔里木河、印度河、中亞諸河等冰川徑流在河川徑流中所占比例均十分巨大。②在年際或年代際尺度上，表現(xiàn)為在低溫年份，由于消融減弱，一年中的大部分降雪保存在冰川區(qū)，在其轉(zhuǎn)化成冰川冰的同時(shí)，又隨冰體運(yùn)動(dòng)向冰川下游輸送；在高溫年份，消融強(qiáng)烈，由冰川區(qū)釋放的融水多于年降水量，從而增加河川徑流量。冰川對(duì)河川徑流的季節(jié)、年際或年代際調(diào)節(jié)作用，使其獲得了“固體水庫(kù)”的美譽(yù)。因此，認(rèn)識(shí)冰川的水循環(huán)過(guò)程及其機(jī)理有助于認(rèn)識(shí)冰川對(duì)水資源長(zhǎng)期變化的影響，在冰川研究和預(yù)測(cè)其變化等方面有著重要的科學(xué)意義，同時(shí)，對(duì)水資源利用規(guī)劃也有顯著的現(xiàn)實(shí)意義。　?。?）冰川本身的物理特征及其與周圍環(huán)境的密切關(guān)系，使得它的活動(dòng)常引起許多重大的冰川災(zāi)害。其中，冰湖潰決洪水、冰川泥石流等災(zāi)害常給生活在該區(qū)的人民生命財(cái)產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展帶來(lái)巨大的危害。特別在氣候變暖及我國(guó)西部大開發(fā)力度加大的今天，冰川災(zāi)害發(fā)生的頻率、規(guī)模、危害程度及其造成的損失有逐年增大的趨勢(shì)。　?。?）冰川既是塑造地表形態(tài)重要的外營(yíng)力之一，又是一個(gè)冷性的、特殊的生態(tài)系統(tǒng)和自然地理帶。因此，認(rèn)識(shí)冰川過(guò)程及其影響機(jī)理涉及自然科學(xué)、工程技術(shù)科學(xué)和人文科學(xué)的許多方面?！　。?）冰川以其雄偉、壯麗、多姿的形態(tài)和優(yōu)美的景觀成為一種獨(dú)特的旅游資源。隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)、文化事業(yè)的發(fā)展、人們生活水平的提高以及西部大開發(fā)的推動(dòng)，冰川旅游資源將得到進(jìn)一步發(fā)掘和利用?！　?.2冰川野外調(diào)查與觀測(cè)的作用　　冰川學(xué)是一門離不開野外觀測(cè)與試驗(yàn)的學(xué)科，因此，一部面向冰川野外觀測(cè)和研究方法的專著是系統(tǒng)開展冰川研究的前提。　　盡管野外調(diào)查與觀測(cè)不能解決冰川學(xué)中的所有問(wèn)題，但它們卻是獲取冰川關(guān)鍵參數(shù)、認(rèn)識(shí)重要冰川過(guò)程、提供冰川相關(guān)模型假設(shè)驗(yàn)證等的主要手段。如冰川表面積累與消融過(guò)程、能量轉(zhuǎn)化過(guò)程、冰川溫度與運(yùn)動(dòng)、冰下水文過(guò)程、冰川厚度與冰下結(jié)構(gòu)、冰川的形成年代等，均離不開野外觀測(cè)與測(cè)量。　　概括而言，冰川野外調(diào)查與觀測(cè)主要有以下作用：　?。?）通過(guò)調(diào)查與觀測(cè)，提供冰川系統(tǒng)規(guī)模和狀態(tài)的日常信息，如冰川溫度、反射率、運(yùn)動(dòng)速度、物質(zhì)平衡、冰川規(guī)模與形態(tài)、冰磧結(jié)構(gòu)與形態(tài)等?！　。?）提供冰川規(guī)模與狀態(tài)的變化方向和速率等信息，如冰川末端位置、幾何形態(tài)等季節(jié)與年際波動(dòng)、變化幅度等?！　。?）識(shí)別冰川系統(tǒng)的主導(dǎo)過(guò)程，如物質(zhì)與能量交換、冰川運(yùn)動(dòng)，冰磧物裹挾、輸送與堆積等過(guò)程?！　。?）提供主導(dǎo)過(guò)程的速率信息，如表面運(yùn)動(dòng)速度過(guò)程、物質(zhì)平衡變化過(guò)程等?！　?.3冰川野外調(diào)查的準(zhǔn)備工作　　野外調(diào)查與觀測(cè)前的準(zhǔn)備工作是獲取冰川資料和研究工作的重要環(huán)節(jié)。根據(jù)我國(guó)冰川科技工作者長(zhǎng)期的野外考察經(jīng)驗(yàn)，可歸納為以下4個(gè)方面：　?。?）收集調(diào)查地區(qū)的地質(zhì)、地貌、氣象和水文等有關(guān)資料?！　?duì)于擬定調(diào)查的冰川，按？中國(guó)冰川目錄？找出該冰川流域的編碼和冰川編號(hào)，收集前人的工作情況及其相關(guān)資料，并對(duì)已有的研究工作作出評(píng)價(jià)，分析關(guān)鍵問(wèn)題，這對(duì)于擬定調(diào)查計(jì)劃是十分必要的?！　。?）制定調(diào)查計(jì)劃。包括要達(dá)到的目的和目標(biāo)、觀測(cè)及研究的內(nèi)容、時(shí)間安排、考察線路以及應(yīng)急和備用方案等。計(jì)劃要盡可能地詳盡些，對(duì)于野外考察中可能出現(xiàn)的問(wèn)題和困難要盡可能考慮周全。在制訂計(jì)劃時(shí)，最好向曾在該區(qū)工作過(guò)的人員問(wèn)詢?！　。?）列出儀器和器材清單，并對(duì)其進(jìn)行檢驗(yàn)和檢測(cè)，確保儀器和器材的完好和準(zhǔn)確。儀器和器材應(yīng)包括兩個(gè)方面，即常規(guī)器材和專用器材。①常規(guī)器材包括野外考察裝備、登山及救生裝備、生活裝備、交通與通信裝備、野外記錄本和測(cè)尺等。此外，準(zhǔn)備好攝影與照相器材也是十分必要的。②專用器材要根據(jù)考察內(nèi)容確定。如要收集冰川物質(zhì)平衡及成冰作用資料，就必須攜帶測(cè)桿及將其插入冰內(nèi)的熱水鉆（或麻花鉆），采取雪樣的淺巖芯鉆，測(cè)量雪層密度、溫度、含水量和硬度的器材等。同時(shí)由于分析計(jì)算的需要，還需攜帶必要的氣象和水文觀測(cè)器材等?！　。?）考察人員出隊(duì)前的身體檢查、個(gè)人裝備檢查、常用藥品與簡(jiǎn)便的醫(yī)療器械等的購(gòu)置。在進(jìn)入極高山及無(wú)人區(qū)考察時(shí)，還要制定人身安全制度或條例，攜帶這些特殊地區(qū)所需要的器材和設(shè)備?！　?.4野外觀測(cè)與理論發(fā)展的關(guān)系　　任何觀測(cè)（定量的）與調(diào)查（描述性的）均有助于某一冰川過(guò)程模型（概念性、數(shù)值、物理模型）的提出或驗(yàn)證；反過(guò)來(lái)，這些模擬試驗(yàn)又有助于指導(dǎo)更加有效的觀測(cè)與調(diào)查，獲得更有價(jià)值的信息。因此，野外觀測(cè)受理論指導(dǎo)，野外觀測(cè)同時(shí)又引導(dǎo)理論發(fā)展。Hubbard和Glasser（2005）給出的一個(gè)例子能很好地展示野外觀測(cè)、理論與模型模擬間的相互關(guān)系。　　……

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