冰川觀測與研究方法

內容概要

　　冰川學的發(fā)展離不開大量的野外觀測試驗，因而隨著觀測技術的不斷發(fā)展、研究和觀測內容的不斷豐富，對冰川相關過程的認識也在不斷深入?！侗ㄓ^測與研究方法》通過綜合國內外冰川觀測與研究發(fā)展現(xiàn)狀，對冰川的要素、形成過程的觀測與調查方法進行了系統(tǒng)總結和介紹，主要內容包括冰川積雪性質與成冰作用、冰川的物質平衡、冰川運動與表面高程變化、冰川溫度與厚度、冰川氣象、冰川融水徑流、第四紀冰川地貌，以及積雪與雪崩等的基本觀測和研究方法?！　　侗ㄓ^測與研究方法》提供了冰川學的基礎知識，并介紹了冰川相關研究的觀測方法，為即將加入冰川研究隊伍的青年學者或希望獲取某一冰川過程信息的學者提供了基本工作思路，有助于他們盡快實現(xiàn)觀測目的。本書還可供自然地理、氣候、水文、測繪、第四紀地質與地貌、旅游、水電規(guī)劃等領域的大學生、研究生、研究和教學人員參考。

書籍目錄

序前言第1章 緒論1.1 冰川研究的意義1.2 冰川野外調查與觀測的作用1.3 冰川野外調查的準備工作1.4 野外觀測與理論發(fā)展的關系1.5 本書編寫目的1.6 本書主要內容第2章 雪的層位及其成冰作用觀測2.1 基本概念2.1.1 雪型2.1.2 雪的變質成冰作用2.2 雪-粒雪的層位觀測2.2.1 觀測雪坑的設置2.2.2 雪層觀測使用的器材2.2.3 雪-粒雪層位觀測的內容2.3 冰川分帶的主要標志2.3.1 按成冰作用機制分2.3.2 按融化狀態(tài)分第3章 冰川物質平衡觀測3.1 冰川物質平衡各分量的定義3.2 物質平衡的直接觀測3.2.1 觀測冰川的選擇及測點的布設3.2.2 冰川消融的觀測3.2.3 冰川積累的觀測3.2.4 整個冰川物質平衡的計算3.2.5 總平衡的觀測3.3 物質平衡的間接觀測3.3.1 水文學方法3.3.2 重復測量法3.3.3 踏勘方法3.4 極地冰蓋物質平衡研究方法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 野外觀測方法3.5.3 冰川平衡線的間接判讀法第4章 冰川運動速度測量4.1 冰川表面運動速度的測量4.1.1 測量點的布設與觀測時間4.1.2 測量冰川表面運動速度的方法4.1.3 冰川運動速度的短期變化和脈動測量4.1.4 測量冰川垂直運動分量的方法4.2 冰內運動速度測量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4.3.1 冰川表面變形觀測4.3.2 冰川隧道變形觀測4.4 躍動冰川的監(jiān)測4.5 冰川運動速度的資料匯總第5章 冰川溫度監(jiān)測5.1 冰川溫度測量儀器5.2 冰川溫度測量方法5.2.1 表面溫度測量5.2.2 雪層溫度測量5.2.3 淺（活動）層冰溫測量5.2.4 透底冰層測溫5.3 冰川溫度數(shù)據(jù)歸一化處理5.4 實驗儀器與說明書5.4.1 精密熱敏電阻溫度計探頭5.4.2 標準手提冰鉆簡要使用說明書第6章 冰川厚度測量6.1 冰川測厚回顧6.2 冰雷達測厚方法6.2.1 冰雷達測厚的物理基礎6.2.2 冰雷達探測基本原理6.2.3 現(xiàn)場作業(yè)6.2.4 內業(yè)整理6.2.5 測厚成果6.3 冰川探測與發(fā)展第7章 冰川變化測量7.1 冰川測繪的準備工作7.1.1 了解測區(qū)概況和擬定作業(yè)方案7.1.2 冰川測量的范圍7.1.3 冰川測繪的時間7.1.4 測圖比例尺7.1.5 等高距7.2 測繪方法7.2.1 標志點測量法7.2.2 攝影測量法7.2.3 平板儀測量法7.2.4 地面立體攝影法7.2.5 重復航空攝影測量法7.2.6 數(shù)字攝影測量法7.2.7 衛(wèi)星遙感技術7.3 外業(yè)測繪7.4 內業(yè)成圖7.5 冰川表面變化量測的幾種方法7.6 冰川測繪資料整編第8章 冰川氣象觀測8.1 冰川定位站的氣象觀測8.1.1 人工觀測場址及場地8.1.2 觀測場內儀器及其布置8.1.3 觀測方法及要點8.1.4 自動氣象觀測8.2 冰川小氣候觀測8.2.1 觀測目的8.2.2 場地選擇與儀器安裝的基本原則8.2.3 冰川小氣候的自動氣象觀測8.2.4 氣溫及降水梯度觀測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8.3 冰川能量平衡觀測8.3.1 基本知識8.3.2 觀測方法第9章 冰川水文測驗及其融水徑流估算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9.2.1 代表性冰川的選擇9.2.2 冰川融水徑流場的布設及觀測9.2.3 冰川消融場的布設及觀測9.2.4 冰川水文斷面的設立及其徑流觀測9.2.5 冰川匯流觀測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 流量過程線分割法9.4 冰川洪水和冰川泥石流的監(jiān)測9.4.1 冰川湖潰決性洪水的監(jiān)測9.4.2 冰面湖和冰內洞穴潰決洪水的監(jiān)測9.4.3 其他成因的洪水或泥石流第10章 雪崩調查與積雪監(jiān)測10.1 概述10.1.1 雪崩的基本概念10.1.2 雪崩的形成與計算10.2 雪崩調查10.2.1 雪崩調查要點10.2.2 雪崩痕跡調查10.2.3 訪問群眾10.2.4 填寫雪崩登記卡片10.3 雪崩觀測與試驗10.3.1 雪崩觀測站的任務10.3.2 觀測內容和方法10.4 積雪監(jiān)測與試驗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量控制10.4.4 積雪性質的觀測與實驗第11章 冰川地貌及其要素調查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查11.3.1 側磧壟11.3.2 終磧壟11.3.3 其他冰磧地形及其要素調查11.4 第四紀冰川年代學樣品采集11.4.1 地衣樣品的采集與要點記錄11.4.2測年樣品的采集與要點記錄11.4.3 光釋光（OSL）測年樣品的采集與要點記錄11.4.4 電子自旋共振（ESR）測年樣品的采集與要點記錄11.4.5 宇宙成因核素（CRN）測年樣品的采集與要點記錄參考文獻

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，蘊藏了全球3/4的淡水資源。對地球表層系統(tǒng)來說，冰雪相變過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致地球表面能量再分配的主要因子，因而冰雪變化對大氣環(huán)流和水循環(huán)有重要影響。在冰期間冰期旋回過程中，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系。因此，認識冰雪分布及其變化規(guī)律具有十分重大的科學及實踐意義?！　∥覈鞘澜绲谒拇蟊▏瑩?jù)？中國冰川目錄？12卷22冊的統(tǒng)計，我國共發(fā)育冰川46377條，面積59425km2，冰儲量約5600km3（施雅風等，2005）。我國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陸干旱地區(qū)冰川最多的國家（王宗太、蘇宏超，2003）。我國干旱區(qū)不同于世界其他干旱區(qū)的一個最顯著特點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?！　∫虼耍芯恐袊ㄓ兄鼮樘厥獾默F(xiàn)實意義?！　￠_展冰川研究的重要意義顯示為以下幾方面：　　（1）冰川是氣候的產物，其變化又對氣候變化有敏感的指示作用。冰川物質平衡、末端進退及儲量等的變化在多種時間尺度上與氣候過程相關聯(lián)，因而它們又可以指示不同時間尺度的氣候變化，提供未受人類活動直接干擾地區(qū)環(huán)境變化的重要證據(jù)。　?。?）冰川是由大氣降雪逐年積累、變質而形成的。因此，冰川中蘊藏著豐富的過去氣候及環(huán)境變化信息，它對于人類了解過去、預測未來氣候變化有寶貴的科學價值。揭示冰芯氣候環(huán)境記錄已成為全球變化研究的重要內容?！　。?）冰雪積累與消融是寒區(qū)水文循環(huán)的重要過程之一。冰雪在兩個時間尺度上對寒區(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，并緩慢向冰川冰轉化；隨著夏季來臨，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)，在其轉化成冰川冰的同時，又隨冰體運動向冰川下游輸送；在高溫年份，消融強烈，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。冰川對河川徑流的季節(jié)、年際或年代際調節(jié)作用，使其獲得了“固體水庫”的美譽。因此，認識冰川的水循環(huán)過程及其機理有助于認識冰川對水資源長期變化的影響，在冰川研究和預測其變化等方面有著重要的科學意義，同時，對水資源利用規(guī)劃也有顯著的現(xiàn)實意義?！　。?）冰川本身的物理特征及其與周圍環(huán)境的密切關系，使得它的活動常引起許多重大的冰川災害。其中，冰湖潰決洪水、冰川泥石流等災害常給生活在該區(qū)的人民生命財產和經濟社會發(fā)展帶來巨大的危害。特別在氣候變暖及我國西部大開發(fā)力度加大的今天，冰川災害發(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。　?。?）冰川既是塑造地表形態(tài)重要的外營力之一，又是一個冷性的、特殊的生態(tài)系統(tǒng)和自然地理帶。因此，認識冰川過程及其影響機理涉及自然科學、工程技術科學和人文科學的許多方面。　?。?）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特的旅游資源。隨著國家經濟建設、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，冰川旅游資源將得到進一步發(fā)掘和利用?！　?.2冰川野外調查與觀測的作用　　冰川學是一門離不開野外觀測與試驗的學科，因此，一部面向冰川野外觀測和研究方法的專著是系統(tǒng)開展冰川研究的前提。　　盡管野外調查與觀測不能解決冰川學中的所有問題，但它們卻是獲取冰川關鍵參數(shù)、認識重要冰川過程、提供冰川相關模型假設驗證等的主要手段。如冰川表面積累與消融過程、能量轉化過程、冰川溫度與運動、冰下水文過程、冰川厚度與冰下結構、冰川的形成年代等，均離不開野外觀測與測量?！　「爬ǘ?，冰川野外調查與觀測主要有以下作用：　?。?）通過調查與觀測，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、運動速度、物質平衡、冰川規(guī)模與形態(tài)、冰磧結構與形態(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、變化幅度等。　?。?）識別冰川系統(tǒng)的主導過程，如物質與能量交換、冰川運動，冰磧物裹挾、輸送與堆積等過程。　?。?）提供主導過程的速率信息，如表面運動速度過程、物質平衡變化過程等?！　?.3冰川野外調查的準備工作　　野外調查與觀測前的準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)我國冰川科技工作者長期的野外考察經驗，可歸納為以下4個方面：　　（1）收集調查地區(qū)的地質、地貌、氣象和水文等有關資料。　　對于擬定調查的冰川，按？中國冰川目錄？找出該冰川流域的編碼和冰川編號，收集前人的工作情況及其相關資料，并對已有的研究工作作出評價，分析關鍵問題，這對于擬定調查計劃是十分必要的?！　。?）制定調查計劃。包括要達到的目的和目標、觀測及研究的內容、時間安排、考察線路以及應急和備用方案等。計劃要盡可能地詳盡些，對于野外考察中可能出現(xiàn)的問題和困難要盡可能考慮周全。在制訂計劃時，最好向曾在該區(qū)工作過的人員問詢?！　。?）列出儀器和器材清單，并對其進行檢驗和檢測，確保儀器和器材的完好和準確。儀器和器材應包括兩個方面，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、野外記錄本和測尺等。此外，準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)考察內容確定。如要收集冰川物質平衡及成冰作用資料，就必須攜帶測桿及將其插入冰內的熱水鉆（或麻花鉆），采取雪樣的淺巖芯鉆，測量雪層密度、溫度、含水量和硬度的器材等。同時由于分析計算的需要，還需攜帶必要的氣象和水文觀測器材等?！　。?）考察人員出隊前的身體檢查、個人裝備檢查、常用藥品與簡便的醫(yī)療器械等的購置。在進入極高山及無人區(qū)考察時，還要制定人身安全制度或條例，攜帶這些特殊地區(qū)所需要的器材和設備?！　?.4野外觀測與理論發(fā)展的關系　　任何觀測（定量的）與調查（描述性的）均有助于某一冰川過程模型（概念性、數(shù)值、物理模型）的提出或驗證；反過來，這些模擬試驗又有助于指導更加有效的觀測與調查，獲得更有價值的信息。因此，野外觀測受理論指導，野外觀測同時又引導理論發(fā)展。Hubbard和Glasser（2005）給出的一個例子能很好地展示野外觀測、理論與模型模擬間的相互關系?！　　?/pre>








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