北极科考现场实施计划

2010年北极黄河站冰川学考察计划一、项目名称、项目负责人、承担单位和现场考察人员项目名称：Svalbard地区现代冰川与气候环境变化的监测研究项目负责人：闫明承担单位：中国极地研究中心，中国科学院寒区旱区环境与工程研究所，武汉大学，山东师范大学现场考察人员：春季5名考察队员，秋季3名考察队员，预选人员名单如下：刘雷保（冰川气象）、马红梅（雪冰化学）、孙维君（物质平衡）、张胜凯（冰川运动）、徐跃通（冰川温度）、张勇（物质平衡）。二、项目背景、目的与意义1、项目背景冰川是一定气候条件下的产物，同时也是气候环境变化敏感的指示器和记录器。地处北极的斯瓦尔巴群岛约60%的地表被冰川覆盖，冰川总数超过2100条，各种形态类型的冰川均存在（普遍发育山谷或冰斗冰川），按其地球物理特征主要分为亚极地型（sub-polar）或多热型（polythermal）与极地型（polar）或冷型（cold）两类。半个世纪以来，对该地区冰川已有比较多的大规模测量和长期监测与研究。目前，挪威、英国、俄罗斯、日本等国仍在通过地面测量、航测和卫星遥感进行一些冰川的长期监测以及整个群岛冰川变化研究。通过我国北极黄河站2004和2005年度冰川考察，本项目选择Austre Lovnbreen冰川为重点监测研究对象，Pedersenbreen冰川进行简单的对比监测，这两条冰川距黄河站区直线距离为6.2和10km，面积分别是6.2和5.6km2，并初步在这两条冰川上建立了物质平衡和冰川运动监测体系。通过我国北极黄河站2006年度冰川考察，本项目复测了Austre Lovnbreen和Pedersenbreen冰川的物质平衡兼运动速度测量标杆以及Austre Lovnbreen冰川末端位置。通过我国北极黄河站2007年度冰川考察，本项目成功架设了我国在北极冰川上的第一台自动气象站，复测了Austre Lovnbreen冰川和Pedersenbreen冰川物质平衡兼运动速度测量标杆以及Austre Lovnbreen冰川末端位置，并在Austre Lovnbreen冰川上新增一个物质平衡兼运动速度测量标杆。通过我国北极黄河站2008年度冰川考察，本项目进行了系统的物质平衡观测、GPS观测、自动气象观测、水文观测以及雪冰化学采样。通过2009年度冰川考察，本项目首次分春、秋两季进行了系统的物质平衡、GPS观测，采集了自动气象站数据，在Austre Lovnbreen冰川F、E2和B2点分别钻取深度为20米的温度孔并进行钻孔温度测量，并对Austre Lovnbreen冰川和Pedersenbreen冰川进行了雷达测厚。2、目的通过Austre Lovnbreen冰川物质平衡、运动速度、冰川温度、末端位置、冰川气象与水文的长期监测，重点开展该区域现代冰川基本特征、冰川表面能量与物质平衡、冰川波动与气候变化关系、淡水径流年际和季节性变化以及气/雪/冰相互作用等方面的研究。3、意义冰川研究是极地科学的主要内容之一，冰川变化研究又是气候环境变化研究的热点之一。本项目对Austre Lovnbreen冰川不仅进行物质平衡、运动速度和末端位置的监测，还要开展内容相对比较全面的观测，如冰川温度、气象、水文、厚度和内部结构以及气/雪/冰界面过程。这样，不仅可以全面研究该类型冰川（多热型）的物理特征和过程，而且在冰川变化与全球气候环境变化方面具有重要意义。4、已有工作基础冰川监测是研究冰川变化的基本途径和最可靠方法之一，需要资料的长期积累才有意义。通过近六年来的野外考察，我们已建立起Austre Lovnbreen冰川和Pedersenbreen冰川监测体系，在Austre Lovnbreen冰川上布设了21根物质平衡兼运动速度测量标杆，在Pedersenbreen冰川上布设了5根物质平衡兼运动速度测量标杆，并在Austre Lovnbreen冰川E2点附近架设了我国在北极冰川上的第一台自动气象站，在Austre Lovnbreen冰川F、E2和B2点分别钻取深度为20米的温度孔，并对Austre Lovnbreen冰川和Pedersenbreen冰川进行了雷达测厚。三、工作内容、工作方法、要求、作业方式和人员分工1、工作内容、工作方法、要求1）物质平衡观测：通过挖雪坑、读杆的办法系统测量雪、冰和附加冰的物质平衡量，复测Austre Lovnbreen冰川和Pedersenbreen冰川物质平衡标杆26个。野外工作期间，需在每一测量标杆处挖雪坑，观测积雪厚度、雪层剖面和密度，以及附加冰情况；以手持式GPS定位，利用人力手摇钻，对已倒伏或倾斜的观测标杆进行恢复布设，对不能坚持到来年消融期末的观测标杆在原点位进行更换。2）GPS观测：复测Austre Lovnbreen冰川和Pedersenbreen冰川GPS测量标杆26个，并进行Austre Lovnbreen冰川前缘末端位置观测。每个监测点的测量时间在1小时以上，部分点位进行两次甚至三次测量。经过数据转换和时段截取获取Rinex标准格式数据，并与同时段黄河站GPS跟踪站数据进行差分处理。要求测量精度达到厘米级。3）自动气象站：维护和更新自动气象站各种传感器（风速风向、温湿度、净辐射、雪面高程、大气压、雨雪量等）、供电系统和数据采集与储存系统。一次性的不可充电的耐低温电池需定期更换（一年一次或最多两次）。需一年两次在雨雪量计中添加防止水分蒸发的轻油，每次0.4升。若由于冰川消融导致自动气象站倾斜或倒伏，需纠偏已确保其稳定性，但如何纠偏是今后有待解决的难题。4）钻孔温度：利用自行研制的冰川测温防水钻在Austre Lovnbreen冰川上钻孔，深度最好达到20米，并布设测温设备。一年两次收集数据。5）雪冰化学采样：根据样品（雪、粒雪和冰）的密度，分别采用不同的采样技术和样品制备方法。在野外采样和处理样品过程中，应穿上特制的洁净服，带上口罩和聚乙烯手套，以最小程度地减少污染。雪坑样品采样有两种方式：a.用洁净的工具从雪坑壁上采集雪块，并将其置于洁净的样品容器中；b.直接将洁净的样品容器垂直插入雪坑壁。冰芯样品要用经过去除油脂和灰尘的锯子按一定的间隔进行分割，通常去除最外面的部分。2、作业方式和人员分工本项目是黄河站周边野外科学考察，分为春季工作和秋季工作两部分，在天气和交通状况允许的条件下，原则上每天将前往监测冰川开展工作，具体人员分工如下：1）春季工作（5人：马红梅、孙维君、徐跃通、张勇、张胜凯）：2人进行物质平衡测量；1人进行GPS精确定位；1人进行钻孔温度测量；1人进行雪冰化学采样。2）秋季工作（3人：刘雷保、孙维君、张勇）：1人进行物质平衡测量；1人进行GPS精确定位；1人进行自动气象站维护、钻孔温度测量。四、具体实施计划、考察仪器和手段1、具体实施计划1） 2010年4月20日至2010年4月22日 前往我国北极黄河站；2） 2010年4月23日至2010年5月12日 在Austre Lovnbreen冰川和Pedersenbreen冰川上复测和更换物质平衡标杆并进行运动速度测量，在Austre Lovnbreen冰川上进行冰川温度钻孔测量、雪冰化学采样；3） 2010年5月13日至2010年5月15日 返回国内；4） 2010年9月3日至2010年9月5日 前往我国北极黄河站；5） 2010年9月6日至2010年9月24日 在Austre Lovnbreen冰川和Pedersenbreen冰川上复测和更换物质平衡标杆并进行运动速度测量，在Austre Lovnbreen冰川上进行冰川钻孔温度测量，采集冰川气象数据，在Austre Lovnbreen冰川前缘开展冰川末端位置观测；6） 2010年9月25日至2010年9月27日 返回国内。2、考察仪器和手段冰钻（2套）、冰川自动气象站（1套）、冰川测温设备（3套）、双频静态GPS仪（1台）。这些设备均已运输并保存在北极黄河站，目前处于正常工作状态。五、现场所需支撑条件1）人员：本项目野外工作分为春季和秋季两次考察，春季5人，秋季3人。2）交通工具：春季考察期间需雪地摩托2辆，秋季考察期间需橡皮艇1艘，把人员和科考设备运送到Austre Lovnbreen冰川和Pedersenbreen冰川附近。3）通讯工具：高频对讲机2台，与黄河站保持通讯联系。4）野外和个人装备：冰镐4只，救生绳1根，手持式GPS2台，来福枪2支。5）科考设备：Ny-lesund附近冰川分布图1套；冰钻2套；冰川自动气象站1套；冰川测温设备3套；差分GPS1套。6）飞机紧急救援：野外工作期间人员伤病情况下紧急航空救援。 北极黄河站具有雪地摩托（2台）和橡皮艇（1艘）等交通工具；野外工作期间，高频对讲机可能与黄河站联络困难；野外和个人装备由本项目准备，其中枪支需借用；飞机紧急救援需由黄河站联系落实。