极地野外考察

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2016年极地野外考察

时间:  2017-03-20 11:10  点击:  
  1、格陵兰东北快速冰流区East GRIP深冰芯计划2016年度考察
  受丹麦哥本哈根大学邀请,在973项目“冰冻圈变化及其影响”、国家自然科学基金委员会创新群体项目“冰冻圈与全球变化”和国家杰出青年基金项目“极地冰冻圈”资助下,2016年7月中旬,秦大河院士、丁永建研究员和效存德研究员参加了位于东北格陵兰快速冰流(NEGIS)的East GRIP深冰芯计划(简写为EGRIP)夏季考察(图44)。秦院士一行在EGRIP首席科学家D. Jensen教授和后勤总负责人J.P. Steffense教授安排下,考察了格陵兰冰盖第四纪遗迹,特别是Kangerlussuaq镇附近古海平面以及冰后回弹后海平面相对下降遗迹,考察了冰盖边缘崩解和冰盖表面融化和融池。乘坐美国自然科学基金会(NSF)运营的大力神运输机抵达EGRIP打钻地点后,秦院士亲自驾驶雪地摩托车,对钻探营地进行了全面考察(图45)。在钻探坑道和科学坑道详细了解了East GRIP的推进计划,双方还就双方长期合作开展了详细商谈。效存德研究员参加了7月中旬至8月上旬的野外工作,与国际同行一道完成了深冰芯钻探的全部前期准备工作。该深冰芯预计于2017-2018年两个夏季钻透冰盖,进而开展冰芯记录与冰盖动力学相结合的前沿性研究。
 
图44 东北格陵兰快速冰流(NEGIS)及EGRIP钻探地点
 
图45 秦大河院士一行在East GRIP营地“主楼”前合影
 
  2、北极Austre Lovénbreen冰川和Pedersenbreen冰川观测
  北极Svalbard地区地处北大西洋暖流的最北端,其境内冰川大部分为亚极地型或多热型小冰川,该区冰川物质平衡和冰川运动对北大西洋暖流的波动和相应的气候变化十分敏感,是国际上冰川监测研究的重点区域之一。我国通过北极黄河站2004和2005年度冰川考察,选择两条多热型冰川(Austre Lovénbreen冰川和Pedersenbreen冰川,以下简称A冰川和P冰川)为研究对象,通过连续观测、多期复测等工作对A冰川和P冰川开展长期监测,重点开展冰川物质平衡、冰川运动、冰川气象以及气/雪/冰界面相互作用可持续跟踪研究工作。
 
  2016年,天山冰川站观测人员2次赴北极黄河站开展冰川观测工作。在2016年春季,主要开展了冰川高精度监测点的复测、新花杆的布设、冰川温度测量和雪冰化学采样工作;2016年秋季,开展了冰川物质平衡监测、冰川高精度监测点的复测、冰川温度测量和冰碛岩(含土壤)采样工作。共计布设6 m长新物质平衡花杆24根,其中A冰川19根,P冰川5根。
 
  物质平衡观测:复测了A冰川和P冰川物质平衡花杆(图46)。鉴于此前冰川物质平衡花杆的埋设深度只有2 m,几乎每年都要在冰川前沿补杆,而在中上游的花杆倾斜影响观测,本年度对我国监测的两条冰川上所有监测点都更换为6 m埋深的花杆,这样可以保证前沿花杆3年不倒,中上游10年连续观测,提高监测数据的可用性。已在春季完成24根新花杆布设,秋季利用新花杆对冰川物质平衡进行了测量(图47)。
 
图46 物质平衡花杆分布图
 
  A冰川物质平衡观测:开展了20个点(A1、A2、A3、B1、B2、B3、C1、C2新、C2旧、C3、D1、D2、D3、D4、D5、AA1、AA2、E1、E2和F)的物质平衡观测;P冰川物质平衡观测:开展了5个点(P1、P2、P3、P4和P5点)的物质平衡观测。观测项目包括花杆高、雪深、积雪描述和密度测量。
 
图47 冰川物质平衡监测
 
  GPS观测:完成A冰川19个点、P冰川5个点复测。GPS观测采用Leica双频GPS接收机,每个观测点的观测时间在50分钟以上(图48)。已将A冰川和P冰川GPS观测点与黄河站GPS跟踪站进行联合数据处理,获取冰川观测点的高精度坐标。
 
图48 冰川运动高精度GPS测量
 
  自动气象站维护:对气象站进行了加固,确保气象站正常状态下运行,维护了气象站供电系统,并采集了数据,数据完整且质量高(图49)。
 
图49 自动气象站维护
 
  冰川温度测量:确定测温探头和测温仪表工作正常,测温读数稳定,操作方便(绝对精度为0.05摄氏度,相对精度为0.01摄氏度)。对A冰川B2点温度探头进行了3次温度测量,获取了秋季冰温数据(图50)。目前,A冰川仅剩B2点尚可进行钻孔温度测量。
 
图50 冰川温度测量
 
  雪冰样品采集:在冰川A2、B2、C2、D3、E2和F点采集了表面雪样(各点均为1个样品);在F点挖取了深度为110 cm的雪坑,按照由上至下的顺序以5 cm的间隔采集了30个样品。在E点挖取深度为90 cm的雪坑,按照由上至下的顺序以5 cm的间隔采集了20个样品(图51)。
 
图51 雪冰样品采集
 
  GNSS跟踪站数据采集及维护:对GNSS跟踪站进行了必要的加固,确保跟踪站正常运行,并采集了冰川运动数据(图52)。
 
图52 GNSS跟踪站数据采集及维护
 
  3、南极科学考察进展
  2015年11月7日——2016年4月12日实验室李传金副研究员参加了中国第32次南极科学内陆冰川学考察,考察内容及进展简述如下: 
 
  1) 考查内容
  本次科考主要完成以下五个方面的考察内容:1)中山站-Dome A断面冰川物质平衡观测;2)中山站-Dome A断面及Dome A雪冰样品的采集;3)参与Dome-A深冰芯钻探;4)在昆仑站附近安装自动气象站一套;5)在昆仑站安装大气臭氧观测仪器一套。
 
  2) 现场执行情况
  (1) 中山站-Dome A断面冰川物质平衡观测
  回程期间,对昆仑站——中山站考察断面1250公里上每隔2公里的物质平衡花杆进行了监测,监测内容包括测量花杆高度、表层雪密度、15cm处雪温和气温等,共获取了610组物质平衡相关数据;测量了4个花杆网阵的物质平衡数据;另外补插了72根物质平衡花杆,补立了2个花杆网阵。
 
  (2) 中山站-Dome A断面及Dome A雪冰样品的采集
中山站——Dome A断面及Dome A雪冰样品的采集是此次断面考察冰川学考察的重点,样品采集的内容包括去程时采集的雪坑样品、表层雪样品(用于黑碳监测)、回程时的表层雪(用于常规离子、有机物、痕量金属等测量)样品及浅冰芯样品等,各类样品获取情况简述如下:
 
  (a) 雪坑样品,共采集4个雪坑,总样品量519个,其中包括常规化学离子样品418个,有机离子样品90个,黑碳样品11个。每个雪坑的详细信息分述如下:雪坑A,时间:2015.12.15,地点:S 61°47′18.3″;E 76°29′30.2″;海拔932m,雪坑深度:3m,样品量:78个;雪坑B,时间:2015.12.19,地点:S 73.150°;E 77.107°,海拔2600m,距离中山站413km,雪坑深度:3.05m,样品量:90个;雪坑C,时间:2016.01.03,地点:昆仑站南1km,雪坑深度:4.50m,样品量:①常规化学离子样品,Nalgene 250ml HDPE瓶子150个,倒序采样,3cm/个,共4.5m;②有机雪坑样品,250ml 透明玻璃瓶90个,倒序采样,5cm/个,共4.5m;③2016.01.10补采李潮流黑碳样品,自上而下,共采集11个铝盒,每个样品间隔30cm,共330cm深度;雪坑D,时间:2015.01.25,地点:距离中山站800km,雪坑深度:4.00m,样品量:常规化学离子(痕量金属)采样4cm/样品,共100个样品。
 
  (b) 表层雪样品,共获取表层雪样品337个,其中包括去程采集的黑碳样品36个,回程采集的常规离子样品125个(Nalgene250ml HDPE样品瓶),有机物样品110个(250ml玻璃瓶),痕量金属样品29个(500ml Nalgene HDPE样品瓶)。另外回程时采集雪块(Snow Block)样品12个,单个尺寸为40cm×25cm×20cm。在昆仑站每日采集表层雪样品,共13个;2016年01月19日—20日在昆仑站进行24小时连续采集表层雪样品12个。
  (c) 浅冰芯样品获取,在回程距离中山站75公里处钻取浅冰芯一支,长度为33.5m。
 
  3)参与Dome-A深冰芯钻探
  与其他冰芯钻探组成员一起完成了本年度的昆仑站深冰芯钻探任务,本年度成功钻取冰芯351.5m,实现了中国南极冰芯钻取深度上的历史突破,为我国第一支深冰芯的顺利钻取奠定了坚实基础。
 
  4)在昆仑站附近安装自动气象站一套
  在昆仑站安装了自动气象站一台,具体地点为S80°23′19″, E77°21′11″,气象站高度为5m(图53)。架设完毕后,雪面以上高度4m,包括两层监测仪器,其中2m高度架设有温湿压监测器和上下辐射监测仪;4m高度架设有风速风向监测仪和温湿压监测器等;气象站采用蓄电池供电,太阳能板进行光能转化并存储在蓄电池中;获取的数据经过卫星实时传输至国内监测机构,截止到目前,该气象站运转良好。该气象站详细记录了昆仑站高时间频率的温湿风压等各类气象参数,不仅为昆仑站的气象监测提供了基础数据,同时也为固定翼飞机成功飞抵昆仑站并实施安全降落提供了基础的数据保障。
 
图53 昆仑站架设的气溶胶监测仪器及相关设备
 
  5)在昆仑站安装大气臭氧观测仪器一套
  在昆仑站架设了大气臭氧检测仪器一台,架设时间为2016年1月19日,地点在昆仑站天文舱(图54)。该仪器通过抽气实时监测昆仑站大气臭氧含量,数据实时传输至澳大利亚相关机构进行相关分析。自安装后,本仪器工作一切正常。该仪器的架设不仅为研究昆仑站大气中臭氧含量及其波动提供了基础资料,更为进一步研究昆仑站大气的氧化能力及其对各类环境介质的氧化还原影响提供了前提条件。
 
图54 昆仑站架设的大气臭氧监测器相关设备及外部示意

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