| 题名 | 南极冰盖现代降水中稳定同位素和近地面气温空间变化研究 |
| 作者 | 王叶堂 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2009-05-17 |
| 授予单位 | 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所 |
| 授予地点 | 寒区旱区环境与工程研究所 |
| 导师 | 侯书贵 |
| 关键词 | 南极冰盖 δ18O δD 过量氘 气温 空间分布 GIS |
| 其他题名 | Spatial Distribution of Stable Isotopic Composition of Precipitation and Surface Temperature over Antarctica |
| 学位专业 | 自然地理学 |
| 中文摘要 | 认识全球气候变化背景下南极冰盖现代降水中稳定同位素分布的基本规律和区域差异及其控制因素，对冰芯档案中氢氧同位素记录信息的诠释有着重要的意义。本文根据近期整理的到目前为止最为完善的南极冰盖稳定同位素资料，对Bowen and Wilkinson (2002) 构建的降水中稳定同位素空间分布模型（BW模型）进行了修正，建立了稳定同位素-温度梯度空间分布模型；利用改进的BW模型和广义可加模型（GAM）模拟南极冰盖现代降水中稳定同位素空间变化，探讨了其空间分异规律。其主要结论如下： 1）通过分析年平均δ18O的空间分布与纬度、海拔高度的内在关系，对BW模型进行了修正，基于修正的BW模型，建立了南极冰盖现代降水中δ18O与纬度和海拔定量关系的模型。在此基础上，综合了纬度、海拔以及水汽源地和水汽传输过程等影响因素，以高分辨率的南极测图计划数字高程模型（RAMP/DEM）作为模型的输入变量，模拟研究了南极冰盖表面氧同位素比率分布，给出了从海岸到内陆直至Dome A顶点不同地带现代降水中δ18O的背景值，为降水中δ18O的现代过程研究、古气候与稳定同位素水文研究提供了重要资料。 2）证实了GAM模型可以很好的模拟南极冰盖现代降水中δ18O、δD和d-excess的空间分布。基于该模型确定了在所有地理因子中海拔高度是控制南极冰盖现代降水中稳定同位素空间变化的最主要因素，对于古地质研究具有重要意义。利用该模型生成了高分辨的南极冰盖现代降水中δ18O、δD和d-excess空间分布栅格图。δ18O和δD分布图客观细致的反映了稳定同位素的纬度、高度和大陆效应等特征，特别体现了稳定同位素增强的经向异质性特征，为融入同位素分馏过程的大气环流模型（AGCM）、混合云稳定同位素分馏模式（MICM）等输出结果提供了重要的参照依据。 3）南极冰盖现代降水中过量氘（d-excess）在海拔高度低于2000m边缘地带随海拔高度没有明显变化趋势；在海拔高度大于2000m的内陆地区，d-excess随海拔升高呈明显增大趋势。不同的水汽来源是导致这种空间的差异可能原因，这也表明2000m海拔高度线可能是南极冰盖内陆和边缘不同水汽来源的主要分界线。在东南极高原出现d-excess高值区（>12‰），可能与高海拔与降水形成过程中的水汽高过饱和度有关，也说明了南极内陆地区雪冰中过量氘的值并不完全取决于水汽源区条件。 4）系统地分析和比较了反距离加权平均、样条函数、克里格、协同克里格、改进的BW模型以及广义可加模型各种插值方法对南极冰盖现代降水中δ18O空间插值结果异同。各种方法都有其特定假设、适用范围、算法和优缺点，没有绝对最优的空间插值方法，只有特定条件下的最优方法；由于南极中部采样点稀少且东南极内陆高原广大地区无采样点，无法使用简单的几何方法或传统统计方法来实现高精度的南极现代降水中δ18O空间插值；与反距离加权平均、样条函数、克里格、协同克里格方法相比，GAM和改进的BW模型除插值精度明显提高外，在空间分辨精度和细节表现方面更优，能准确的反映出δ18O随地形高度的变化趋势和由于地形高程不同所带来的细微差别。 5）建立了南极冰盖稳定同位素-温度梯度空间分布模型。稳定同位素-温度梯度的空间变化大，这很可能与水汽来源的差异有关。前人得到的广泛应用的同位素-温度梯度并不能适用于南极的任何地区。 属性数据的空间化是当今地理信息系统（GIS）领域的前沿课题之一。在GIS技术支持下，如何把离散的南极气象观测资料通过合适的空间插值方法转变成规则的网格数据，对于南极气候变化分析和模拟研究具有重要的意义。在广泛收集整理已有的南极冰盖表面10m处粒雪温度（近似等于多年平均气温）资料的基础上，建立了新的南极冰盖多年平均气温数据库。以该数据库数据为基础数据，在分析了多年平均温度的空间分布与经度、纬度和高度的内在关系后，结合克里格插值方法，提出了一种基于DEM的适合南极气温数据栅格化的方法，其原理和方法可以用于其它气象要素和其它观测要素的栅格化，特别是在观测站点稀疏的情况下，具有较高的借鉴和参考价值。以DEM为模型输入参数，生成了南极冰盖多年平均气温的栅格图像，它反映了气温在空间上的微观变化，其结果可用于与空间变化有关的多种研究，大气环流模式（GCMs）、区域气候模式（RegCM）等检验以及其他诊断分析。 |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2013-08-22 |
| 页码 | 126 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://ir.casnw.net/handle/362004/21818]  |
| 专题 | 寒区旱区环境与工程研究所_研究生学位论文_学位论文 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 王叶堂. 南极冰盖现代降水中稳定同位素和近地面气温空间变化研究[D]. 寒区旱区环境与工程研究所. 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所. 2009. |
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