前言
引言
南极冰盖表面融化状况及变化特征
南极冰架崩解时空变化及特征
南极企鹅栖息地时空变化特征
结论与建议
致谢
典型冰架崩解特征与态势
大量的冰架崩解数据显示,南极冰架崩解特征主要呈两种类型。一种是开裂型崩解,其崩解过程以裂缝的水平方向开裂为主,开裂过程缓慢,崩解位置可预估,崩解后通常形成独立的扁平冰山,相同位置重复发生崩解的周期长。这类崩解通常是由冰川内部应力主导的自然崩解。另一种是崩塌式崩解,其崩解过程以裂隙的垂直开裂为主,由裂隙垂直开裂形成裂缝直至完全断裂的过程时间短,崩解位置难以预估,崩解特征类似冰体的快速崩塌,一次崩解形成多个冰山,崩解周期短(图3-11和图3-12)。发生这类崩解的冰架通常表面和底部裂隙纵横,崩解主要受冰架表面和底部融化驱动。
图3-11 崩塌式崩解后的达尔克冰川的三维影像图
图3-12 崩塌式崩解后的达尔克冰川的实地照片
备受关注的2017年7月南极半岛的拉森C冰架特大型崩解和2019年9月东南极的埃默里冰架的特大型崩解属于开裂型崩解,而崩解频发的派恩岛冰架和托滕冰架属于崩塌式崩解(图3-13)。
图3-13 南极拉森C、派恩岛、托滕和埃默里冰架位置示意图
1.拉森C冰架崩解特征与态势
拉森冰架是威德尔海西北部占据沿海的狭长的多个独特堤防型冰架,其沿南极半岛东海岸延伸,从北到南依次被称为拉森A、B、C、D、E、F、G冰架(图3-14)。1995年最北端的拉森A已完全崩解,拉森B冰架大部分也已崩解。拉森C冰架是南极半岛最大的冰架,也是截至2017年7月南极的第四大冰架。
图3-14 拉森C冰架环境信息及崩解情况示意图
拉森C冰架由多个冰川供给,冰架前端流速在0.6~0.8 km/yr之间,冰厚度约200 m,南北两侧存在多条长达几十公里的裂缝(图3-14)。2017年7月,拉森C冰架发生了一次特大型崩解,形成了一座名为A–68的冰山,面积达到6141 km2。此次特大型崩解质量为1129 Gt,占2005—2019年拉森C冰架崩解总质量的92.2%,超过了2005—2019年全南极年均崩解质量。该崩解区位于冰架前端流速最大的区域。崩解过程表现为单条裂缝开裂和断裂,裂缝总长约110 km,始于拉森C冰架前端南侧的冰架与岛屿交接处,随着冰架向前运动,裂缝开始持续缓慢开裂,2016年裂缝的开裂口遇到了前端海底地形的隆起,开裂速度急剧增加,短短1年多时间开裂了40多公里直至最后彻底断裂。这是典型的裂缝开裂、断裂的崩解过程案例,被确认为自然崩解。拉森C冰架前端恢复到崩解前的位置大约需要50多年。
2017年这次特大型崩解发生前后,拉森C冰架时有中小型崩解发生,但崩解面积和质量持续保持稳定,冰架处于向前扩张的态势。目前受大气变暖和海洋变暖的影响,拉森C冰架底部和表面融化在加剧,冰架局部区域冰厚度正在变薄。崩解冰山A–68的离开对全球海平面没有直接影响。然而,由于来自冰架的支持力减少,其内陆冰可能流动得更快。
2.埃默里冰架崩解特征与态势
埃默里冰架位于东南极拉尔斯–克里斯滕森海岸和英格丽德–克里斯滕森海岸之间的普里兹湾的顶部,是南极三大冰架之一,仅次于罗斯冰架和龙尼–菲尔希纳冰架,是东南极内陆冰盖物质流向大西洋的主要通道。中国南极中山站和俄罗斯进步站位于该冰架附近。
埃默里冰架主要由南端的兰伯特、梅格尔和费希尔冰川供给,冰架前端流速在1.2~1.4 km/yr之间,最薄处厚度小于100 m,前缘中部和东部存在多条巨型裂缝,形态特征以“松动的牙齿”著称(图3-15)。2019年9月25日,埃默里冰架“松动的牙齿”历经56年的等待,再次发生特大型崩解,一座面积达到1643 km2的巨型冰山D–28终于“逃离”南极大陆,滑入海洋。此次特大型崩解质量达到304 Gt,占埃默里冰架15年崩解总量的84.7%,约占2005—2019年全南极年均崩解质量的39%。遥感数据见证了这一自然过程的重复,它是埃默里冰架继1963—1964年大型崩解后的又一次自然崩解,属于典型的开裂型崩解。与拉森C冰架一样,崩解区为冰架前端速度最大的区域,裂缝的开裂口遇到了冰架前端海底地形的隆起后,开裂速度急剧增加,并快速断裂。
图3-15 埃默里冰架环境信息及崩解情况示意图
3.派恩岛冰架崩解特征与态势
派恩岛冰川是西南极的一条巨大冰川,占西南极冰盖的十分之一(图3-16)。它是南极流动速度最快、物质损耗最大的冰川,是南极西部冰层内部所发生的任何大变动的一个关键性“指示器”。派恩岛冰川对海洋的净贡献冰量比世界上任何冰川都要大,且因冰流的加速而增加。
图3-16 派恩岛冰架环境信息及崩解情况示意图
派恩岛冰架主要由派恩岛冰川补给,冰架在触地线处冰流速已达3.6 km/yr,到最前端速度达4.5 km/yr以上,厚度最小处小于100 m,冰架表面地形起伏明显(图3-16)。派恩岛冰架处于非常快速的扩张–退缩模式。2005—2019年派恩岛冰架共发生51次崩解事件,2月崩解最为频繁。其中,2007/08、2013/14、2015/16、2017/18、2018/19年都发生了大型崩解,最近一次冰架向内陆退缩最远。派恩岛冰架崩解过程中,遥感影像也能捕捉到明显的裂缝断裂过程,不同于拉森C和埃默里冰架裂缝的缓慢形成,派恩岛冰架裂缝形成和断裂速度非常快,其崩解特征更偏向于崩塌式断裂。
2015—2019年派恩岛冰架崩解总面积、质量、频次都较前十年有明显升高。14年的观测显示,大型崩解事件的崩解周期在逐步缩短,由6年缩短至2年,2017年后崩解周期更是由2年缩短为1年。从冰架的面积和崩解的变化趋势来看,派恩岛冰架崩解在加剧,冰架正在退缩,处于负平衡状态。
4.托滕冰架崩解特征与态势
托滕冰川是东南极地区最大的冰川,从威尔克斯地的巴德海岸延伸到内部约1100 km,冰川从内陆向东北方向排冰,但在海岸处向西北转向(图3-17)。托滕冰架是托滕冰川的漂浮部分,存在于冰川的两个主要触地支流汇合处,其基岩位于西支流触地线附近海平面以下2.5 km。托滕冰架有一个很大的内陆冰川盆地,其中大部分都位于海平面以下(称之为海洋型冰盖),使其很容易通过海洋型冰盖失稳机制而退缩。
图3-17 托滕冰架环境信息及崩解情况示意图
托滕冰架前端速度达1.8 km/yr以上,前端厚度约200 m,冰架前端表面裂隙、沟壑纵横交错(图3-17)。2005—2019年托滕冰架海岸线在一定范围内反复扩张–退缩,14年共发生40次崩解,主要发生在11月到次年3月,如稳定的“供应商”稳定地向南大洋供应冰山。托滕冰架前端海底地形有明显的隆起,崩解断裂处靠近隆起区域,冰架前缘在同一年内发生多个空间上不相邻的独立崩解事件,崩解前无明显的“提示”裂缝,可称之为崩塌,一次崩解形成多个小冰山。
从托滕冰架的面积变化和崩解变化来看,崩解有加剧的趋势,冰架正在缓慢地向后退缩。