本书较系统地总结了近年来我国主要极地冰冻圈学者对南、北极冰盖和海冰关键过程及其对气候响应机理方面的研究成果。主要体现在对南极冰盖和格陵兰冰盖物质平衡计算与模拟、高度计和重力卫星对冰盖冰量变化的算法改进、冰盖-冰架动力学模型的研发、影响冰盖稳定性的冰-气界面过程、冰内过程和冰-岩界面过程观测研究；以及南北极海冰变化特征研究、北极海冰变化对气候的影响与反馈作用研究、南北极海冰变化的长期序列重建等方面。
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目录
总序一
总序二
前言
第1章 引言 1
1.1 概述 1
1.2 国内外进展与趋势 3
1.2.1 东南极冰盖表面物质平衡的星-地一体化观测计算与评估 3
1.2.2 典型冰盖-冰架系统监测与模拟研究 5
1.2.3 北极海冰时空变化特征、消融机制及其对天气气候变化的影响机理 6
1.2.4 极地冰冻圈长期变化与气候的关系 8
1.3 问题与主要关注点 9
1.3.1 冰盖物质平衡计算的不确定性及多源数据的融合计算 9
1.3.2 影响冰盖动力不稳定性的几个关键问题 10
1.3.3 北极增暖、北极海冰融化对中纬度区域影响中存在的科学问题 11
1.3.4 年代际至百年际冰芯记录反映的极地冰冻圈变化 11
第2章 研究区域与方法 13
2.1 研究区域 13
2.1.1 南极冰盖和格陵兰冰盖 13
2.1.2 北冰洋 17
2.2 研究方法 18
2.2.1 冰盖物质平衡 18
2.2.2 海冰观测 24
2.2.3 冰盖动力：三维Stokes冰盖动力模型的构建 27
2.2.4 大气动力诊断与模拟 27
2.2.5 冰芯重建方法 28
2.3 基本研究思路 30
2.3.1 本研究的基本思路 30
2.3.2 采用的技术路线 31
第3章 南极冰盖典型流域表面物质平衡 36
3.1 南极冰盖表面物质平衡的影响因素 36
3.2 南极冰盖海岸至内陆表面物质平衡变化规律 37
3.2.1 中山站—Dome A断面表面物质平衡变化 37
3.2.2 Syova—Dome F断面表面物质平衡变化 42
3.2.3 Terra Nova Bay—Dome C断面表面物质平衡变化 45
3.3 三个典型区域表面物质平衡的异同 47
第4章 影响冰盖物质平衡的冰下和冰内过程 48
4.1 冰盖的冰厚与冰下地形 48
4.1.1 Bedmap数据库评述 49
4.1.2 中山站—Dome A断面的冰厚和冰下地形 50
4.1.3 Dome A核心区域冰厚和冰下地形 53
4.1.4 泰山站的冰厚与冰下地形 58
4.1.5 格罗夫山的冰厚与冰下地形 60
4.2 冰盖内部等时层及其应用 62
4.2.1 内部等时层的表示 63
4.2.2 内部等时层的形成机制 64
4.2.3 内部等时层的形变 66
4.2.4 内部等时层的应用 67
4.3 冰下复结冰、冰下湖和冰下水系统 73
4.3.1 冰下复结冰 73
4.3.2 冰下湖 77
4.3.3 冰下水系统 80
4.4 冰盖稳定性与冰下过程 82
第5章 南极冰盖表面物质平衡模拟 84
5.1 多源再分析资料适用性评估 84
5.1.1 再分析资料基本情况 84
5.1.2 南极冰盖表面物质平衡实测数据库 87
5.1.3 基于实测资料的多源再分析资料空间变化评估 88
5.1.4 多源再分析资料时间变化评估 89
5.2 多区域气候模式相互比较与评估 92
5.2.1 区域气候模式基本情况 92
5.2.2 多区域气候模式表面物质平衡空间变化模拟评估 94
5.2.3 多区域气候模式表面物质平衡时间变化模拟评估 94
5.3 现代南极冰盖表面物质平衡变化模拟 95
5.3.1 表面物质平衡及各分量空间分布 96
5.3.2 表面物质平衡及各分量季节变化、年际变化和趋势 97
5.4 21世纪和22世纪南极冰盖表面物质平衡预估 97
5.4.1 LMDZ4大气环流模式及动力降尺度 98
5.4.2 LMDZ4和SMHiL模拟的南极现代表面物质平衡评估 98
5.4.3 21世纪和22世纪南极冰盖表面物质平衡预估 99
第6章 冰盖物质平衡的卫星观测 101
6.1 卫星观测原理介绍 101
6.1.1 卫星测高原理介绍 101
6.1.2 GRACE重力卫星原理介绍 104
6.2 卫星测高与卫星重力数据处理介绍 108
6.2.1 卫星测高数据处理 108
6.2.2 卫星重力GRACE数据处理 112
6.3 卫星测高与卫星重力观测的冰盖物质平衡时空分布特征 115
6.3.1 基于卫星测高的冰盖物质平衡时空分布 115
6.3.2 卫星重力的冰盖物质平衡时空分布 124
6.4 地面与卫星多源数据在冰盖物质平衡的融合与同化 126
6.4.1 联合卫星重力和卫星测高的格陵兰冰盖冰/雪高程变化分离 126
6.4.2 卫星与地面数据融合与同化 128
第7章 冰盖-冰架动力模型的构建与模拟 129
7.1 冰盖动力模型简述 129
7.1.1 南极冰盖和格陵兰冰盖 129
7.1.2 冰盖动力模型发展历史 130
7.1.3 海洋性冰盖的动力学不稳定性 131
7.2 完全Stokes冰盖模型 132
7.2.1 冰盖流动的Stokes方程 132
7.2.2 构建Stokes模型的数值方法 133
7.3 冰架系统的模拟 133
7.3.1 冰架的动力学性质 133
7.3.2 模拟冰架流动的数值方法 134
7.4 接地线动力过程的模拟 135
7.4.1 接地线位置的确认 135
7.4.2 模拟接地线位置的移动 137
7.5 冰盖的底部滑动 138
7.5.1 冰盖底部的水热特征 138
7.5.2 确定冰盖底部滑动系数分布 141
第8章 海冰变化观测事实与原因分析 142
8.1 北极海冰的快速变化 142
8.1.1 密集度变化 142
8.1.2 范围和面积变化 146
8.1.3 厚度变化 150
8.1.4 漂流速度的变化 152
8.1.5 冰龄变化 155
8.1.6 基于遥感数据的北极海冰快速变化的观测事实 158
8.2 基于ICESat测高数据的北极海冰干舷研究 160
8.2.1 数据简介 160
8.2.2 解算方法 161
8.2.3 解算结果 162
8.2.4 验证分析 164
8.3 北极黑碳对于北极海冰消融影响的观测与模拟研究 166
8.4 北极降水形态变化对北极海冰消融影响的观测与模拟研究 171
第9章 北极海冰变化对气候的影响与反馈 173
9.1 9月北极海冰变化的动力学原因研究 173
9.1.1 9月北极SIE变化趋势 173
9.1.2 夏季北极表面风场变率优势模态的空间特征 174
9.1.3 风场优势模态位相演变的物理意义 178
9.1.4 夏季风场模态对9月北极SIE的影响 179
9.2 秋冬季节北极海冰融化对欧亚大陆冬季盛行天气模态的影响 184
9.2.1 冬季欧亚大陆盛行天气模态的空间特征以及位相演变的物理意义 185
9.2.2 盛行天气模态的时间演变特征 190
9.2.3 冬季欧亚大陆盛行天气模态与秋季北极海冰的可能联系 194
9.3 秋冬季节北极海冰对冬季西伯利亚高压的影响 200
9.3.1 北极SIC和冬季西伯利亚高压的联系：对季节预测的启示 200
9.3.2 近20年来冬季西伯利亚高压的变化趋势 204
9.3.3 趋势的可能机制和讨论 207
9.4 冬春季节北极海冰异常对夏季欧亚大陆大气环流以及东亚中纬度地区降水的影响 208
9.4.1 冬季北极海冰与夏季欧亚大陆大气环流异常的联系 210
9.4.2 夏季欧亚大陆大气环流变率的优势模态的主要特征 213
9.4.3 冬季北极海冰异常影响后期夏季欧亚大陆大气环流的可能机理 216
第10章 南极浅冰芯记录与海冰长期变化 219
10.1 用代用指标反演南极海冰的原理与方法 219
10.1.1 MSA与SIE 219
10.1.2 海盐离子与SIE 222
10.1.3 其他代用指标 224
10.2 南印度洋过去300年SIE的变化特征 225
10.2.1 LGB69冰芯记录 225
10.2.2 LGB69冰芯内MSA与南印度洋 SIE 226
10.3 南极海冰长期变化的驱动因子探讨 228
10.3.1 对南极海冰增长趋势原因的几种观点 229
10.3.2 南极海冰的长期变化 231
10.3.3 SAM与SIE的可能关联 233
10.4 指示南极冰盖水汽来源的同位素和化学指标 235
10.4.1 南大洋断面水汽同位素反映的纬向水汽输送通道 235
10.4.2 冰盖水汽和降水稳定同位素比率反映的水汽来源 241
10.4.3 海盐离子反映的水汽来源和高程分布 245
10.4.4 中山站—Dome A断面水汽源区及其气候学意义 247
10.5 南极冰盖气温和积累率长期变化特征 249
10.5.1 根据冰芯重建的冰盖千年气温记录序列 249
10.5.2 积累率长期变化及其空间差异 250
10.5.3 构建分流域序列 251
第11章 主要结论与展望 254
11.1 主要结论 254
11.2 极地冰盖物质平衡研究展望 257
11.2.1 影响冰盖物质平衡计算的主要不确定性 257
11.2.2 消除不确定性的途径 258
11.2.3 相关国际计划 259
11.3 冰盖动力学模型与地球系统的耦合 260
11.3.1 冰盖稳定性与海平面变化的关系 261
11.3.2 地球系统模式中应该引入更加精细化的冰盖动力学模块 261
11.3.3 全球海平面变化的长期预估 262
11.4 两极海冰变化的影响研究及其展望 262
11.4.1 北极海冰变化与航道、资源及其地缘政治 262
11.4.2 南极海冰变化机理研究 263
11.4.3 两极海冰变化异同 263
11.5 极地冰冻圈长期演变与预估 263
11.5.1 East GRIP等深冰芯与冰盖动力学的结合 264
11.5.2 格陵兰冰盖和南极冰盖的联动变化与全球海平面 264
11.5.3 构建极地海冰长期变化序列 264
参考文献 265
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