高分辨率重建1870年以来的南极冰盖物质积累率

Antarctic mass balance and past global changes have been a major concern of studies. Antarctic surface snow accumulation rate since 1870 will be reconstructed based on snow accumulation rate derived from snow pit, ice core, stake measurement and automatic weather station records and merged Twentieth Century Reanalysis (20CR) and European Centre for Medium-Range Weather Forecasts (ECMWF) ERA-interim Reanalysis. This reconstruction will employ the best method through a comparison of canonical correlation analysis, principal component regression and kriging-like technique techniques，calibrated climate model output and so on. Spatial and temporal variability in Antarctic snow accumulation rate will be also investigated. Our reconstructed snow accumulation rate record will be of use and interest in detail climate change studies, global sea level variation analyses and validation of atmospheric climate models as well as to help interpret radar and LIDAR surface-elevation surveys of the ice sheet.

本项目紧紧围绕南极冰盖物质平衡与过去全球变化研究领域的热点问题。利用高分辨率冰芯、雪坑样品分析结果、物质平衡花杆测量及自动气象站观测等积累率资料，结合Twentieth Century Reanalysis （20世纪再分析）资料和欧洲中尺度天气预报中心（ECMWF）ERA-interim再分析资料，在定量评估主成分分析、典型相关分析和类克里格（以格点资料为协同变量）、气候模式输出结果校准等典型古气候场重建方法优劣基础上，选用最优方法，首次高分辨率重建1870年以来的南极冰盖表面物质积累率时空格局，并探讨其演变规律。研究结果将为详细研究气候变化及驱动机制、验证和改进气候模式、卫星遥感冰盖测高结果解释及未来海平面变化预估提供基础数据。

如何将时间和空间方面均存在尺度差异的积累率实测资料与再分析资料有机结合，以弄清不同尺度上南极冰盖表面物质平衡演化规律是极地冰川学研究中的一个难点。针对这一问题，本课题通过收集整理冰芯、雪坑、物质平衡花杆测量及自动气象站等积累率资料，建立高分辨率表面物质平衡时空数据库，在此基础上，结合再分析资料，开展长时间尺度南极冰盖表面物质积累率时空变化重建研究，研究主要成果如下：1）建立了到目前为止最为完善的经质量控制的南极表面物质积累率空间数据库和29个长时间尺度的具有区域代表性的物质积累率序列；2）基于实测资料和气候模式明确了日本昭和站-Dome F 典型断面积累率、离海岸线距离及表面坡度的定量关系，过去40多年以来该断面积累率没有任何显著的变化趋势；3）定量评估了再分析资料和区域气候模式模拟南极冰盖积累率时空变化能力，发现RACMO2.3在东南极高原与积累率实测值最接近，ERA-interim最好的再现了积累率年际变化和趋势，4）重建了不同时间尺度上南极冰盖表面物质平衡变化。发现1955-2010年积累率并没有显著的变化趋势，而1850-2010年尺度上积累率呈上升趋势。这些研究结果为详细气候变化、海平面变化研究提供了基础数据；对业已取得的冰芯以及将来钻取的冰芯研究，都具有重要价值；为南极冰盖表面物质平衡时空变化机制研究奠定了基础。