爱丁堡大学地理系英国爱丁堡EH8 9 xp
这个案例研究涉及的应用一个三维的上流社会的冰川d 'Arolla冰流模型,一个小温带冰川在瑞士阿尔卑斯山脉。这项研究说明了潜在的和特定的使用高分辨率的限制,三维流模型受到观测来帮助我们理解高山冰川系统。特别是,流的组合模型与详细的实地测量在上流社会的冰川d 'Arolla提供了一个强大的工具来研究其流变特性,基底水文和之间的交互冰动力学,表面结构的发生和形成,它的过去和现在的反应,最终,其未来气候变化的轨迹。raybet雷竞技最新
模型是基于布拉特(1995)解决方案的质量和力平衡方程使用非线性流变学(流法指数:n = 3)应用于上流社会的冰川的表面和床地形d 'Arolla与40 70水平分辨率垂直层按比例缩小的厚度。该模型是稳定状态;它计算瞬时应力和应变分布基于格伦(1958)流定律:
Tij eij应变率张量,一个是速度的因素反映出冰硬度、t¡¡施加应力张量和Te的有效应力
2 Te = 2 (Txz + Txy + t2z) + ^ xx + ^ yy + ^ zz
模型计算一阶条件,纵向和横向偏应力(t ' xx和t ' yy)而导致整个冰质量和压缩和紧张,在极端情况下,导致观察到的结构破坏,如逆掩断层作用,剪切crevassing。最终的解决方案是高度依赖于基底边界条件,可以指定为速度或阻力分布或两者的结合,使滑/把破碎的空间相互作用产生的异质性在大部分冰川下的属性,如粗糙度、水文、有效压力和沉积物强度、模仿。这是通过零个或减少处方的基底剪力牵引复制解耦、低阻力区,而零速度或增加剪切牵引可以用来模拟“粘性”区。初始模型优化的目的,首先指定模型的零滑动在整个床上。
通过持有流动规律指数(n)常数那么唯一的参数,需要“优化”是利率的因素(A)与冰粘度有关。假设上流社会的冰川d 'Arolla与微不足道的温带基底运动在冬季,然后模仿的比较观察冬天表面速度为校准a .观察提供了一个有效手段,冬天表面速度一直较低,此外,几乎没有supraglacial融水可用开车ice-bed分离,借初步支持这一假设。模型的优化对表面速度测量10天1995年1月收益率的一个最优值= 0.063一bar-3,对应一个二元的R2 = 0.74块模型对测量表面速度(图69.1)。虽然这个值预计的一半(帕特森,1994)它躺在狭窄的范围内0.07±0.01 yr-1bar-3报道其他温带冰川模仿使用高阶解决方案(例如Gudmundsson, 1999)。这样的一致性预测质量的信心这些模型的内部应变分量,但也表明,它们可能适用于温带冰质量没有显著修补率的因素。
完整的应力和应变场使模型计算额外的可见如发生与取向crevassing和测量的主要菌株。区最大的比较计算表面拉伸应变及其方向的实际分布和取向crevassing揭示了一个很好的通用通信(图69.2 a和b)。此外,模拟主应变方向的忠实地再现了密集的模式重复调查测量的应变网络钻石从1994年到1995年(图69.3 a和b)。但是,很明显,尽管他们
图69.1模仿水平表面速度在上流社会的冰川在70 d 'Arolla决议为n = 3 = 0.063一bar-3。每隔2.5 myr-1绘制轮廓。表面内圈是1995年冬天的速度矢量和双变量分析模型对观察到的速度。
图69.1模仿水平表面速度在上流社会的冰川在70 d 'Arolla决议为n = 3 = 0.063一bar-3。每隔2.5 myr-1绘制轮廓。表面内圈是1995年冬天的速度矢量和双变量分析模型对观察到的速度。
图69.2 (a)模拟水陆并行主应力的大小和方向在140 m分辨率;向箭头表示压缩,箭头表示向外扩展。阴影区域表示区域的最大表面应力和显示区域潜在的冰失败。(b)表面裂隙的分布在上流社会的冰川d 'Arolla从航空摄影观测和地面映射。
图69.2 (a)模拟水陆并行主应力的大小和方向在140 m分辨率;向箭头表示压缩,箭头表示向外扩展。阴影区域表示区域的最大表面应力和显示区域潜在的冰失败。(b)表面裂隙的分布在上流社会的冰川d 'Arolla从航空摄影观测和地面映射。
91900年
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图69.3 (a)的相对大小和取向水陆并行模型和(b)测量中主要的压力和紧张,分别在高密度区域应变网络(a)表示。
图69.4 (a)测量每年平均分配(1995年8月至1996年8月),水平速度在一个横截面在北航,只有91700年的一半。(b)冰川内的复合速度分布模型截面组成的时间比重平均20/52的“冬天”没有滑动,31/52正常夏天滑动和1/52增强“春天事件”滑动。
图69.4 (a)测量每年平均分配(1995年8月至1996年8月),水平速度在一个横截面在北航,只有91700年的一半。(b)冰川内的复合速度分布模型截面组成的时间比重平均20/52的“冬天”没有滑动,31/52正常夏天滑动和1/52增强“春天事件”滑动。
方向对应,他们绝对大小做远离中线,表现出一些差异可能反映了大的影响侧碛ice-fabric异构性,结合这一事实是一个重要的组成部分基底运动影响年度流态。这两种效应将大大改变主要菌株的相对大小,但不是他们的方向。
模型也适用于对比基底边界条件为了研究一种异常模式的内部应变测量重复之间的钻孔测斜
1995年和1996年(港et al ., 1997)(图69.4)。这个横截面应变分布的显著特征是80米宽的快速滑动,同时低应变平推流的冰川下的路径预测液压潜力分析的基础上(锋利的et al ., 1993)和特征是高度可变的水压力(通常超过上覆岩层)在夏季融冰期(哈伯德et al ., 1995)。来模拟这种反常速度分布,年径流时间加权综合模型为三个场景反映观察季节对比:(i) non-sliding在冬天,(2)在正常滑动
0.8396
0.0 2.0 4.0 6.0 8.0 10.0 12.0观察速度(米/年)
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0.0 2.0 4.0 6.0 8.0 10.0 12.0观察速度(米/年)
图69.5模仿和观察到的年度表面速度分布的比较从1995年到1996年表面在冰川下的渠道网络重构从液压潜力分析(锋利的et al ., 1993)。
图69.5模仿和观察到的年度表面速度分布的比较从1995年到1996年表面在冰川下的渠道网络重构从液压潜力分析(锋利的et al ., 1993)。
夏季融冰期和(iii)“增强”在为期一周的spring-event滑动,当观察到表面速度的大部分地区冰川高出一个数量级一年一度的意思。模式定义和模拟基底扰动的大小对液压潜力分析。基底冰覆盖面积的主要途径是解耦的zero-traction夏季“正常”情况下,和一个扩展的区域包括和毗邻的两个主要途径是解耦相匹配的模式在spring-event测量表面速度异常。应用这些广义基底场景提供了一个现实的融冰季节动态造型的第一步,使两个年度的繁殖的关键特性表面速度分布(图69.5)以及二维截面(图69.4 b)。考虑到70米的操作限制的决议,模仿和观察年度速度分布比较好(R2 = 0.83)和确认基底脱钩产生深远的变化对上流社会的冰川d 'Arolla动力学的影响。然而,这些变化是时空上复杂,主要是反映模式的改变在冰川的基底排水系统。
最后,为了研究的潜在的长期响应上流社会的冰川d 'Arolla气候变化,这种稳态流模型可以耦合到一个时间模型产生的进化冰川厚度(H)通过时间(t)由连续性方程:raybet雷竞技最新
- = b对(胡)dt b是净质量平衡和V -(胡)二维通量散度算子。利用质量平衡
图69.6模型演化的上流社会的冰川d 'Arolla表面中线在10年的间隔从1880(最大值)程度上映射到冰川的预测在2070年灭亡。观察到的1940年和1992年long-profiles回供参考。
距离下中心线[m]
图69.6模型演化的上流社会的冰川d 'Arolla表面中线在10年的间隔从1880(最大值)程度上映射到冰川的预测在2070年灭亡。观察到的1940年和1992年long-profiles回供参考。
从1989年到1996年为基准,测量模型是被迫比赛最大的历史地位映射瑞士1880年的调查。然后向前集成模型,对应于已知的位置在1920年,1940年和1992年,假设一个常数1989 - 1996质量平衡分布,用于预测进化冰川几何到2100年(图69.6)。这个模型揭示了上流社会的冰川d 'Arolla小冰河时期以来一直处于加速撤退,甚至在当前条件下不会存活70年。这样的反应并不令人意外,因为平均1989年到1996年平衡线高度(ELA)超过3000 ma.s.l。,减少了ca的有效积累区域。15%的需要保持目前的几何学。
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