冰冻圈科学概论 修订版PDF电子书下载

第1章 冰冻圈与冰冻圈科学 1

1.1 冰冻圈 1

1.1.1 地球上的冰冻圈 1

1.1.2 冰冻圈的分类和数量特征 2

1.1.3 冰冻圈变化 4

1.2 冰冻圈科学 6

1.2.1 冰冻圈科学的定义、内容和范畴 6

1.2.2 学科体系和研究方法 7

1.2.3 冰冻圈科学的发展 8

1.2.4 国际重大科学计划中的冰冻圈科学 9

1.2.5 关注IPCC AR6对冰冻圈科学的要求 10

1.3 冰冻圈与气候系统 10

1.3.1 冰冻圈的发育机理、过程和变化 10

1.3.2 冰冻圈发育的时空尺度 12

1.3.3 冰冻圈与其他圈层的相互作用 13

1.3.4 冰冻圈在气候系统中的作用 14

1.4 冰冻圈科学在经济社会发展中的作用 16

1.4.1 水循环和水资源 17

1.4.2 冰冻圈灾害 17

1.4.3 矿产资源和工程建设 18

1.4.4 冰冻圈地区探险与旅游 18

1.4.5 冰冻圈对人类社会的惠益 19

1.4.6 冰冻圈地缘政治 19

1.5 行星冰冻圈 20

1.5.1 火星冰冻圈的特征 20

1.5.2 火星水冰的证据 21

思考题 22

延伸阅读 23

【代表人物】 23

【经典著作】 24

第2章 冰冻圈的分类和地理分布 25

2.1 冰冻圈的全球分布、组成与分类 25

2.1.1 冰冻圈分布的地带性 25

2.1.2 冰冻圈的组成和分布特征 26

2.1.3 陆地冰冻圈、海洋冰冻圈和大气冰冻圈 27

2.2 陆地冰冻圈的分类与分布 28

2.2.1 冰川与冰盖的分类与分布 28

2.2.2 冻土的分类与分布 35

2.2.3 积雪的分类与分布 41

2.2.4 河冰和湖冰的分类与分布 45

2.3 海洋冰冻圈的分类与分布 48

2.3.1 冰架与冰山的分类与分布 48

2.3.2 海冰的分类与分布 50

2.3.3 海底多年冻土的分类与分布 54

2.4 大气冰冻圈的分类与分布 56

2.4.1 大气冰冻圈的分类 56

2.4.2 大气冰冻圈的分布 56

思考题 59

延伸阅读 59

【经典著作】 59

第3章 冰冻圈的形成和发育 61

3.1 冰冻圈形成与发育的条件 61

3.1.1 冰川的形成与发育条件 61

3.1.2 多年冻土的形成与发育条件 62

3.1.3 积雪的形成与发育条件 63

3.1.4 河冰和湖冰的形成与发育条件 63

3.1.5 海冰、冰架、冰山的形成与发育条件 64

3.2 冰冻圈形成与发育的物理基础 64

3.2.1 冰冻圈表面的能量平衡物理基础 64

3.2.2 冰冻圈表面的水分平衡物理基础 65

3.2.3 冰冻圈介质中的热量传输物理基础 65

3.2.4 冰冻圈物质平衡的物理基础 66

3.2.5 土壤中水分迁移／运动的物理机制 69

3.3 陆地冰冻圈的形成与发育 70

3.3.1 冰川（盖）的形成与发育 70

3.3.2 冻土的形成与发育 72

3.3.3 积雪的形成与发育 74

3.3.4 河冰和湖冰的形成与发育 75

3.4 海洋冰冻圈的形成与发育 76

3.4.1 海冰的形成与发育 76

3.4.2 冰架和冰山的形成与发育 80

3.4.3 海底多年冻土的形成与发育 81

3.5 大气冰冻圈的形成与发育 81

3.5.1 雪花的形成与发育 81

3.5.2 霰、冰粒和冰雹的形成与发育 82

思考题 82

延伸阅读 83

【经典著作】 83

第4章 冰冻圈的物理特征 84

4.1 冰的主要物理性质 84

4.1.1 冰的晶体结构 84

4.1.2 冰的力学性质 86

4.1.3 冰的热学性质 89

4.1.4 冰的电学和光学性质 91

4.2 冰冻圈主要要素力学和动力学特征 91

4.2.1 冰川运动和动力学特征 91

4.2.2 冻土力学特征 94

4.2.3 积雪的动力学特征 98

4.2.4 河冰和湖冰动力学特征 99

4.2.5 海冰动力学特征 99

4.3 冰冻圈主要要素热学特征 100

4.3.1 冰川和积雪热学特征 100

4.3.2 冻土中的水热迁移 102

4.3.3 海冰、河冰和湖冰的热力学特征 104

4.4 冰冻圈主要要素的其他物理特征 106

4.4.1 反照率特征 106

4.4.2 电磁学特征 107

思考题 109

延伸阅读 109

【代表人物】 109

【经典著作】 109

第5章 冰冻圈的化学特征 111

5.1 冰冻圈化学成分的来源 111

5.1.1 大气化学成分进入冰冻圈的主要过程 113

5.1.2 冰冻圈化学对气候环境的影响 113

5.2 冰川化学 114

5.2.1 无机成分 114

5.2.2 有机成分 119

5.2.3 不溶性微粒 120

5.2.4 稳定同位素比率 121

5.3 冻土化学 122

5.3.1 已冻结土及正冻土的化学过程 122

5.3.2 天然气水合物 124

5.4 河冰和湖冰化学特征 126

5.4.1 氢氧稳定同位素比率在冰－水两相间的变化与影响因素 126

5.4.2 痕量气体在河冰和湖冰中的分布 126

5.4.3 河冰和湖冰中有色可溶性有机物的排斥效应与光学特性 127

5.5 海冰化学 127

5.5.1 海冰盐度及其演化 128

5.5.2 海冰相图 131

5.5.3 海冰中的气体 133

5.5.4 生物过程对海冰化学的影响 134

思考题 135

延伸阅读 135

【经典著作】 135

第6章 冰冻圈内的气候环境记录 136

6.1 冰冻圈中的气候环境指标 136

6.1.1 冰芯 136

6.1.2 冻土 137

6.1.3 树木年轮 137

6.1.4 湖泊沉积 138

6.2 冰芯记录 138

6.2.1 冰芯定年方法 138

6.2.2 格陵兰冰盖和南极冰盖冰芯记录 139

6.2.3 山地冰芯记录 144

6.3 冻土记录 147

6.3.1 冰楔记录 147

6.3.2 冻胀丘记录 150

6.4 树木年轮记录 150

6.4.1 寒区树木年轮记录的重大气候事件 151

6.4.2 寒区树木年轮记录的冰川末端进退 151

6.4.3 寒区树木年轮记录的冻土环境变化 152

6.4.4 树轮记录的积雪变化 153

6.5 寒区湖泊记录 154

6.6 冰冻圈其他介质记录 154

思考题 156

延伸阅读 156

【代表人物】 156

【经典著作】 157

第7章 不同尺度的冰冻圈演化 159

7.1 构造尺度冰冻圈演化 159

7.1.1 前寒武纪大冰期 159

7.1.2 石炭－二叠纪大冰期 161

7.1.3 第四纪大冰期 162

7.1.4 三大冰期形成原因 163

7.2 轨道尺度冰冻圈演变——更新世气候演变与米兰科维奇理论 165

7.2.1 冰期天文理论的创立过程 165

7.2.2 冰期天文理论的基本原理 166

7.2.3 冰期天文理论的修正 169

7.2.4 冰期天文理论面临的挑战 170

7.3 晚更新世亚轨道尺度的冰冻圈演变 170

7.3.1 气候变化若干重要事件及其基本概念 171

7.3.2 末次冰期以来冰冻圈各要素演变 173

7.4 百年来冰冻圈变化 178

7.4.1 南极冰盖百年际变化 179

7.4.2 山地冰川变化 180

7.4.3 全球冻土变化 183

7.4.4 北半球积雪变化 187

7.4.5 两极海冰变化 189

思考题 190

延伸阅读 190

【代表人物】 190

【经典著作】 191

第8章 冰冻圈与其他圈层的相互作用 192

8.1 冰冻圈与大气圈 192

8.1.1 冰雪－反照率反馈机制 192

8.1.2 冰－气潜热和感热交换 193

8.1.3 冰－气动量交换 194

8.1.4 冰冻圈与东亚季风 194

8.2 冰冻圈与生物圈 195

8.2.1 冰冻圈与生态 195

8.2.2 冰冻圈与寒区碳氮循环 203

8.2.3 极地海洋生物 205

8.3 冰冻圈与水圈 208

8.3.1 冰冻圈水文特点与作用 208

8.3.2 冰冻圈与大尺度水循环 211

8.3.3 冰冻圈与海平面 213

8.3.4 冰冻圈与陆地水文 215

8.4 冰冻圈与岩石圈 231

8.4.1 冰川侵蚀、搬运与堆积作用 232

8.4.2 多年冻土与岩石圈表层 236

思考题 240

延伸阅读 240

【经典著作】 240

第9章 冰冻圈与可持续发展 242

9.1 冰冻圈变化影响与适应的基本概念 242

9.1.1 影响、适应与可持续发展 242

9.1.2 冰冻圈变化影响的脆弱性 243

9.1.3 冰冻圈变化的适应框架 245

9.2 冰冻圈变化对水文－生态的影响与适应 246

9.3 冰冻圈灾害的影响 247

9.3.1 灾害风险与管理 247

9.3.2 冰冻圈灾害风险评估 248

9.4 冰冻圈区重大工程建设 258

9.4.1 寒区铁路、公路与冻土融沉 258

9.4.2 冻土区输油管道 263

9.4.3 海冰区港口 264

9.5 冰冻圈旅游 265

9.5.1 冰冻圈旅游内涵 265

9.5.2 冰冻圈旅游资源特点 265

9.5.3 国际冰冻圈旅游发展概况 266

9.6 冰冻圈服务功能及其价值 266

9.6.1 冰冻圈服务功能 266

9.6.2 冰冻圈服务价值 268

思考题 269

延伸阅读 270

【经典著作】 270

第10章 冰冻圈模式和冰冻圈变化的预估 271

10.1 气候模式与冰冻圈模式 271

10.1.1 气候模式的发展 271

10.1.2 冰冻圈模式 274

10.2 冰冻圈过程的模拟 287

10.2.1 冰川物质平衡模拟 287

10.2.2 冰盖物质平衡模拟 287

10.2.3 冻土分布与气候响应模拟 288

10.2.4 积雪模拟 289

10.2.5 海冰模拟 290

10.2.6 河／湖冰模拟 291

10.3 冰冻圈变化的预估 292

10.3.1 全球社会经济情景和温室气体排放情景 292

10.3.2 冰川变化的预估 295

10.3.3 冰盖变化的预估 296

10.3.4 冻土变化的预估 298

10.3.5 积雪变化的预估 300

10.3.6 海冰变化的预估 301

10.3.7 冰冻圈变化预估的不确定性 301

思考题 302

延伸阅读 303

第11章 冰冻圈科学观测和实验技术 304

11.1 观测和实验技术在冰冻圈科学发展中的作用 304

11.2 野外观测和勘测方法与技术 305

11.2.1 通用方法和技术 305

11.2.2 冰冻圈要素监测 313

11.3 实验室分析技术 324

11.3.1 力学 324

11.3.2 热学 325

11.3.3 光学 325

11.3.4 微观物理结构 327

11.3.5 化学成分 327

11.3.6 测年方法与技术 330

11.4 遥感技术 332

11.4.1 光学遥感 334

11.4.2 微波遥感 337

11.4.3 高度计 339

11.4.4 无线电回波探测 340

11.4.5 重力卫星 340

思考题 341

延伸阅读 341

参考文献 342

索引 346