冰凍圈科學(xué)概論（修訂版）

目錄
修訂版前言
序一
序二
前言
第1章 冰凍圈與冰凍圈科學(xué) 1
1.1 冰凍圈 1
1.1.1 地球上的冰凍圈 1
1.1.2 冰凍圈的分類和數(shù)量特征 2
1.1.3 冰凍圈變化 4
1.2 冰凍圈科學(xué) 6
1.2.1 冰凍圈科學(xué)的定義、內(nèi)容和范疇 6
1.2.2 學(xué)科體系和研究方法 7
1.2.3 冰凍圈科學(xué)的發(fā)展 8
1.2.4 國(guó)際重大科學(xué)計(jì)劃中的冰凍圈科學(xué) 9
1.2.5 關(guān)注IPCC AR6 對(duì)冰凍圈科學(xué)的要求 10
1.3 冰凍圈與氣候系統(tǒng) 10
1.3.1 冰凍圈的發(fā)育機(jī)理、過程和變化 10
1.3.2 冰凍圈發(fā)育的時(shí)空尺度 12
1.3.3 冰凍圈與其他圈層的相互作用 13
1.3.4 冰凍圈在氣候系統(tǒng)中的作用 14
1.4 冰凍圈科學(xué)在經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展中的作用 16
1.4.1 水循環(huán)和水資源 17
1.4.2 冰凍圈災(zāi)害 17
1.4.3 礦產(chǎn)資源和工程建設(shè) 18
1.4.4 冰凍圈地區(qū)探險(xiǎn)與旅游 18
1.4.5 冰凍圈對(duì)人類社會(huì)的惠益 19
1.4.6 冰凍圈地緣政治 19
1.5 行星冰凍圈 20
1.5.1 火星冰凍圈的特征 20
1.5.2 火星水冰的證據(jù) 21
思考題 22
延伸閱讀 23
【代表人物】 23
【經(jīng)典著作】 24
第2章 冰凍圈的分類和地理分布 25
2.1 冰凍圈的全球分布、組成與分類 25
2.1.1 冰凍圈分布的地帶性 25
2.1.2 冰凍圈的組成和分布特征 26
2.1.3 陸地冰凍圈、海洋冰凍圈和大氣冰凍圈 27
2.2 陸地冰凍圈的分類與分布 28
2.2.1 冰川與冰蓋的分類與分布 28
2.2.2 凍土的分類與分布 35
2.2.3 積雪的分類與分布 41
2.2.4 河冰和湖冰的分類與分布 45
2.3 海洋冰凍圈的分類與分布 48
2.3.1 冰架與冰山的分類與分布 48
2.3.2 海冰的分類與分布 50
2.3.3 海底多年凍土的分類與分布 54
2.4 大氣冰凍圈的分類與分布 56
2.4.1 大氣冰凍圈的分類 56
2.4.2 大氣冰凍圈的分布 56
思考題 59
延伸閱讀 59
【經(jīng)典著作】 59
第3章 冰凍圈的形成和發(fā)育 61
3.1 冰凍圈形成與發(fā)育的條件 61
3.1.1 冰川的形成與發(fā)育條件 61
3.1.2 多年凍土的形成與發(fā)育條件 62
3.1.3 積雪的形成與發(fā)育條件 63
3.1.4 河冰和湖冰的形成與發(fā)育條件 63
3.1.5 海冰、冰架、冰山的形成與發(fā)育條件 64
3.2 冰凍圈形成與發(fā)育的物理基礎(chǔ) 64
3.2.1 冰凍圈表面的能量平衡物理基礎(chǔ) 64
3.2.2 冰凍圈表面的水分平衡物理基礎(chǔ) 65
3.2.3 冰凍圈介質(zhì)中的熱量傳輸物理基礎(chǔ) 65
3.2.4 冰凍圈物質(zhì)平衡的物理基礎(chǔ) 66
3.2.5 土壤中水分遷移/運(yùn)動(dòng)的物理機(jī)制 69
3.3 陸地冰凍圈的形成與發(fā)育 70
3.3.1 冰川（蓋）的形成與發(fā)育 70
3.3.2 凍土的形成與發(fā)育 72
3.3.3 積雪的形成與發(fā)育 74
3.3.4 河冰和湖冰的形成與發(fā)育 75
3.4 海洋冰凍圈的形成與發(fā)育 76
3.4.1 海冰的形成與發(fā)育 76
3.4.2 冰架和冰山的形成與發(fā)育 80
3.4.3 海底多年凍土的形成與發(fā)育 81
3.5 大氣冰凍圈的形成與發(fā)育 81
3.5.1 雪花的形成與發(fā)育 81
3.5.2 霰、冰粒和冰雹的形成與發(fā)育 82
思考題 82
延伸閱讀 83
【經(jīng)典著作】 83
第4章 冰凍圈的物理特征 84
4.1 冰的主要物理性質(zhì) 84
4.1.1 冰的晶體結(jié)構(gòu) 84
4.1.2 冰的力學(xué)性質(zhì) 86
4.1.3 冰的熱學(xué)性質(zhì) 89
4.1.4 冰的電學(xué)和光學(xué)性質(zhì) 91
4.2 冰凍圈主要要素力學(xué)和動(dòng)力學(xué)特征 91
4.2.1 冰川運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力學(xué)特征 91
4.2.2 凍土力學(xué)特征 94
4.2.3 積雪的動(dòng)力學(xué)特征 98
4.2.4 河冰和湖冰動(dòng)力學(xué)特征 99
4.2.5 海冰動(dòng)力學(xué)特征 99
4.3 冰凍圈主要要素?zé)釋W(xué)特征 100
4.3.1 冰川和積雪熱學(xué)特征 100
4.3.2 凍土中的水熱遷移 102
4.3.3 海冰、河冰和湖冰的熱力學(xué)特征 104
4.4 冰凍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 電磁學(xué)特征 107
思考題 109
延伸閱讀 109
【代表人物】 109
【經(jīng)典著作】 109
第5章 冰凍圈的化學(xué)特征 111
5.1 冰凍圈化學(xué)成分的來源 111
5.1.1 大氣化學(xué)成分進(jìn)入冰凍圈的主要過程 113
5.1.2 冰凍圈化學(xué)對(duì)氣候環(huán)境的影響 113
5.2 冰川化學(xué) 114
5.2.1 無機(jī)成分 114
5.2.2 有機(jī)成分 119
5.2.3 不溶性微粒 120
5.2.4 穩(wěn)定同位素比率 121
5.3 凍土化學(xué) 122
5.3.1 已凍結(jié)土及正凍土的化學(xué)過程 122
5.3.2 天然氣水合物 124
5.4 河冰和湖冰化學(xué)特征 126
5.4.1 氫氧穩(wěn)定同位素比率在冰-水兩相間的變化與影響因素 126
5.4.2 痕量氣體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機(jī)物的排斥效應(yīng)與光學(xué)特性 127
5.5 海冰化學(xué) 127
5.5.1 海冰鹽度及其演化 128
5.5.2 海冰相圖 131
5.5.3 海冰中的氣體 133
5.5.4 生物過程對(duì)海冰化學(xué)的影響 134
思考題 135
延伸閱讀 135
【經(jīng)典著作】 135
第6章 冰凍圈內(nèi)的氣候環(huán)境記錄 136
6.1 冰凍圈中的氣候環(huán)境指標(biāo) 136
6.1.1 冰芯 136
6.1.2 凍土 137
6.1.3 樹木年輪 137
6.1.4 湖泊沉積 138
6.2 冰芯記錄 138
6.2.1 冰芯定年方法 138
6.2.2 格陵蘭冰蓋和南極冰蓋冰芯記錄 139
6.2.3 山地冰芯記錄 144
6.3 凍土記錄 147
6.3.1 冰楔記錄 147
6.3.2 凍脹丘記錄 150
6.4 樹木年輪記錄 150
6.4.1 寒區(qū)樹木年輪記錄的重大氣候事件 151
6.4.2 寒區(qū)樹木年輪記錄的冰川末端進(jìn)退 151
6.4.3 寒區(qū)樹木年輪記錄的凍土環(huán)境變化 152
6.4.4 樹輪記錄的積雪變化 153
6.5 寒區(qū)湖泊記錄 154
6.6 冰凍圈其他介質(zhì)記錄 154
思考題 156
延伸閱讀 156
【代表人物】 156
【經(jīng)典著作】 157
第7章 不同尺度的冰凍圈演化 159
7.1 構(gòu)造尺度冰凍圈演化 159
7.1.1 前寒武紀(jì)大冰期 159
7.1.2 石炭-二疊紀(jì)大冰期 161
7.1.3 第四紀(jì)大冰期 162
7.1.4 三大冰期形成原因 163
7.2 軌道尺度冰凍圈演變——更新世氣候演變與米蘭科維奇理論 165
7.2.1 冰期天文理論的創(chuàng)立過程 165
7.2.2 冰期天文理論的基本原理 166
7.2.3 冰期天文理論的修正 169
7.2.4 冰期天文理論面臨的挑戰(zhàn) 170
7.3 晚更新世亞軌道尺度的冰凍圈演變 170
7.3.1 氣候變化若干重要事件及其基本概念 171
7.3.2 末次冰期以來冰凍圈各要素演變 173
7.4 百年來冰凍圈變化 178
7.4.1 南極冰蓋百年際變化 179
7.4.2 山地冰川變化 180
7.4.3 全球凍土變化 183
7.4.4 北半球積雪變化 187
7.4.5 兩極海冰變化 189
思考題 190
延伸閱讀 190
【代表人物】 190
【經(jīng)典著作】 191
第8章 冰凍圈與其他圈層的相互作用 192
8.1 冰凍圈與大氣圈 192
8.1.1 冰雪-反照率反饋機(jī)制 192
8.1.2 冰-氣潛熱和感熱交換 193
8.1.3 冰-氣動(dòng)量交換 194
8.1.4 冰凍圈與東亞季風(fēng) 194
8.2 冰凍圈與生物圈 195
8.2.1 冰凍圈與生態(tài) 195
8.2.2 冰凍圈與寒區(qū)碳氮循環(huán) 203
8.2.3 極地海洋生物 205
8.3 冰凍圈與水圈 208
8.3.1 冰凍圈水文特點(diǎn)與作用 208
8.3.2 冰凍圈與大尺度水循環(huán) 211
8.3.3 冰凍圈與海平面 213
8.3.4 冰凍圈與陸地水文 215
8.4 冰凍圈與巖石圈 231
8.4.1 冰川侵蝕、搬運(yùn)與堆積作用 232
8.4.2 多年凍土與巖石圈表層 236
思考題 240
延伸閱讀 240
【經(jīng)典著作】 240
第9章 冰凍圈與可持續(xù)發(fā)展 242
9.1 冰凍圈變化影響與適應(yīng)的基本概念 242
9.1.1 影響、適應(yīng)與可持續(xù)發(fā)展 242
9.1.2 冰凍圈變化影響的脆弱性 243
9.1.3 冰凍圈變化的適應(yīng)框架 245
9.2 冰凍圈變化對(duì)水文-生態(tài)的影響與適應(yīng) 246
9.3 冰凍圈災(zāi)害的影響 247
9.3.1 災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)與管理 247
9.3.2 冰凍圈災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估 248
9.4 冰凍圈區(qū)重大工程建設(shè) 258
9.4.1 寒區(qū)鐵路、公路與凍土融沉 258
9.4.2 凍土區(qū)輸油管道 263
9.4.3 海冰區(qū)港口 264
9.5 冰凍圈旅游 265
9.5.1 冰凍圈旅游內(nèi)涵 265
9.5.2 冰凍圈旅游資源特點(diǎn) 265
9.5.3 國(guó)際冰凍圈旅游發(fā)展概況 266
9.6 冰凍圈服務(wù)功能及其價(jià)值 266
9.6.1 冰凍圈服務(wù)功能 266
9.6.2 冰凍圈服務(wù)價(jià)值 268
思考題 269
延伸閱讀 270
【經(jīng)典著作】 270
第10章 冰凍圈模式和冰凍圈變化的預(yù)估 271
10.1 氣候模式與冰凍圈模式 271
10.1.1 氣候模式的發(fā)展 271
10.1.2 冰凍圈模式 274
10.2 冰凍圈過程的模擬 287
10.2.1 冰川物質(zhì)平衡模擬 287
10.2.2 冰蓋物質(zhì)平衡模擬 287
10.2.3 凍土分布與氣候響應(yīng)模擬 288
10.2.4 積雪模擬 289
10.2.5 海冰模擬 290
10.2.6 河/湖冰模擬 291
10.3 冰凍圈變化的預(yù)估 292
10.3.1 全球社會(huì)經(jīng)濟(jì)情景和溫室氣體排放情景 292
10.3.2 冰川變化的預(yù)估 295
10.3.3 冰蓋變化的預(yù)估 296
10.3.4 凍土變化的預(yù)估 298
10.3.5 積雪變化的預(yù)估 300
10.3.6 海冰變化的預(yù)估 3