一种基于黑碳排放影响冰川变化的定量分析方法及系统

    技术2025-04-16  8


    本发明属于冰川消融分析,尤其涉及一种基于黑碳排放影响冰川变化的定量分析方法及系统。


    背景技术:

    1、黑碳主要是生物质和化石燃料(例如:煤炭和石油)等不完全燃烧产生的无定型碳质,是大气气溶胶的重要组成部分。

    2、黑碳气溶胶可以通过干湿沉降方式落于雪冰表面,降低表面反照率,进而加剧雪冰消融,是影响冰川消融的重要因素。目前雪冰黑碳的研究主要单纯地采集冰川不同海拔高度的雪冰样品获取黑碳浓度,如大气黑碳浓度、冰面黑碳浓度和积雪黑碳浓度,然后模拟整个冰川的黑碳浓度变化。但是,在实际情况下,无法评估历史及未来黑碳排放对冰川变化的定量影响。


    技术实现思路

    1、本发明提供一种基于黑碳排放影响冰川变化的定量分析方法及系统,用于解决无法对黑碳排放影响冰川变化进行定量分析的技术问题。

    2、第一方面,本发明提供一种基于黑碳排放影响冰川变化的定量分析方法,包括:

    3、以比表面积为刻画参数,描述干雪和湿雪变质影响反照率的过程,其中,在干雪变质过程中,雪的目标比表面积表达为雪温与雪龄的对数关系;在湿雪变质过程中,根据前一时刻的比表面积结合含水量的变化,计算当前时刻步长内比表面积的增长量,推导得到当前时刻的目标比表面积;

    4、根据不同时刻下的目标比表面积以及黑碳浓度构建吸光性杂质-反照率动态演化模型;

    5、根据吸光性杂质-反照率动态演化模型输出的反照率为纽带,耦合至增强型度日指数模型中,耦合后的增强型度日指数模型的表达式为:

    6、,

    7、式中, msnow/ice为雪冰消融量(mm); tfsnow/ice为雪冰度日因子(mm °c−1day−1); tair为冰面气温(°c); tt为雪冰消融发生的临界温度(°c); g为冰川区的日平均太阳辐射(w m-2); srf为雪冰消融的辐射消融因子(mm m2w-1day-1); α为冰川表面的反照率;

    8、根据增强型度日模型计算表面的物质平衡,作为冰川动力模型的输入,冰川动力模型输出得到冰川变化量。

    9、第二方面,本发明提供一种基于黑碳排放影响冰川变化的定量分析系统,包括:

    10、描述模块,配置为以比表面积为刻画参数,描述干雪和湿雪变质影响反照率的过程,其中,在干雪变质过程中,雪的目标比表面积表达为雪温与雪龄的对数关系;在湿雪变质过程中,根据前一时刻的比表面积结合含水量的变化,计算当前时刻步长内比表面积的增长量,推导得到当前时刻的目标比表面积;

    11、构建模块,配置为根据不同时刻下的目标比表面积以及黑碳浓度构建吸光性杂质-反照率动态演化模型;

    12、耦合模块,配置为根据吸光性杂质-反照率动态演化模型输出的反照率为纽带,耦合至增强型度日指数模型中,耦合后的增强型度日指数模型的表达式为:

    13、,

    14、式中, msnow/ice为雪冰消融量(mm); tfsnow/ice为雪冰度日因子(mm °c−1day−1); tair为冰面气温(°c); tt为雪冰消融发生的临界温度(°c); g为冰川区的日平均太阳辐射(w m-2); srf为雪冰消融的辐射消融因子(mm m2w-1day-1); α为冰川表面的反照率;输出模块,配置为根据增强型度日模型计算表面的物质平衡,作为冰川动力模型的输入,冰川动力模型输出得到冰川变化量。

    15、本申请的基于黑碳排放影响冰川变化的定量分析方法及系统,通过已构建的吸光性杂质-反照率动态演化模型与含有增强型度日模型和动力过程的冰川动力模型相耦合,评估历史及未来黑碳排放对冰川变化的定量影响。



    技术特征:

    1.一种基于黑碳排放影响冰川变化的定量分析方法,其特征在于,包括:

    2.如权利要求1所述的基于黑碳排放影响冰川变化的定量分析方法,其特征在于,在湿雪变质过程中,计算当前时刻雪的光学半径的表达式为:

    3.如权利要求1所述的基于黑碳排放影响冰川变化的定量分析方法,其特征在于,在湿雪变质过程中,计算不同时刻雪的光学半径的增长量的表达式为:

    4.如权利要求1所述的基于黑碳排放影响冰川变化的定量分析方法,其特征在于,在干雪变质过程中,计算目标比表面积的表达式为:

    5.如权利要求1所述的基于黑碳排放影响冰川变化的定量分析方法,其特征在于,所述冰川动力模型的表达式为:

    6.如权利要求1所述的基于黑碳排放影响冰川变化的定量分析方法,其特征在于,在根据不同时刻下的目标比表面积以及黑碳浓度构建吸光性杂质-反照率动态演化模型之前,所述方法还包括:

    7.一种基于黑碳排放影响冰川变化的定量分析系统,其特征在于,包括:


    技术总结
    本发明提出一种基于黑碳排放影响冰川变化的定量分析方法及系统,方法包括:以比表面积为刻画参数,描述干雪和湿雪变质影响反照率的过程,其中,根据前一时刻的比表面积结合含水量的变化,计算当前时刻步长内比表面积的增长量,推导得到目标比表面积;根据目标比表面积以及黑碳浓度构建吸光性杂质‑反照率动态演化模型;根据吸光性杂质‑反照率动态演化模型输出的反照率为纽带,进一步耦合至增强型度日指数模型;根据增强型度日模型计算表面的物质平衡,作为冰川动力模型的输入,得到冰川变化量。通过构建的吸光性杂质‑反照率动态演化模型与含有增强型度日模型和动力过程的冰川动力模型相耦合,评估历史及未来黑碳排放对冰川变化的定量影响。

    技术研发人员:杜文涛,陈记祖,康世昌,孙维君,蒋友严,秦翔
    受保护的技术使用者:中国科学院西北生态环境资源研究院
    技术研发日:
    技术公布日:2024/10/24
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