目錄
序一
序二
前言
第1章 冰凍圈與冰凍圈科學 1
1.1 冰凍圈 1
1.1.1 地球上的冰凍圈 1
1.1.2 冰凍圈的分類和數量特徵 3
1.1.3 冰凍圈變化 4
1.2 冰凍圈科學 7
1.2.1 冰凍圈科學的定義、內容和範疇 7
1.2.2 學科體係和研究方法 9
1.2.3 國際重大科學計劃中的冰凍圈科學 11
1.2.4 冰凍圈科學在中國 12
1.3 冰凍圈與氣候係統 13
1.3.1 冰凍圈的發育機理、過程和變化 13
1.3.2 冰凍圈發育的時空尺度 14
1.3.3 冰凍圈與其他圈層的相互作用 16
1.3.4 冰凍圈在氣候係統中的作用 18
1.4 冰凍圈科學在經濟社會發展中的作用 20
1.4.1 水循環和水資源 21
1.4.2 礦産資源和工程建設 22
1.4.3 冰凍圈地區探險與旅遊 23
1.4.4 冰凍圈災害 25
1.4.5 冰凍圈地緣政策 26
1.5 行星冰凍圈 27
1.5.1 火星冰凍圈的特徵 28
1.5.2 火星水冰的證據 30
思考題 32
延伸閱讀 32
第2章 冰凍圈的分類和地理分布 35
2.1 冰凍圈的全球分布、組成與分類 35
2.1.1 冰凍圈分布的地帶性 35
2.1.2 冰凍圈的組成和分布特徵 36
2.1.3 海洋冰凍圈、陸地冰凍圈和大氣冰凍圈 37
2.2 陸地冰凍圈的分類與分布 39
2.2.1 冰川與冰蓋的分類與分布 39
2.2.2 凍土的分類與分布 49
2.2.3 積雪的分類與分布 55
2.2.4 河/湖冰的分類與分布 62
2.3 海洋冰凍圈的分類與分布 67
2.3.1 冰架與冰山的分類與分布 67
2.3.2 海冰的分類與分布 73
2.3.3 海底多年凍土的分類與分布 78
2.4 大氣冰凍圈的分類與分布 80
2.4.1 大氣冰凍圈的分類 80
2.4.2 大氣冰凍圈的分布 80
思考題 83
延伸閱讀 84
第3章 冰凍圈的形成和發育 87
3.1 冰凍圈形成與發育的條件 87
3.1.1 積雪的形成與發育條件 87
3.1.2 冰川的形成與發育條件 88
3.1.3 多年凍土的形成與發育條件 90
3.1.4 河/湖冰的形成與發育條件 91
3.1.5 海冰、冰架、冰山的形成與發育條件 91
3.2 冰凍圈形成與發育的物理基礎 92
3.2.1 冰凍圈錶麵的能量平衡物理基礎 92
3.2.2 冰凍圈錶麵的水量平衡物理基礎 92
3.2.3 冰凍圈介質中的熱量傳輸物理基礎 93
3.2.4 冰凍圈物質平衡的物理基礎 93
3.2.5 土壤中水分遷移/運動的物理機製 96
3.3 積雪與固態降水的形成與發育 98
3.3.1 冰晶和雪花的形成與發育 98
3.3.2 霰、冰粒和冰雹的形成與發育 100
3.4 冰川(蓋)的形成與發育 101
3.4.1 成冰作用 101
3.4.2 冰蓋的形成 103
3.5 凍土的形成與發育 104
3.5.1 季節凍土的凍結與融化 104
3.5.2 多年凍土的形成 105
3.5.3 地下冰和凍土組構 105
3.6 海冰的形成與發育 107
3.6.1 海冰的形成過程 107
3.6.2 海冰的結構與變化 108
3.6.3 海冰的融化過程 111
3.7 河/湖冰的形成 112
3.7.1 河冰 112
3.7.2 湖冰 114
思考題 115
延伸閱讀 115
第4章 冰凍圈的物理特徵 117
4.1 冰的主要物理性質概述 117
4.1.1 冰的晶體結構 117
4.1.2 冰的力學性質 120
4.1.3 冰的熱學性質 123
4.1.4 冰的電學和光學性質 126
4.2 冰凍圈主要要素動力學特徵 127
4.2.1 冰川運動和動力學特徵 127
4.2.2 凍土力學特徵 132
4.2.3 積雪的動力學特徵 140
4.2.4 海/河/湖冰動力學特徵 141
4.3 冰凍圈主要要素熱學特徵 142
4.3.1 冰川和積雪熱學特徵 142
4.3.2 凍土中的水熱遷移 147
4.3.3 海/河/湖冰的熱力學特徵 152
4.4 冰凍圈主要要素的其他物理特徵 155
4.4.1 反照率特徵 155
4.4.2 電磁學特徵 157
思考題 159
延伸閱讀 159
第5章 冰凍圈的化學特徵 161
5.1 冰凍圈化學成分的來源 161
5.1.1 大氣化學成分進入冰凍圈的主要過程 163
5.1.2 冰凍圈化學對氣候環境的影響 163
5.2 冰川化學 164
5.2.1 無機成分 164
5.2.2 有機成分 171
5.2.3 微生物 172
5.2.4 不溶性微粒 173
5.2.5 穩定同位素比率 175
5.3 凍土化學 176
5.3.1 已凍結土及正凍土的化學過程 176
5.3.2 天然氣水閤物 179
5.4 河/湖冰化學特徵 182
5.4.1 氫-氧穩定同位素比率在冰-水兩相間的變化與影響因素 182
5.4.2 電導率與離子變化 184
5.4.3 痕量氣體在河/湖冰中的分布 185
5.4.4 河/湖冰中有色可溶性有機物的排斥效應與光學特性 185
5.5 海冰化學 186
5.5.1 現代海水的化學組成 187
5.5.2 海冰鹽度及其演化 189
5.5.3 海冰相圖 193
5.5.4 海冰中的氣體 195
5.5.5 生物過程對海冰化學的影響 195
思考題 197
延伸閱讀 197
第6章 冰凍圈內的氣候環境記錄 198
6.1 冰凍圈介質中的氣候環境指標 198
6.1.1 冰川 198
6.1.2 凍土 200
6.1.3 樹木年輪 200
6.1.4 湖泊沉積 201
6.2 冰芯記錄 202
6.2.1 冰芯斷代方法 203
6.2.2 極地冰蓋記錄 204
6.2.3 山地冰川記錄 210
6.3 凍土記錄 213
6.3.1 冰楔記錄 214
6.3.2 凍脹丘泥炭層記錄 216
6.4 樹木年輪記錄 218
6.4.1 寒區樹木年輪記錄的重大氣候事件 218
6.4.2 寒區樹木年輪記錄的冰川末端進退 219
6.4.3 寒區樹木年輪記錄的凍土環境變化 221
6.4.4 樹輪記錄的積雪變化 221
6.5 寒區湖泊記錄 223
6.6 寒區其他介質記錄 223
思考題 227
延伸閱讀 227
第7章 不同尺度的冰凍圈演化 229
7.1 構造尺度冰凍圈演化 229
7.1.1 前寒武紀大冰期 229
7.1.2 石炭-二疊紀大冰期 231
7.1.3 第四紀大冰期 232
7.1.4 三大冰期形成原因 234
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 235
7.2.1 冰期天文理論的創立過程 235
7.2.2 冰期天文理論的基本原理 236
7.2.3 冰期天文理論的修正 239
7.2.4 冰期天文理論麵臨的挑戰 240
7.3 晚更新世亞軌道尺度的冰凍圈演變 240
7.3.1 氣候變化若乾重要事件及其基本概念 241
7.3.2 末次冰期以來冰凍圈各要素演變 243
7.4 百年來冰凍圈變化 251
7.4.1 南極冰蓋百年際變化 251
7.4.2 山地冰川變化 256
7.4.3 全球凍土變化 260
7.4.4 北半球積雪變化 265
7.5 年際至季節尺度變化 267
7.5.1 冰川變化 267
7.5.2 凍土變化 271
7.5.3 北半球積雪變化 273
7.5.4 兩極海冰年際-年代際尺度變化 273
思考題 277
延伸閱讀 277
第8章 冰凍圈與其他圈層的相互作用 279
8.1 冰凍圈與大氣圈 279
8.1.1 冰雪-反照率反饋機製 280
8.1.2 冰-氣潛熱和感熱交換 281
8.1.3 冰-氣動量交換 282
8.1.4 冰凍圈與氣候相互作用——案例研究 284
8.2 冰凍圈與生物圈 287
8.2.1 冰凍圈與寒區生態 287
8.2.2 冰凍圈與寒區碳氮循環 298
8.2.3 極地海洋生物 302
8.3 冰凍圈與水圈 305
8.3.1 概述 305
8.3.2 冰凍圈與大尺度水循環 310
8.3.3 冰凍圈與海平麵 316
8.3.4 冰凍圈與陸地水文 319
8.4 冰凍圈與岩石圈 341
8.4.1 構造運動與冰期地錶過程響應 341
8.4.2 冰川侵蝕、搬運與堆積作用 344
8.4.3 多年凍土與岩石圈錶層 349
思考題 353
延伸閱讀 354
第9章 冰凍圈變化與可持續發展 358
9.1 冰凍圈變化影響的評估方法與適應框架 358
9.1.1 脆弱性及其評估方法 358
9.1.2 冰凍圈變化的適應框架 362
9.2 冰凍圈變化影響的適應案例 363
9.2.1 冰凍圈變化對水文-生態影響的適應案例 363
9.2.2 工程適應案例：青藏鐵路適應多年凍土變化 366
9.2.3 規劃適應案例：印北城鎮水資源供給適應冰川變化 367
9.2.4 政策適應案例：瑞士旅遊業適應阿爾卑斯山冰雪變化 367
9.3 冰凍圈災害與風險評估 368
9.3.1 災害風險與風險管理 368
9.3.2 冰凍圈災害風險評估 369
9.4 冰凍圈區重大工程建設 385
9.4.1 寒區鐵路、公路與凍土融沉 385
9.4.2 南水北調西綫工程 390
9.4.3 凍土區輸油管道 392
9.4.4 海冰區港口 395
9.5 冰凍圈旅遊 396
9.5.1 冰凍圈旅遊內涵 396
9.5.2 冰凍圈旅遊資源特點 397
9.5.3 國際冰凍圈旅遊發展概況 397
9.5.4 冰凍圈旅遊資源開發案例 398
9.6 冰凍圈服務功能及其價值 399
思考題 402
延伸閱讀 402
第10章 冰凍圈模式和冰凍圈變化的預估 405
10.1 冰凍圈模式及其在地球係統模式中的地位 405
10.1.1 氣候模式的發展 405
10.1.2 地球係統中的冰凍圈模式 408
10.2 冰凍圈過程的模擬 420
10.2.1 冰川物質平衡模擬 420
10.2.2 冰蓋物質平衡模擬 421
10.2.3 凍土分布與氣候響應模擬 421
10.2.4 積雪模擬 423
10.2.5 海冰模擬 424
10.2.6 河/湖冰模擬 424
10.3 冰凍圈變化的預估 426
10
· · · · · · (收起)