冰川黑碳浓度变化过程的获取方法技术

本发明专利技术的实施例提供了一种冰川黑碳浓度变化过程的获取方法，包括以下步骤：获取冰川的年雪坑黑碳通量信息、表面黑碳浓度分布信息、大气黑碳浓度变化信息和降水黑碳浓度分布信息；获取黑碳新雪浓度信息，将其结合降水黑碳浓度分布信息，得到黑碳湿沉降信息，根据年雪坑黑碳通量信息和大气黑碳浓度变化信息，得到黑碳干沉降信息；根据黑碳干沉降信息、黑碳湿沉降信息和表面黑碳浓度分布信息，再利用多层雪层模型和冰川消融模型，获得冰川雪冰中的黑碳富集信息和黑碳流失信息，以此作为冰川黑碳浓度变化过程的评价指标。本发明专利技术通过现有的野外采集数据，获得黑碳湿沉降信息和黑碳干沉降信息，再结合冰川消融模型获得黑碳富集信息和黑碳流失信息。

【技术实现步骤摘要】
冰川黑碳浓度变化过程的获取方法
本专利技术涉及冰川消融研究
，特别是涉及一种冰川黑碳浓度变化过程的获取方法。
技术介绍
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。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。在实际情况下，冰川的雪冰中黑碳沉积过程受消融和时空的影响而波动剧烈，基于野外观测的方法无法时空连续地表征这一特征。
技术实现思路
本专利技术的一个目的在于提出一种冰川黑碳浓度变化过程的获取方法，该方法能获取黑碳富集信息和黑碳流失信息，更为准确地反映黑碳浓度的变化。本专利技术的实施例可以这样实现：一种冰川黑碳浓度变化过程的获取方法，应用于冰川，包括以下步骤：在冰川的表面挖取多个雪坑和冰坑，以获取冰川的年雪坑黑碳通量信息、表面黑碳浓度分布信息、大气黑碳浓度变化信息和降水黑碳浓度分布信息；获取黑碳新雪浓度信息，将黑碳新雪浓度信息结合降水黑碳浓度分布信息，得到黑碳湿沉降信息，根据年雪坑黑碳通量信息和大气黑碳浓度变化信息，得到黑碳干沉降信息；采用黑碳-反照率模型和冰川消融模型融合，根据黑碳干沉降信息、黑碳湿沉降信息和表面黑碳浓度分布信息，再利用多层雪层模型和冰川消融模型，获得冰川雪冰中的黑碳富集信息和黑碳流失信息，以此作为冰川黑碳浓度变化过程的评价指标。本专利技术的有益效果包括：通过现有的野外采集数据，利用干湿沉降的原理，获得黑碳湿沉降信息和黑碳干沉降信息，再结合冰川消融模型获得黑碳富集信息和黑碳流失信息，即可以更高精度反映冰川黑碳浓度变化。另外，根据本专利技术提供的冰川黑碳浓度变化过程的获取方法，还可以具有如下附加的技术特征：进一步地，获取冰川的年雪坑黑碳通量信息的步骤包括：对雪坑每隔5cm分为多个雪层，对每个雪层进行采样，并记录每个雪层的雪层密度和雪层黑碳浓度，计算每个雪层的雪层黑碳通量，计算公式如下：雪层黑碳通量＝5cm*雪层密度*雪层黑碳浓度；同一雪坑的所有雪层的雪层黑碳通量的累加即为年雪坑黑碳通量信息的值。进一步地，将黑碳新雪浓度信息结合降水黑碳浓度分布信息，获得黑碳湿沉降信息的步骤包括：获取每个雪坑中值最小的雪层黑碳浓度，作为降水黑碳浓度；计算单次降水事件的黑碳湿沉降通量，公式如下：MwBC＝Ps·CFS式中，Ps为降水量信息，CFS为降水黑碳浓度，MWBC为黑碳湿沉降信息即为单次降水事件的黑碳湿沉降通量。进一步地，根据年雪坑黑碳通量信息和大气黑碳浓度变化信息，获得黑碳干沉降信息的步骤包括：通过冰川消融模型和表面黑碳浓度分布信息获得融出黑碳通量；计算黑碳干沉降年通量，公式如下：黑碳干沉降通量＝年雪坑黑碳通量+融出黑碳通量-黑碳湿沉降通量。进一步地，采用黑碳-反照率模型和冰川消融模型融合的步骤包括：冰川消融模型的冰川能量平衡获取公式如下：QM＝S↓(1-a)+L↓+L↑+H+LE+QG式中，S↓为向下短波辐射，α为表面反照率，L↓和L↑分别为向下和向上长波辐射，H和LE分别为感热和潜热通量，QG为冰体的热通量。进一步地，表面反照率为雪冰反照率，雪冰反照率的计算如下：αSSA＝1.48-SSA-0.07式中，SSA为雪冰比表面积；雪冰比表面积SSA的计算公式如下：式中，Tsnow为雪温，SSAinitial为初始新雪比表面积，t为降雪后日数。进一步地，表面反照率的计算如下：α＝αSSA+dαc+dαθz式中，αSSA为黑碳反照率模型的雪冰反照率，dαc为黑碳引起的反照率变化，dαθz太阳高度角引起的反照率变化。进一步地，方法还包括：当雪冰中的黑碳浓度发生变化时，引起的反照率变化dαc由下式计算：式中，C为吸光性杂质浓度。进一步地，太阳高度角引起的反照率变化dαθz计算如下：式中，θz为太阳高度角。进一步地，利用多层雪层模型和冰川消融模型，获得冰川雪冰中的黑碳富集信息和黑碳流失信息的步骤包括：将冰川表面分为深度分别为0-2cm、2-10cm、10-20cm、20-30cm以及30cm以下的5个冰川层，获取每个冰川层的黑碳流入量和黑碳流出量，其中，黑碳流入量为从上部流入的黑碳量，黑碳流出量为随着该冰川层含水量饱和而流入下部雪层的黑碳量；持续获取雪深值，若雪深值增大，则判定冰川表面有新降雪，设定新降雪形成的新雪层作为表面的冰川层，当新雪层融化时，新雪层的黑碳量与下部紧邻的冰川层的黑碳量合并，作为黑碳富集信息；若雪深值为0，判定冰川表面为裸冰，根据冰川消融模型和表面黑碳浓度分布信息，获得冰川流失的黑碳量，即为黑碳流失信息。本专利技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。图1是本专利技术的第一实施例的冰川黑碳浓度变化过程的获取方法的流程示意图；图2是本专利技术的第一实施例的冰川黑碳浓度变化过程的技术路线示意图。具体实施方式为使本专利技术的目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本专利技术的具体实施方式做详细的说明。附图中给出了本专利技术的若干实施例。但是，本专利技术可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本专利技术的公开内容更加透彻全面。需要说明的是，当元件被称为“固设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”、“上”、“下”以及类似的表述只是为了说明的目的，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。在本专利技术中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本专利技术中的具体含义。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种冰川黑碳浓度变化过程的获取方法，应用于冰川，其特征在于，包括以下步骤：/n在所述冰川的表面挖取多个雪坑和冰坑，以获取所述冰川的年雪坑黑碳通量信息、表面黑碳浓度分布信息、大气黑碳浓度变化信息和降水黑碳浓度分布信息；/n获取黑碳新雪浓度信息，将所述黑碳新雪浓度信息结合所述降水黑碳浓度分布信息，得到黑碳湿沉降信息，根据所述年雪坑黑碳通量信息和所述大气黑碳浓度变化信息，得到黑碳干沉降信息；/n采用黑碳-反照率模型和冰川消融模型融合，根据所述黑碳干沉降信息、所述黑碳湿沉降信息和所述表面黑碳浓度分布信息，再利用多层雪层模型和冰川消融模型，获得冰川雪冰中的黑碳富集信息和黑碳流失信息，以此作为冰川黑碳浓度变化过程的评价指标。/n

【技术特征摘要】
1.一种冰川黑碳浓度变化过程的获取方法，应用于冰川，其特征在于，包括以下步骤：
在所述冰川的表面挖取多个雪坑和冰坑，以获取所述冰川的年雪坑黑碳通量信息、表面黑碳浓度分布信息、大气黑碳浓度变化信息和降水黑碳浓度分布信息；
获取黑碳新雪浓度信息，将所述黑碳新雪浓度信息结合所述降水黑碳浓度分布信息，得到黑碳湿沉降信息，根据所述年雪坑黑碳通量信息和所述大气黑碳浓度变化信息，得到黑碳干沉降信息；
采用黑碳-反照率模型和冰川消融模型融合，根据所述黑碳干沉降信息、所述黑碳湿沉降信息和所述表面黑碳浓度分布信息，再利用多层雪层模型和冰川消融模型，获得冰川雪冰中的黑碳富集信息和黑碳流失信息，以此作为冰川黑碳浓度变化过程的评价指标。


2.根据权利要求1所述的冰川黑碳浓度变化过程的获取方法，其特征在于，所述获取所述冰川的年雪坑黑碳通量信息的步骤包括：
对所述雪坑每隔5cm分为多个雪层，对每个所述雪层进行采样，并记录每个所述雪层的雪层密度和雪层黑碳浓度，计算每个所述雪层的雪层黑碳通量，计算公式如下：
雪层黑碳通量＝5cm*雪层密度*雪层黑碳浓度；
同一所述雪坑的所有所述雪层的所述雪层黑碳通量的累加即为所述年雪坑黑碳通量信息的值。


3.根据权利要求2所述的冰川黑碳浓度变化过程的获取方法，其特征在于，所述将所述黑碳新雪浓度信息结合所述降水黑碳浓度分布信息，获得黑碳湿沉降信息的步骤包括：
获取每个所述雪坑中值最小的所述雪层黑碳浓度，作为降水黑碳浓度；
计算单次降水事件的黑碳湿沉降通量，公式如下：
MwBC＝PS·CFS
式中，Ps为降水量信息，CFS为降水黑碳浓度，MWBC为所述黑碳湿沉降信息即为单次降水事件的黑碳湿沉降通量。


4.根据权利要求3所述的冰川黑碳浓度变化过程的获取方法，其特征在于，所述根据所述年雪坑黑碳通量信息和所述大气黑碳浓度变化信息，获得黑碳干沉降信息的步骤包括：
通过冰川消融模型和所述表面黑碳浓度分布信息获得融出黑碳通量；
计算黑碳干沉降年通量，公式如下：
黑碳干沉降通量＝年雪坑黑碳通量+融出黑碳通量-黑碳湿沉降通量。


5.根据权利要求1所述的冰川黑碳浓度变化过程的获取方法，其特征在于，所述采用黑碳-反照率模型和冰川消融模型融合的步骤包括：
所述冰川...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜文涛，陈记祖，康世昌，秦翔，张玉兰，孙雯璇，
申请(专利权)人：中国科学院西北生态环境资源研究院，
类型：发明
国别省市：甘肃;62