高纬北极区的Epishelf湖、冰架、冰岛观测

在加拿大的北极地区,在埃尔斯米尔岛(Ellesmere Island)的峡湾内,有一种漂浮在北冰洋上的湖泊——Epishelf湖。这种湖是由漂浮的冰架阻挡在峡湾口形成,其上层是淡而冷的冰川融水,其下层为海水,具有非常明显的盐度跃层。Epishelf湖的沉积记录可用作冰架缺失的指标,由于湖与海洋连通,epishelf湖同时也是现代/古代海平面的重要指标。

Ellesmere岛的冰架正在逐步瓦解,卡尔顿大学教授Dr. Derek Mueller多年来利用现场实测及遥感数据,从事冰架及其所支持的生态系统的季节性、年尺度变化,epishelf湖就是他的研究重点之一。2002年,Dr. Derek在一个深度30米左右的epishelf湖中使用RBR温盐仪XR-420(现称RBRduo³ C.T)进行剖面观测,发现表层淡水出逃、盐度跃层已经抬升到接近水体上层,从而可以看到epishelf湖也在随着冰架瓦解而削减。

通常冰川融水湖是由冰川融化的淡水构成,然而Ellesmere冰架上的某些湖的表层冰却是由海水形成的。Dr. Mueller认为这些湖一定正在经历着显著的盐度的年变化。随着结冰锋面的下降,盐分随着海水结冰而逐渐析出,最终聚集在湖底,这将会带给湖底来显著的盐度上升。为了验证自己的观点,Dr. Mueller计划在Ward Hunt冰架的湖中进行越冬盐度观测。该观测实验成功的关键是电导率传感器的可靠性、耐寒性,因为这套观测仪器需要完成长期锚系观测、并且能够成功在北极地区越冬。Dr. Mueller曾在南极布放过RBR生产的温度链(RBRconcerto³ Tx),因此了解RBR仪器在极地应用颇有心得。Dr. Mueller的导师Dr. Warwick Vincent立即致电RBR当时的总裁Frank Gohnson询问RBR电导率传感器是否可以在北极越冬。Frank立即展开低温测试,证明RBR电磁感应式电导率传感器能够在结冰环境中生存。Dr. Mueller对现场观测数据非常满意,电导率传感器成功越冬,在结冰融化后持续观测,并成功观测到了预期的盐度上升。2003年,Dr. Mueller与合作者一起在GRL(Geophysical Research Letters)上发表了关于Ward Hunt冰架解体的观测结果及分析论文

‘These are single events that have profound implications for the environment.’Derek Mueller

北极最大的冰架已经破裂,与其相关的epishelf湖已经消失。自从事该领域的研究以来,Dr. Mueller已经目睹了500平方公里的冰从加拿大冰架上脱离到北冰洋。他的研究重点也从冰架生态学延伸到气候变化背景下的环境变化监测。研究人员正在研究来自Ellesmere岛上的5个湖四十多年的CTD数据。自2001年,他们开始使用RBR仪器进行观测。自2011年5月,Dr. Mueller联合UBC大学在米尔恩冰架(Milne Fiord)的陆地一侧布放了锚系设备。该组观测设备由RBR生产的第一代多参数温盐(深)仪XR-420 C.T、XR-620 C.T.D(现称RBRduo³ C.TRBRconcerto³ C.T.D)和大约12个RBRsolo T组成。Dr. Mueller说:“我从学生时代开始多年来一直使用RBR 生产的CTD进行剖面测量,有些正在服役的温盐深仪甚至是十七年前购买的。据我所知,目前这套从2011年开始的锚系组是加拿大北极峡湾中布放时间最长的锚系观测设备。这是一个非常特别的地区,我们期待会有进一步的发现。”

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上图为2014年8月在直升飞机上拍到的一座ice island和CCGS Amundsen破冰科考船,这座ice island很可能是从格陵兰岛的彼得曼冰川(Greenland’s Petermann Glacier)破裂形成。Dr. Mueller的团队结合许多直升机拍摄照片以及LiDAR光学雷达数据绘制了冰岛的顶部,并使用AUV的声纳扫描得到了ice island的底部绘图。

欢迎访问Water and Ice Research Laboratory(WIRL)网站,了解更多关于Dr. Derek Mueller的研究成果。