热水钻被认为是开展极地冰下湖探测最高效、最安全和最清洁的钻探装备。利用热水钻开展冰下湖钻探时需要建造回水腔，但目前回水腔的结构及热特性尚不清楚。为此，本文首先梳理了深层热水钻回水腔的主要结构形式。然后，以上覆冰层对冰下湖水的压力为基础，建立了回水腔建造深度计算方法，并确定了回水腔的初始形状及主要尺寸的计算方法。接着，通过建立回水腔周围冰层温度场的物理模型和数学模型，提出了回水腔临界回水温度和临界注热流量的计算方法，并系统分析了各因素对这两个参数的影响规律。研究结果表明：当深层热水钻用于冰下湖钻探时，回水腔应优先选用双层主/副孔结构，主孔和副孔之间的距离应该小于1 m，主/副孔直径应在0.3～0.6 m之间且回水腔的高度应比潜水泵大2～3 m；回水腔的建造深度主要由冰盖厚度决定，在实际工程中，回水腔的建造深度应比理论计算值大15～30 m；回水腔的临界回水温度和临界注热流量随时间的增大而减小；正常工况下，回水腔的临界回水温度不超过2～3℃，而临界注热流量不超过12 L/min。
热水钻被认为是开展极地冰下湖探测最高效、最安全和最清洁的钻探装备。利用热水钻开展冰下湖钻探时需要建造回水腔，但目前回水腔的结构及热特性尚不清楚。为此，本文首先梳理了深层热水钻回水腔的主要结构形式。然后，以上覆冰层对冰下湖水的压力为基础，建立了回水腔建造深度计算方法，并确定了回水腔的初始形状及主要尺寸的计算方法。接着，通过建立回水腔周围冰层温度场的物理模型和数学模型，提出了回水腔临界回水温度和临界注热流量的计算方法，并系统分析了各因素对这两个参数的影响规律。研究结果表明：当深层热水钻用于冰下湖钻探时，回水腔应优先选用双层主/副孔结构，主孔和副孔之间的距离应该小于1 m，主/副孔直径应在0.3～0.6 m之间且回水腔的高度应比潜水泵大2～3 m；回水腔的建造深度主要由冰盖厚度决定，在实际工程中，回水腔的建造深度应比理论计算值大15～30 m；回水腔的临界回水温度和临界注热流量随时间的增大而减小；正常工况下，回水腔的临界回水温度不超过2～3℃，而临界注热流量不超过12 L/min。
热水钻被认为是开展极地冰下湖探测最高效、最安全和最清洁的钻探装备。利用热水钻开展冰下湖钻探时需要建造回水腔，但目前回水腔的结构及热特性尚不清楚。为此，本文首先梳理了深层热水钻回水腔的主要结构形式。然后，以上覆冰层对冰下湖水的压力为基础，建立了回水腔建造深度计算方法，并确定了回水腔的初始形状及主要尺寸的计算方法。接着，通过建立回水腔周围冰层温度场的物理模型和数学模型，提出了回水腔临界回水温度和临界注热流量的计算方法，并系统分析了各因素对这两个参数的影响规律。研究结果表明：当深层热水钻用于冰下湖钻探时，回水腔应优先选用双层主/副孔结构，主孔和副孔之间的距离应该小于1 m，主/副孔直径应在0.3～0.6 m之间且回水腔的高度应比潜水泵大2～3 m；回水腔的建造深度主要由冰盖厚度决定，在实际工程中，回水腔的建造深度应比理论计算值大15～30 m；回水腔的临界回水温度和临界注热流量随时间的增大而减小；正常工况下，回水腔的临界回水温度不超过2～3℃，而临界注热流量不超过12 L/min。
极地冰下温度剖面的观测可为极区科学考察站的建设、南极冰下湖资源的开采等工程提供重要依据。近年来，国内外研制的温度观测系统，主要针对北极海冰环境设计，而南极冰盖下的温度场观测鲜有提及。本文提出一种在南极地区恶劣环境下，基于半导体温度传感器的冰下温度场分布观测系统。通过对电路结构和软件控制流程的设计，解决低温环境下能源消耗过快的问题。针对南极冰盖下单总线信号长距离传输困难的问题，对传输线缆进行分析，重新计算并依据结果调整硬件结构与程序。为检测系统能否满足观测需求，进行了温度精度与系统功耗的测定实验，达到数据稳定回传的目的。系统于中国第35次南极科学考察期间布放在我国南极昆仑站区域，获得超过6个月的南极冰盖温度场观测数据。
极地冰下温度剖面的观测可为极区科学考察站的建设、南极冰下湖资源的开采等工程提供重要依据。近年来，国内外研制的温度观测系统，主要针对北极海冰环境设计，而南极冰盖下的温度场观测鲜有提及。本文提出一种在南极地区恶劣环境下，基于半导体温度传感器的冰下温度场分布观测系统。通过对电路结构和软件控制流程的设计，解决低温环境下能源消耗过快的问题。针对南极冰盖下单总线信号长距离传输困难的问题，对传输线缆进行分析，重新计算并依据结果调整硬件结构与程序。为检测系统能否满足观测需求，进行了温度精度与系统功耗的测定实验，达到数据稳定回传的目的。系统于中国第35次南极科学考察期间布放在我国南极昆仑站区域，获得超过6个月的南极冰盖温度场观测数据。
南极冰下湖和冰下水系的广泛发育,不仅可以改变冰盖基底环境,影响底部滑动过程,冰下水系的排水活动还可以淡化海水,降低临近的洋流深部温度,是影响冰盖稳定性及其对全球海平面和气候变化贡献的因素之一。因此,开展南极冰下水文及其对南极冰盖动力学、南极冰下地貌演化进程和南极冰盖-海洋相互作用的影响研究具有极其重要的意义。冰下水文系统是包括冰盖、冰下水、冰下湖泊、沉积物、基岩、地下水、水流通道和海洋在内的复杂的相互作用的集合。当前可利用卫星测高仪和其他先进的地球物理方法(如无线电回波探测技术、地震技术、磁法勘探技术)来观测和研究南极冰下水系,另外,通过数值模拟可以更好地解释冰下水的形成、活动和排泄以及陆地水-海洋的交互作用。本文依次综述了南极冰下湖、南极冰下水文系统与模拟以及冰下水文与冰架及海洋系统相互作用的研究进展,并给出了未来南极冰下水文系统研究的重点方向。
南极冰下湖和冰下水系的广泛发育,不仅可以改变冰盖基底环境,影响底部滑动过程,冰下水系的排水活动还可以淡化海水,降低临近的洋流深部温度,是影响冰盖稳定性及其对全球海平面和气候变化贡献的因素之一。因此,开展南极冰下水文及其对南极冰盖动力学、南极冰下地貌演化进程和南极冰盖-海洋相互作用的影响研究具有极其重要的意义。冰下水文系统是包括冰盖、冰下水、冰下湖泊、沉积物、基岩、地下水、水流通道和海洋在内的复杂的相互作用的集合。当前可利用卫星测高仪和其他先进的地球物理方法(如无线电回波探测技术、地震技术、磁法勘探技术)来观测和研究南极冰下水系,另外,通过数值模拟可以更好地解释冰下水的形成、活动和排泄以及陆地水-海洋的交互作用。本文依次综述了南极冰下湖、南极冰下水文系统与模拟以及冰下水文与冰架及海洋系统相互作用的研究进展,并给出了未来南极冰下水文系统研究的重点方向。
冰下湖是南极冰盖底部地形环境的重要组成部分,对冰盖底部温度和热力学状态具有重要的影响,目前已经在南极发现400余冰下湖。早期冰下湖的探测主要利用无线电回波探测(RES,radioecho sounding),而测高卫星的出现给冰下湖的监测提供了更多可能。随着ICESat、Cryosat-2等测高卫星在冰下湖监测中的应用,冰下湖的研究取得了显著性的进展。总结分析了测高卫星在南极冰下湖应用的研究进展,对测高卫星在南极冰下湖研究的主要成果及研究方法进行了详细阐述,展示了测高卫星在南极冰下湖监测方面的优势,并选用测高精度较高的ICESat卫星测高数据,分析了Totten流域冰下湖的表面高程变化异常。
冰下湖是南极冰盖底部地形环境的重要组成部分,对冰盖底部温度和热力学状态具有重要的影响,目前已经在南极发现400余冰下湖。早期冰下湖的探测主要利用无线电回波探测(RES,radioecho sounding),而测高卫星的出现给冰下湖的监测提供了更多可能。随着ICESat、Cryosat-2等测高卫星在冰下湖监测中的应用,冰下湖的研究取得了显著性的进展。总结分析了测高卫星在南极冰下湖应用的研究进展,对测高卫星在南极冰下湖研究的主要成果及研究方法进行了详细阐述,展示了测高卫星在南极冰下湖监测方面的优势,并选用测高精度较高的ICESat卫星测高数据,分析了Totten流域冰下湖的表面高程变化异常。