2025年大学《地球物理学》专业题库- 冰盖运动与气候变化的关联研究

2025年大学《地球物理学》专业题库——冰盖运动与气候变化的关联研究考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、选择题（每题2分，共20分。请将正确选项字母填入括号内）1.冰流的主要驱动力来源于（）。A.冰川表面坡度产生的重力分量B.冰川底部与基岩之间的滑动摩擦C.冰川内部晶粒间的粘滞力D.外部风力对冰川表面的作用2.下列哪种冰流模型主要考虑冰的粘塑性变形？（）A.滑动模型B.拉普拉斯模型C.流变模型（如Nye模型）D.边界元模型3.冰盖对地球气候系统的主要正反馈机制是（）。A.冰盖消融增加海洋热容量，延缓气候变暖B.冰盖扩张增加地表反照率，反射更多太阳辐射，进一步冷却气候C.冰盖消融释放储存的淡水，改变洋流，加剧气候变率D.冰盖扩张减少蒸发，降低大气湿度，导致气候更干旱4.能够直接测量冰面垂直运动速度的地球物理方法是（）。A.卫星测高B.GPS大地测量C.雷达高度计D.冰芯钻探5.冰芯中能够记录过去气候环境信息的主要载体是（）。A.冰晶颗粒B.包裹在冰晶中的气泡C.冰层中的尘埃D.冰盖基底的反射信号6.全球变暖背景下，导致格陵兰冰盖加速消融的最主要因素是（）。A.海洋浮冰的减少B.大气中二氧化碳浓度的增加C.冰盖下方基岩的侵蚀D.地震活动频率的升高7.下列哪项技术主要用于测量冰川基底的起伏和形变？（）A.卫星雷达干涉测量（InSAR）B.全球定位系统（GPS）C.重力卫星测量（如GRACE）D.微波辐射计8.冰盖质量平衡（MBB）是指（）。A.冰盖内部冰的密度变化率B.冰盖表面消融量和底部积累量的差值C.冰盖对海平面的净贡献速率D.冰盖运动速度的季节性变化9.传统的冰流速度测量方法之一是（）。A.遥感测速B.重复GPS测量C.激光扫描D.地震波探测10.气候模型中包含冰盖动力学模块的主要目的是（）。A.提高大气环流模拟的精度B.准确预测全球海平面上升的速率C.模拟冰川泥石流的发生频率D.研究冰盖内部的水文过程二、简答题（每题5分，共20分）1.简述影响冰流速度的主要因素。2.解释什么是冰盖正反馈机制，并举例说明。3.简述卫星遥感技术在冰盖运动监测中的应用。4.描述冰芯如何为我们提供过去气候变化的证据。三、论述题（每题10分，共30分）1.论述冰盖消融对全球海平面上升的贡献机制，并分析未来可能的变化趋势。2.结合地球物理观测手段，讨论如何评估冰盖的稳定性及其对气候变化的敏感性。3.分析冰盖-气候系统相互作用中的主要物理过程和反馈机制，并说明其在地球气候系统中的作用。试卷答案一、选择题（每题2分，共20分。请将正确选项字母填入括号内）1.A*解析思路：冰流的主要驱动力是冰体在重力作用下克服摩擦力沿地表坡度下滑。表面坡度产生的重力分量是驱动力的主要来源。2.C*解析思路：流变模型（如Nye模型）基于冰的粘塑性变形来描述冰的流动行为，考虑了冰的应力应变关系和流变律。滑动模型主要考虑底滑。拉普拉斯模型通常指流体力学中的基本方程。边界元模型是一种数值方法。3.B*解析思路：冰盖正反馈机制指冰盖的消融（或退缩）导致地表反照率降低（或增加暴露的深色基底），吸收更多太阳辐射，进而加速消融（或退缩），导致气候系统进一步变暖（或变冷）。选项B描述了反照率反馈机制。4.B*解析思路：GPS通过接收多颗卫星信号计算接收机位置，可以精确测量冰面的三维坐标变化，从而得到垂直和水平运动速度。卫星测高测量的是海面高度，间接反映冰盖质量变化。雷达高度计测量的是海面或冰面到卫星的距离变化。冰芯钻探获取冰芯样本进行年代测定和成分分析。5.B*解析思路：冰芯中的气泡封装了过去大气样本，通过分析气泡成分（如气体浓度）可以重建古大气气体（如CO2,CH4）历史。冰层中的尘埃可以反映古环境（如火山活动、风尘来源）和冰流速度。冰晶和基底信号不是主要的气候信息载体。6.B*解析思路：全球变暖导致近地表空气温度升高，加剧了格陵兰冰盖表面的融化，形成了更多的融水，这些融水会渗透到冰盖内部，在冰体内部形成通道（meltwaterchannels），降低了冰的粘度，并润滑了冰底界面，显著增加了冰流速度，加速了冰盖的消融。7.C*解析思路：重力卫星（如GRACE及后续任务如GOCE）通过测量地球重力场的微小变化来探测地表质量分布的不均匀性。冰盖的重量会使其下方的基岩产生沉降，同时冰盖内部的冰流和融化也会引起质量变化，这些都会反映在重力场的变化上，从而可以反演基底的起伏和形变。InSAR测量地表形变。GPS测量冰面运动。微波辐射计测量表面温度或雪水当量。8.B*解析思路：冰盖质量平衡定义为冰盖在单位时间内，通过表面消融/升华、降水/积雪以及冰流（通过冰前区域）等过程获得的冰量与损失冰量的差值。它是描述冰盖厚度变化率的关键参数。9.B*解析思路：传统的冰流速度测量方法包括标记法（如插入标记杆或放置标记块）并在一段时间后重新测量其位置，以及使用GPS进行长期连续监测。遥感测速是现代方法。激光扫描主要用于地形测绘。地震波探测主要用于探测冰下结构和基岩。10.B*解析思路：气候模型包含冰盖动力学模块的主要目的是将冰盖作为气候系统的一个积极反馈环节进行模拟。冰盖的体积和运动状态会随气候变化而变化，反过来，冰盖的变化（如融化、增长）也会显著影响气候（如反照率、海平面、洋流），因此必须耦合冰盖模型才能更准确地模拟和预测气候演变，特别是长期海平面上升等关键指标。二、简答题（每题5分，共20分）1.简述影响冰流速度的主要因素。*解析思路：回答应涵盖驱动力和制约因素。驱动力主要是表面坡度（提供动力）和底滑（提供润滑）。制约因素包括冰温（温度高，冰更软，速度加快）、冰流汇聚/辐散（汇聚处应力大，速度慢；辐散处应力小，速度快）、基底地形（陡坡、基岩摩擦、水压）、冰流分叉与合并（分叉处速度减慢）、冰的流变性质（粘度随应力、温度变化）。2.解释什么是冰盖正反馈机制，并举例说明。*解析思路：首先定义正反馈机制（一个变化导致另一个加强该变化的过程）。然后举例说明冰盖相关的正反馈。最典型的例子是反照率反馈：冰盖消融，暴露出darker（深色）的基底或水面，反照率降低，吸收更多太阳辐射，导致进一步消融。另一个例子是冰下融化反馈：变暖导致冰下融化加剧，形成水槽，润滑冰底，加速冰流，导致更多消融。3.简述卫星遥感技术在冰盖运动监测中的应用。*解析思路：说明遥感技术（特别是卫星）如何非接触、大范围、重复性地监测冰盖。主要应用包括：利用雷达干涉测量（InSAR）技术监测冰面表面形变速度，从而推算冰流速度；利用卫星测高技术监测冰盖顶面高程变化，间接反映质量平衡；利用合成孔径雷达（SAR）或光学卫星观测冰盖表面特征变化、裂缝、融水湖等，辅助分析运动状态和稳定性；利用激光高度计（如GLASS）监测冰盖表面高程变化。4.描述冰芯如何为我们提供过去气候变化的证据。*解析思路：说明冰芯是古气候信息的直接载体。首先，冰芯中的气泡包含了不同时期的大气样本，通过分析气泡中温室气体（CO2,CH4）的浓度，可以重建过去大气成分变化。其次，冰芯本身的物理性质，如冰的密度、气泡间距，可以反映过去的温度变化。冰芯中的杂质（如火山灰、尘土、花粉）可以提供关于火山活动、风尘来源、植被变化等信息。此外，冰芯中的同位素（如氧同位素18O,氢同位素D）比率变化与过去的温度和降水蒸发循环有关，是重建古温度和古降水的重要指标。三、论述题（每题10分，共30分）1.论述冰盖消融对全球海平面上升的贡献机制，并分析未来可能的变化趋势。*解析思路：首先阐述贡献机制：冰盖消融（包括表面消融和内部融化）导致冰盖质量损失，这些失去的冰最终汇入海洋，直接导致全球海平面上升。需要区分格陵兰和南极冰盖，说明其潜在贡献量巨大。其次，分析未来趋势：指出全球变暖是主要驱动力，预计未来几十年冰盖将继续加速消融。可以结合当前研究，说明格陵兰冰盖消融速度加快的贡献比例在增加，南极冰盖（特别是西南极）也存在不稳定性风险。强调这是海平面上升的主要不确定性来源之一，趋势通常是持续上升。2.结合地球物理观测手段，讨论如何评估冰盖的稳定性及其对气候变化的敏感性。*解析思路：说明评估稳定性和敏感性的方法和思路。稳定性评估：利用多种观测手段综合判断。GPS测量冰面运动速度和加速度，揭示冰流变化。卫星雷达干涉测量（InSAR）监测冰面形变和速度场变化。卫星测高监测冰盖顶面高程变化，反映质量损失速率。重力卫星（GRACE）监测冰盖质量变化。冰芯记录过去冰流和消融速率的变化。通过分析这些观测数据，可以识别冰流加速区域、潜在的断裂带（如Rochefort冰架）、冰下融化加剧区域等，判断冰盖整体或局部的稳定性。敏感性分析：通过观测不同气候区（如暖湿气流影响区）冰盖响应的差异，或利用气候模型模拟不同气候变化情景下冰盖的响应，评估冰盖对温度、降水等气候因素的敏感程度。结合观测到的过去气候时期冰盖变化与气候波动的关系，可以推断其对未来气候变化的潜在响应幅度。3.分析冰盖-气候系统相互作用中的主要物理过程和反馈机制，并说明其在地球气候系统中的作用。*解析思路：分析相互作用的核心是能量和质量的交换，主要通过辐射、热量、水汽和冰雪质量变化实现。主要物理过程：冰盖的反照率效应（Albedoeffect）：冰面反射率高，吸收太阳辐射少；冰盖消融时，反照率降低，吸收更多辐射。冰盖的温室气体效应：冰芯记录显示，过去气候变暖时，冰盖融化，大气中CO2浓度升高，形成正反馈。冰盖的质量平衡（MBB）：气候变化影响冰的积累和消融，导致冰盖质量变化，进而影响海平面。冰盖对海洋的物理影响：通过冰流注入海洋改变洋流模式，影响区域