用Xylem的SonTek技术测量格陵兰岛的冰融化

他们的野外数据将有助于提高冰川融化数学模型的准确性。

研究格陵兰冰盖是如何融化的

格陵兰冰盖长2400公里(1500英里)，包括280万立方公里(684000立方英里)的冰。海拔将构成格陵兰冰盖的冰川分解成不同的区域。

大多数关于融水的研究只在冰盖边缘的河流上进行。然而，在2012年，由加州大学洛杉矶分校的劳伦斯·c·史密斯和罗格斯大学教授阿萨·雷纳尔马尔姆领导的一个探险队提供了罕见的直接测量冰川上河流流量的数据。冰盖的这一区域流量大，是研究冰盖如何随着气候变化而融化的绝佳地点。

该小组2012年的野外工作是革命性的，证明了温带世界的最新工具和技术可以在北极成功使用。

为期三天的冰川河流监测

2015年，史密斯、雷纳尔马尔姆和他们的团队回到格陵兰岛西南部，在整整三天的不间断监测中研究融水径流。如果说2012年的探险队提供了融水运动的快照，那么2015年的研究——以及他们2016年的后续研究——连续7天每小时测量同一条水流——就像一部电影。

“2012年，冰川上的河流流量数据——尤其是格陵兰冰盖内部的大型河流——仍然很少被研究，所以我们的策略只是‘从尽可能多的河流中获取数据’，”怀俄明大学的研究生布兰登·奥弗斯特里特(Brandon Overstreet)解释说。“但如果你只在一个时间点捕捉这种放电，你就会错过大部分的画面。2015年，我们再次关注一条河流，看看流量每天是如何变化的。”

现场数据与模型预测不符

Smith/Rennermalm团队选择了一条冰川上的河流进行研究，并以一位同事的名字将其命名为Rio Behar。在连续72小时的时间里，他们测量了河流流量，以及详细的天气数据。他们在现场建立了一个真实的水运动和条件数据库。然后，他们与建模团队合作，这些建模团队使用来自该站点的气象数据运行模型，将他们的现场数据与模型输出进行比较。

研究小组发现，地表质量平衡模型将径流高估了21%至58%。研究小组还注意到，在高融化期和河流流量增加期之间有0.4到9.5小时的滞后时间，这在模型预测中没有反映出来。

弄清楚如何测量流量的大波动

融水流动的日循环中最显著的一个方面是波动的绝对规模。根据一天中的不同时间，里约贝哈尔的流量可能从每秒4.61立方米到26.73立方米不等。河道的宽度和深度变化很大，以适应流量的变化。

这给研究人员提出了一个重大挑战。他们已经证明，声波多普勒分析即使在冰川上河流的原始水中也能起作用，它能从水中的小气泡和冰晶中反射信号。

然而，Xylem公司SonTek品牌的应用工程师Brittany Jenner指出，在较浅、流速较慢的水中效果最好的频率，不一定在较深、流速较快的渠道中效果最好。

SonTek RiverSurveyor-M9用于高质量测量

在深水中，频率较低、波长较长的声波信号可以有效地提供岸线和底部的清晰测量，以及水流的速度和方向，所有这些都可以用来计算体积。频率更高、波长更短的声波信号可以提供更清晰的浅水流速和流量信息。

格陵兰团队使用了SonTek RiverSurveyor-M9，它自动使用深度和速度读数来确定是使用1.0 MHz还是3.0 MHz波束进行最高质量的测量，Jenner说。RiverSurveyor的SmartPulse HD技术还可以选择采样单元的大小，以在任何条件下优化测量。

在调查过程中，RiverSurveyor-M9安装在SonTek HydroBoard II上，该设备从一个河岸拉到另一个河岸，沿着样带收集数据。格陵兰的研究小组每小时至少采集4条横断面。

加强冰川融化科学研究

2017年底，该团队发布了2015年里约贝哈尔的数据，以及五个领先的冰融化模型产生的预测。这篇发表在《美国国家科学院院刊》(Proceedings of The National Academy of Sciences)上的论文的作者代表了一个庞大而多样化的研究团队。他们不仅包括地质学家和水文学家，如史密斯、雷纳尔马尔姆和收集测量数据的勤奋的研究生，还包括詹纳和其他一些气候科学和建模领域的领导者。

对布兰登·奥弗斯特里特(Brandon Overstreet)来说，多次前往格陵兰冰盖的旅行总结了实地考察的价值和刺激。这种程度的细节是卫星图像或飞越科学中无法找到的。

他说:“我对格陵兰冰盖的最初印象是一个巨大的、毫无特色的景观，只有在冰山崩解的边缘才令人兴奋。”“但在冰面上，你有这个令人难以置信的动态河流系统，它的行为就像陆地河流一样——在某些方面，这是陆地河流的超速行驶。”

他补充说:“我不想生活在一个通过看卫星图像来收集你需要的一切的世界里。”

作者:Steve Werblow，特约撰稿人，Mission: Water