极地研究

Select

封面及目录

2025, 37 (3): 0.

摘要 ( 63 )

PDF(39248KB) ( 36 )

相关文章 | 计量指标

Select

基于Swin-Transformer的太空台风识别模型

乔枫, 邢赞扬, 张清和, 王勇, 马羽璋, 陆盛, 张红波, 王飞飞

2025, 37 (3): 427-436. DOI: 10.13679/j.jdyj.20240016

摘要 ( 97 )

PDF(13061KB) ( 52 )

太空台风是发生于地磁平静期极盖区内的一种涡旋状极光亮斑结构, 可由局地堪比磁暴的太阳风能量注入引起。为解决从海量星载极光数据中准确而高效地识别出太空台风事件, 进而研究太阳风能量注入过程等关键问题, 本文基于Swin Transformer构建了可用于美国国防气象卫星星载紫外光谱成像仪极光图像的太空台风识别模型。该模型通过拆分窗口加速计算, 并使用移动窗口多头自注意力方法搭建窗口间信息传输通道, 从而实现太空台风的自动识别。研究表明, 该模型通过南北半球极盖区的太空台风图像数据集进行训练, 实现了对太空台风事件更加精准的识别, 其准确率高达95.94%。

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

Select

基于FY-3D/MWRI数据的北极夏季海冰密集度反演优化方法研究

夏常伟, 王鑫, 叶玉芳, 陈卓奇

2025, 37 (3): 437-452. DOI: 10.13679/j.jdyj.20240007

摘要 ( 82 )

PDF(13574KB) ( 34 )

海冰密集度是描述海冰特征的重要参数, 准确获取海冰密集度对研究全球气候变化具有重要意义。针对北极夏季海冰密集度反演精度较低的问题, 本文通过对微波辐射传输模型中的海冰发射率和初始海冰密集度进行优化估算, 改善了微波辐射传输模型对夏季观测亮温的大气校正效果, 从而优化被动微波海冰密集度的反演结果, 本研究采用2019年6—9月的FY-3D/MWRI亮温数据, 分别利用优化前和优化后的ASI2算法(ASI2和ASI2E), 结合固定系点(FTP)与动态系点(DTP), 分别获得了4套夏季北极海冰密集度数据(ASI2-FTP、ASI2-DTP、ASI2E-FTP、ASI2E-DTP), 并利用14景MODIS影像对结果进行了精度验证。研究结果表明, 本研究提出的优化方法可有效提高北极夏季海冰密集度的反演精度, 其中该优化方法对基于固定系点的反演改进尤为明显, 其优化后的均方根误差(root mean square error, E_RMSE)由21.9%减小到15.43%, 偏差(bias, |B_bias|)由−12.40%下降到−6.01%。4种反演方法中, 基于动态系点的算法优化后(ASI2E-DTP)表现尤为明显, 其ERMSE和Bbias分别为14.33%和−4.53%。

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

Select

基于ICESat-2测高数据的南极冰下湖轮廓提取算法研究

万佳乐, 刘俊, 汤登晖, 李超, 陈丽辉

2025, 37 (3): 453-463. DOI: 10.13679/j.jdyj.20230066

摘要 ( 88 )

PDF(23423KB) ( 31 )

南极冰下湖演变与全球气候变化密切相关, 其中活跃冰下湖会随蓄、排水过程产生显著的面积和体积变化。南极冰下湖的轮廓跟踪和准确提取对于深入认知冰下水文过程和冰盖物质平衡具有重要意义。本文采用ICESat-2激光测高卫星的ATL11产品数据, 应用DBSCAN聚类算法、Graham算法和Alphashape算法, 对南极罗斯冰架的伯德冰川和惠兰斯冰流的活跃冰下湖轮廓进行提取并分析湖泊水势水文。结果表明, 提取的冰下湖轮廓线符合水文规律, Byrd S10、Whillans 6等湖轮廓与2022年最新报告的轮廓相近, 在冰流交汇分级处存在大量积水促使湖泊的形成与扩大, 且这种现象具有明显的时空变化特征。本文的轮廓提取算法适用于多种形状的冰下湖点云数据, 应用本算法, 提高了轮廓提取的准确性。

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

Select

基于多源遥感和深度学习的南极拉斯曼丘陵小型湖泊水深反演

朱婷婷, 李加程, 崔祥斌, 束禅方, 张宇

2025, 37 (3): 464-476. DOI: 10.13679/j.jdyj.20240095

摘要 ( 85 )

PDF(17582KB) ( 25 )

由于降水和冰雪消融在南极冰盖表面及裸岩区形成的湖泊, 其时空分布和水储量的变化影响着南极冰盖边缘冰川和冰架的稳定性, 是全球气候变化的重要指标。本文结合ICESat-2激光测高、Sentinel-2多光谱影像和航空影像等多源遥感数据, 提出多源异质遥感影像融合反演水深框架。利用ICESat-2激光测高数据提取沿测线水深, 并结合光学数据线性经验模型和卷积神经网络(convolutional neural network, CNN)深度学习方法建立湖泊光谱信息与湖泊水深反演模型, 估算拉斯曼丘陵小型湖泊水深, 最后利用中国第39次南极考察获取的高分辨率航空遥感影像数据和俄罗斯第63次南极夏季考察的实测原位水深数据对反演结果进行精度验证。结果表明, 拉斯曼丘陵Reid湖采用经验模型得到的水深与原位水深的均方根误差(Root Mean Square Error, E_RMSE)为0.58 m、平均绝对误差(Mean Absolute Error, E_MAE)为0.49 m、平均偏差(Average Bias, B_A)为−0.36 m、偏差标准差(Bias Standard Deviation, D_BSD)为0.46 m、相关系数(R2)为0.51; CNN深度学习算法得到的水深与实测水深的E_RMSE为0.37 m、E_MAE为0.32 m、B_A为−0.19 m、D_BSD为0.32 m、R²为0.75, 从4个指标上均体现出基于深度学习算法能够显著提升水深反演精度。结果表明, 采用ICESat-2激光测高和多光谱影像等多源异质遥感影像融合可以实现高精度水深反演, 其中, 基于CNN模型反演的南极小型湖泊深度比线性经验模型误差更小、精度更高。

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

Select

中国再分析资料对于北极涛动和南极涛动的适用性分析

杨镕泽, 李佳瑶, 周顺武, 冷佳星

2025, 37 (3): 477-493. DOI: 10.13679/j.jdyj.20230057

摘要 ( 67 )

PDF(8399KB) ( 15 )

北极涛动(Arctic Oscillation, AO)和南极涛动(Antarctic Oscillation, AAO)是引起中高纬度地区短期气候变化的主要模态, 被视为气候系统内部变率的重要因子。本文基于ERA5再分析资料, 采用中国再分析数据集(CRA40), 应用统计分析方法研究了1989—2020年AO和AAO的时空变化特征, 探究了涛动强弱年大气环流的分布特征, 评估并验证了中国再分析资料在分析AO和AAO时的适用性。结果表明: (1)CRA40得到的位势高度第一模态在中高纬度地区呈现出反向变化的纬向型分布特征, 与ERA5分析结果一致; (2)在整个分析时段, CRA40得到的涛动指数和美国国家海洋和大气管理局给出的涛动指数存在显著相关; (3)基于CRA40得到的涛动强(弱)年, 高纬度海平面气压和温度表现为负(正)异常, 风场呈气旋式(反气旋式)异常, 中纬度各要素场与高纬度分布相反; (4)基于CRA40得到的涛动强弱年纬向平均的纬向风表现为正负相间分布的经向遥相关, 且具有正压结构。以上分析表明, 中国再分析资料能反映AO和AAO的时空分布特征及大气环流分布结构。

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

Select

东南极中山冰雪机场航空气象要素特征研究

刘凯, 宋晓姜, 沈辉, 郭安博宇, 赵一磊, 邓小花, 丁卓铭, 田彪, 张文千

2025, 37 (3): 494-509. DOI: 10.13679/j.jdyj.20230072

摘要 ( 67 )

PDF(10686KB) ( 26 )

基于2000—2019年中山站地面观测资料对中山冰雪机场附近的气象要素特征进行分析, 结合“雪鹰601”起落飞行要求, 本文着重探索了能见度低于5 km的时间、跑道侧风风级大于等于6级的时间以及满足飞行条件下可飞时间的多尺度特征。研究结果如下: (1)中山冰雪机场各气象要素之间的统计关系具有显著的季节差异, 气温表现为典型的月际变化特征; 气压和相对湿度的月季差异却不显著; 机场的整体能见度较好, 只是云量偏多, 全年晴天时间仅占总时间的13%~37.6%。(2)月平均低能见度和跑道侧风时间分别为2~3 d和2~5 d; 可飞时间在12月和1月较多, 平均8 d左右; 夏季低能见度时间主要表现为年际变化, 但跑道侧风时间和可飞时间除具有年际变化特征外, 还呈现显著的线性增加趋势。(3)导致低能见度的典型环流形势为北侧有绕极气旋, 南侧有弱高压, 冷暖空气在机场区域交汇; 东南向和偏东向跑道侧风分别对应极端条件下的降风和气旋大风; 夏季极地高压偏弱时, 低能见度时间偏多, 飞行条件差, 反之, 则飞行条件较好。

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

Select

顽火辉石球粒陨石GRV 13100两类球粒和NWA 13632热变质历史对比

高旭凯, 谢兰芳, 陈宏毅, 杨姗姗, 夏志鹏, 殷一曼, 赵妍菲

2025, 37 (3): 510-521. DOI: 10.13679/j.jdyj.20240044

摘要 ( 62 )

PDF(36593KB) ( 12 )

本文报道了顽火辉石球粒陨石GRV 13100(EH4)中斑状橄榄石辉石球粒、炉条状辉石球粒和NWA 13632(EH6)整体岩石矿物学特征, 并对它们的热变质历史进行了对比研究。GRV 13100斑状橄榄石辉石球粒中两种不同阴极发光的橄榄石、陨硫钙矿温度计等表明, 该球粒经历了800~900 ℃不完全熔融和快速的冷却结晶; 炉条状辉石球粒经历了高于1315 ℃的完全高温熔融和大于1000 ℃·h^–1的冷却速率; 它们的热变质特征符合“碎石堆”模型, 由冲击动能提供变质热源。NWA 13632热变质程度(6型)和风化程度高(W3), 球粒与基质界线模糊; 冲击变质程度低(S2), 无冲击熔融现象; 残余球粒和基质中未发现橄榄石和二氧化硅相, 与GRV 13100相比, 其顽火辉石和陨硫铁中Mn含量低, 部分区域次生斜长石与辉石构成等粒结构; 其热变质特征符合“洋葱”模型, 陨石可能形成于母体较深处, 由放射性元素衰变提供热源。

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

Select

基于多源数据整合的北极海区沉积物分布特征

余佳, 刘志杰, 舒雨婷, 田先德, 孔敏, 李维禄

2025, 37 (3): 522-531. DOI: 10.13679/j.jdyj.20230080

摘要 ( 69 )

PDF(4380KB) ( 24 )

通过全面收集不同来源的北极海区数据, 采取严格的质量控制标准筛选整合北极海区表层沉积物粒度数据共4245站, 并应用粒级组分栅格叠加方法绘制北极海区沉积物类型图, 探讨表层沉积物分布特征及其主要控制因素。研究结果表明: (1)北极海区沉积物类型非常丰富, 特别是含砾沉积物在陆架分布更为广泛; (2)含砾沉积物以含砾泥、含砾泥质砂、含砾砂、砾质泥和砾质泥质砂为主, 而不含砾沉积物则主要以粉砂质砂、泥质砂、砂质粉砂、砂质泥和泥等为主; (3)北极海区沉积物分布主要受到河流输入、海岸侵蚀、海冰和冰山和洋流等因素的控制, 河流输入和海岸侵蚀提供了主要的陆源沉积物来源; (4)海冰和冰山对粗粒碎屑物质的搬运尤为重要, 洋流控制着沉积物输运路径, 海冰携带沉积物可随洋流长距离输运至北冰洋中部和格陵兰海等深水区域。

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

Select

中低频下海冰介电常数试验研究

张楠, 常晓敏, 左广宇, 贾治学, 窦银科

2025, 37 (3): 532-540. DOI: 10.13679/j.jdyj.20230064

摘要 ( 111 )

PDF(4098KB) ( 24 )

北极区域的海冰正在迅速消融，介电常数是关系海冰物理性质和遥感监测的重要参数。为了探究海冰介电性能与物理特性之间的关系，定量分析不同情况下影响海冰介电常数变化的主导因素，利用低温实验室模拟极区气温，在80 kHz~50 MHz频率范围内对不同盐度的人造海冰进行介电性能和物理特性测试，探究冰样温度由-45 ℃升至-15 ℃的过程中介电常数与频率、温度、盐度的变化关系，并利用相关分析方法研究不同因素对冰样介电常数的影响。结果表明，海冰的介电常数与温度、盐度呈正相关，温度每升高10 ℃介电常数约增加1.5；海冰的介电常数与频率呈负相关，盐度会影响介电常数随频率变化的速率，盐度越大，变化速率越小。最后利用试验结果建立纯冰及盐水冰介电常数预测模型， R²分别为0.75、0.68，P值分别为0.005、0.008，均方根误差分别为1.1、3.4，残差平方和分别为40、127，模型拟合效果较好，回归效果显著且满足精度要求。表明通过物理特性来反演极区海冰的介电常数具有可行性，有望通过海冰物理特性与介电性能的关系对极区海冰进行监测。

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

Select

高通量微液滴技术在南大洋沉积物微生物分离培养中的应用研究

刘忆思, 廖丽, 陈波, 张瑾, 刘仁宗, 毛梦婷, 段泽东

2025, 37 (3): 541-550. DOI: 10.13679/j.jdyj.20240053

摘要 ( 60 )

PDF(570KB) ( 22 )

为评估微液滴技术在极地微生物分离培养中的可行性, 探索其对提升微生物培养效率的潜力, 本研究采用高通量微液滴包裹技术, 开展南大洋沉积物样品的微生物分离与培养研究。研究结果表明, (1)与传统平板分离法相比, 高通量微液滴法分离培养出的菌株类群存在差异。尽管两种方法都主要分离出了盐单胞菌属(Halomonas), 但它们在菌株占比上有所不同。(2)两种方法都成功分离出了对方未能培养出的其他菌株类群, 这表明结合使用这两种技术可以有效增强对微生物物种多样性的覆盖。(3)在本研究测试的条件下, 相较于传统平板分离法, 高通量微液滴法分离培养的菌株种类总数不占优势, 但在单位时间内能够获得更多的非冗余扩增子序列可变体(amplicon sequence variant), 体现了其在提升微生物分离培养效率上的潜力。以上结论可为探索高通量微液滴包裹技术在极地微生物分离培养中的应用提供科学依据, 也为今后在极地微生物的分离培养中进一步优化此类方法提供经验参考。

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

Select

基于FVCOM的南极长城站潮汐数值模拟

董轩, 黄岱颍, 胡松

2025, 37 (3): 551-562. DOI: 10.13679/j.jdyj.20230082

摘要 ( 66 )

PDF(2114KB) ( 18 )

中国南极长城站位于南极乔治王岛的菲尔德斯半岛南端, 其附近海域的潮汐观测研究对于长城站建设和维护及其海洋研究等都具有重要意义。本文基于三维水动力海洋数值模型(FVCOM), 模拟南设得兰群岛及长城站邻近海域的潮汐动力过程, 并将模式输出的2015—2017年3年的夏季水位与长城站实测水位对比, 发现模型能够较好地模拟计算海域内的潮汐过程。应用以上的模型结果, 本文还探讨了长城站附近海域往复流和旋转流的分布特征, 发现其最大可能潮差分布呈现东南角大、西北角小, 在乔治王岛东北端和西南端都存在极大潮差的特点。

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

Select

极地冰盖钻孔孔壁截面形态高精度测量方法与装置优化设计

柏洪亮, 张楠, Pavel Talalay, 陈艳吉, 刘昀忱, 范晓鹏, 宫达, 韩博

2025, 37 (3): 563-573. DOI: 10.13679/j.jdyj.20230070

摘要 ( 103 )

PDF(2979KB) ( 14 )

极地冰川钻探已成为极地科学研究的热点, 而极地冰盖钻孔孔壁截面形态数据能够提供冰川运动规律和冰盖稳定性等信息。本文针对吉林大学研制的极地冰盖钻孔高精度物理参数检测的测井仪对于钻孔孔壁截面形态的测量需求, 设计了一种新型测量装置, 其结构精简, 测量精度高, 对零部件的维护与修理也十分便捷。为验证这种测量装置结构的合理性与精度, 本文对该装置结构及其重要零部件进行了数值模拟分析和实验验证。同时针对该测量装置结构中存在的不足, 提出了改进方法, 该方法提高了测量装置的测量精度和数据处理便捷性。以上改进既扩大了该测量装置的适用范围, 也使其适用于各种尺寸钻孔横截面形态的测量, 为极地冰盖钻孔孔壁截面形态的高精度测量提供了有力工具, 有利于推动对冰川运动规律和冰盖稳定性等方面的研究。

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

Select

基于多状态故障树的北极船舶冰困风险预警模型

姜河蓉, 吴铭燕, 付姗姗, 敖晨韵, 王胜正

2025, 37 (3): 574-584. DOI: 10.13679/j.jdyj.20230075

摘要 ( 118 )

PDF(542KB) ( 20 )

北极海冰状态和气候变化给船舶航行安全保障带来了挑战, 为降低船舶冰困的风险, 保障船员和船舶安全, 开展北极航行船舶冰困风险预警研究具有重要意义。本文从气候环境、海况、冰况、船舶和人为因素等方面对诱发北极航行船舶冰困的风险因素进行了识别, 结合船舶航行分级预警规则构建了基于多状态故障树的北极航行船舶冰困风险预警模型, 同时对海冰环境、船舶运行状态等组合场景下的船舶冰困风险进行了概率预测。本预警模型由16个节点(包含12个基本事件、3个中间事件和1个顶事件)组成, 且节点设定了报警、警告、提醒和安全4种状态等级, 可根据北极航行船舶实测数据进行冰困风险动态预警。

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

Select

基于SARIMA-LSTM组合模型的北极航道冰情预测与适航性分析

胡麦秀, 胡若兰

2025, 37 (3): 585-602. DOI: 10.13679/j.jdyj.20230063

摘要 ( 120 )

PDF(5072KB) ( 33 )

本文基于1991—2021年北极航道海冰密集度和厚度的观测数据以及国际海事组织(International Maritime Organization, IMO)最新发布的极地操作限制评估风险指数系统(POLARIS), 对北极航道的综合航行风险值进行分析, 并运用SARIMA-LSTM组合模型对北极航道冰情开展中长期变化趋势预测, 同时评估两种具有代表性船型在航道上的通航能力。结果表明: (1)2022—2035年北极航道的冰情与前10年相比, 呈现一定程度的减轻, 包括海冰密集度和厚度均值分别下降了11.31%和4.82%, 夏秋两季冰情变化更为明显; (2)基于IMO最新发布的POLARIS冰区航行风险评估系统, IACS PC7冰级船与IACS PC3冰级船的综合航行风险均不断下降; 7—12月IACS PC7冰级船在北极航道各海区风险指数结果大于0, 船舶在此期间航行风险是可控的和可正常操作的; 而IACS PC3冰级船则在全年各海区风险指数结果大于0, 全海域航行风险是可控的和可正常操作的; (3)基于船舶航行实际模拟设定的通航标准, 对于不同冰级船在北极航道的可通航时间预测则存在着较大差异性, 其中IACS PC7冰级船的可通航时间没有出现明显变化, 依然为每年8—11月; 而IACS PC3冰级船的可通航时间则从每年7月至翌年1月延长到每年6月至翌年2月。

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

Select

《2022年印度南极法》的特色及借鉴意义

陈忠华

2025, 37 (3): 603-616. DOI: 10.13679/j.jdyj.20240097

摘要 ( 110 )

PDF(424KB) ( 24 )

《2022年印度南极法》是印度首部综合性的南极立法, 是作为南极条约协商国的印度参与南极治理最为重要的法律依据。在该法生效的同时, 印度出台了《印度南极环境保护规则》以进一步细化和执行《2022年印度南极法》中的有关规定。本文通过解析《2022年印度南极法》的立法逻辑, 重点分析了该法如何构建以行政许可为核心的立法结构, 并通过与印度其他国内法规则的协调机制, 有效履行其在南极条约体系下的国际义务。此外, 本文通过与其他国家的南极立法进行比较研究, 旨在识别《2022年印度南极法》中具有显著特色的重点制度, 评估其对印度参与南极治理实践的积极影响与潜在挑战。鉴于中国目前正在制定法律层级的南极立法, 相关研究对中国南极立法以及中国进一步参与南极治理具有一定的借鉴意义。

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

Select

北极遥感影像云检测方法综述

雷雨虹, 尚子溦, 王星宇, 王之屹, 石宝龙, 迪里努尔·牙生, 王田宇, 王金艳

2025, 37 (3): 617-630. DOI: 10.13679/j.jdyj.20230081

摘要 ( 63 )

PDF(3151KB) ( 13 )

北极地区是全球气候变化响应的最敏感区之一, 精确的北极云检测对于提高北极地区乃至全球辐射能量收支估算精度具有重要意义。北极地区下垫面大多常年被冰雪覆盖且地面观测站点稀少。因此, 应用多光谱卫星遥感技术成为了北极云检测的必要途径, 卫星遥感云检测数据集为北极遥感影像云检测提供了重要的基础。本文梳理所汇总的国内外常用的卫星遥感云检测数据集, 较详尽地总结了传统阈值法、经典机器学习法以及深度学习法3类北极云检测方法的代表性工作。同时, 通过分析对比不同方法代表性工作的优点和不足, 评估了北极遥感影像云检测相关方法中存在的问题并探讨了国产风云卫星用于北极云检测研究的发展潜力。本文还基于北极云检测方法未来的发展趋势, 提出了构建北极联合组网观测系统和遥感综合数据库的建议。

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

当期目录