极地研究

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近30年中国极地气象科学研究进展

陆龙骅, 卞林根

2011, 23 (1): 1-10. DOI: 10.3724/SP.J.1084.2011.00001

摘要 ( 2823 )

PDF(458KB) ( 2606 )

南极和北极是地球上的气候敏感地区，也是研究全球变化的关键区域。中国的南极和北极实地科学考察研究，分别始于20世纪80年代和90年代。作为国家行为，到2010年底，已经组织了27次南极考察、4次北极北冰洋考察和7次北极陆地考察；在南北极建立了4个科学考察站、5个(中澳/中美)合作自动气象站；初步形成了以有人考察站、无人自动气象站和“雪龙”号科学考察破冰船为主体的极地科学考察研究硬件支撑体系。极地气象科学考察研究是近30年来在我国有较大进展的科学研究领域，通过研究对极地与全球变化的关系有了初步认识。特别是在揭示南北极地区气候变化的时空多样性；建立极地考察的业务天气预报系统；诊断和模拟极地海冰变化特征；研究极地不同下垫面的大气边界层特征和中山站大气臭氧总量变化特征；探讨极地大气环境特征变化对东亚环流和中国天气气候的可能影响等方面取得了重要进展。在南北极地区，进一步加强国际合作，完善气象科学研究体系；监测大气要素的变化，提高极地气象业务水平；拓展极地气象科学考察研究领域，积极获取气候代用资料；认识极地在全球变化中的作用，为国民经济可持续发展提供科学支撑；仍是我国极地气象科学与全球变化研究的重要内容。

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2007/2008年和2008/2009年夏季南大洋以及普里兹湾POC的分布与变化

韩正兵, 扈传昱, 薛斌, 潘建明, 张海生

2011, 23 (1): 11-18. DOI: 10.3724/SP.J.1084.2011.00011

摘要 ( 2557 )

PDF(1485KB) ( 1599 )

在中国第24次和第25次南极科学考察期间，利用航渡表层水观测和普里兹湾定点观测，对颗粒有机碳(POC)的分布及其影响因素进行了研究。结果表明，南大洋表层水体的颗粒有机碳分布具有明显的区域性特征，表层水体POC的含量与营养盐和叶绿素a有着明显的相关分布趋势。南极水、亚南极水的表层POC浓度明显高于亚热带水和热带水，第24次南极科学考察期间亚热带和热带水、亚南极水和南极水的表层POC平均浓度为78.03，116.59和105.8 μg·dm^-3，要略高于第25次南极科学考察的49.36，59.39和71.54 μg·dm^-3，南大洋表层POC的年季变化，受多种因素的影响。第24次和第25次南极科学考察中普里兹湾及其邻近海域POC的浓度范围分别为12.78—363.73 μg·dm^-3和24.38—446.40 μg·dm^-3，表层分布主要表现出湾内高、湾外低的特点。湾内陆架区、陆坡区和湾外深水区的POC与Chl a都具有良好的正相关关系，相关系数R值分
别为0.8248，0.8049和0.6989，说明POC主要来源于浮游生物的贡献。并且，在POC的垂直分布上，受到光照、营养盐及海流等各种因素的影响，在物理和生物的相互耦合作用，致使POC的最大值有从湾内的表层最大值向湾外的次表层最大值转变的趋势。

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夏季南大洋普里兹湾有机质耗氧及营养盐再生过程模拟研究

扈传昱, 薛斌, 于培松, 孙维萍

2011, 23 (1): 19-25. DOI: 10.3724/SP.J.1084.2011.00019

摘要 ( 2539 )

PDF(700KB) ( 1503 )

在中国第22次南极科学考察期间, 通过南大洋普里兹湾150 m上表层水柱采集的浮游植物的现场培养实验, 研究了湾内陆架区III-11站与埃默里冰架边缘区IS-2站浮游植物颗粒物的降解过程, 估算了实验条件下研究海域浮游植物碎屑耗氧速率以及营养盐的生成速率。结果表明: 在实验初期DO含量变化明显, 随时间呈显著下降趋势, 而营养盐含量则呈上升趋势, 两者在实验后期均变化缓慢。在III-11站100 h内耗氧速率为92.592 mg/(m²·h), 实验初期磷酸盐、铵盐以及硅酸盐的生成速率分别为: 107.15, 65.10, 351.93 μmol/(m²·h)；在IS-2站50 h内耗氧速率为77.927 mg/(m²·h), 50 h后耗氧速率降为21.142 mg/(m²·h), 50 h内磷酸盐、铵盐以及硅酸盐的生成速率分别为: 43.61, 137.32, 60.89 μmol/(m²·h)。

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生物硅在东南极湖泊古初级生产力研究中的应用

姜珊, 刘晓东, 徐利强, 孙立广

2011, 23 (1): 26-34. DOI: 10.3724/SP.J.1084.2011.00026

摘要 ( 2355 )

PDF(2057KB) ( 1937 )

本文对南极中山站区的莫愁湖和大明湖沉积物中生物硅、有机质等环境指标进行了分析，并在对比研究的基础上，探讨了生物硅在重建东南极湖泊沉积生态环境记录研究中的应用。研究结果表明，大量保存较好的硅藻出现在东南极淡水湖泊沉积物中，生物硅含量在深度剖面上表现出显著波动，与有机质等生物地球化学指标具有一致的垂向变化趋势，表明它们具有共同的生态环境意义。当沉积物中生物硅、有机质等环境指标出现低值时，指示该时期湖藻生产量减少、湖泊初级生产力降低，反之则代表湖泊生产力相对较高的时期。上述研究结果证明，在湖泊生态系统相对简单，湖区周围主要为裸露基岩的东南极湖泊沉积物中，生物硅含量的变化能有效指示湖泊古初级生产力的大小，是研究东南极湖泊沉积生态环境记录的理想替代性指标。

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西南极菲尔德斯半岛海豹粪土沉积物有机地球化学特征

黄婧, 孙立广, 王新明, 王玉宏

2011, 23 (1): 35-41. DOI: 10.3724/SP.J.1084.2011.00035

摘要 ( 2033 )

PDF(639KB) ( 1685 )

本文研究了位于西南极菲尔德斯半岛海豹粪土的沉积泥芯HN1的分子地球化学组成特征。HN1沉积物的正烷烃以短链及n-C₂₃为主, 主要来源可能为湖相沉积的藻类、细菌和苔藓的输入。醇类组分以高浓度的植物甾醇和粪便甾醇为主, 分别代表了植被和海豹粪土沉积的输入, 指示了研究区域历史时期的生态变化。脂肪酸组分偶奇优势明显, 以C₁₆, C₁₈和C₂₄一元饱和脂肪酸为主, 主要来源可能是浮游动物、细菌及苔藓; 不饱和
脂肪酸含量很低, 以C_16∶1和C_18∶1为主, 表明沉积源单一稳定, 无大波动。综合HN1的生物标志物特征, 沉积柱保存较好, 其各个组分所反映的沉积物有机质来源统一, 主要来源于海豹粪、细菌、藻类和苔藓; 沉积环境在不同深度有变化, 底层细菌和真菌的活动比表层高。

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南极绕极流区中尺度涡动动能年际变化和转换机制

张文霞, 孟祥凤

2011, 23 (1): 42-48. DOI: 10.3724/SP.J.1084.2011.00042

摘要 ( 2505 )

PDF(2488KB) ( 1788 )

采用多种资料研究南大洋南极绕极流(Antarctic Circumpolar Current，ACC)区中尺度涡的年际变化规律及机制。通过分析网格化融合卫星海洋资料AVISO(Archiving, Validation and Interpretation of Satellites Oceanographic DATAAVISO)卫星高度计资料发现, ACC区涡动能(Eddy Kinetic Energy, EKE)的季节变化不明显, 但年际变化非常显著。对纬向风应力与年际南半球环状模(Southern Annular Mode, SAM)异常事件的分析表明, 纬向风应力极大/极小值超前EKE极大/极小值3年左右出现, EKE对风应力延时响应的时间及强度依赖于风应力异常的强度。此外, 还采用海洋环流与气候评估协会(Estimating the Circulation and Climate of the Ocean， ECCO)温盐数据, 计算了南极绕极流区斜压能量转化率的分布, 并基于此来分析年际尺度上风场、背景海洋间的能量传递关系。研究认为: ACC区中尺度涡的年际变化是由于年际南半球环状模相关的风应力变化引起ACC流量变化以及ACC相关洋域的等密面倾斜程度发生改变, 导致背景海洋向中尺度涡的斜压能量转换改变, 造成中尺度涡的活动产生年际调整。

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基于多策略的极地遥感反演模型集成研究

何亚文, 杨晓梅, 高锡章, 朱建钢, 刘健

2011, 23 (1): 49-55. DOI: 10.3724/SP.J.1084.2011.00049

摘要 ( 2850 )

PDF(3448KB) ( 3217 )

极地遥感反演模型是极地研究的一种非常重要的工具。遥感反演模型对极地研究具有重要性,分析遥感反演模型的特点，以持续性、业务化、统一调用为目标,提出极地遥感反演模型集成应用架构。基于该集成方案,提出基于多策略的模型改造方法,并从三个方面详细论述模型的集成模式。基于可执行程序的模型改造方法对模型进行改造,采用应用端的模型集成模式构建极地遥感反演模型集成原型系统,通过海冰密集度反演模型验证本研究提出的模型集成方法的正确性。

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雪龙在线网络信息平台的研发与展望

艾松涛, 鄂栋臣, 朱建钢, 李升贵, 汪大立, 单学武, 刘健, 雷靖

2011, 23 (1): 56-61. DOI: 10.3724/SP.J.1084.2011.00056

摘要 ( 2298 )

PDF(1299KB) ( 1876 )

雪龙在线是一个连接“雪龙”号与国内的网络信息平台, 借助于海事卫星通讯链路(BGAN)将船上航行动态信息与科考仪器数据与国内服务器进行交换, 并在互联网实时发布获取的动态数据, 为极地考察主管部门、考察队员及其家属以及社会公众提供一个了解“雪龙”号航行状态、关注极地考察的窗口, 并可通过国内专家团队和专业数据产品为“雪龙”号航行提供有益的信息支撑。雪龙在线目前已经开发的功能包括:实时数据游览、计划航线浏览、实际航迹点抽样显示、查询某一天的实际航线、“雪龙”号动态数据曲线图浏览、“雪龙”号历史航迹回放、南极考察队相关新闻发布以及从国内向“雪龙”号传递海冰分布图等; 后续还将进一步扩展陆地端到船端的信息传递和船岸双向互动功能。

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极地驻留时间对认知功能的影响

闫巩固, 王天乐, 张学民, 夏勇军, 肖倩, 黄志华

2011, 23 (1): 62-67. DOI: 10.3724/SP.J.1084.2011.00062

摘要 ( 1743 )

PDF(343KB) ( 1562 )

记忆、空间认知等基本认知功能是影响考察人员能否在南极高寒、单调、孤立、封闭的极端环境下完成复杂任务的基础认知能力。关于极地驻留时间长短对认知功能的影响尚缺乏专门的研究。本文通过计算机记录反应时技术, 追踪自度夏到越冬中期, 中国南极第25次队长城站越冬人员短时再认、记忆搜索、空间认知能力随驻留时间延长发生的变化。结果表明：在本研究期间, 随极地驻留时间延长, 队员短时记忆再认能力和记忆搜索能力没有显著变化, 82%的队员的空间认知能力有所提高。表明短时记忆和简单空间认知能力在极地环境下保持稳定甚至有所提升。本文研究结果对进一步研究极端环境下人类认知能力的特点有重要意义。

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用MODIS卫星数据来分析格陵兰海叶绿素和气溶胶光学厚度之间的关系

瞿波, 路海浪, Albert Gabric, 林道荣, 钱峰, 赵为华

2011, 23 (1): 68-76. DOI: 10.3724/SP.J.1084.2011.00068

摘要 ( 2684 )

PDF(595KB) ( 3501 )

主要利用卫星数据MODIS Aqua研究在北极格陵兰海(10°W—10°E, 70°N—85°N) 2003—2009年间叶绿素a (Chl a)与气溶胶厚度(AOD)的分布以及它们之间的耦合关系。研究发现, Chl a 和AOD在一定的区域里有着带有滞后期的耦合关系。同时通过统计软件EViews的滞后回归分析发现, Chl a滞后AOD三个月, Chl a 和AOD之间存在着协整关系, 也就是说, 他们两者之间有长期的均衡关系。总体来看, Chl a从3月份开始, 逐渐升
高, 到7月达到顶峰。AOD春天高, 夏天低。Chl a 和AOD在春天有较好的耦合性, 相关系数达到0.98。在80°N—85°N段, 除了2005年Chl a和AOD之间没有时间间隔外, 其余的年份时间峰值之间的间隔有增长的趋势, 7年增长了6周。AOD的峰值从原来的5月下旬前移了一个半月左右。Chl a的峰值从原来的7月下旬前移了两个月左右。2009年夏秋, 在75°N—85°N, Chl a明显高于其他年份。Chl a的明显增加与高含量的AOD及大量的冰盖融化有关。

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