极地研究

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中国极区高空大气物理学观测研究进展

刘瑞源杨惠根

2011, 23 (4): 241-258. DOI: 10.3724/SP.J.1084.2011.00241

摘要 ( 1785 )

PDF(9446KB) ( 1686 )

我国南北极考察事业的蓬勃发展开辟了极区高空大气物理研究新领域。回顾我国极地考察研究近30年辉煌发展历程，我们已经在极区高空大气物理学方面取得了长足进展：在南极中山站和北极黄河站建成了涵盖极光、电离层和地磁等要素的南北极共轭观测体系，积累了一个太阳活动周(10年)以上的系统观测资料；得到了极隙区纬度电离层变化特征，发现中山站电离层F2层存在明显的磁中午异常现象；用电离层垂测手段首次获得极隙区纬度等离子体对流模式，揭示了行星际磁场By分量对电离层漂移的控制作用；获得了南极中山站午后极光和北极黄河站日侧极光强度的综观分布，用地面观测数据证实了最近卫星观测发现的“15MLT”极光热点；用自然正交分量法对极区亚暴电离层等效电流体系的分析, 提出了极区电离层电流结构的“关键点模型”；分析出极隙区纬度上地磁Pc3脉动和Pc5脉动变化和传播特点，提出了“南北极共轭位置的极低频数据推定算法”；观测到高纬磁重联造成开放磁力线闭合的电离层征兆,得出通量传输事件(FTEs)的演化过程及在南北半球的响应；取得了灾变式太阳活动事件期间极区响应的某些规律性和新的认识；提出了非麦克斯韦速度分布情况下非相干散射功率谱的计算方法；用尘埃等离子体理论和分层介质传播理论探讨了PMSE产生机制；建立了极区电离层的三维时变模型，开展了极区电离层数值模拟，较好地解释了南极出现的“磁中午异常”现象。最后提出进一步开展我国极区高空大气物理观测研究的建议。

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亚暴等待时间的统计学分析：IMAGE卫星观测

王慧杨冰华滢 Liu William

2011, 23 (4): 259-263. DOI: 10.3724/SP.J.1084.2011.00259

摘要 ( 1567 )

PDF(1088KB) ( 1223 )

本文利用IMAGE 卫星FUV极光图像数据，对北半球极光椭圆带2760个亚暴事件进行统计分析，得到亚暴等待时间的统计分布，并利用简单的数学模型对卫星轨道的影响进行了讨论，得到以下结论：（1）亚暴等待时间在2-3小时附近有一个峰值，较低纬度（近磁尾）发生的亚暴事件，其等待时间略长于较高纬度（远磁尾）发生的亚暴事件；（2）近磁尾发生的亚暴其等待时间分布主要是高斯分布，远磁尾发生的亚暴其等待时间分布是高斯和泊松分布的叠加，表明近磁尾发生的亚暴事件比远磁尾的亚暴事件更具有周期性；（3）卫星轨道的影响主要在10小时以后，对近磁尾发生的亚暴事件的影响更大，造成8小时处伪峰值的出现。

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南极中山站极光亚暴期间的I(557.7nm)/I(427.8nm)比值变化分析

胡国元艾勇张虹

2011, 23 (4): 264-268. DOI: 10.3724/SP.J.1084.2011.00264

摘要 ( 1740 )

PDF(835KB) ( 1271 )

对1999年4月8日南极中山站极光亚暴期间不同谱线的极光强度比值进行讨论，并据此讨论了亚暴期间沉降粒子能量随时间变化的情况。得出I(557.7nm)/I(427.8nm)和I(630.0nm)/I(427.8nm)比值在平静时期分别在5-22和1-2.76之间变化，该变化不是由原子氧浓度空间分布变化所引起，而可能是由沉降粒子的能量变化和一些其它机制所引起；极光亚暴期间，强度比值急剧减小，分别在1.66-6.5和0.071-1之间变化，该变化主要是由于沉降电子能量的增加引起的；在极光亚暴的初始阶段，上述强度比值达到最小，说明初始阶段的沉降电子能量最高，随着极光亚暴的结束，沉降电子的能量也逐渐恢复到亚暴前的水平。

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基于极地近岸海洋环境监测系统的南极长城湾生态环境季节变化初析

何剑锋张芳蔡明红崔世开杨海真王项南

2011, 23 (4): 269-274. DOI: 10.3724/SP.J.1084.2011.00269

摘要 ( 2281 )

PDF(2103KB) ( 1595 )

利用我国首次在南极长城湾海域布放的极地近岸海洋环境监测系统，以2010年12月13日至2011年3月22日期间获得的监测数据为例，对该海域基本环境参数和叶绿素a含量季节变化进行了初步分析。结果表明，温度变化在观测期间总体上呈上升趋势，而受夏季陆地淡水输入的影响，盐度的总体变化趋势正好相反。观测期间温度的变化范围为0.27～2.52°C，在1月中旬和2月下旬分别出现明显峰值；盐度变化范围为33.86～34.19，在1月初、1月中旬、2月下旬以及3月上中旬出现明显的低峰值。叶绿素a含量在观测开始至12月底迅速上升，而后一直维持在一个相对较高的水平。在观测时间内分别在12月底、1月中旬和2月下旬出现峰值，最高值达4.22 μg/L。叶绿素a含量与水温存在明显的相关性。初步数据分析及与历史监测数据的对比分析表明，研发并在长城湾布放的极地近岸海洋环境监测系统作为一种新型的极地海洋环境监测工具稳定、可靠，与传统监测方法的结合可实现对南极近岸海域环境的精细监测。

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2002年1月份南极普里兹湾海域南极磷虾（Euphausia superba Dana）的丰度和种群结构的研究

刘永芹孙松张永山刘会莲

2011, 23 (4): 275-282. DOI: 10.3724/SP.J.1084.2011.00275

摘要 ( 2332 )

PDF(3718KB) ( 1475 )

本文对2002年1月在南极普里兹湾海域三个断面（68.5°E，70.5°E和73°E）用IKMT网采集的南极磷虾（Euphausia superba Dana）的水平分布、种群结构和生长状态进行了研究。南极磷虾主要位于64°S以南的海域，64°S以北磷虾数量很少。南极磷虾的平均丰度和生物量分别为68.85 ind/1000 m3和24.16 g/1000 m3，丰度和生物量最高的4个站位均位于深海区。磷虾的体长范围在30 – 53 mm之间（N = 1758），平均体长为38.45 ± 3.68 mm（SD）。南极磷虾的雌性比例接近1：1，雌体占47.6%（次成体：31.9%；成体5.7%），雄体占46.6%（次成体：42.7%；成体3.9%），未成体占5.8%。南极磷虾种群结构存在地域差异，调查海域西部未成体比例较高、雄体发育状态较低、生长状态较好，而东部情况相反；70.5°E和73°E的站位磷虾种群结构存在纬度差异，高纬度区域磷虾体长较小，雌雄比例较高；低纬度区域体长较大，雌雄比例较小。

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低温脂肪酶基因在巴斯德毕赤酵母中的高效表达

王永杰沈继红丛柏林林学政黄晓航

2011, 23 (4): 283-288. DOI: 10.3724/SP.J.1084.2011.00283

摘要 ( 1783 )

PDF(1375KB) ( 1988 )

通过PCR技术扩增得到了编码南极嗜冷菌低温脂肪酶948的基因序列，将其与表达载体pPIC9K连接后转化巴斯德毕赤酵母GS115，通过筛选得到了高效表达低温脂肪酶的酵母菌株，该菌株发酵48h后上清中脂肪酶活性达到27.5U/mL，普遍高于其他低温脂肪酶在毕赤酵母中的表达活性，为该低温脂肪酶的工业化应用奠定了一定的基础。

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东南极中山站附近湖冰与固定冰热力学过程比较

雷瑞波李志军张占海程言峰

2011, 23 (4): 289-298. DOI: 10.3724/SP.J.1084.2011.00289

摘要 ( 2060 )

PDF(5737KB) ( 1463 )

2006年对东南极中山站附近湖冰和固定冰的热力学过程进行了系统观测。基于观测数据比较了湖冰和固定冰热力学生消过程；分析了湖冰和固定冰温度对气温变化的响应规律；计算了不同深度层湖冰和固定冰的垂向热传导通量。结果表明：观测的湖泊和海岸均在2月底–3月初形成连续冰层；湖冰9月底–10月初达到最大冰厚，早于固定冰1–2个月，湖冰最大冰厚在156–177cm之间，固定冰最大冰厚在167–174 cm之间；湖冰和固定冰温度相对气温变化均存在高频衰减和相对滞后，随着深度增大其高频衰减和相对滞后均有所增大，其中固定冰更为明显，这导致相同深度的海冰垂向热传导通量要小于湖冰的相应值；融冰期，固定冰脱盐过程导致其融点温度有所升高，从而出现冰温高于当地海水冻结温度的现象。

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东南极埃默里冰架东缘赖茵博尔特丘陵构造变形过程及其构造意义

刘健赵越刘晓春崔建军胡健民

2011, 23 (4): 299-309. DOI: 10.3724/SP.J.1084.2011.00299

摘要 ( 1753 )

PDF(7889KB) ( 1021 )

提要对赖茵博尔特丘陵地区的构造变形过程分析表明，该地区发育4期主要构造变形。D1期主要是区域性近EW向片麻理形成阶段,其变形时代为>970 Ma；D2期是在正片麻岩形成了近EW向轴面陡立韧性剪切褶皱，以及剪切面理上发育的各种紧闭不对称褶皱和低角度拉伸线理，其变形时代为新元古代早期。D3期变形发生在寒武纪早期，以构造抬升至地表过程中产生的近EW向高角度正断层为代表，同时在詹宁斯岬地区伴随着紫苏花岗岩侵入；D4期变形为赖茵博尔特丘陵和詹宁斯岬地区NE-NNE向密集破劈理形成阶段，其形成时代可能为晚中生代-新生代。赖茵博尔特丘陵地区D1-2期构造变形与北查尔斯王子山地区构造变形过程类似，应该属于雷纳杂岩的东延部分。在其以北存在早寒武纪（泛非期）的詹宁斯岬紫苏花岗岩体，结合前人资料，推测在两地区之间存在近S-N向的普里兹造山带西部构造边界。据此认为普里兹造山带很可能不通过兰伯特地体，而是向南延伸经过格罗夫山并且通过甘布尔采夫冰下山脉。

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2011年春季北极臭氧异常低值监测和特征分析

王维和张艳李晓静张兴赢郑照军刘瑞霞

2011, 23 (4): 310-317. DOI: 10.3724/SP.J.1084.2011.00310

摘要 ( 1923 )

PDF(8211KB) ( 1286 )

利用我国第二代极轨气象卫星“风云三号”A星（FY-3A）搭载的紫外臭氧总量探测仪（TOU），对全球臭氧总量分布连续监测的遥感数据发现，自2011年3月初开始，北极地区臭氧总量急剧下降，形成一个臭氧低值区，三月中旬低值区中心部分臭氧总量日平均值只有同期的一半左右。文中分析了风云三号气象卫星及国外卫星1979～2011年北极地区春季臭氧监测结果与北极平流层低层极涡活动的关系。研究结果表明，2011年春季北极臭氧总量异常低值是极冷的极涡引起的，自上世纪80年代以来北极春季臭氧总量呈现下降的趋势，而北极春季臭氧总量的年际变化主要取决于北极极涡的强弱。

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南极地区大陆架划界引发的法律制度碰撞

朱瑛薛桂芳李金蓉

2011, 23 (4): 318-327. DOI: 10.3724/SP.J.1084.2011.00318

摘要 ( 2220 )

PDF(2186KB) ( 2308 )

自《南极条约》1961年生效以来，南极地区一直处于以《南极条约》为核心的南极条约体系的约束之下。1982年《联合国海洋公约》（以下简称《公约》）建立了大陆架制度，要求沿海国应在批准《公约》生效十年内完成200海里以外大陆架外部界限的划定。1994年《公约》生效后，澳大利亚、挪威、阿根廷和英国在提交各国200海里以外大陆架外部界限划界案时，先后对南纬60°以南地区的外大陆架提出主张要求。本文通过解读南极洲领土主张国提交的外大陆架划界案和有关大陆架外部界限的初步信息，跟踪研究大陆架界限委员会审议的有关南极地区的划界案案例，分析沿海国在南极地区的大陆架划界主张的法律依据，进而深入剖析南极条约体系和《公约》两种法律制度在南极地区的矛盾与冲突，并探讨南极地区法律制度的发展走向。

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陨石Cr同位素组成测试技术及其在天体化学研究中的应用

王桂琴王道德杨晶

2011, 23 (4): 328-337. DOI: 10.3724/SP.J.1084.2011.00328

摘要 ( 1923 )

PDF(767KB) ( 1500 )

Cr同位素在天体化学中已开始得到广泛应用，作为一个新的研究手段它在天体化学领域中主要应用于追溯太阳系早期历史演化和定年，随着分析技术的发展，使我们可以对陨石物质中更微细的Cr同位素变化进行测定，也给我们一个新的机遇去重新认识和评价Cr同位素在太阳系中的分布规律及成因模式。

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极地冰芯中火山记录的研究进展

姜苏李院生马红梅安春雷史贵涛孙波

2011, 23 (4): 338-345. DOI: 10.3724/SP.J.1084.2011.00338

摘要 ( 1770 )

PDF(486KB) ( 1986 )

火山活动产生的硫酸气溶胶是影响气候变化的重要因素，这些气溶胶经大气环流被传输至极区并沉降和保存在极地冰盖上。根据火山气溶胶的性质，研究者们提出了冰芯中火山信号的识别方法，并据此重建了历史时期保存在极地冰盖不同地点的火山活动记录。这些记录在判别具有全球气候效应的火山事件、冰芯定年以及研究近1000年来火山活动对气候的影响等方面发挥了重要作用。然而，目前依据极地冰芯建立的火山记录还不足以为人们明确火山活动对气候系统的影响提供丰富而详实的数据。因此，今后应获取更多的具有长时间尺度的极地冰芯样品，对其进行高分辨率分析，提高定年准确度。在此基础上重建过去万年至百万年尺度的火山活动记录，并辨别出具有全球气候效应的火山事件，以进一步研究火山活动对气候系统的影响。

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