极地研究

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南极中山站极区空间环境观测系统

黄德宏胡红桥刘瑞源杨惠根胡泽骏刘建军何昉刘勇华韩德胜

2016, 28 (1): 1-10. DOI: 10.13679/j.jdyj.2016.1.001

摘要 ( 988 )

PDF(4760KB) ( 1669 )

中国南极中山站位于极隙区纬度, 可以观测到丰富的日地能量传输过程的电离层征兆和极光现象, 非常适合开展极区空间环境观测研究。自1989年开始建设以来, 中山站极区空间环境观测系统经历了观测设备的不断完善和发展, 现已建立了涵盖地面极光、电离层和地磁观测多要素、多手段的自主观测体系, 实现了极区空间环境的连续监测并建立了数据库。所有观测设备的运行状态可实时监控, 地磁、宇宙噪声吸收等数据实现了准实时远程传输。最后展望我国极区空间环境观测研究的发展前景。

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径向行星际磁场下的场向电流的统计学研究

曹雪刘丁维黄韬张科灯

2016, 28 (1): 11-18. DOI: 10.13679/j.jdyj.2016.1.011

摘要 ( 1047 )

PDF(3938KB) ( 1139 )

基于CHAMP卫星高精度磁场观测数据，对2001—2009年径向行星际磁场(RIMF, radial interplanetary magnetic fields)条件下的场向电流的分布特征进行了统计学分析, 并与2001—2009年期间场向电流的平均强度进行了对比研究, 结果表明：正午时刻场向电流的平均强度对地偶极子倾角有明显线性依赖, 冬夏季电流强度比值约为3左右, RIMF条件下冬夏季比值降为2；相对年平均值来说, RIMF条件下行星际磁场总幅度、重联电场、太阳风动压均有所减小, AE指数减弱, Dst指数略有降低；在通常情形下重联电场是场向电流很好的控制参数, 但是在RIMF下, 重联电场不再与电流强度相关；北半球电流强度在向地IMF条件下大于向日IMF, 而南半球则相反, 虽然RIMF条件下场向电流的均值小于年平均值, 但是正午时段场向电流强度大于年平均值的概率大约为0.2, RIMF条件下仍然有地磁扰动事件(比如亚暴事件)发生。

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基于South Pole站和McMurdo站的极区电离层闪烁统计特性

李鹏辉胡红桥方涵先刘瑞源杨升高

2016, 28 (1): 19-24. DOI: 10.13679/j.jdyj.2016.1.019

摘要 ( 835 )

PDF(3274KB) ( 1111 )

利用South Pole和McMurdo两个站2013年12月至2014年11月期间的电离层相位闪烁数据，统计分析了两站电离层相位闪烁发生率的周日分布和季节分布。统计结果表明，两站的相位闪烁发生率在季节分布上，春秋季明显大于夏冬季；在周日分布上呈双峰结构。在磁中午附近和磁子夜后有较大的闪烁发生率。磁中午附近是因为极隙区的软电子沉降和电离层对流导致的电离层不均匀性，造成较强的无线电波闪烁；磁子夜附近闪烁增强可能是穿越极盖区的等离子体云破碎造成较大密度梯度导致。总体上说，McMurdo站的闪烁发生率高于South Pole站，这可能是因为它们所处的磁纬不同所致。

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2012年夏季北极浮冰生物群落结构及垂直分布特征研究

贾书磊张芳林凌贾睿何培民何剑锋

2016, 28 (1): 25-33. DOI: 10.13679/j.jdyj.2016.1.025

摘要 ( 963 )

PDF(2885KB) ( 1225 )

海冰生物群落是北极生态系统的重要组成部分，在北冰洋初级生产和碳循环中扮演着重要角色。本文利用荧光显微分析技术对2012年度夏季采集于北冰洋中心区的浮冰生物群落进行了分析，结果显示：柱总生物量平均为105.85±53.41 mgC •m^-2，其中细菌占生物量的47.2%，而后依次是硅藻（26.7%），鞭毛虫（18.2%），鞭毛藻（6.9%）和纤毛虫（1.0%）。最高纬站位（123°43.454′E 87°39.598′N）出现冰底鞭毛藻藻华现象，生物量可达329.6 μg C•L^-1，该站位生物群落处于硅藻藻华后期，海冰上层存在较大程度的融冰作用，底部冰芯营养盐N/P比较高，可能形成有利于鞭毛藻生长的小生境。与已有研究结果的对比表明，近年来夏季北极海冰的快速融化对浮冰生物群落结构产生了明显影响，异养类群生物量升高，细菌取代硅藻成为优势类群。

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南极菲尔德斯半岛土壤可培养细菌多样性分析

杨晓丁慧臧家业张波涛赵倩丛柏林董龙龙岳同辉张斌王能飞

2016, 28 (1): 34-41. DOI: 10.13679/j.jdyj.2016.1.034

摘要 ( 880 )

PDF(3184KB) ( 1051 )

对中国第29次南极科学考察采自南极菲尔德斯半岛区域16个站位的土壤样品进行了细菌的分离培养。经细菌16S rDNA序列测定及系统发育分析，共鉴定得到3个门，13个属的67株细菌。其中优势门为放线菌门（Actinobacteria）和变形菌门（Proteobacteria），优势属为节杆菌属（Arthrobacter）和假单胞菌属（Pseudomonas）。研究还对受到不同外界动物因素影响的4个典型站位的土壤理化性质进行了测定，初步分析了土壤理化因子对可培养细菌群落结构的影响。结果表明在菲尔德斯半岛人活动对土壤中可培养细菌群落的影响显著区别于企鹅和海豹。研究还对产淀粉酶的菌株进行了筛选，发现8株产淀粉酶的菌株。

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南极普里兹湾及邻近南大洋水体N₂O分布特征

吴曼詹力扬陈立奇

2016, 28 (1): 42-48. DOI: 10.13679/j.jdyj.2016.1.042

摘要 ( 1029 )

PDF(1935KB) ( 1353 )

利用中国第25和26次南极科学考察航次获得南极普里兹湾及邻近南大洋附近水样，采用顶空气相色谱法分析其中N₂O含量，结果表明普里兹湾陆架水体N₂O浓度较低，介于13.2—17.4 nmol•L^-1, 且呈现不饱和状态，饱和度异常值为-7%；而普利兹湾附近南大洋水体中N₂O浓度较高，介于15.5—23.3 nmol•L^-1，除表面一层极薄的不饱和层外，中层至底层水体相对工业革命前大气浓度为高度过饱和状态。该区域N₂O的分布格局与复杂的水团特性和水文过程有密切关系。N₂O含量不饱和的普里兹湾陆架水（SW）和绕极深层流（CDW）混合下沉形成南极底层水（AABW），可能为温室气体N₂O提供向深层海洋输运的通路。这个过程为大气N₂O提供了一个汇的机制，使南极近岸水体成为大气N₂O的汇区。

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印太暖池区域海温异常与北极海冰变化的联系

陈迪高山红陈锦年

2016, 28 (1): 49-57. DOI: 10.13679/j.jdyj.2016.1.049

摘要 ( 1043 )

PDF(6591KB) ( 1398 )

采用统计方法, 分析了全球海洋表层海温和印太暖池区域海表温度的长期变化特征, 探讨了热带印度洋-西太平洋(印太暖池)海表温度异常(SSTA)与北极海冰快速消融之间的可能联系。结果表明, 从整体来看, 百年来全球SSTA呈现缓慢升高, 但期间也存在年际变化的波动, 近10年来全球SSTA升高有减缓的趋势, 印太暖池区域的SSTA长期变化与全球基本一致。而北极海冰覆盖率自上世纪80年代初由正距平转换为负距平, 且以－1.5%/10年的速度快速减少, 每年7―10月的海冰覆盖率减少速度最快, 分别为－2.6%/10a、－2.8%/10a、－3.0%/10a和－2.5%/10a。由相关分析可知, 北极海冰覆盖率的快速减少与印太暖池区域SSTA变化存在密切联系, 它们之间存在准两年的显著相关。这种联系的重要途径是通过北极涛动(AO)作为桥梁来完成的。采用回归分析, 首次建立了夏秋季北极海冰变化与印太暖池区域SSTA之间的预报方程, 并对未来两年北极海冰的变化进行了预测试验, 2015年和2016年6―10月北极海冰覆盖率异常变化均为－6.16%, 仍为快速减少的两年。这一工作对北极海冰变化的深入研究和预测具有一定的推动作用, 对全球气候变化的评估提供了理论依据。

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2013-2014年夏季南极普里兹湾海面反照率走航观测研究

李明广雷瑞波李志军韩红卫田忠翔

2016, 28 (1): 58-66. DOI: 10.13679/j.jdyj.2016.1.058

摘要 ( 850 )

PDF(3767KB) ( 1132 )

在 2013—2014年南半球夏季时对南极普里兹湾海区的反照率进行了走航观测。利用安装于破冰船船头的高光谱辐照度计测量入射和反射的350—920 nm的太阳短波辐射, 基于此观测数据, 经计算得到了反照率。分析比较不同下垫面的反照率, 通过比较不同航段的观测结果, 得到了反照率的空间变化以及从海冰融化期至冻结初期的变化。不同下垫面的反照率差异较大, 有积雪覆盖的固定冰反照率最大, 有积雪覆盖的浮冰其次, 而积雪融化的浮冰则反照率有所降低。新冰的反照率较低, 有积雪覆盖的新冰反照率迅速增加。比较不同波段的反照率, 发现融化期由于积雪含水量较大, 增加了对近红外辐射的吸收, 降低了该波段的反照率。结合卫星遥感(AMSR-2)和人工观测的海冰密集度, 发现区域平均的反照率主要取决于海冰密集度, 然而也受下垫面物理特征影响, 例如2月底至3月初形成的新冰, 反照率只有老冰的1/3— 1/2。新冰形成, 会直接增加海冰密集度, 但由于其反照率较低, 对空间平均反照率的贡献较小。因此, 若要建立合理的冰水混合区的反照率参数化方案, 必须充分考虑海冰类型和冰面积雪的物理状态, 并考虑反照率的波长依赖性。

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2011/2012年夏季南极半岛北端周边海域的水团与水交换

史久新孙永明矫玉田郝光华王妙

2016, 28 (1): 67-79. DOI: 10.13679/j.jdyj.2016.1.067

摘要 ( 915 )

PDF(7565KB) ( 765 )

通过分析中国第28次南极考察队于2011年12月至2012年1月在南极半岛北端周边海域获得的5条断面CTD观测温盐剖面数据, 进一步认识了该海域的水团组成和水交换情况。观测区域南部的鲍威尔海盆及周边深海区, 可以观测到保持了较显著高温核心的威德尔深层水、密度大于28.27 kg·m^-3的威德尔海深层水以及温度低于－0.7 ℃的威德尔海底层水。周边陆坡上的威德尔海深层水则表现出因与周围水体发生混合而核心性质减弱的特征。在菲利普海岭、埃斯佩里兹海槽等复杂地形处, 观测到的对应于威德尔海深层水深度的混合与热盐入侵过程更为显著。威德尔海深层水能够到达南设得兰群岛以北的象岛东北面海域, 但是高盐核心加深至1 500 db, 并上覆温度基本不变但盐度随深度显著增大的较暖水体, 表明威德尔海深层水经历了不同的路径和变性过程。布兰斯菲尔德海峡中没有绕极深层水大规模侵入的迹象, 但是乔治王岛周边陆架上可能存在涡旋等中尺度过程, 会影响德雷克海峡与布兰斯菲尔德海峡之间的水交换。

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南极普里兹湾附近海域表层海流特征分析

吉会峰邓小东曹兵徐常三邬惠明

2016, 28 (1): 80-86. DOI: 10.13679/j.jdyj.2016.1.080

摘要 ( 849 )

PDF(2274KB) ( 1263 )

利用第29次南极科考期间在普里兹湾海区释放的8个Argos漂流浮标所获的总计662 d的数据，对普里兹湾及其邻近海域的表层海流特征进行了分析并和以前的研究结果进行对比，结果表明：普里兹湾西部和北部表层海流基本呈现向西的流动，说明此地区的表层海流以沿南极大陆的逆时针沿岸流为主。普里兹湾东部海流呈现先向南再向西或先向南再向北的流动，普里兹湾西北部海流呈现向南的流动。8个浮标平均流速在0.02—0.20 m•s^-1之间，最大流速为1.57 m•s^-1，流速＞1.0 m•s^-1的大流速区主要集中在普里兹湾、克洛斯角外侧、达恩利角外侧海域，流速＞1.5 m•s^-1的大流速区只出现在普里兹湾、克洛斯角外侧两处海域。

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2014年夏季北极东北航道冰情分析

李新情程晓惠凤鸣翟梦茜张媛媛

2016, 28 (1): 87-94. DOI: 10.13679/j.jdyj.2016.1.087

摘要 ( 1368 )

PDF(6094KB) ( 1521 )

使用2003—2014年6—9月份的AMSR-E和AMSR-2海冰密集度数据计算了北极海冰范围, 并获得海冰空间分布图。通过分析得出, 2014年北极夏季海冰范围在数值上与2003—2013年的多年平均值很接近, 在空间分布上与多年中值范围相比主要表现为两个方面的不同：(1)2014年夏季拉普捷夫海及其以北海域海冰明显少于多年中值范围, 9月份冰区最北边界超过了85°N；(2)巴伦支海北部斯瓦尔巴群岛至法兰士约瑟夫地群岛区域海冰范围明显多于多年中值范围, 而且海冰范围在8月份不减反增, 冰区边界较7月份往南扩张了约0.8个纬度。2014年夏季在拉普捷夫海以南风为主, 而在巴伦支海以北风为主。南风将俄罗斯大陆上温暖的空气吹向高纬地区, 造成高纬地区温度偏高, 促进拉普捷夫海海冰融化, 并使海冰往北退缩。北风将北冰洋上的冷空气吹向低纬地区, 造成巴伦支海的气温偏低, 不利于海冰的融化, 同时北风使海冰往南漂移扩散, 造成巴伦支海北部海冰范围在2014年偏多。2014年北地群岛航线开通时间范围大约在8月上旬到10月上旬, 时长约两个月。新西伯利亚群岛及附近海域的开通时间稍早于北地群岛, 但关闭时间比北地群岛晚, 所以 2014年东北航道全线开通的时间主要受制于北地群岛附近海冰变化。

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基于AMSR-E遥感数据应用强度比参数确定多年冰的方法探讨

张树刚郭发东张继明刘雷白雪娇

2016, 28 (1): 95-102. DOI: 10.13679/j.jdyj.2016.1.095

摘要 ( 1004 )

PDF(4903KB) ( 1061 )

研究发现，AMSR-E的垂直极化的18.7 GHz (V18.7)和36.5 GHz (V36.5)的亮温比值在一年冰覆盖区域主要是相应频段的海冰微波发射率之比, 而在多年冰覆盖区域受海冰微波发射率和海冰温度共同影响，并且海冰年龄越大亮温比值也越大。应用强度比参数可以比较好地确定冬季一年冰与多年冰之间的阈值, 其中, 在该阈值处, 强度比梯度达到最大。该阈值呈现明显的季节性变化规律, 在冬季阈值比较稳定, 而在夏季受海水的影响变化范围比较大。应用强度比方法确定的多年冰范围, 与NASA Team2 (NT2)方法相比在大西洋扇区差异非常小；而在太平洋扇区出现比较大的差异。对比发现强度比法确定的多年冰范围一般大于NT2法。

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基于Radarsat-2双极化数据的南极半岛冰盖冻融探测研究

王蒙李新武梁雷陆万雨

2016, 28 (1): 103-112. DOI: 10.13679/j.jdyj.2016.1.103

摘要 ( 1070 )

PDF(7235KB) ( 657 )

南极冰盖的融化对全球海平面上升和气候环境变化具有重要影响, 合成孔径雷达（SAR）用于划分南极冰盖冰川带及冻融探测具有不可替代的作用。本文以南极半岛地区为例, 基于C波段星载SAR影像进行南极冰盖冻融探测方法研究。通过对于南极冰盖干雪带、渗浸带和湿雪带的后向散射特征的分析, 采用基于后向散射因子阈值的决策树分类划分冰盖冰川带。统计分析表明, 冰川带后向散射因子分布并不集中, 尤其是融化强烈时的湿雪带受融化程度影响很大, 与干雪带相近而不能仅从后向散射因子数值区分。为将冰盖的冰川带分类, 引入干雪带分布和海拔高度作为辅助信息, 分别发展了两种决策树分类方法并比较分析, 同时利用微波辐射计冰盖冻融探测结果和自动气象站数据做验证。结果表明利用双极化SAR数据的后向散射因子基于两种决策树分类都能够有效地划分冰川带并区分冻融状态, 实现高分辨率的冰盖冻融探测。

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南极罗斯海盆地油气地质条件及资源潜力研究

杜民邓希光杨永刘金萍王改云

2016, 28 (1): 113-122. DOI: 10.13679/j.jdyj.2016.1.113

摘要 ( 853 )

PDF(9127KB) ( 719 )

罗斯海位于罗斯海湾北部、南极太平洋扇形区, 该区域的罗斯海盆地是南极最具资源潜力的盆地之一, 可进一步分为维多利亚地盆地、北部盆地、中央海槽和东部盆地四个次级单元。在对区域地层特征、地震地层特征进行总结归纳后, 也分析了盆地的构造、沉积、温压及烃类地化条件, 认为罗斯海盆地具有较好的油气地质条件。以二维地震、钻孔资料为基础, 对盆地成熟度及生烃量进行了模拟。研究认为：东部盆地与维多利亚地盆地油气生成区均较广, 但后者的源岩热演化程度较前者稍高, 而中央海槽与北部盆地在油气生成区域及热演化程度方面均较差；根据生烃量模拟结果, 同时选择合理的排聚系数, 推测罗斯海盆地的地质资源量约为91.5亿吨。

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澳大利亚南极利益——现实挑战与政策应对

吴宁铂陈力

2016, 28 (1): 123-132. DOI: 10.13679/j.jdyj.2016.1.123

摘要 ( 789 )

PDF(597KB) ( 2008 )

地理空间上的相对邻近性与最为广阔的领土主张，使得南极一直都是澳大利亚最为重要的战略重点之一。在积极参与南极事务的过程中，澳大利亚通过对其南极利益与面临的挑战所形成的明确具体的认识，逐渐建立起一系列完善、健全的政策机制，并将维护领土主权、加大科研投入、保护南极环境、获取经济收益作为现阶段的主要目标。

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北极头足类种类组成及分布研究进展

焦敏陈新军高郭平刘必林

2016, 28 (1): 133-144. DOI: 10.13679/j.jdyj.2016.1.133

摘要 ( 818 )

PDF(3455KB) ( 1422 )

头足类种类众多，分布范围广，是世界上最具开发潜力的海洋生物类群之一，近年来，北极海域渔业资源开发得到了世界各国的重视。据统计，头足类在北极海域共１４科２６属约４３种，分别隶属于乌贼目、八腕目和枪形目，主要种类为僧头乌贼（Rossia palpebrosa）、莫氏僧头乌贼（Rossia moelleri）、深海多足蛸（Bathypolypus arcticus）、深海蛸（Benthoctopus piscatorum）、西伯利亚深海蛸（Benthoctopus sibiricus）、须蛸（Cirroteuthis muelleri）和黵乌贼（Gonatus fabricii），北极大部分头足类都是通过探捕、兼捕或者从其他动物胃含物中获得，大部分分布在格陵兰海、挪威海和巴伦支海等海域。黵乌贼资源丰度为最高，但目前均没有商业性开发。本综述系统收集了分布在北极的头足类种类及其有关资料，为北极头足类资源合理开发及研究北极海域生态系统提供了基础资料。

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极地产甲烷菌研究进展

杨鹏何剑锋张芳林凌曹叔楠

2016, 28 (1): 145-151. DOI: 10.13679/j.jdyj.2016.1.145

摘要 ( 1187 )

PDF(602KB) ( 1652 )

产甲烷菌是一类重要的环境微生物, 其代谢产生的甲烷(CH4)是最重要的温室气体之一。现有研究表明, 产甲烷菌广泛存在于极地湿地、沼泽、湖泊、苔原、冻土和冰川等各类生境之中, 并在碳循环中发挥着重要作用。本文对极地产甲烷菌的群落结构、生物多样性、空间分布、环境影响因子(温度﹑营养物和pH)以及研究技术的最新进展进行了总结, 并对极地产甲烷菌研究的未来发展进行了展望。

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冰力学参数的超声波测试研究

郭耀李刚贾成艳常天英崔洪亮马科夫·阿列克谢

2016, 28 (1): 152-157.

摘要 ( 755 )

PDF(2692KB) ( 1162 )

利用非线性高能超声测试设备及超声波(纵波、横波)波速与物体力学参数的关系, 对人造冰样进行了冰样力学参数(杨氏模量、泊松比、剪切模量、体积模量)随温度变化的研究。通过MATLAB进行所测数据曲线拟合, 得到超声波波速在人造冰样中随温度的变化规律, 进而由理论公式推导所测人造冰样力学参数随温度的变化规律。结果表明：冰样中超声波波速随温度降低而升高, 冰样的杨氏模量、泊松比、剪切模量、体积模量也都随温度降低而升高。本研究有助于超声波检测法在冰样物理力学性质测量中的应用, 为开展南极冰盖、海冰以及终年冻土等力学及流动特性研究提供理论模型和实验数据。

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