极地研究

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马红梅闫文凯程永前张宇肖湘史贵涛孙波李院生

2017, 29 (1): 1-10. DOI: 10.13679/j.jdyj.2017.1.001

摘要 ( 799 )

PDF(598KB) ( 1108 )

极地冰盖/冰川底部微生物的生命形态特征及其适应机制研究是当前最前沿的方向之一。越来越多的研究表明: 极地冰盖/冰川底部存在液态水和有机质, 可以为微生物生存提供生境。此外, 微生物参与冰盖/冰川底部地球化学风化过程, 对受气候变化驱使的环境变化尤为敏感。围绕着极地冰川底部微生物多样性及其对气候变化响应的研究主题, 重点介绍极地冰川底部微生物的生命形态特征、可能来源、所参与的地球化学反应机制以及与C、N循环的相互作用。旨在为未来关于冰川底部的研究提供参考。

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南极潮汐测量及区域潮汐对冰架表面流速影响的研究进展综述

马旭文田一翔叶文凯

2017, 29 (1): 11-22. DOI: 10.13679/j.jdyj.2017.1.011

摘要 ( 761 )

PDF(1321KB) ( 1091 )

南极区域潮汐是计算南极物质平衡和南极冰架表面冰流速的重要影响因素, 同时对于研究冰架崩解和全球气候变暖具有重要作用。南极潮汐测量的方法从最初的实时测量, 发展到了卫星测高和遥感监测以及建立数值模型预测的阶段。已有研究表明潮汐周期与冰架表面流速间存在一定关联, 例如Filchner-Ronne冰架和Ross冰架的潮汐变化与冰流速度的联系为: 在大潮时冰流速度达到最快, 小潮时冰流速度达到最慢。研究还对南极典型冰架区域潮汐特征及对冰架表面冰流速、高程变化等的影响进行了总结。今后的研究不仅需要继续关注西南极和南极半岛的潮汐变化, 更加需要对东南极稀疏的区域进行潮汐观测, 这对于构建整个南极潮汐数据库和提高数值模型的精度具有重要意义。

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南极普里兹湾沉积物稀土元素地球化学特征

李国刚季有俊李云海冷启暖布如源李薏新

2017, 29 (1): 23-32. DOI: 10.13679/j.jdyj.2017.1.023

摘要 ( 769 )

PDF(2879KB) ( 979 )

利用中国第29次南极科学考察在南极普里兹湾获取的3个短柱样品, 进行了稀土元素测试分析, 探讨了普里兹湾海洋沉积物稀土元素特征、分布模式及其控制因素。结果表明, 普里兹湾各站沉积物中稀土元素含量各异, 但均具有与上陆壳、中山站变质岩相似的页岩标准化配分模式, 整体表现为轻稀土富集型, 说明其物源一致, 具有明显的大陆地壳来源特征。结合沉积物粒度、化学元素、生源指标等分析其分布及富集规律, 发现物源是控制研究区稀土元素组成的主要因素, 同时生物作用会对稀土元素的含量产生稀释, 但“粒度效应”在此并不明显。普里兹湾沉积物短柱稀土元素参数垂向变化, 反映了百年尺度内物源输入、沉积环境的变化。各站δCe值普遍具有向下减小的趋势, 反映了随深度增加沉积环境的氧化性逐渐减弱的特征。

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北极8种典型痕量金属及3种铂系贵金属浓度水平变化趋势及生态风险

颜菁陆志波张洁

2017, 29 (1): 33-44. DOI: 10.13679/j.jdyj.2017.1.033

摘要 ( 723 )

PDF(3186KB) ( 788 )

痕量金属进入北极的途径包括洋流注入、大气传输、陆架河流、陆地径流以及海洋中的直接沉降。研究表明, 北极区域介质中Pb、Hg与Cd、Zn、Cu水平随着工业化的发展呈现出不同的变化趋势, 并且铂系贵金属在北极冰雪中被检测出反映了大范围的全球污染。对北极各海域表层沉积物中的痕量金属As、Cd、Cr、Cu、Hg、Pb、Zn进行生态风险评价发现: As、Cd、Cu很有可能已经对多数海域的海洋生物产生威胁; Hg、甲基汞(MeHg)、Zn在极地动物器官中已出现了食物链累积效应, 相关的毒性数据目前还缺乏研究。

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东南极冰盖中山站-Dome A断面表层雪中SO42-和MSA的空间分布特征

于金海李院生马红梅史贵涛马天鸣安春雷姜苏

2017, 29 (1): 45-55. DOI: 10.13679/j.jdyj.2017.1.045

摘要 ( 864 )

PDF(3683KB) ( 1032 )

中山站-Dome A断面考察是国际横穿南极科学考察计划(ITASE)的核心考察路线之一, 具有重要的科学意义, 在国内外产生了广泛影响。中国第31次南极科学考察内陆冰盖考察期间, 采集了中山站-Dome A断面上约10 km间隔的表层雪样品, 通过离子色谱实验分析, 得出了断面上含硫化合物(SO₄^2– 与MSA)的含量。在整个断面上, nssSO₄^2–和MSA含量表现出微弱的递减变化趋势, 呈现出区域性变化趋势。在内陆高原区域(Dome A区域), nssSO₄^2–与MSA存在较好的线性关系([MSA]=0.1158×[nssSO₄^2– ]–1.1497, r²=0.75)。MSA/nssSO42–比值在断面上的变化范围为0.04—0.47, 均值为0.14, 比值表现为沿海区域高于内陆区域, 与低温条件下MSA/nssSO₄^2–比值大相矛盾, 原因是由于源区的不同或风场而造成的。通过对断面上含硫化合物的研究, 为进一步利用冰芯SO₄^2–与MSA记录研究过去气候环境提供了科学依据。

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南极大气CO₂、CH₄和N₂O本底趋势特征分析

孙述蒙郑向东卞林根

2017, 29 (1): 56-65. DOI: 10.13679/j.jdyj.2017.1.056

摘要 ( 726 )

PDF(1211KB) ( 825 )

对南极大气温室气体CO₂(含δ¹³C-CO₂和δ¹⁸O-CO₂)、CH₄和N₂O长期测值进行比较分析。结果表明, 南极是全球大气温室气体浓度(CO₂稳定同位素丰度值)随纬度分布变化中的最低(高)区域。南极大气温室气体浓度值变化趋势、年增长率与全球整体上一致, 但在具体数值上存在差异。南极CO₂平均年增长率(1958—2014年)为(1.43±0.59) mg·L^–1·a^–1, 低于同期赤道(1.51±0.72) mg·L^–1·a^–1, 但1980—2014年和2000— 2014年年增长率均高于南半球中纬度地区。δ¹³C-CO₂和δ¹⁸O-CO₂丰度趋势揭示了化石燃料排放和全球尺度过程对CO2的影响, 但南极是受影响最小的区域。1983—2014年南极CH₄平均增长率为(6.2±4.9) µg·L^–1·a^–1, 低于北半球中纬度(6.5±5.6) µg·L^–1·a^–1而高于赤道(5.6±5.3) µg·L^–1·a^–1和南半球中纬度(6.1±4.9) µg·L^–1·a^–1, 这与CH₄人为排放增强主要在北半球中纬度地区而显著被OH氧化在赤道和中纬度地区的事实是吻合的。南极N₂O平均年增长率为(0.87±0.15) µg·L^–1·a^–1 (2005—2013年), 与南半球中纬度地区接近但低于北半球而高于赤道地区。

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南大洋及相邻温带海域夏季小型浮游动物的摄食作用

张晔李超伦杨光王延清

2017, 29 (1): 66-73. DOI: 10.13679/j.jdyj.2017.1.066

摘要 ( 744 )

PDF(1575KB) ( 789 )

小型浮游动物在海洋食物网中扮演着重要的角色。2012年12月—2013年3月, 利用稀释培养方法开展了南大洋及温带海域小型浮游动物对浮游植物的摄食实验研究。结果表明, 浮游植物的生长率为0.04— 0.89 d^–1, 小型浮游动物对浮游植物的摄食率为0.07—1.29 d^–1。浮游动物日摄食量占浮游植物现存量的6.4%—72.5%, 对浮游植物初级生产力的摄食压力也较大, 为14%—776.9%。尽管本实验中浮游动物的摄食率可能被高估, 但在南大洋及温带海域生态系统中, 小型浮游动物对浮游植物仍具有重要的调控作用。

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持续光照下光强对北极海域芬迪亚历山大藻生长及产毒的影响

吕意华熊小飞吴加欣杨振雄杨熙董燕红

2017, 29 (1): 74-81. DOI: 10.13679/j.jdyj.2017.1.074

摘要 ( 714 )

PDF(3260KB) ( 750 )

以格陵兰岛西部、冰岛沿海和楚科奇海的芬迪亚历山大藻为受试对象, 并以缅因湾的芬迪亚历山大藻藻株做为参照, 从沉积物或海水中的休眠孢囊或营养细胞中分离到12株目标藻种, 并在实验室建立纯培养系。然后对这些地域的藻种在不同光照下生长特性的比较、对毒素含量进行研究, 发现芬迪亚历山大藻在持续光照条件下最适的生长光强范围是38—91 µmol·m^–2·s^–1。另外, 在所有分离到的12株藻细胞中均未检测到脱氨甲酰基膝沟藻毒素2(dcGTX2), 大部分藻细胞都在光强较强时, 即生长速率低时表现出更高的细胞毒素含量和毒性。

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南极菲尔德斯半岛土壤氮循环微生物类群数量与功能活性的初步研究

刘杰张丹丹董龙龙王能飞

2017, 29 (1): 82-89. DOI: 10.13679/j.jdyj.2017.1.082

摘要 ( 726 )

PDF(579KB) ( 879 )

南极乔治王岛南端的菲尔德斯半岛被认为是研究南极生态与生物资源的理想之地。本研究从该半岛全岛范围采集了3类不同类型的土壤样品, 采用传统最大或然法(MPN)对其所含氮循环各类群微生物的总量进行了测定, 同时利用常规Griess试剂、纳氏试剂等显色法初步估算了各菌群的功能活性强度, 并结合土壤理化性质和采样点生态等进行了初步分析。目的是对该半岛土壤氮循环微生物进行先期初步了解, 为进一步深入研究它们的其他特性奠定基础。结果表明: 13个土样中所含氮循环微生物总量趋势为氨化菌>反硝化菌>硝化菌和固氮菌(活菌数), 除极个别样品外均具有不同程度的硝化、反硝化、氨化活性。其中, 所有土壤样品均具有比较高的氨化菌含量及氨化活性强度; 丘陵山坡土壤的反硝化菌含量与反硝化活性强度要高于动、植物区土壤(极个别样品除外); 动物区和植物区土壤的硝化菌含量较少, 但硝化活性强度较高, 预示着可能存在高效功能菌株; 而丘陵山坡土壤的硝化菌含量及硝化活性强度则表现得高低不一。本结果为进一步深入研究该地区氮循环微生物提供了前期参考。

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基于CryoSat-2测高数据的北极格陵兰海海冰干舷高提取研究

魏鑫李斐张胜凯袁乐先左耀文朱婷婷肖峰

2017, 29 (1): 90-100. DOI: 10.13679/j.jdyj.2017.1.090

摘要 ( 722 )

PDF(7323KB) ( 574 )

北极是全球气候和环境变化的驱动器之一, 获取北极海冰的时空特征和变化规律对研究北极以及全球气候变化意义重大。格陵兰海是北极海冰剧烈变化的区域之一, 采用CryoSat-2的雷达测高数据, 获取了格陵兰海的海冰干舷高分布, 并利用波弗特环流计划(BGEP)仰视声呐(ULS)数据进行了验证。研究结果表明, 格陵兰海海冰干舷高和分布范围存在明显的季节性变化特征, 具体体现在格陵兰海海冰从10月份进入冻结期开始, 海冰分布范围不断扩张, 海冰干舷高也逐渐增大, 2月份平均干舷高达到最大(0.2 m), 之后格陵兰海海冰开始消融, 覆盖范围不断内缩, 9月海冰干舷高降至最小(0.13 m)。

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极区ELDI随太阳活动的变化特征—— EISCAT/ESR雷达观测

黄定娟蔡红涛李飞胡坤李影余尧马淑英

2017, 29 (1): 101-110. DOI: 10.13679/j.jdyj.2017.1.101

摘要 ( 855 )

PDF(1012KB) ( 880 )

利用1999—2011年EISCAT(EISCAT Tromsø UHF)和ESR(EISCAT Svalbard Radar)雷达的场向电子密度观测数据, 对比分析了两处雷达观测到的极区E层占优电离层ELDI (E-Layer Dominated Ionosphere)事件在太阳活动高、低年的统计特征。地面雷达观测表明, 太阳活动水平对极区ELDI发生率的空间分布影响显著: 在太阳活动高年, ELDI在EISCAT雷达处(极光椭圆区纬度)的发生率高于ESR雷达处(极尖/极隙区纬度); 在低年则恰好相反。夏季似乎不利于ELDI的发生, 且在该季节的变化特征不受太阳活动水平及空间位置变化的影响。两部雷达在太阳活动高年观测到ELDI的季节变化规律分别与低年期间的结果相一致: 在冬季和早春, ELDI的发生率较高, 其他季节发生率较低, 夏季尤其低。在ELDI事件期间, 两处雷达观测到事件的持续时间和电离层E层厚度随太阳活动水平的变化表现出明显差异: 高年事件的持续时间总体上比低年短, 低年观测到ELDI的厚度要小于高年结果; 然而N_mE/N_mF₂比值及H_mE却没有表现出明显依赖。

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白令海夏季水文结构年际变化特征研究

左菲李丙瑞吴成祥王佳（Jia Wang）李院生

2017, 29 (1): 111-123. DOI: 10.13679/j.jdyj.2017.1.111

摘要 ( 910 )

PDF(12794KB) ( 653 )

基于2008、2010、2012和2014年我国北极科学考察期间在白令海获取的水文观测数据, 结合历史共享资料, 通过对白令海水团、上层海洋热含量、净热通量变化、风场及海平面气压分布情况等的分析, 探讨了白令海水文结构的年际变化特征及其原因。研究发现, 白令海夏季的水团包括白令海上层水团(BUW)、中层水团(BIW)、深层水团(BDW)和白令海陆架水团(BSW)。白令海温盐分布差异最大、年际变化最剧烈的情况主要集中在上层水团。对比4年水团分布情况, 最明显的变化是2012年7月调查区上层海水温度偏低, 2014年7月上层海水温度偏高。这种异常变化在热含量方面表现为: 2012年7月调查区各个测站上的热含量异常低, 而2014年7月测站上的热含量都高于平均水平。着重研究了2014年7月海温偏高的原因, 认为是由于陆架和海盆区分别有两种不同的形成机制造成: 陆架区累积净热通量偏高, 海水吸收热量升温; 海盆区在异常强大而持久的海面气压(SLP)高压系统下, 海面负的风应力旋度得到加强, 从而引起持续的暖平流输送及强烈的Ekman抽吸作用, 最终导致了上层海水偏暖。

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南极磷虾渔业科学观察覆盖率管理策略和中国履约

左涛朱建成王新良时永强

2017, 29 (1): 124-132. DOI: 10.13679/j.jdyj.2017.1.124

摘要 ( 921 )

PDF(1218KB) ( 989 )

回顾了南极海洋生物资源养护委员会(CCAMLR)管理体系中科学观察覆盖的主要要素, 以及在过去的6年中中国南极磷虾渔业执行科学观察计划的主要成果, 旨在帮助中国磷虾渔船更好地理解和执行相关的政策、规定。国际科学观察制度是CCAMLR管理体系中最为重要的监管组成部分。它是由观察员指派、职责和方法标准、执行效果评估等组成的相对独立管理机制。科学观察员覆盖率是其实施策略的核心评价指标, 它在渔船、网次以及具体观察任务3个层次都有不同的管理规定。南极磷虾渔业必须接受CCAMLR严格监管并实施科学观察。2009—2015年6个渔季, 中国渔船在贯穿所有渔业活动中, 按照CCAMLR要求执行最大可能全面、系统的观察覆盖。已有的23船次中, 19船次执行科学观察, 聘用科学观察员近30人。各渔季的观察天数覆盖率介于81%—100% (平均覆盖率为94%); 渔船覆盖率介于66%—100%, 6个渔季平均覆盖率为82%, 超过CCAMLR的50%的要求。为应对南极磷虾渔业科学观察管理可能的调整, 建议我国建立开放的科学观察培训机制, 积极储备极地渔业国家科学观察员人力资源, 开拓灵活简便的多重委派途径。

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主要极地国家的极地科技体制探究——以美国、俄罗斯和澳大利亚为例

张禄禄臧晶晶

2017, 29 (1): 133-141. DOI: 10.13679/j.jdyj.2017.1.133

摘要 ( 774 )

PDF(529KB) ( 1391 )

引领一国极地科学考察与研究的极地科技体制, 已引起世界各国的广泛关注与重视。极地科技体制是指极地科学技术研究与管理的机构设置、职责范围、权属关系和管理方式的结构体系和组织架构, 科学合理完善的极地科技体制是促进极地事业发展的前提和基础。文中重点研究分析了美国、俄罗斯和澳大利亚三个具有代表性极地国家的极地科技体制, 并对上述三国的极地科技体制进行了概括总结, 最后着眼于我国极地科技体制的现状, 从学术和理论层面探讨了我国极地科技体制未来的改革方向, 期待我国极地事业在“十三五”时期能够搭乘全面深化改革的便车实现跨越式发展, 逐步形成适合我国国情并且相对完善的极地科技体制。

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中国极地考察站广域网通信建设与服务现状及展望

单学武江天乐汪大立吕渊陆大海李英旭

2017, 29 (1): 142-150. DOI: 10.13679/j.jdyj.2017.1.142

摘要 ( 715 )

PDF(2560KB) ( 982 )

通过中国极地考察“十五”能力南极两站卫星通信网络系统项目的建设, 我国南极考察站的广域网通信能力和站区网络通信能力已经有了很大提高。系统阐述南极两站的广域网通信现状, 内容包括南极两站卫星通信链路的建设情况、考察站计算机网络系统建设情况以及该系统所提供的服务情况, 涉及卫星通信、局域网以及VOIP等技术; 对未来几年极地考察通信中可能会采用的通信技术建设提出建议。

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国际北冰洋地质、地球物理大洋科考进展

张华添李江海王洛刘仲兰

2017, 29 (1): 151-162. DOI: 10.13679/j.jdyj.2017.1.151

摘要 ( 788 )

PDF(9600KB) ( 596 )

受常年海冰限制, 北冰洋科学考察程度远低于其他大洋。系统的北冰洋科学调查始于20世纪90年代, 得益于科考破冰船、潜艇等新型调查设备和手段的使用, 科研人员可以主动选择研究目标和对象, 并成功开展了多次地质与地球物理科学考察, 包括海冰科学探索项目(SCICEX)、北极洋中脊考察航次(AMORE 2001)、加科尔洋中脊热液硫化物考察(AGAVE)、北极钻探航次(IODP 302)等。回顾了北冰洋地质与地球物理科学考察进展, 归纳了主要科学问题: 北冰洋主要地质单元大地构造属性及演化、超慢速扩张洋中脊构造与成矿特征、北冰洋新生代古海洋演化。北冰洋地质与地球物理科学考察进展表明: (1)调查手段是制约北冰洋科考水平的关键因素; (2)破冰船与常规探测手段结合是北冰洋科考的重要发展趋势; (3)近底探测手段有助于解决北冰洋主要地质科学问题。

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2002—2011年南极海冰变化的遥感分析

沈校熠柯长青张杰

2017, 29 (1): 163-171. DOI: 10.13679/j.jdyj.2017.1.163

摘要 ( 813 )

PDF(3602KB) ( 1347 )

基于2002—2011年南极地区AMSR-E逐日海冰密集度数据, 计算相应时间段内的海冰外缘线和海冰面积, 分析了南极地区这10年来各时间尺度上的海冰变化, 揭示了海冰变化的时空特征。结果表明: 2002— 2011年南极海冰外缘线、海冰面积分别增加了3.64%、3.8%, 总体上呈现增加的趋势, 其中2008年海冰面积最大。罗斯海、西太平洋和威德尔海的海冰面积呈现增加趋势, 而印度洋和别林斯高晋海/阿蒙森海的海冰面积则趋于减小。南极海冰面积一般夏季最小、冬季最大, 相同季节海冰面积变化波动较小, 不同海区只是变化范围不同。南极一年冰增长速度较低, 平均每年增加约0.1×106 km2, 且大范围地分布在南极大陆(除威德尔海外)周围。多年冰平均每年减少0.05×106 km2, 且多处于威德尔海。海冰面积变化与气温有负相关关系。

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基于SCI-E的2010—2014年美国海洋学研究热点分析

刘艳华华薇娜常李艳

2017, 29 (1): 172-181. DOI: 10.13679/j.jdyj.2017.1.172

摘要 ( 687 )

PDF(1790KB) ( 912 )

基于科学引文索引数据库SCI-E, 检索获得2010—2014年美国海洋学研究型文献9 702篇, 在确定文献集中词频不低于40的54个高频关键词基础上, 运用共词分析法, 以SPSS 20.0为工具, 探索美国近5年海洋学研究热点。结果表明, 2010—2014年间美国海洋学研究热点集中在6大主题领域: 海洋环流动力学研究、海洋灾害研究、科学技术和方法在海洋中的应用研究、海洋初级生产力研究、海洋污染研究、海洋生物多样性研究。在此基础上, 运用社会网络分析法, 借助可视化工具Ucinet, 对6大研究主题和高频作者共现矩阵进行可视化, 揭示出各研究主题的作者团体。

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