极地研究

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“雪龙”号科考船在冰区航行的船体振动测量研究

季顺迎雷瑞波李春花蔡柯

2017, 29 (4): 427-435. DOI: 10.13679/j.jdyj.2017.4.427

摘要 ( 718 )

PDF(3705KB) ( 922 )

船舶在冰区航行时, 船体会受到多种类型激振力的作用而产生不同程度的结构振动。船体振动会对船体结构安全以及船上人员的正常工作产生不利影响。船体结构振动的现场测量可较为准确地分析船体振动的基本特性, 确定船体振动与外界荷载因素的对应关系。在2015—2016年中国第32次南极科学考察过程中, 对“雪龙”号极地科学考察船的冰激振动开展了现场测量。本研究对比了船体在无冰区和冰区航行过程中的船体振动变化, 分析了船体在不同航速、冰厚以及不同破冰航行方式下的振动规律。测量结果表明: 船体冰激振动随着航速和冰厚的增加而显著增大; 在船体采用冲撞式破冰时横向振动最为明显, 而在连续式破冰时, 垂向振动最为明显。以上研究可为冰区航行中船体振动的现场监测技术提供有益参考, 并有助于分析海冰对船体振动规律的影响。

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基于无人机观测的北极冰面融池及冰面粗糙度信息提取方法研究

王明锋苏洁李涛王晓宇季青曹勇林龙刘一林

2017, 29 (4): 436-445. DOI: 10.13679/j.jdyj.2017.4.436

摘要 ( 780 )

PDF(5942KB) ( 982 )

北极冰面融池对于研究北极海冰质量平衡、海洋混合层热收支和盐量收支等具有重要意义。为了获得准确的融池覆盖率, 本研究提出了一种利用无人机进行北极海冰融池及冰面粗糙度信息提取的方法。在第7次中国北极科学考察期间, 利用无人机获取加拿大海盆周边浮冰区冰面航拍影像, 针对海冰航拍图像特殊性改进了基于暗原色先验的图像去雾算法, 对拼接后的航拍图像进行融池识别, 计算得到航拍区域的融池覆盖率。同时利用航拍影像三维建模得到海冰表面相对高程和冰面粗糙度, 继而对融池覆盖率和海冰表面粗糙度分布规律进行研究。结果表明, 在本次航拍区域, 海冰粗糙度大的区域具有更多小面积的融池, 而融透的、面积大的融池多出现在粗糙度小的平整冰区。

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基于多源遥感数据的中山站附近地区冰架和冰川变化监测

刘芮希周春霞梁琦

2017, 29 (4): 446-453. DOI: 10.13679/j.jdyj.2017.4.446

摘要 ( 818 )

PDF(10850KB) ( 622 )

南极冰架和冰川的变化是全南极动态变化的主要过程之一。利用MODIS L1B级250 m分辨率数据和Landsat 陆地卫星15 m分辨率数据, 针对不同尺度试验区域, 分别监测2000—2016年间中山站附近地区的埃默里冰架、极时代冰川、极记录冰川和达尔克冰川的动态变化过程, 并对试验区的动态变化进行分析。结果表明, 埃默里冰架在近16年间一直处于向外扩展状态, 前缘年扩展速率和扩展面积量较为稳定; 极时代和极记录冰川不断向海洋流动, 极时代冰川于2007年发生大型崩解, 而极记录冰川前端的冰山在2014年发生崩解, 冰山面积逐年递减, 于2016年完全漂离冰川前缘; 达尔克冰川则在监测年份内呈现出了交替性扩展和崩解的变化规律。

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一种适用于极区的横轴墨卡托海图

王海波张汉武张萍萍王军郝勇帅

2017, 29 (4): 454-460. DOI: 10.13679/j.jdyj.2017.4.454

摘要 ( 707 )

PDF(3317KB) ( 825 )

极区位于高纬度地区, 极区航海图投影采用墨卡托投影时, 图上极区附近变形较大, 在极点处变形达到无穷大; 采用极球面投影时, 图上恒向线不是直线; 心射切面投影不是正形投影, 不能直接在图上量取方位和距离; 兰伯特正形投影图上, 经度是由角度表示, 而不是真的经度; 采用横轴墨卡托投影时, 几乎所有的经线以及纬线在图上为曲线。以上常用的海图投影不利于船舶在极区安全航行, 也不利于航海人员进行海图作业。针对此问题, 将构建的伪经纬线网与经纬线网进行转换, 通过Matlab得到基于伪经纬线网的横轴墨卡托投影图, 此图具有类似于墨卡托海图的特点, 图上极区变形失真小, 图上伪经纬线的特点可方便极区海图作业。。

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黄河GPS站噪声模型初探及稳定性分析

冯鱼王泽民安家春刘智康

2017, 29 (4): 461-470. DOI: 10.13679/j.jdyj.2017.4.461

摘要 ( 680 )

PDF(3417KB) ( 673 )

北极黄河科学考察站的GPS站位于挪威斯瓦尔巴群岛, 该站对于我国在北极测绘领域的研究具有重要作用。由于极区条件的限制, 该站建立在冻土之上, 因此需要对其稳定性进行深入研究。本文在利用GAMIT/GLOBK软件处理黄河站及周边IGS站观测数据的基础上, 估计了不同噪声模型下的噪声量级、站坐标序列参数和不确定度, 分析了黄河GPS观测站与IGS站运动趋势之间的关联性。结果表明, 黄河站及周边GPS时间序列不仅存在白噪声, 还存在较大量级的闪烁噪声, 个别站的一些分量还存在随机游走噪声, 仅考虑白噪声会低估总噪声和参数不确定度; 黄河GPS站与邻近的NYAL站相比, 两者的水平和垂直运动趋势完全一致, 仅在垂直方向上有2.15 mm·a^–1的差异。

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南极拉斯曼丘陵中山站地区Rb含量初步调查

李岩黄费新程杨

2017, 29 (4): 471-476. DOI: 10.13679/j.jdyj.2017.4.006471

摘要 ( 692 )

PDF(4123KB) ( 647 )

利用手持快速矿石分析仪(NITON XL3t-500S GOLDD)对拉斯曼丘陵中山站附近出露的基岩进行测试, 初步调查结果显示该地区有明显的Rb元素富集。测试了17个样品, 其中12个的Rb含量达到了0.04%, 1个样品的Rb含量达到0.1%以上。分析测试样品特征, 并结合拉斯曼丘陵地质特征发现, 拉斯曼丘陵地区Rb的富集与含黑云母的泛非期伟晶岩墙关系密切, 而且粒度越大Rb含量越高, 类比推测该区域Rb元素富集潜力巨大, 有必要继续开展相应的地质调查工作, 进一步探讨其富集成因和规律。

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南设得兰群岛次南极电灯鱼(Electrona carlsbergi)鉴龄校验研究

刘子俊魏联朱国平张海亭

2017, 29 (4): 477-485. DOI: 10.13679/j.jdyj.2017.4.477

摘要 ( 700 )

PDF(1641KB) ( 635 )

次南极电灯鱼Electrona carlsbergi为栖息于次南极及南大洋水域并具重要生态作用的中上层鱼类, 但目前鲜有关于该鱼种年龄的报道。为了鉴定次南极电灯鱼Electrona carlsbergi的年龄, 并确定该鱼种最优鉴龄方法, 本研究利用2010年1月27日于南设得兰群岛北部水域采集的59尾次南极电灯鱼, 共计73个矢耳石样本, 对矢耳石年轮进行了计数, 鉴定其年龄, 并分别对耳石矢平面、横切面及纵切面进行年轮读取。结果表明, 矢平面及纵切面年轮在直射光下不易辨识, 副轮及假轮较多, 影响年轮鉴定, 而横切面年轮较为清晰, 因此将直射光下横切面年轮的暗带作为年龄鉴定的依据。年龄鉴定结果显示, 3、4龄为优势年龄, 占总体的67.80%, 其余所占比例较小。利用总吻合率(total concordance, TC)、变异系数(coefficient of variation, CV)及平均百分比误差(average percentage error, APE)三个数据量化两名读者三次年龄判读结果的精确性, TC平均值为50.23%, CV平均值为3.67%, APE平均值为8.60%。对各年龄组利用TC、CV及APE量化其精确性, 其结果显示CV与TC呈现出相反的变化趋势, APE则呈先上升而后下降的趋势。利用von Bertalanffy生长模型拟合生长方程, 其结果为L_t=7.7154(1-e^{–0.5373(t+2.7807)})。

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南极欺骗岛土壤细菌群落结构和多样性分析

王健孙云峰李晨曦吴玥李艳红杨志伟

2017, 29 (4): 486-495. DOI: 10.13679/j.jdyj.2017.4.486

摘要 ( 771 )

PDF(855KB) ( 851 )

采用基于16S rDNA克隆文库的非培养方法和传统培养方法相结合的手段, 对南极欺骗岛土壤细菌群落结构及多样性进行了初步分析。对来自16S rDNA克隆文库的118个阳性克隆进行测序和序列比对, 结果显示细菌来自放线菌门(Actinobacteria)、变形杆菌门(Proteobacteria)和拟杆菌门(Bacteroidetes)3大门的39个操作分离单元(OTU), 其中优势菌群为放线菌门和变形杆菌门, 分别占65.25%和28.81%。放线菌门的主要优势属为鱼孢菌属(Sporichthya)、类诺卡式氏菌属(Nocardioides)、束缚菌属(Conexibacter)、Gaiella和节杆菌属(Arthrobacter)。变形杆菌门的主要优势属为鞘氨醇单胞菌属(Sphingomonas)、硫杆菌属(Thiobacillus)、寡养单胞菌属 (Stenotrophomonas) 和热单胞菌属(Thermomonas)。采用6种培养基对细菌进行培养和分离, 共得到57株菌, 来自放线菌门、变形杆菌门、拟杆菌门和厚壁菌门4大门的13个OTU, 其中优势菌群为放线菌门和变形杆菌门, 分别占57.89%和31.58%。优势属是放线菌门的节杆菌属(Arthrobacter)、雷夫松氏菌属(Leifsonia)和变形杆菌门的假单胞菌属(Pseudomonas)。本论文为研究欺骗岛土壤细菌多样性以及有益菌种资源的开发和利用奠定了基础。

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北极斯瓦尔巴群岛冰川流域可培养细菌的系统发育多样性及固氮菌初步研究

刘杰李胜男郭昱东张丹丹王能飞

2017, 29 (4): 496-505. DOI: 10.13679/j.jdyj.2017.4.496

摘要 ( 716 )

PDF(1237KB) ( 700 )

从北极斯瓦尔巴群岛冰川流域的上、中、下游采集了5种代表性土壤和冰川融水样品(MT、AT、TN、BT、MS), 采用常规LB和严格无氮培养基低温培养方法, 对其中的可培养细菌和潜在固氮细菌进行了总菌计数以及菌株的富集、分离与纯化。经菌落菌体形态观察、16S rRNA基因初步测序排重、固氮基因nifH的PCR检测, 分别选取48株可培养分离细菌和31株潜在固氮菌进行了基于16S rRNA基因全序列测定的系统发育分析。目的是初步了解该特殊生境中可培养细菌(包括潜在固氮菌)的多样性及其分布状况, 为进一步研究它们在此生境中的生态功能奠定基础。实验结果表明, 可培养细菌在5个采集样品中的总菌数为BT>TN> AT>MT=MS, 严格无氮培养基分离菌总菌数为BT > AT > MT > TN > MS。48株可培养代表菌分属于Proteobacteria、Actinobacteria、Bacteroidetes、Firmicutes 4个门的7纲、14属之中, 它们在5个样品中的多样性程度为BT(6纲、6属)> MT(4纲、6属)> AT、MS(均为3纲、3属)> TN(2纲、3属), 优势菌群主要分布在γ-proteobacteria纲的Pseudomonas属(20.8%, 集中在AT、BT、MS样品中)和β-proteobacteria纲的Janthinobacterium属(35.4%, 集中在MS样品中), 表现出一定程度的系统发育多样性。潜在固氮菌实验结果表明, 能在严格无氮培养基上生长且可检测到nifH的31株代表菌具有极为单一的系统发育多样性。其中90.32%菌株集中在
γ-proteobacteria纲的Pseudomonas属, 仅在MT和MS样品中有3株菌分布在α-proteobacteria纲的Rhizobium属、β-proteobacteria纲的Janthinobacterium属和Actinobacteria纲的Arthrobacter属, 它们与分离自其他极端环境的相关标准菌株具有高度16S rRNA基因同源性。另外, 本实验还发现有8株菌的16S rRNA基因序列与相关标准菌株的相似度低于98.50%, 推测它们具有成为该特殊生境下新种的潜质。

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冬春季北极海冰的变化特征及其与西北太平洋热带气旋活动的关系探讨

高清清邬惠明朱天懋徐常三曹兵

2017, 29 (4): 506-512. DOI: 10.13679/j.jdyj.2017.4.506

摘要 ( 752 )

PDF(984KB) ( 837 )

采用Hadley中心1953—2012年海冰密集度资料、NCEP/NCAR逐月再分析资料和1977—2011年日本气象厅台风资料, 对冬春季北极海冰变化的主要特征进行了分析, 并对冬春季北极海冰变化与西北太平洋台风活动之间的关系进行了初步探讨。结果表明, 冬春季北极海冰表现为明显的年代际变化, 且在1965—2004年间具有3—4 a的低频振荡周期。在20世纪60年代后期和70年代初期, 海冰变化最为显著。冬春季海冰变化与西北太平洋热带气旋生成频次、强度频次的相关性在9月份明显高于其他月份, 且为正相关, 而与热带气旋强度等级有较显著的负相关性。冬春季北极海冰变化与夏季西太平洋副高强度、副高面积均有很好的负相关关系。冬春季海冰面积偏多(少)时, 夏季北美东部、冰岛附近地区、北太平洋以及中低纬度大部地区500 hPa高度场为负(正)距平分布。冬春季北极海冰面积异常对北半球大气环流的持续性影响, 在随后到来的台风盛期有较明显的体现。

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罗斯海难言岛地区近地面层风场特征分析及数值模拟

于海鹏胡海波陈志昆丁明虎宋毅

2017, 29 (4): 513-521. DOI: 10.13679/j.jdyj.2017.4.513

摘要 ( 800 )

PDF(17783KB) ( 638 )

本文介绍了中国第3座南极常年考察站新站址候选地—— 罗斯海难言岛的基本信息。通过对设在其上的自动气象站的观测数据分析表明, 近地面风场主要由下降风控制, 西-西北风是6级以上大风的主要风向, 最大风力可达12级以上, 1月、11月、12月是平均风力较小的三个月份。通过分析基于CFSR海冰资料的Polar-WRF模式模拟结果发现: Polar-WRF模式能模拟出和实测资料十分一致的下降风风场, 分辨率越高越能更好的模拟出下降风的特点。难言岛附近强劲的西-西北向下降风是地形强迫的结果; 来自Reeves冰川的气流是下降风的主要来源。大风的水平分布范围约为50 km。海拔1400—300 m为下降风的加速关键区, 风速最大的地方在海拔300 m高度的陡坡附近, 下降风在抵达难言岛时, 由于地面摩擦作用, 风力已经有一定的衰减。模拟风场可以对观测资料做出有益的补充。

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后乌克兰危机背景下的北极国际合作: 以“复合相互依赖”为视角

邓贝西邹磊磊屠景芳

2017, 29 (4): 522-530. DOI: 10.13679/j.jdyj.2017.4.522

摘要 ( 702 )

PDF(498KB) ( 860 )

对于后危机时期对立国家间在特定领域的合作关系的延续,“复合相互依赖”模式提供了有力的理论解释力。正如乌克兰危机陷入僵局后, 西方国家对俄罗斯采取经济制裁, 与俄罗斯的政治和军事关系也全面破裂; 然而, 俄罗斯与西方国家的合作关系却并未完全中断, 至少在北极地区的搜救、渔业、航运、北极理事会等功能性领域的合作依然继续, 使得北极国际合作呈现出断裂性和连续性的动态组合。现阶段的北极地区关系反映了一个事先存在的“复合相互依赖”状态, 通过联系战略、议程设置和国际机制等政治进程, 避免国家间关系的全面破裂并抑制危机的外溢, 同时为冲突各方保有在有限领域的沟通渠道, 推动信任关系的重塑。

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论南极条约体系的法律实施与执行

陈力

2017, 29 (4): 531-544. DOI: 10.13679/j.jdyj.2017.4.531

摘要 ( 774 )

PDF(629KB) ( 992 )

以1959年《南极条约》为核心的南极条约体系为缔约国确立了非军事化、南极环境保护、南极海洋生物资源养护等宽泛的国际法义务。随着南极条约体系的不断发展, 南极人类活动的形式也从早期单一的政府组织的科学考察活动, 朝着南极旅游、南极渔业以及南极生物资源勘探等多元化的商业活动方向发展。南极条约体系主要通过国际法层面的视察机制, 以及敦促缔约国采取必要的国内立法或其他适当措施的形式具体实施和执行其所确立的原则与规则。不过因视察机制缺乏必要的救济措施、属人管辖限制而造成的对非缔约国执法真空, 以及因地理位置遥远、气候环境严酷而导致的法律执行不能等问题依然困扰整个南极机制。面对挑战, 南极条约体系应通过强化国际执法合作、完善南极视察机制以及加强公民极地教育等综合执法手段加以积极应对。

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