极地研究

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我国南大洋海洋大气化学研究进展

陈立奇汪建君詹力扬祁第张麋鸣高众勇赵淑惠颜金培张远辉林奇许苏清李伟矫立萍孙恒张介霞林红梅等

2018, 30 (3): 221-234. DOI: 10.13679/j.jdyj.20180009

摘要 ( 836 )

PDF(425KB) ( 1018 )

海洋大气化学是一门海洋化学与大气化学交叉的新学科。中国的南大洋海洋大气化学研究与我国的南极考察事业同步成长。30多年来, 随着南极科学考察的经验积累和数据集成, 我国的南大洋海洋大气化学关键过程研究即大气-海洋生物地球化学循环, 碳、氮、硫、磷、铁等的海气交换研究都有了长足的进步。与气候变化关系密切的碳、氮、硫的海-气循环等研究, 取得了一批新的认知和成果, 引起国际学界的关注。自20世纪80年代早期开始至今, 我国已开展了三十多次南极科学考察, 在这些考察中开展了南大洋大气气溶胶物质来源研究, 探究了大气-海洋生物地球化学的一些关键过程, 估算了硫、磷、氮、铁的海气交换通量。随着国家重大计划“南极在全球变化中的响应与反馈作用”项目实施及后续研究的开展, 对全球变化的敏感要素碳、氮、硫、铁在南大洋的源汇特征及其环境和气候效应等进行了研究, 对其有了更深的了解。我们还对南大洋海冰区碳汇格局演变, DMS、MSA、N2O、Fe等的海气交换过程及其对生态环境的影响有了新认知。同时, 在对上述化学物种的实时走航观测关键技术研发上也取得了重要突破, 为未来开展相关研究提供了坚实的技术支持; 在站区大气污染特征分布上进行了深入探讨, 为了解人类活动对站区环境的影响提供了评估依据。

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基于北极黄河站观测的日侧极光研究新进展

韩德胜胡泽骏陈相材刘建军胡红桥杨惠根

2018, 30 (3): 235-250. DOI: 10.13679/j.jdyj.20180020

摘要 ( 819 )

PDF(17167KB) ( 490 )

回顾了基于中国黄河站全天空极光观测对日侧弥散极光与喉区极光研究的最新进展。首先, 利用黄河站极光观测, 对日侧弥散极光展开系统性分类与统计研究, 对这一重要空间物理现象取得新认识, 指出日侧弥散极光对研究日侧外磁层冷等离子体的分布、形成及磁鞘粒子进入磁层都具有重要启示作用; 同时发现并定义了一种新型分立极光结构—— 喉区极光, 并推断其可能对应磁层顶的局地变形。喉区极光是指发生在电离层对流喉区附近、从极光卵赤道侧向低纬方向延伸出来的分立极光结构。全天空极光观测表明喉区极光走向大致与电离层对流方向一致。之后, 观测验证了喉区极光对应磁层顶局地内陷式变形的推测; 统计发现喉区极光是一种非常高发的现象, 对应的磁层顶变形尺度可达2—3 Re, 并指出这种变形最可能由磁鞘高速流冲击磁层顶产生; 发现在喉区极光产生过程中还可能触发磁重联; 证实伴随喉区极光的产生, 磁鞘粒子会进入磁层并诱发产生一种新型弥散极光。通过喉区极光研究, 可以将已有的磁鞘瞬态过程研究和触发式磁重联研究有机地结合在一起, 对太阳风-磁层耦合过程形成一种新的认识, 即: 在磁鞘中局地产生(而不是存在于太阳风中)的瞬态过程可以在日下点附近频繁地导致磁层顶局地变形、触发重联、引发系列地球空间效应, 可能对太阳风-磁层耦合具有不可忽略的重要性。以此为基础, 讨论了日侧极光研究引出的新课题。

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北极黄河站生态环境考察与研究进展

何剑锋李承森姚轶锋彭方王能飞金海燕张芳马玉欣张庆华那广水孙立广袁林喜贾楠

2018, 30 (3): 251-267. DOI: 10.13679/j.jdyj.20160048

摘要 ( 906 )

PDF(17377KB) ( 500 )

北极黄河站位于北极斯瓦尔巴群岛新奥尔松地区, 是生态系统对全球变化响应监测与研究的理想之地。我国自2004年建站以来, 开展了系统的王湾海域生态断面和陆地植被样方的长期监测与研究, 同时开展了环境污染和鸟类种群变迁等方面的考察与研究。结果表明: 冰川退缩迹地上的物种更替明显, 而范氏藓等可很好地反映该地区同时期的气温变化; 从北极黄河站周边区域的海底沉积物、土壤、湖沉积物和冰川冰碛中分离获得了3个北极新属和21个北极新种, 并发现了部分活性菌株; 王湾海域微型浮游生物存在较高的生物多样性, 其表层水存在潜在氮限制; 微藻对温度有较好的适应性, 具有通过自身调节来适应北极环境变化的能力; 苔原植物对重金属具富集能力, 大气传输是持久性有机污染物(POPs)污染来源的最主要途径; 鸟类方面, 在距今9 400年海鸟就已在该地区生活繁衍, 种群数量存在明显波动并在距今7 650年左右达到最大。未来应坚持监测断面和样方的长期监测, 进一步掌握生物群落的变化趋势; 融合我国在该地区的大气、冰川、样方和海洋监测, 开展大气-冰雪-陆地-海洋相互作用研究, 聚焦科学问题并形成我国在该地区的研究特色。

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中国东南极地质考察20年进展与展望

刘晓春赵越

2018, 30 (3): 268-286. DOI: 10.13679/j.jdyj.20170047

摘要 ( 827 )

PDF(7348KB) ( 505 )

在1998—2017年期间, 我国组织了14次东南极地质考察, 将考察的范围从中山站所在的拉斯曼丘陵向外扩展了约400 km, 主要包括格罗夫山、埃默里冰架东缘-西南普里兹湾、北查尔斯王子山、布朗山、赖于尔群岛和西福尔丘陵等露岩区。通过大、中比例尺的地质编图和多学科综合研究, 取得如下重要进展: (1)确定格罗夫山冰下高地为泛非期(~570—500 Ma)单相变质地体, 发现镁铁质和泥质高压麻粒岩并刻画了泛非期造山的精细过程, 为普里兹造山带的碰撞造山成因以及冈瓦纳超大陆的多陆块汇聚模型提供了岩石学支撑; (2)论证在印度克拉通与东南极陆块之间存在一个延长 > 2 000 km的中元古代长寿命大陆岛弧, 岛弧岩浆作用从~1 500 Ma一直持续到~1 000 Ma, 提出雷纳造山带格林维尔期(~1 000—900 Ma)的构造演化可能经历了从弧陆碰撞到陆陆碰撞的过程; (3)在赖于尔群岛超高温变泥质岩中识别出早期蓝晶石的残留, 确定了超高温变质作用顺时针演化的精细P-T轨迹; (4)在西福尔丘陵西南部基性岩墙群中发现了格林维尔期(~960—940 Ma)不均匀麻粒岩化, 变质条件达820—870℃、0.84—0.97 GPa, 认为西福尔陆块也卷入到印度克拉通与东南极陆块的碰撞造山过程; (5)在西福尔丘陵东南部浅变质冰川漂砾和松散砂中获得~3.5—3.3 Ga的古老锆石U-Pb年龄, 推测在西福尔丘陵东南方向存在一个从前未知的古太古代冰下陆块。建议今后在东南极面向印度洋构造域的地质考察要进一步扩展到南查尔斯王子山、内皮尔杂岩和登曼冰川, 研究工作的重点仍聚焦在南极大陆如何响应地质历史时期里超级大陆的聚散过程这一关键科学问题上, 并可在以下几个方面展开: (1)太古宙古老地壳及陆核的识别与全球对比; (2)格林维尔期造山记录与罗迪尼亚超大陆汇聚; (3)泛非期造山记录与冈瓦纳超大陆汇聚; (4)显生宙冈瓦纳超大陆裂解及陆块分离。通过这些考察和研究工作, 可以促使我国对南极地质科学的研究达到国际先进水平。

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南极冰架-海洋相互作用研究综述

史久新

2018, 30 (3): 287-302. DOI: 10.13679/j.jdyj.20180046

摘要 ( 940 )

PDF(7235KB) ( 775 )

本文介绍了近期南极冰架-海洋相互作用的研究进展。冰架底部融化速率大于前缘崩解通量, 成为南极冰盖质量损失的首要途径。冰架下的海洋按照底部融化驱动因素的不同, 可以分为由高密度陆架水驱动的冷冰腔和由变性绕极深层水驱动的暖冰腔。威德尔海的菲尔希纳-龙尼冰架和罗斯海的罗斯冰架属于冷冰腔, 占南极冰架总面积的2/3, 却只贡献了15%的净融化; 东南太平洋扇区阿蒙森海和别林斯高晋海等若干属于暖冰腔的小型冰架, 虽然只占南极冰架总面积的8%, 却贡献了超过一半的冰架融水。以往看做冷冰腔的东南极托滕冰架和埃默里冰架, 也相继发现有变性绕极深层水进入冰腔并造成底部融化。冰架对海洋有冷却和淡化的作用。冷冰腔输出的冰架水具有海洋中最低的温度, 对南极陆架水性质乃至南极底层水的形成都有影响。冰架融化加剧, 可能是近期观测到的南极底层水淡化的原因。

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海洋细菌对DMSP的降解及其在极地低温海域的研究进展

曾胤新

2018, 30 (3): 303-313. DOI: 10.13679/j.jdyj.20170037

摘要 ( 717 )

PDF(1146KB) ( 1205 )

DMSP(二甲基巯基丙酸内盐)是地球上最丰富的有机含硫化合物之一, 同时也是海洋微生物的重要营养物。浮游植物是其主要的生产者。DMSP还是海洋中DMS(二甲基硫)的重要来源和前体, 而DMS的排放与全球气候变化存在密切关联。细菌在DMSP的降解及DMS的生成方面扮演着重要角色。有关DMSP生物合成、代谢及其生态影响的研究已开展了近70年, 但涉及高纬度极地低温海域的相关研究却为数甚少。本文在简要介绍DMSP生物合成与代谢, 以及DMSP降解途径中的关键酶基因及其产生菌的基础上, 结合笔者的工作实践, 对近年来在极地低温海域的相关研究进行了介绍并展开了部分讨论。随着国内对微生物驱动水圈地球元素循环的重视, 有关极地海域细菌参与DMSP/DMS代谢的研究工作将极大地增进人们对于微生物在极地海洋生态系统中生态地位的认识, 也对评估极地海洋微生物群落对全球气候环境变化的响应与反馈具有重要的参考意义。

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极地微陨石的收集、研究与设想

夏志鹏缪秉魁张川统黄丽霖

2018, 30 (3): 314-328. DOI: 10.13679/j.jdyj.20180014

摘要 ( 699 )

PDF(435KB) ( 672 )

微陨石对于人类研究地外环境和太阳系的演化而言, 具有极其重要的意义。20世纪40年代开始, 微陨石的收集便成了国际上的热点。尤其是80年代后, 通过在南北两极开展微陨石收集, 产出了大量的科学成果。我国的微陨石研究主要集中在20世纪80—90年代, 而后便处于停滞的状态。本文简要介绍了各国在极地微陨石方面取得的成果, 基于我国陨石和微陨石的研究现状, 对我国开展极地微陨石研究提出了几点设想和规划。

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基于SAR图像纹理的北极海冰厚度的反演研究

于淼卢鹏李志军石立坚

2018, 30 (3): 329-337. DOI: 10.13679/j.jdyj.20170035

摘要 ( 790 )

PDF(1188KB) ( 865 )

基于七景北极Radarsat-2 SAR图像以及中国第六次北极科学考察走航期间利用船侧录像观测获得的平整冰厚度数据, 通过灰度共生矩阵计算纹理, 确定了最适合反演海冰厚度的纹理参数。并分析了海冰厚度与纹理之间的相关关系, 探讨了纹理反演海冰厚度的可能性。选取了最合适的纹理特征进行拟合, 并利用所得经验方程进行反演验证, 结果与实测数据吻合较好, 平均相对误差13.7%。与传统的仅依靠后向散射系数反演海冰厚度进行对比, 新方法的误差更小, 证明了纹理特征反演冰厚的优势。

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南极海洋保护区设立的适宜性评价研究

庞小平季青李沁彧李冰洁

2018, 30 (3): 338-348. DOI: 10.13679/j.jdyj.20170031

摘要 ( 684 )

PDF(5569KB) ( 823 )

南大洋海域因其特殊的地理位置、极端的气候环境和丰富的资源, 具有重要的科学和经济意义。当今世界各国力争国家权益, 积极参与南极海洋保护区设立的国际事务, 然而我国虽对此持续关注, 但相关研究甚少, 在南极海洋保护区设立的适宜性评价指标和区划方法研究方面几近空白。在此背景下, 通过对现有各国南极海洋保护区的提案分析, 尝试构建南极海洋保护区设立的适宜性评价的多级指标体系, 并基于我国南极科学考察数据, 运用层次分析法和加权叠加分析, 对普里兹湾海洋保护区设立的适宜性进行案例研究, 以期为我国南极海洋保护区的设立和相关研究提供参考。

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