极地研究

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南北极海冰变化及其影响因素的对比分析

柯长青金鑫沈校熠李萌萌

2020, 32 (1): 1-12. DOI: 10.13679/j.jdyj.20190002

摘要 ( 1029 )

PDF(8274KB) ( 892 )

海冰是海洋-大气交互系统的重要组成部分, 与全球气候系统间存在灵敏的响应和反馈机制。本文选用欧洲空间局发布的1992—2008年海冰密集度数据分析了南北极海冰在时间和空间上的变化规律与趋势, 并结合由美国环境预报中心(National Centers for Environmental Prediction, NCEP)和美国大气研究中心(National Center for Atmospheric Research, NCAR)联合制作的NCEP/NCAR气温数据和ENSO指数探讨了南北极海冰变化的影响因素。结果表明, 北极海冰面积呈明显的减少趋势, 其中夏季海冰最小月的减少更快。北冰洋中央海盆区、巴伦支海、喀拉海、巴芬湾和拉布拉多海的减少最明显。南极海冰面积呈微弱增加趋势, 罗斯海、太平洋扇区和大西洋扇区的海冰增加。北极海冰面积与气温有显著的滞后1个月的负相关关系(P<0.01)。北极升温显著, 北冰洋中央海盆区、喀拉海、巴伦支海、巴芬湾和楚科奇海升温趋势最大, 海冰减少很明显。南极在南大西洋、南太平洋呈降温趋势, 海冰增加。北极海冰减少与39个月之后ONI的下降、40个月之后SOI的上升密切相关; 南极海冰增加与7个月之后ONI的下降、6个月之后SOI的上升存在很好的响应关系。南北极海冰变化与三次ENSO的强暖与强冷事件有很好的对应关系。

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南极苔原沼泽温室气体通量变化特征及其对气候变化的响应

王培叶文娟朱仁斌徐华

2020, 32 (1): 13-24. DOI: 10.13679/j.jdyj.20190019

摘要 ( 731 )

PDF(739KB) ( 1065 )

以南极阿德雷岛苔原沼泽为研究区域, 2016年12月至2017年1月南极夏季期间观测研究了温室气体CH₄、CO₂和N₂O通量的变化规律及其对环境因子的响应关系。结果表明: 光照条件下干旱苔原沼泽表现为CH4吸收, 通量为(–5.4±4.3) μg CH^₄·m^–2·h^–1, 半干旱苔原与淹水苔原沼泽表现为净排放; 三个类型苔原沼泽观测点均表现为N₂O净吸收, 最高吸收通量出现在淹水苔原, 为(–2.6±2.4) μg N₂O·m^–2·h^–1; 黑暗条件下苔原沼泽一致表现为CH₄和N₂O净排放。光照与土壤水分减少增加了苔原CH₄有氧氧化吸收, 同时促进了反硝化作用对N₂O的还原转化。观测期间所有观测点均表现为CO2的汇, 最高CO₂净交换量与光合作用强度都出现在淹水苔原区, 分别为(–40.1±17.6) μg CO₂·m^–2 ·h^–1和(91.2±26.5) mg CO₂·m^–2·h^–1; 而最高苔原沼泽呼吸速率出现在干旱苔原观测点, 为(73.1±17.6) μg CO₂·m^–2·h^–1。夏季适宜的温度、降水条件促进了苔原植被的光合作用, 增加了苔原沼泽CO2吸收量。CO₂、N₂O、CH₄通量随时间变化的相互关系规律不显著(P>0.05), 但在降水与温度波动下, N₂O与CH₄通量都随CO₂通量呈现相似的波动。三种温室气体与各种环境因子之间的响应关系值得进一步研究; 不同光照条件对CH₄、N₂O排放量的估算有重要影响。

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南极普利兹湾沉积物中生物硅对粒度测量结果的影响

王丽艳李广雪

2020, 32 (1): 25-36. DOI: 10.13679/j.jdyj.20190017

摘要 ( 700 )

PDF(13303KB) ( 344 )

为了探讨生物硅对沉积物粒度测量结果的影响, 本文采用两种不同前处理方法对普里兹湾重力柱状样品进行了粒度测试。结果表明, 生物硅对沉积物的平均粒径以及黏土、粉砂、砂组分的影响较小, 而对沉积物的分选、偏态、峰态以及粒度频率分布的影响较显著。结合两组粒度组分相关性分析以及各粒级含量累积减小值, 认为生物硅对沉积物中砂、粉砂、黏土级组分含量的影响逐渐减小, 这也造成未去除生物硅的沉积物粒度测量结果偏粗。另外, 通过对比发现普里兹湾沉积物中生物硅粒径主要分布在<3Φ、5.25Φ—7.25Φ、8.75Φ—9.75Φ的粒径范围。极地研究中, 沉积物粒度结果为重建古环境变化提供重要参考, 本文研究认为在普里兹湾海域沉积物粒度研究中去除生物硅对研究结果有积极作用。

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北极王湾夏季海水中DMSP降解基因的丰度及分布调查

刘会军曾胤新陆志波俞勇

2020, 32 (1): 37-46. DOI: 10.13679/j.jdyj.20190028

摘要 ( 696 )

PDF(812KB) ( 800 )

作为海洋中最丰富的有机含硫化合物之一, 二甲基巯基丙酸内盐(DMSP)不仅在浮游植物细胞内具有重要的生理生化及生态功能, 同时也是海洋微生物的重要营养物, 其分解产物二甲基硫(DMS)还是海洋中最重要的还原态挥发性生源有机硫化物, 因此DMSP的代谢在全球硫循环中扮演着重要角色。细菌可通过脱甲基与裂解这两条途径降解海水中的DMSP, 从而决定硫元素是以含硫蛋白形式进入微生物食物网还是以DMS形式进入大气。截至目前, 在高纬度北极海域开展的有关细菌降解DMSP的相关研究报道很少。本文采用荧光定量PCR技术, 首次对北极王湾夏季(2015及2016年)海水中涉及细菌降解DMSP的两条主要代谢途径中的脱甲基酶基因dmdA及裂解酶基因dddP的丰度及分布进行了检测。结果显示, 2015—2016年海水中DMSP降解酶基因(dmdA、dddP)与细菌16S rRNA基因的丰度比值的平均值分别为0.25%±0.31%、0.32%±0.58%。2015年水样中, 除K5站位的dddP基因之外, 表层水中dmdA及dddP的丰度相对值从湾口至湾内均呈递增趋势。但2016年的结果却显示出很大差异: 湾口附近dmdA基因丰度相对值总体高于湾内; 表层水中的dddP基因丰度相对值变化趋势不明显, 而深层水中dddP基因丰度相对值从湾口到湾内总体呈递减趋势。本次研究的结果初步表明, 含有DMSP降解基因的浮游细菌在王湾夏季水体中丰度很低, 而且参与不同代谢途径的DMSP降解菌在海水中的时空分布存在很大变化。对于王湾水域中细菌参与DMSP分解代谢及其在当地硫元素循环中的生态地位的进一步认识, 尚待后续研究工作的深入开展。

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南极半岛邻近海域夏季POC分布特征及其影响因素

张一成韩正兵杨洋潘建明张海峰李栋赵军朱秋红范高晶张海生

2020, 32 (1): 47-59. DOI: 10.13679/j.jdyj.20190007

摘要 ( 747 )

PDF(7723KB) ( 392 )

海水中的颗粒有机碳(POC)与生物的生命过程、初级生产力关系密切, 是海洋食物链中重要的物质基础和能量来源, 因此POC的分布特征可以有效反映其生物地球化学环境。利用中国第33次南极考察期间(2016年12月至2017年1月)在南极半岛邻近海域采集的海水颗粒物样品, 研究POC的空间分布特征及其影响因素。结果表明, 斯科舍海0—200 m的POC浓度范围为7.44—193.52 μg·L⁻¹, 平均浓度为(48.84±35.09) μg·L⁻¹; 南斯科舍海岭0—200 m的POC浓度范围为9.13—62.17 μg·L⁻¹, 平均浓度为(29.76±14.12) μg·L⁻¹; 鲍威尔海盆0—200 m的POC浓度范围为5.87—270.72 μg·L⁻¹, 平均浓度为(48.57±38.92) μg·L⁻¹。表层POC高值出现在斯科舍海区和鲍威尔海盆区, 而低值出现在海岭区, 与叶绿素a(Chl a)的变化趋势一致, 与营养盐的变化趋势相反。垂向分布上, 各个区域POC平均浓度随深度的增加而减少, 鲍威尔海盆和斯科舍海POC最高值都出现在25 m层。分析结果表明光合浮游植物是研究海域POC的主要来源, POC的主要影响因素为温度、水团混合以及海冰环境。斯科舍海与鲍威尔海盆整体非生命POC占比高, 可能是由于高磷虾生物量、海冰碎屑以及陆源输入的干扰; 南斯科舍海岭整体非生命POC占比低。

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两株南极枝孢霉属真菌Cladosporium sp.NJF4和NJF6的次级代谢产物研究

常俊男田晓清樊成奇黄金昌陆亚男韩清华

2020, 32 (1): 60-67. DOI: 10.13679/j.jdyj.20190020

摘要 ( 720 )

PDF(439KB) ( 855 )

南极因其独特的自然环境成为潜在、重要的微生物资源库, 是产生新型生物活性物质和先导化合物菌株的潜在种源地, 南极微生物正在成为创新药物研究新的重要资源。虽然近年来对南极微生物次级代谢产物的研究逐渐增加, 但与温带和热带微生物研究相比仍处于初级阶段。对从南极普里兹湾海洋沉积物中获得的两株枝孢霉属真菌Cladosporium sp. NJF4 和 NJF6进行次级代谢产物分离及结构鉴定, 获得20个化合物。化合物结构类型包括甾醇(1)、倍半萜类(7—8)、生物碱类(9—14)、二酮哌嗪(2—5、15—17)、芳香酸(6、18—19)等, 其中倍半萜类(7—8)为首次从枝孢霉属真菌中分离得到, 以上研究将为丰富南极微生物次级代谢产物库奠定一定的研究基础。

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南极罗斯海沉积物中可培养菌株的分离及胞外水解酶活性检测

王飞丛柏林张朝晖杨黄浩

2020, 32 (1): 68-81. DOI: 10.13679/j.jdyj.20190051

摘要 ( 769 )

PDF(3341KB) ( 909 )

研究了南极罗斯海地区沉积物中可培养微生物多样性, 并检测了菌株胞外酶活性, 为开发利用南极资源奠定基础。采用Zobell 2216E培养基、土豆培养基(PDA)及稀释平板划线法分离并获得纯培养的细菌和真菌, 分别通过16S rDNA、18S/ITS序列鉴定分析了可培养微生物的多样性和系统发育。从南极罗斯海沉积物样品中获得78株细菌和54株真菌, 细菌、真菌的优势菌株分别为嗜冷杆菌属(Psychrobacter)、枝孢属(Cladosporium); 78株细菌菌株中有2株与模式菌株的16S rDNA基因序列相似性小于97%, 可能是潜在的细菌新物种。细菌API20NE生理生化和真菌产胞外酶活性结果表明, 获得的细菌和真菌大多数可检测到胞外水解酶活性。本研究丰富了南极可培养微生物资源, 为南极罗斯海地区可培养微生物的多样性研究以及南极微生物资源的应用研究奠定了基础。

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2016年夏秋季南极布兰斯菲尔德海峡威氏棘冰鱼脂肪酸组成及其食性指示研究

吴睿婕杨清源朱国平

2020, 32 (1): 82-89. DOI: 10.13679/j.jdyj.20190001

摘要 ( 717 )

PDF(1364KB) ( 856 )

作为20世纪70年代末期底拖网渔业的主要捕捞对象以及近年来南极磷虾渔业的兼捕对象之一，威氏棘冰鱼(Chaenodraco wilsoni)在海洋捕食者与饵料生物之间的能量流动中起着重要的传递作用，而目前针对该鱼种的营养特性及其食性的研究却十分有限。为此，本研究分析了布兰斯菲尔德海峡威氏棘冰鱼肌肉组织中脂肪酸的含量及其组成，并进一步探讨特征脂肪酸对食性的指示。结果表明，体长范围为4.8—30.7 cm、质量范围为0.3—250.5 g的威氏棘冰鱼肌肉样本中共检测出29种脂肪酸，其中含量较高的脂肪酸包括C16:0，C18:0，C18:1n9c，C20:5n3(EPA)以及C22:6n3(DHA)，各类脂肪酸类型含量由高至低依次为多不饱和脂肪酸(PUFA)，饱和脂肪酸(SFA)以及单不饱和脂肪酸(MUFA)。威氏棘冰鱼多种特征脂肪酸含量与体长之间不具显著的相关关系，表明其摄食并不随着个体的生长而发生较大的变化。秋冬季威氏棘冰鱼呈现杂食性特性，主要摄食以硅藻为食的生物，如南极磷虾(Euphausia superba); 同时对底栖生物和海底碎屑也有一定的摄食，并会摄食一定量的桡足类生物。)

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2013年夏季南极南设得兰群岛周边海域透光层水团结构

周梦潇朱国平

2020, 32 (1): 90-101. DOI: 10.13679/j.jdyj.20190022

摘要 ( 767 )

PDF(11641KB) ( 379 )

南设得兰群岛位于德雷克海峡南侧, 南经布兰斯菲尔德海峡与南极半岛相望。该区域一直是南大洋海洋学研究的热点区域, 近些年已成为南极磷虾渔业的重要作业区。透光层作为海洋生物活动最为集中的区域, 也是海洋中生产力最为丰富的区域。了解透光层水团的特性及变化, 一方面可为南极半岛海洋学研究提供基础信息, 同时也可为南极磷虾等中上层海洋生物的分布及其致因提供科学支撑。通过分析2013年1月至3月南设得兰群岛周边海域5个断面的透光层温、盐数据, 本研究梳理了该区域的水团属性和分布。结果显示, 南设得兰群岛北侧较深水区水团垂向结构明显, 由上至下依次为南极夏季表层水、冬季水和绕极深层水。位于南设得兰群岛南侧的布兰斯菲尔德海峡内, 威德尔海过渡水特征几乎占据了整个布兰斯菲尔德海峡。但布兰斯菲尔德海峡西南侧水团结构较为复杂, 包括了威德尔海过渡水、别林斯高晋海过渡水和德雷克海峡水等。阐明南设得兰群岛周边复杂的水团结构对于进一步开展南大洋生物-物理相互作用研究具有重要的科学意义。

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北极水域船舶事故特征及关联规则分析

付姗姗刘燕平席永涛万辉

2020, 32 (1): 102-111. DOI: 10.13679/j.jdyj.20190010

摘要 ( 849 )

PDF(2007KB) ( 943 )

北极海冰的大量融化, 加速了北极航道开发和利用, 对北极水域船舶事故风险管理提出了更高的要求。本文以2008—2017年的北极水域船舶事故数据为样本, 运用数据挖掘技术和方法, 对北极水域船舶事故进行了时空特征分析, 并对船舶属性与事故属性之间的潜在映射关系进行了关联规则挖掘。结果表明: 北极水域事故数逐年呈上升的趋势, 事故主要发生在巴伦支海东部的俄罗斯摩尔曼斯克港口水域和挪威北部水域; 北极水域严重事故受船舶总吨、船旗国、船舶类型、事故类型、事故水域等变量的影响, 船舶尺度较大的船舶更容易造成严重事故; 北极水域俄罗斯籍渔船的严重事故, 很多是由机损事故引发的, 但很少造成环境污染。研究结论可辅助海事管理部门和航运企业开展北极水域船舶事故预防和风险管理工作。

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基于TDD的科考船航迹分段方法研究

王建史景聪黄冬梅郑小罗何盛琪张北辰

2020, 32 (1): 112-120. DOI: 10.13679/j.jdyj.20190011

摘要 ( 629 )

PDF(1621KB) ( 668 )

“雪龙”号极地科考船是推动我国极地科学考察事业发展的重要工具, “雪龙”号在数十次的极地科考过程中累积了大量的航迹数据, 其中蕴含的巨大价值亟须挖掘。针对科考船的航迹分段是将科考船移动轨迹分为停留与行驶两部分, 合理的分段方法可以分离出信息更丰富的航迹段, 有利于航迹知识提取。然而, 由于原始航迹信息密度分布不均等原因, 现有的航迹分段方法往往会造成分段过多等问题, 结果并不理想。本文针对该问题, 提出了一种针对科考航迹整体的时域差分(Time Domain Difference, TDD)分段方法。本方法基于时间域对航速进行差分处理, 有效降低了因为航速波动频繁对分段结果的影响。同时, 考虑到该方法的差分步长在航迹处理过程中的不明确性, 本文将差分后航迹的路程损失和航速波动幅值进行归一化处理, 提出了航迹差分时间步长的动态确定方法, 并以速率阈值对航迹进行分段。最后本文以第29次南极科考航迹数据为例, 将本方法与经典的具有噪声的基于密度的聚类方法DBSCAN(Density-Based Spatial Clustering of Applications with Noise)进行了比较, 实验结果表明本文提出的方法可有效降低航迹分段时分段过多的问题, 在分段准确性和时间效率等方面结果更优。

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利用高支链类异戊二烯(HBIs)重建极地海冰的研究进展

吴嘉琪赵军韩正兵李栋张海峰范高晶郭晓泽金海燕潘建明张海生

2020, 32 (1): 121-131. DOI: 10.13679/j.jdyj.20190004

摘要 ( 653 )

PDF(1553KB) ( 904 )

海冰的准确重建对反演气候和环境变化具有重要意义。近期研究表明, 有机指标高支链类异戊二烯(HBIs)具有重建极地海冰状况的潜质, 海洋沉积物中具有海冰特异性的单烯HBI(IP₂₅)和双烯HBI(IPSO₂₅)指标已分别成为研究北极和南极海冰变化的有力工具。本文综述了IP₂₅、IPSO₂₅的提出和验证, 分析了影响HBIs生成、迁移和埋藏的诸多因素, 总结了为实现精细化区分海冰状况和定量化重建海冰密集度而提出的新指标的发展及应用, 并就目前存在的问题和未来研究方向进行了探讨和展望。

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“中国极地科学考察研究三十年进展”系列专著介绍

刘瑞源

2020, 32 (1): 132-132.

摘要 ( 572 )

PDF(151KB) ( 754 )

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