极地研究

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极地微生物基因组挖掘现状与展望

廖丽陈波

2020, 32 (2): 133-139. DOI: 10.13679/j.jdyj.20190034

摘要 ( 810 )

PDF(1228KB) ( 1117 )

测序技术的快速发展极大地促进了微生物基因组相关研究。极地微生物基因组的测序与研究虽然启动略晚, 但迅速成为极地微生物研究的一个重要内容。极地微生物基因资源具有重要的战略意义与社会效益, 但针对极地微生物基因组的深入研究以及基因资源的深度挖掘仍然非常有限, 没有真正发挥基因组测序的作用与价值。本文总结了国际上极地微生物基因组相关研究现状与主要的研究方向, 分析了极地微生物基因组挖掘潜力与目前研究的不足之处, 并在此基础上提出了重点需要突破的方向。极地微生物基因资源潜力巨大, 加强对极地微生物基因资源的挖掘将为未来生物技术的发展提供更多可能性。

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北极区域构造对沉积盆地演化的控制作用

王哲, 李学杰, 汪俊, 杨楚鹏, 姚永坚, 鞠东

2020, 32 (2): 140-150. DOI: 10.13679/j.jdyj.20190031

摘要 ( 742 )

PDF(8724KB) ( 446 )

北极地区众多沉积盆地的演化受控于漫长地质历史过程中的复杂区域构造作用。利用环北极编图计划重磁资料对现今北极基底构造格局进行识别，并将其与沉积盆地空间分布进行叠合，在综述北极主要沉积盆地演化序列事件基础上，归纳出三类对北极沉积盆地演化起主控作用的区域构造因素，包括：（1）后造山伸展垮塌；（2）地体增生前陆收缩；（3）洋盆扩张作用。此三类区域构造作用之后的构造事件对盆地的重塑力有限，使盆地性质大致得以延续。新元古代至显生宙时期劳伦、波罗的、西伯利亚古陆相继碰撞形成了蒂曼、加里东、埃尔斯米尔、乌拉尔造山带，经历后碰撞期伸展垮塌成为巴伦支、喀拉、加拿大北极群岛等区域的大型沉积盆地的基底。现今西伯利亚东北部和北美西北部的北太平洋边缘地体新生代演化导致其北侧发育前陆收缩盆地。美亚海盆和北大西洋-欧亚海盆洋盆扩张作用控制了马更些三角洲、巴芬湾及拉普捷夫海裂谷盆地的演化。

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白令海峡区域太平洋入流水主要特征及其影响因素研究进展

张瑜, 邓永飞, 陈长胜

2020, 32 (2): 151-163. DOI: 10.13679/j.jdyj.20190045

摘要 ( 923 )

PDF(3190KB) ( 1159 )

作为北极海洋要素的重要来源之一, 白令海峡区域的太平洋入流水在北冰洋表层海洋环流和物质能量输运过程中发挥着重要作用, 对区域乃至全球气候和生态系统产生深远影响, 然而现今的研究对太平洋入流水出现的新变化以及其如何参与北冰洋的海洋–大气过程了解得还不够深入。本文梳理了目前国内外有关太平洋入流水流量、环流与水团等主要特征的相关研究进展, 总结了太平洋入流水的流量变化和驱动机制、环流路径和影响因素, 以及与太平洋水有关的水团特征, 并在前人研究的基础上对未来的研究方向予以展望。

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基于Landsat-8的东南极达尔克冰川季节性表面消融信息提取

璩榆桐, 程晓, 刘岩

2020, 32 (2): 164-176. DOI: 10.13679/j.jdyj.20190029

摘要 ( 763 )

PDF(17251KB) ( 433 )

冰盖表面消融是气候变化和全球变暖的敏感指示剂。冰雪消融会降低地表反照率进而影响全球能量平衡, 表面融水会加剧裂隙的传播, 降低冰架稳定性进而影响冰盖物质平衡。当前, 高时空分辨率消融区分布数据的缺乏限制了南极冰盖消融发生机理和时空特征的深入探索。围绕南极冰盖大范围消融区(蓝冰、湿雪和融水)的提取研究, 提出了一种基于改进的冰雪归一化消融指数(Modified Normalized Difference Water Index Adapted for Ice, MNDWIice)的消融区自动提取方法, 采用2016年9月—2017年4月18景30m分辨率的Landsat-8数据, 获取了消融区自动提取的MNDWIice阈值, 并以东南极达尔克冰川为例, 实现了高空间分辨率的季节性消融信息提取和分析。结果表明: 在云和地形阴影干扰较小的情况下, 基于Landsat-8反射率数据计算的MNDWIice采用单一阈值(0.136)对消融区的提取精度在67.7%—94.2%之间, 平均精度为81.5%; 达尔克冰川消融面积、消融区MNDWIice均值表现出明显的季节性时空变化特征; 消融发生的时间不晚于Landsat-8数据观测的最早时间(9月7日); 消融最早出现和主要分布区在地形下降剧烈的东部接地线处。

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基于Fluent和FENSAP-ICE的极区海洋平台甲板结构结冰数值模拟

沈杰, 白旭

2020, 32 (2): 177-183. DOI: 10.13679/j.jdyj.20190033

摘要 ( 716 )

PDF(440KB) ( 1286 )

极区自然资源丰富却气候恶劣, 海洋平台在此地区作业时甲板表面极易出现结冰现象。针对极区海洋平台甲板结构结冰问题, 采用Fluent与FENSAP-ICE软件相结合的方法, 分析在过冷雾和过冷雨条件下, 距海面高度和结构特征长度对甲板结构结冰的影响。结果表明: 当特征风速为5 m·s^–1、6 m·s^–1和7 m·s^–1时, 在风速不变的条件下, 随着距海面高度由2 m增加到20 m, 结构表面的平均结冰厚度均逐渐增加且结构表面的结冰相对增长率逐渐减小; 在特征风速为5m·s^–1条件下, 在距海面高度为20 m和80 m处, 随着结构特征长度由1 m增加到30 m时, 结构表面的平均结冰厚度均逐渐减小且减少程度逐渐减缓。

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南极泰山站多能互补微电网系统研究及实证

吕冬翔, 李钏, 王哲超, 姚旭, 魏福海, 李钊, 韩安军, 卞建涛

2020, 32 (2): 184-194. DOI: 10.13679/j.jdyj.20190036

摘要 ( 799 )

PDF(1650KB) ( 1293 )

针对南极泰山站极寒、大风、高原缺氧等极端气候条件, 设计高可靠性、高耐候性微电网系统整体架构, 根据现场使用环境, 研究并仿真计算了微电网系统的必要运行参数和安装实施方式。泰山站多能互补微电网系统研制突破了极端气候条件下太阳能和风能发电能力设计、光伏板防堆雪设计、多能互补微电网系统控制设计等关键技术, 研究设计了在无人值守条件下能够自主运行的智能控制平台, 通过并网运行与离网运行两种控制模式, 构建了高效稳定的风、光、燃、储多能互补型智能微电网系统。系统安装在南极泰山站现场进行了验证性试运行, 结果表明微电网系统的各项功能指标均能达到设计要求。南极泰山站多能互补微电网系统的验证性建设和成功试运行为我国在极地地区开展可再生能源利用起到良好的探索和示范作用。

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Ewing型热流计的原位地温梯度与甲板热导率的精确匹配

许明珠, 张涛, 沈中延, 杨春国, 管清胜, 高金耀

2020, 32 (2): 195-201. DOI: 10.13679/j.jdyj.20190056

摘要 ( 665 )

PDF(2498KB) ( 623 )

由于Ewing型热流计具有安全性和便捷性的优点, 其在恶劣环境下的热流测量作业中得到广泛应用。使用Ewing型热流计测量热流值时, 通过原位测量获取海底沉积物的地温梯度, 并在实验室中测量沉积物样品的热导率。由于桩效应的原因, 即取样器的插入深度和所取样品长度并不一致, 热导率和地温梯度测量位置难以精确匹配, 其造成的误差可达3.5 mW·m^–2。基于同一站位不同深度上的热流值较为一致的原则, 设计了“最小标准偏差法”来确定Ewing型热流计作业的最优偏移量。针对中国第9次北极科学考察采集的12个站位数据分析表明, 经最小标准偏差法改正后, 同一站位各深度上热流值的标准偏差从8.4 mW·m^–2减小到3.8 mW·m^–2, 其变化幅值约为平均热流值的9%。

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基于航空高程的玛丽伯德地西部地区表面粗糙度的研究

董洪伟, 杨树瑚, 徐佳鑫, 张云, 韩彦岭, 洪中华

2020, 32 (2): 202-211. DOI: 10.13679/j.jdyj.20190044

摘要 ( 703 )

PDF(8345KB) ( 359 )

基于1998年12月—1999年1月德克萨斯大学地球物理研究所(UTIG)航空地球物理研究支持办公室(SOAR)对南极洲玛丽伯德西部区域航空调查获得的冰盖表面高程数据, 研究了该区域表面粗糙度分布。通过分析, 同时考虑表面在垂直方向和水平方向的变化, 使用有效坡度可以有效地表征玛丽伯德地西部区域的表面粗糙度特征, 文中给出了该区域表面的有效坡度分布, 并简要探讨了其分布成因。从结果中可知该研究区域的98%地区的有效坡度分布小于10°, 最小值为0.0126°; 有效坡度在10°以上的位置主要分布在靠近海岸地区, 爱德华七世半岛、谢里斯海岸附近的部分地区有效坡度值达到30°以上, 最大有效坡度为39.9736°。结合bedmap2的高程数据, 对罗斯冰架附近、福特山脉附近以及爱德华七世半岛附近的粗糙度和地形的对应关系进行了讨论。

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南极GRV 090196普通球粒陨石熔壳特征及其成因探讨

孙云龙, 缪秉魁, 黄丽霖, 张川统, 夏志鹏

2020, 32 (2): 212-225. DOI: 10.13679/j.jdyj.20190027

摘要 ( 808 )

PDF(34862KB) ( 391 )

熔壳是陨石在穿过大气层时因摩擦发热熔融所形成的，由于陨石的进入速度差异和大气层的结构变化，它可能产生不同的熔壳结构特征和类型，熔壳的研究对探索陨石穿过大气层过程和反映当时的大气层结构具有重要意义。由于南极特殊的地理气候条件，很多南极陨石样品保持了原始或完整的熔壳结构，因此，南极陨石是理想的熔壳研究对象。GRV090196是南极格罗夫山H4型普通球粒陨石。该陨石具有完整的熔壳结构，而且存在定向飞行的特征，陨石薄片保留了两段结构和厚薄不一（厚度分别为 1.3mm、0.4mm）的熔壳，是一块研究熔壳特征的理想样品。本文对GRV090196的熔壳开展了系统的岩石学和矿物学研究，将Ⅰ号熔壳由外向里分为四个不同结构层。一二层为玻璃质熔壳，发生了完全熔融后的重结晶作用，形成了主要由橄榄石斑晶和辉石质玻璃组成玻基斑状结构，一二层熔壳橄榄石斑晶的形态与成分有明显的差别，它们在下降的过程中经历了不同密度的大气层。三层熔壳发生部分熔融，大部分矿物颗粒发生圆化，其中含有少量气泡。四层熔壳产生热变质，单偏光下不透明发黑，出现了可能是细小铁质还原析出形成的暗化现象，该层结构特征与陨石内部相似。而Ⅱ号熔壳由外向里分为三层，第一层硅酸盐颗粒部分熔融且富含金属颗粒，二三层特征与Ⅰ号熔壳三四层基本相同。通过对比研究，提出了熔壳可以由陨石熔融物堆积作用产生并且可以利用其判断陨石降落的方向性，根据Ⅰ号熔壳存在两层玻璃质层且橄榄石斑晶发生了重结晶，判断在陨石降落过程中，陨石头部因摩擦发热而产生的熔融物质受到气流驱动而在陨石定向飞行的尾部产生堆积。熔壳经过两种不同密度的大气层，形成了两层不同堆积特征的玻璃质熔壳层，而Ⅱ号熔壳位于陨石的前侧部，熔化物质仅有少量保留，形成了很薄的玻璃质熔壳。

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博氏南冰?耳石外型特征参数及其对体长变化预测的研究

尉晓英, 段咪, 朱国平

2020, 32 (2): 226-235. DOI: 10.13679/j.jdyj.20190042

摘要 ( 770 )

PDF(2370KB) ( 864 )

博氏南冰?(Pagothenia borchgrevinki)为南极典型的喜冰性鱼种, 通常贴近海冰底下生活。博氏南冰?耳石形态参数与鱼体外型存在相关性, 为了研究其耳石外型特征参数及预测体长, 基于体长(SL)范围4.50—17.80 cm和体重(WW)范围1.31—80.79 g的博氏南冰?样本, 本研究对其耳石形态进行了测量与分析, 并利用随机森林模型结合耳石外型特征参数预测了该鱼种的体长。结果表明, 博氏南冰?耳石长(OL)和耳石宽(OW)分别为0.992—2.814 mm和0.744—1.797 mm, 耳石重量范围为0.000 08—0.004 48 g。耳石具有明显的基叶和翼叶, 耳石边缘较光滑, 无明显缺刻。耳石各形态参数值随着体长的增加, 其绝对尺寸不断增加, 而相对尺寸逐渐减少, 其形态结构的比例基本不变。耳石长(OL)、背长(DL)、背宽(DW)、翼叶长(ARL)、基叶长(RL)、周长(P)与鱼体体长(SL)之间均呈对数关系; 耳石宽(OW)与体长(SL)呈乘幂关系; 面积(S)与鱼体体长(SL)呈线性关系; 耳石长(OL)、背长(DL)、翼叶长(ARL)、周长(P)与鱼体体重(WW)均呈对数关系; 耳石宽(OW)、背宽(DW)、基叶长(RL)、面积(S)与鱼体重(WW)均呈乘幂关系; 耳石长(OL)与耳石重量(WO)呈乘幂关系; 耳石宽(OW)与耳石重量(WO)呈线性关系。耳石宽、背宽和面积对鱼体体长的贡献率较大, 且利用随机森林预测鱼体体长的整体效果较好, 准确率为93.91%。本研究可为南极鱼类耳石形态研究提供参考, 并可根据捕食者胃食物中的残留耳石外型特征预测被食鱼类的体长, 为开展摄食生态学研究提供基础资料。

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基于遥感数据的北极西北航道海冰变化以及通航情况研究

汪楚涯, 杨元德, 张建, 田彪, 丁明虎

2020, 32 (2): 236-249. DOI: 10.13679/j.jdyj.20190043

摘要 ( 1036 )

PDF(14182KB) ( 591 )

使用不莱梅大学AMSR-E(Advanced Microwave Scanning Radiometer for EOS)和AMSR2(Advanced Microwave Scanning Radiometer 2)日尺度海冰密集度数据, 计算了2002—2018年加拿大北极群岛7—9月的平均海冰面积, 研究了9月份平均海冰密集度变化特征; 结合商船破冰能力确定海冰密集度阈值, 选取西北航道关键区域, 统计了西北航道的通航窗口, 探讨了西北航道在实际商业通航方面的可能性。研究发现, 在过去17年加拿大北极群岛的7—9月海冰面积整体呈下降趋势但有明显波动性, 9月份的海冰分布年际变化复杂, 差异较大; 在西北航道可通航的年份中, 可通航的开始日期一般在8月份, 结束日期在9月底至10月初, 南路可通航时间最短14天, 最长达到80天。总的来说, 西北航道可通航年份和时间缺乏规律性。

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西伯利亚极地海域第四纪以来古海洋环境研究进展

贾福福, 沙龙滨, 李冬玲, 刘焱光

2020, 32 (2): 250-263. DOI: 10.13679/j.jdyj.20190074

摘要 ( 803 )

PDF(1584KB) ( 1435 )

北极作为全球气候变化响应和反馈最为敏感的区域之一, 对全球大气、海洋环流等都有着深远持久的影响。尤其是第四纪以来, 北极冰盖的反复变化和海平面的波动不仅影响着白令海峡的关闭与开启、水团交换和洋流系统的变化, 同时还影响着北冰洋边缘海陆架的暴露与淹没。西伯利亚极地海域, 包括楚科奇海、东西伯利亚海和拉普捷夫海, 作为环北冰洋最为宽阔的浅水陆架区, 其在第四纪冰期-间冰期旋回中经历了海洋环境的重大变化。利用北冰洋主要边缘海—— 楚科奇海、东西伯利亚海和拉普捷夫海所开展的第四纪以来古海洋环境的研究成果, 通过对比分析上述三个海域多指标重建的古海洋环境演变与古气候记录, 全面系统地了解第四纪以来西伯利亚极地海域的古海洋环境演变历史, 发现古洋流、古海平面、古海水温盐度等古海洋环境因子的变化, 除在根本上要受地球轨道参数的周期性波动所引起的太阳入射辐射量的变化和地壳构造运动的影响外, 还受到各种正负反馈机制和放大效应引起的北极冰盖扩张和退缩、冰川地壳均衡补偿、入海径流变化等因素的影响, 为今后北极古海洋古气候研究工作的开展提供借鉴。

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极地微生物酶资源开发研究进展

王伟姚从禹孙晶晶郝建华

2020, 32 (2): 264-275. DOI: 10.13679/j.jdyj.20190039

摘要 ( 743 )

PDF(376KB) ( 1252 )

两极地区的微生物在极端环境中演化出能够耐受低温、高盐等特殊性质的酶。极地微生物的酶有潜在的应用价值, 是重要的生物资源。极地微生物在各种复杂的极地环境中形成了高度多样性, 蕴含着可供开发利用的大量新酶资源。近年来国内外持续发现大量的极地微生物新酶, 说明极地微生物已成为新酶的重要来源。本文简述了近5年来极地微生物新酶开发的研究进展, 分类列举了有较好商用前景的蛋白酶、脂肪酶/酯酶、糖类降解酶等重要工业酶的筛选和性质等研究简况。

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中国第36次南极科学考察简报

何剑锋

2020, 32 (2): 276-278.

摘要 ( 630 )

PDF(777KB) ( 1219 )

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北极海洋环境保护工作组(PAME)北极航运状况报告介绍

闵超, 杨清华

2020, 32 (2): 279-281.

摘要 ( 643 )

PDF(410KB) ( 890 )

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