极地研究

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南极格罗夫山陨石收集、研究进展和富集机制

陈宏毅, 缪秉魁, 夏志鹏, 谢兰芳, 赵斯哲

2020, 32 (4): 417-434. DOI: 10. 13679/j.jdyj.20200006

摘要 ( 973 )

PDF(8400KB) ( 831 )

经过7次南极格罗夫山考察, 我国成功收集陨石12 665块, 证明格罗夫山为南极陨石富集区, 但和南极其他富集区相比, 格罗夫山陨石数量多、平均重量小、特殊类型陨石所占比例小。第3次和第4次格罗夫山考察共收集陨石9 802块, 106.5 kg, 分别占总数量和总重量的77.4%和82.5%, 之后收集陨石的数量和重量持续下降。相对于国际上研究程度高的陨石富集区, 格罗夫山冰流速率快、流向复杂、冰裂隙发育、夏季盛行偏东风且风力大, 可能是格罗夫山陨石碎块相对富集的客观原因; 但格罗夫山的蓝冰消融率、冰川流速、全年的气象条件等方面积累数据不足。因此, 尽快采集格罗夫山地区的冰川变化和气象数据, 建立格罗夫山陨石富集机制模型, 对合理规划格罗夫山陨石科考和探索新的陨石富集区具有重要意义。

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1947—2020年西南极派恩岛冰川前缘变化特征分析

钱懿德, 周春霞, 陈一鸣, 曾韬, 刘建强

2020, 32 (4): 435-451. DOI: 10. 13679/j.jdyj.20200010

摘要 ( 943 )

PDF(43663KB) ( 811 )

位于西南极的派恩岛冰川(Pine Island Glacier, PIG)是近年来崩解频繁且前缘变化明显的区域。基于Landsat系列卫星和海洋一号C卫星光学影像、ERS-1和RADARSAT卫星SAR影像及航空影像, 利用前缘位置识别和开口盒方法, 分析1947—2020年PIG的前缘变化特征。PIG在近73年至少发生过17次规律性的大规模崩解事件, 其崩解周期在1995—2013年间约为6年, 2013年至今约为1~2年; 由开口盒法计算得到的冰川前缘附近的流速在近73年间呈现上升趋势。结合PIG在1947—2020年间崩解事件的相关研究, 总结出厄尔尼诺现象、冰架底部的绕极深层水暖化、底部融化率增加、底部裂隙的发育、冰水混合物的消退以及冰架与海脊间歇接触产生的背应力等是导致PIG发生崩解的可能驱动因子。

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四套高分辨率再分析海洋-海冰资料在罗斯海和阿蒙森海的评估

黄佳, 张召儒, 王小乔

2020, 32 (4): 452-468. DOI: 10. 13679/j.jdyj.20200007

摘要 ( 1013 )

PDF(11918KB) ( 600 )

通过与海冰和水文观测数据的对比, 本研究对GLORYS2v4、ORAP5、C-GLORS和UR025.4四套全球海洋-海冰再分析资料在罗斯海和阿蒙森海进行了评估。评估要素包括气候态的海冰密集度、海冰厚度、表层温度、表层盐度、温盐垂直剖面以及混合层深度。结果表明, 在不同要素的模拟上, 同一套再分析资料的模拟表现并无一致性; 在不同海域, 同一套再分析资料模拟的表现也不一致。总体来讲, UR025.4在研究区域的海冰场模拟方面与观测更加一致, C-GLORS与观测差异较大。在水文模拟方面, 表层C-GLORS在结冰季节与WOA13资料差异较小, ORAP5与观测的偏差较大; 700 m以下各产品与观测水文数据较为吻合, 在次表层再分析资料中没有模拟明显占优的产品, 多模式平均资料能够在一定程度上减少再分析数据与观测数据间的差异。

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西南太平洋海洋锋面位置分布研究

杨威李丙瑞高立宝李锐祥刘长建马磊

2020, 32 (4): 469-482. DOI: 10. 13679/j.jdyj.20200030

摘要 ( 966 )

PDF(13262KB) ( 709 )

6条澳大利亚塔斯马尼亚至南极罗斯海抛弃式温盐深观测断面及卫星海表温度数据被用来分析西南太平洋海洋锋面的分布特征。分析表明季节变化对锋面位置并无显著影响, 但锋面垂向结构则会有所差异。亚南极锋(Subantarctic Front, SAF)和极锋(Polar Front, PF)在西南太平洋海域存在较普遍的双分支特征, 在SAF双分支中, S-SAF温度梯度一般大于2.0℃·(100 km)^–1, N-SAF温度梯度一般大于1.0℃·(100 km)^–1。本文判断的西南太平洋锋面位置与Orsi等^[1]在1995年总结的位置分布基本一致, 但各锋面位置均略向北偏移。受东南印度洋中脊海底地形的影响, SAF和PF在经过塔斯马尼亚以南海域后明显向东南偏移, 并在170°E~175°E海域到达最南处。根据卫星海表温度梯度判定的PF位置比次表层中2℃海水等温线的北边界更靠近极地, 在145°E断面, 这种间距超过5个纬度, 而在175°E断面, 这种间距约1个纬度。因亚热带锋(Subtropical Front, STF)、SAF和PF对海表温度有一定的影响, 利用卫星海表温度梯度判断的锋面位置具有较高的可信度。

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介电剖面法对于冰芯电学性质影响因素分析

徐思佳, 李院生, 安春雷, 史贵涛, 姜苏, 马天鸣, 鲁思宇, 王丹赫

2020, 32 (4): 483-493. DOI: 10. 13679/j.jdyj.20190072

摘要 ( 749 )

PDF(4633KB) ( 866 )

冰芯记录的古气候信息常用化学和物理指标进行提取和分析。其中, 冰芯电学性质是基础物理分析指标之一, 具有重要研究意义。为了定量测定冰芯在交流电下的响应, 介电剖面法(Dielectric Profiling, DEP)被提出并应用到现场冰芯电学性质分析中。然而, DEP测量冰芯的技术参数和方法需要针对现场条件进行探索, 冰芯组分变化对测试信号的影响也未完全明晰。因而, 基于控制变量方法, 制作不同离子种类以及浓度梯度的人工模拟冰芯, 建立了基于我国自主研建的DEP测量设备针对极地冰芯电学性质测试的方法, 探究了DEP信号(电导率信号和介电常数信号)与化学离子种类、离子浓度、冰芯结晶速率、冰芯气体含量以及冰芯尘埃含量之间的关系。结果表明, DEP信号与冰芯中的H⁺、Cl⁻以及NH₄⁺浓度呈现明显的线性关系。另外, 冰芯的结晶速率的减缓、冰芯气体含量的上升、冰芯尘埃(草木灰)含量的上升会造成冰芯中DEP信号的下降。

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极区电离层在磁坐标系下的世界时变化特征研究

武业文刘瑞源张北辰胡红桥慈颖姜明波吕建永

2020, 32 (4): 494-503. DOI: 10. 13679/j.jdyj.20200064

摘要 ( 752 )

PDF(1152KB) ( 771 )

利用太阳活动低年2007—2010共计4年的COSMIC(Constellation Observing System for Meteorology, Ionosphere, and Climate satellite)掩星观测数据, 在修正地磁纬度-磁地方时标系下(地磁坐标系), 计算了极区电离层平均电子含量(mPEC)表征极区电离层的世界时(UT)变化特征。结果表明地磁坐标系下南北极区电离层UT变化特征明显, 主要是由于极区的太阳光致电离区域随UT变化所致。以mPEC表征的极区电离层电子密度UT变化规律呈正余弦型, 在南北极约有12小时的相位差; 南极的UT变化强度要大于北极, 约是北极的2~3倍, 这些特征主要归因于地理轴与地磁轴的夹角在南极大于北极。通过与地理纬度-地方时坐标系下mPEC的UT变化特征对比, 发现地磁坐标系下的UT变化强度更大, 原因是地磁坐标系下极区电离层的UT变化是太阳光致电离叠加水平输运调制共同作用的结果, 而地理坐标系下极区电离层UT变化主要由水平输运产生。

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南极大型海藻表面可培养琼胶降解菌多样性分析

桂媛媛谷晓倩李江张培玉

2020, 32 (4): 504-511. DOI: 10. 13679/j.jdyj.20190076

摘要 ( 848 )

PDF(4790KB) ( 906 )

采用选择性培养基、卢戈氏染色法对南极乔治王岛附近海域6株大型海藻表面可培养的琼胶降解菌进行了筛选和分离纯化, 并基于菌株的16S rRNA基因序列进行了分子鉴定和系统发育分析。结果表明, 筛选获得的37株琼胶降解菌分别属于γ-变形菌纲(Gammaproteobacteria), 黄杆菌纲(Flavobacteriia)和放线菌纲(Actinobacteria)。其中γ-变形菌纲包括Pseudoalteromonas、Colwellia、Shewanella、Psychrobacter、Pseudomonas、Halomonas、Photobacterium等7个属及Thiotrichaceae科, 黄杆菌纲包括Flavobacterium、Zobellia 2个属, 放线菌纲只筛选出Salinibacterium 1个属。优势属为假交替单胞菌属(Pseudoalteromonas, 20株), 其次为嗜冷杆菌属(Psychrobacter, 4株)。Shewanella、Psychrobacter、Pseudomonas、Halomonas和Photobacterium等5个属及Thiotrichaceae科是首次从南极大型海藻表面分离的具有琼胶降解活性的种属。该结果拓展了我们对琼胶降解菌多样性的认识, 为南极微生物资源调查和开发研究提供了科学依据。

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南极菲尔德斯半岛潮间带沉积物细菌群落结构分析及产酶菌株初步筛选

吴蕾蕾商丽孙浩史晓翀张晓华

2020, 32 (4): 512-522. DOI: 10. 13679/j.jdyj.20190069

摘要 ( 826 )

PDF(1319KB) ( 858 )

为了研究南极菲尔德斯半岛潮间带沉积物细菌群落组成及可培养细菌产酶活性, 选取潮间带19个站位沉积物样品, 利用Illumina MiSeq高通量测序技术对沉积物中细菌的群落组成进行研究; 利用荧光定量PCR技术定量测量沉积物中总细菌的绝对丰度; 利用传统的平板涂布法对16个站位的沉积物样品中可培养细菌进行纯化和鉴定, 同时选取38株细菌进行酶活性筛选。结果显示: 19个站位潮间带沉积物样品共得到2 375个分类操作单元OTU(operational taxonomic unit), 共获得42个细菌门, 其中变形菌门(Proteobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、放线菌门(Actinobacteria)为优势类群。总细菌的丰度介于2.51×10⁷~6.65×10⁸ copies·g^–1。对于可培养细菌, 129株测序的细菌分属于4个门, 25个属, 50个种。变形菌门、放线菌门、拟杆菌门为优势类群, 这与高通量测序结果基本一致。选取其中38株进行酶活性筛选(包括脂酶、淀粉酶、明胶酶、褐藻胶酶和纤维素酶), 发现17株可产脂酶、24株可产淀粉酶、18株可产明胶酶、4株可产褐藻胶酶和4株可产纤维素酶。

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极区冰下温盐剖面实时观测系统设计与应用

王德亮, 张素伟

2020, 32 (4): 523-532. DOI: 10. 13679/j.jdyj.20190073

摘要 ( 813 )

PDF(6530KB) ( 1386 )

极区冰下温盐剖面的观测是极区海洋环境监测的重要方面。大量浮冰的存在是极区海洋环境的主要特点, 常规的Argo浮标、水下滑翔机等海洋观测设备无法透过冰层完成定位和卫星通信传输, 这也是极区冰下温盐剖面资料数量少、时空不连续的主要原因。为实现对极区浮冰下0~200 m深度范围进行温盐剖面观测, 基于国产HM2000型剖面浮标进行改进设计, 增加冰面通信设备、锚系平台等设备, 组成温盐剖面实时观测系统。研制过程中突破感应耦合通信关键技术, 创新性地建立岸站控制中心—冰面通信中继—冰下剖面浮标的双向通信链路。本系统于2018年8月在中国第9次北极科学考察任务中顺利完成布放和应用。

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北冰洋200海里外大陆架划界主张之比较分析

尹洁, 李家彪, 方银霞

2020, 32 (4): 533-543. DOI: 10. 13679/j.jdyj.20200017

摘要 ( 861 )

PDF(13622KB) ( 496 )

截至2020年, 环北冰洋5国中除了尚未批准《联合国海洋法公约》的美国外, 其余4国均提交了涉及北冰洋的200海里外大陆架划界案。其中俄罗斯、加拿大和丹麦基于北冰洋海底脊状隆起主张了大范围的大陆架, 若全部主张获得大陆架界限委员会认可, 那么北冰洋国际海底区域将所剩无几。而北冰洋地质构造的特殊性, 在适用《联合国海洋法公约》第76条时存在诸多不确定因素, 从而导致外部界限存在多种可能。通过《联合国海洋法公约》第76条、大陆架界限委员会《科学和技术准则》以及审议划界案的实践, 比较分析北冰洋沿海国大陆架主张; 基于对罗蒙诺索夫脊和阿尔法-门捷列夫脊的科学研究, 认为洋脊规则应谨慎适用; 北冰洋沿海国将大陆架问题区域化也将产生不利影响。

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北极西北航道海洋风能选址建模与评估

钱恒, 张韧

2020, 32 (4): 544-554. DOI: 10. 13679/j.jdyj.20190053

摘要 ( 831 )

PDF(2541KB) ( 979 )

风能开发价值度等级区划是风能发电、能源基地等工程选址的主要依据。针对北极西北航道海上风能选址的困境, 建立了一套具有极区特色的风能开发价值度等级评估体系, 并结合基于三角模糊数随机模拟的综合评估模型(CA-SSTFN)展开分析。通过该模型与层次分析法和模糊层次分析法评估技术的对比试验结果来看, CA-SSTFN能够客观地实现多源环境信息的融合和推理, 而且以置信区间形式表示的评估结果比现有常规方法的结果提供了评价结果可靠性方面的更多信息, 评价结果更符合实际情况, 具有良好的评估性能, 同时该模型还具有基于信息检测的更新能力, 基于此可实现价值度的实时或准实时评估。最后以阿蒙森湾中部海域进行实例分析: 从结果来看该海域风能开发价值整体较高, 特别是夏季, 而夏季也是当前西北航道的最佳通行期, 更添风能开发的价值。综合来看, 推荐的开发先导点为: (124°W,70.5°N)

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北极地区活跃火的时空分布格局分析

薛乃婷, 张震, 杜志恒, 胡克宏, 张莎莎, 黄丹妮

2020, 32 (4): 555-564. DOI: 10. 13679/j.jdyj.20190075

摘要 ( 795 )

PDF(5494KB) ( 834 )

基于火灾信息资源管理系统 (Fire Information for Resource Management System, FIRMS) MODIS (Moderate-resolution Imaging Spectroradiometer)与VIIRS(Visible Infrared Imaging Radiometer)的活跃火位置数据, 按照2000—2018年不同时间(年、月、时)和空间(国家)尺度分析了北极地区活跃火动态变化, 旨在为活跃火的预测和管理提供依据。研究结果表明: (1)2012—2018年, MODIS C6(MODIS Near Real-time 1 km active fire products, MCD14DL) 与VIIRS V1(VIIRS Near Real-time 375 m active fire products, VNP14IMGTDL_NRT)活跃火频次趋势一致, 最大值与最小值分别出现在 2013 年与2015年; (2)北极地区活跃火频次累计最多的国家是俄罗斯, 最少的国家是挪威, 两套产品年际变化在不同国家特征颇为相似; (3)北极地区7国(俄罗斯、美国、加拿大、丹麦、挪威、瑞典和芬兰)活跃火现象主要集中在6—8月, 活跃火观测时段主要集中在各国当地时间12时左右。

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航姿系统航向精度高纬度评价方法与试验

郭正东, 奔粤阳, 崔文婷

2020, 32 (4): 565-570. DOI: 10. 13679/j.jdyj.20200029

摘要 ( 745 )

PDF(1176KB) ( 899 )

针对传统惯性航姿系统高纬度地区不能提供可靠航向参考的问题, 将基于横坐标系的机械编排技术方案应用于航姿系统的姿态解算。针对高纬度应用需求, 提出了航向精度指标的相对评价法, 消除了纬度变化对于误差变化的影响。设计高纬度导航性能航行搭载测试试验方案, 并完成了极地科考航行试验, 结果表明采用横向机械编排的光纤航姿设备可作为高纬度地区的姿态参考系统。

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南极和格陵兰冰盖物质平衡研究进展

叶玥, 程晓, 刘岩, 林依静, 璩榆桐

2020, 32 (4): 571-585. DOI: 10. 13679/j.jdyj.20190060

摘要 ( 1013 )

PDF(1636KB) ( 1649 )

冰盖物质平衡状态对全球海平面具有重大影响, 是预测海平面上升的最大不确定性来源。近20年来随着卫星遥感技术的快速发展, 冰盖物质平衡研究取得巨大进展。研究系统介绍了近20年来冰盖物质平衡估算方法以及相应卫星数据的发展, 归纳和总结了国内外利用测高法、重力测量法、通量法和融合法进行南极和格陵兰冰盖物质平衡评估的结果, 详细分析了每种方法的不确定性和误差来源, 为未来冰盖物质平衡研究提供参考。冰盖物质平衡仍将是全球变化研究未来的重点, 提升卫星性能以降低观测数据的不确定性, 创新估算方法以降低估算结果的不确定性, 加强地面观测验证是研究热点。

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eDNA技术在极地水环境中的应用进展

刘梦月, 赵文玉

2020, 32 (4): 586-595. DOI: 10. 13679/j.jdyj.20200004

摘要 ( 882 )

PDF(392KB) ( 803 )

应用环境DNA(eDNA)技术高效准确地完成极地水生态系统(极区大洋, 近岸海域及湖泊、溪流等)中生物的物种鉴别、多样性分析等研究工作, 对开发极地地区生物资源、预测全球水生态系统变化趋势和平衡稳定和研究极端生境生态学问题等具有重要价值。近年来, eDNA技术发展迅速, 有效地改进了传统方法在水生态系统研究中的缺点, 提高了对水生生物的调查工作的效率。文章综述了eDNA技术对极地水环境中的鱼类、底栖生物、浮游生物、浮游细菌、病毒等水生生物的生物多样性分析、物种鉴定、种群结构分析及生态学等方面研究的应用进展。eDNA技术作为一种新兴的生物调查方法, 有能力加速更新分子时代的现代生物多样性调查的方法, 在研究极地水生生物多样性上具有极大的前景。

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我国参与MOSAiC气候多学科漂流冰站计划的概况

雷瑞波

2020, 32 (4): 596-600.

摘要 ( 596 )

PDF(271KB) ( 1029 )

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