极地研究

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马红梅, 孙波, 胡正毅, 史贵涛

2021, 33 (2): 171-182. DOI: 10.13679/j.jdyj.20200033

摘要 ( 1016 )

PDF(2453KB) ( 1226 )

非海盐硫酸根(nssSO₄^2-)和甲基磺酸(MSA)是极地气溶胶和雪冰介质中主要的含硫化合物。空间尺度上, 南半球nssSO₄^2-和MSA具有明显的纬度效应特征; 时间尺度上, nssSO₄^2-和MSA具有季节变化特征(夏高冬低), 南极冰芯中MSA和nssSO₄^2-浓度均在冰期增大, 北极冰芯记录出现MSA浓度在冰期减小、但是nssSO₄^2-浓度在冰期仍然增大的现象。利用极地nssSO₄^2-和MSA可以指示海洋初级生产力、大气温度、海冰范围变化以及人类活动影响等气候环境信息, 并对利用nssSO₄^2-和MSA开展全球变化研究进行了展望。

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西澳平贾拉造山带中元古代–早古生代地质事件及其与东南极雷纳造山带地质事件对比

于世航, 陈龙耀, 刘晓春

2021, 33 (2): 183-197. DOI: 10. 13679/j.jdyj.20200035

摘要 ( 898 )

PDF(4680KB) ( 1018 )

澳大利亚西缘的平贾拉造山带遭受了格林维尔期和泛非期两期高级构造热事件的影响, 其构造演化过程与罗迪尼亚超大陆的聚散和冈瓦纳超大陆的拼合密切相关。本文系统总结和评述了平贾拉造山带在中元古代–早古生代期间经历的三期主要地质事件及其构造意义, 并与东南极雷纳造山带的地质事件进行了对比研究。平贾拉造山带中记录的三期主要地质事件包括: (1)中元古代晚期岩浆/变质事件(1090–1020 Ma), 与全球格林维尔期造山作用有关, 但对其详细的构造含义争议较大; (2)新元古代中期岩浆事件(780–660 Ma), 具有伸展/裂谷岩浆作用特征, 可能与罗迪尼亚超大陆的裂解有关; (3)新元古代晚期–早古生代(即泛非期)岩浆/变质事件(540–520 Ma), 与东冈瓦纳大陆的聚合有关。地质对比研究表明, 平贾拉造山带与东南极雷纳造山带所记录的中–新元古代地质事件存在明显的差别, 两者不能连成一个统一的格林维尔期造山带。平贾拉造山带与普里兹湾地区的雷纳造山带部分(即普里兹造山带)都遭受到新元古代晚期–早古生代构造热事件的强烈改造, 两者可能存在内在的联系。但是, 普里兹湾地区新元古代中期岩浆事件的缺失表明两者可能还不能直接相连。因此, 关于西澳平贾拉造山带向东南极的延伸问题尚存争议, 这也是今后需要进一步研究的方向。

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西南极湖泊沉积类脂记录的有机质来源及生态环境变化

郭晓泽, 赵军, 韩正兵, 李栋, 张海峰, 孙维萍, 扈传昱, 潘建明

2021, 33 (2): 198-208. DOI: 10. 13679/j.jdyj.20200042

摘要 ( 790 )

PDF(4115KB) ( 858 )

对西南极乔治王岛西湖沉积物XH1柱样进行了²¹⁰Pb测年, 建立起百余年(1885~2006年)沉积地层序列。定量分析了该柱样中的正构烷烃、脂肪酸和甾醇等类脂生物标志物, 综合研究了其分子组合特征和大尺度气候事件[厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)和南半球环状模(SAM)]指标, 探讨了湖泊沉积有机质来源、沉积环境和早期成岩作用及其与生态环境变化的关系。结果表明, 正构烷烃的主峰碳(nC₂₃)、脂肪酸的后主峰碳(C_24:0)、较高的C₂₉甾醇含量和较低的SC₂₁^–/SC₂₂⁺比值均显示, 苔藓、地衣等低等陆生植物是西湖沉积物中有机质的主要来源, 而水生动植物及微生物的贡献相对较少。脂肪酸C_18:2/C_18:0比值表明, 在年代际时间尺度上, 与ENSO相比, SAM对南极半岛生态系统可能更具影响力, 且对湖泊水生动植物的影响比陆生植物更为明显。内源输入的甾醇指标ACI显示, 西风变弱、南极半岛变暖时, 沉积物中水生生物贡献的有机质减少。整体而言, 过去的100多年中, 西湖呈弱氧化的沉积环境, 早期成岩作用较弱, 且气候事件对湖泊沉积环境影响不大。

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海冰模式中融池参数化方案的伴随模式参数估计

陆洋, 王晓春

2021, 33 (2): 209-221. DOI: 10.13679/j.jdyj.20200044

摘要 ( 901 )

PDF(917KB) ( 786 )

融池是影响北极海冰变化的重要因子。但在目前广泛使用的海冰模式CICE6.0中, 融池模拟与观测存在较大差异。CICE6.0中的CESM融池参数化方案可以计算融池覆盖率与深度, 但其中的部分重要参数存在一定的经验性, 影响了融池模拟。本研究为CICE6.0海冰模式的CESM融池参数化方案开发了伴随模式, 利用CICE6.0海冰模式、融池伴随模式和L-BFGS极小化算法, 使用一年冰及多年冰区域的MODIS卫星融池覆盖率观测数据, 对CESM参数化方案中的融池纵横比参数进行了分时段分区的参数估计。结果表明: 使用伴随模式可以有效地对融池参数进行估计; 得到的融池参数随时空变化, 符合融池过程时空变化强烈的特征; 估计的参数值用于模拟, 减小了融池覆盖率的模拟误差, 与MODIS观测更为一致。

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2018年中国第9次北极科学考察走航期间北极低层大气垂直结构特征分析

田忠翔, 赵福, 尹朝晖, 于文灏

2021, 33 (2): 222-230. DOI: 10. 13679/j.jdyj.20200039

摘要 ( 741 )

PDF(2086KB) ( 684 )

利用中国第9次北极科学考察期间获取的大气探空资料, 分析了走航期间北极低层大气垂直结构特征。分析发现: (1)对流层中部大气的平均温度递减率为5.67°C·km^-1, 与北极中心区的结果比较一致, 高空急流特征比较显著, 尤其是高纬地区; (2)本航次观测到的边界层逆温层底高度、厚度和温度差的中位数分别为306 m、299 m和3.2°C, 与SHEBA(Surface Heat Budget of the Arctic Ocean)的结果比较一致; (3)低空急流高度和风速的中位数分别为456 m和11.40 m·s^-1, 大多数时次的风速分布在6~14 m·s^-1之间; (4)本航次观测到只有67.27%的低空急流高度位于最低逆温层之下, 而考虑多层逆温后, 92.73%的低空急流位于逆温层之下。

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一株可利用二甲基巯基丙酸内盐生长的北极海洋细菌的分类鉴定及表型特征分析

张义和, 曾胤新, 曲江勇

2021, 33 (2): 231-240. DOI: 10. 13679/j.jdyj.20200037

摘要 ( 741 )

PDF(1657KB) ( 903 )

二甲基巯基丙酸内盐(DMSP)是一种主要由海洋浮游植物生成的含硫化合物, 在海洋中含量丰富, 同时也是海洋细菌的重要营养物之一。采用生长选择性培养基从北极王湾海水中分离到一株细菌DMSP-1。基于16S rRNA基因序列及基因组平均核苷酸一致性(Average Nucleotide Identity, ANI)分析, 将该菌鉴定为乳酸假单胞菌。该菌细胞呈杆状, 有极生鞭毛; 具有耐冷(可在5°C较快生长, 适宜生长温度范围为22~29°C, 最高生长温度为38°C)、耐盐(适宜生长盐度范围为0~4% NaCl、最高生长盐度为8% NaCl)等特性, 表明该菌能较好地适应其所处的北极近岸环境。碳源生长实验证实该菌能以DMSP为唯一碳源进行生长。该菌具有乳酸假单胞菌的许多生理生化特征, 但也存在差异, 如色氨酸脱氨酶与脲酶为阳性、不能利用鼠李糖产酸等。对假单胞菌DMSP-1开展进一步的研究, 将推动人们对于海洋细菌降解DMSP的代谢机制及其在北极海洋环境中生态功能的深入认识。

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北极新奥尔松地区藻类可培养附生细菌多样性研究

孙晓梦, 樊守金

2021, 33 (2): 241-249. DOI: 10. 13679/j.jdyj.20200045

摘要 ( 713 )

PDF(534KB) ( 930 )

为研究北极地区海洋藻类可培养附生细菌的多样性, 利用稀释平板法自2019年7月采集的北极新奥尔松地区的海洋红藻多管藻(Polysiphonia sp.)样品中分离纯化得到60株可培养的藻类附生细菌。16S rRNA基因序列测定分析表明所分离的藻类附生细菌主要隶属于γ-变形菌纲(39株, 65%), 其次隶属于放线菌纲(10株, 17%)和黄杆菌纲(8株, 13%), 仅有少量隶属于α-变形菌纲(2株, 3%)和芽孢杆菌纲(1株, 2%), 其中的优势细菌属为Psychrobacter属(22株, 37%)和Pseudoalteromonas属(12株, 20%)。此次获得了较多极地藻类多管藻的附生细菌菌株, 初步揭示了多管藻可培养附生细菌的多样性, 为多管藻自身以及其附生细菌生态功能及应用开发研究奠定了基础。

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两种新的基于遥感影像的南极DEM精度比较与分析

耿通, 肖峰, 张胜凯, 李佳星, 宣越, 李斐

2021, 33 (2): 250-259. DOI: 10. 13679/j.jdyj.20200031

摘要 ( 909 )

PDF(2878KB) ( 871 )

南极参考高程模型(Reference Elevation Model of Antarctica, REMA)和TanDEM-X DEM是国际上新发布的两种基于遥感影像的高分辨率数字高程模型(Digital Elevation Model, DEM)。采用Cryosat-2卫星测高数据及冰桥计划机载测高数据对两个数字高程模型在南极冰盖上的精度进行验证比较, 并考虑雷达信号穿透性和坡度等因素进行分析。结果表明: 在南极冰盖范围内,与CryoSat-2数据相比较,REMA的平均高程差为-0.742 m, 标准差为5.269m, TanDEM-X DEM的平均高程差为2.946 m, 标准差为5.755 m>。在南极内陆地区TanDEM-X DEM与冰桥计划数据之间的高程差异略小于冰盖边缘地区的高程差异, 总体高程差异相比于REMA和冰桥计划数据之间的高程差异要更明显。REMA的高程值略高于TanDEM-X DEM的高程值, 两个数字高程模型之间的平均高程差为3.742 m, 标准差为2.807 m, 这与TanDEM-X DEM的数据源使用X波段雷达波对积雪的穿透性有关。

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“雪龙2”号冰区表层海水采集系统的设计与实现

袁东方, 王硕仁, 陈清满, 刘志兵, 廖周鑫, 夏寅月

2021, 33 (2): 260-267. DOI: 10. 13679/j.jdyj.20200038

摘要 ( 840 )

PDF(4670KB) ( 912 )

表层海水采集系统是现代科学考察船装备的基础科考设备, 通过连续水样采集, 可以为走航观测设备、实验室以及培养容器连续提供表层海水, 并获取表层海水pCO₂、温度、盐度、叶绿素、营养盐等基础数据。南、北极科考要求表层海水采集系统在南北极浮冰区以及南大洋区域提供实时、高保真以及连续的表层海水。由于极地考察海域的特殊性, 表层海水采集系统常会遇到问题, 如: 在浮冰区经常被碎冰堵塞吸口导致无法正常供应表层海水、海洋生物在管道内附着导致管道污染、海水在输送过程中升温导致无法保持其原位状态、管道生锈污染海水等。为解决上述问题, “雪龙2”号在“雪龙”号的基础上, 对防冰堵、海水高保真、实时性、防海生物污染等几个关键技术点进行重点设计, 成功建成了一套可在冰区连续运行作业的表层海水采集系统, 经过中国第36次南极考察一个航次实践, 大概率降低冰堵情况的发生, 获取了大量珍贵的科考数据。

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北极航线体系国家关系网络研究

丁超君, 李振福, 史晓梅, 陈雪

2021, 33 (2): 268-278. DOI: 10. 13679/j.jdyj.20200047

摘要 ( 772 )

PDF(850KB) ( 672 )

随着北极海冰融化, 北极航线所具有的巨大战略价值吸引了多个国家的关注, 北极航线地缘问题将成为未来国际地缘问题中的重要一环。本文通过构建北极航线体系国家关系网络, 定量研究2007—2019年期间, 北极航线体系国家关系网络的结构特征演化, 并测算各个国家的地缘权力特征。结果表明: 北极航线体系国家关系网络规模不断扩大, 网络密度则呈现先上升后下降的态势。分析各子网络, 科考合作网络与环保合作网络的网络密度最大, 能源合作网络与航运合作网络的网络密度呈上升趋势, 安全合作网络密度一直较低。北极航线体系国家关系网络具有小世界性, 无标度特征在演化过程中越为明显。分析具体节点特征, 开始北极八国是网络中重要的节点, 在演化过程中, 北极域外国家重要程度上升。另外划分社团, 在演化过程中, 北极八国从聚合走向分化, 网络中的国家关系更加复杂。

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基于模糊层次分析-多级可拓的北极东北航线不同航段风险评价

何佩龙, 马晓雪, 张靖雯, 乔卫亮

2021, 33 (2): 279-293. DOI: 10. 13679/j.jdyj.20200016

摘要 ( 742 )

PDF(620KB) ( 1214 )

北极东北航线经度跨度大, 海区地理环境复杂, 其不同航段的通航环境在自然环境和人为干预的影响下, 存在较大的差异性。不同航段的差异性分析对保障航行安全具有重要意义。结合模糊层次分析法(Fuzzy Analytic Hierarchy Process, FAHP)和多级可拓理论, 基于构建的北极东北航线风险评价指标体系, 对北极东北航线不同航段的风险水平进行评价分析。结果表明: (1)冰情、温度、能见度、航道条件、航海保障能力是影响东北航线航行风险最重要的5大因素; (2)各航段安全风险存在明显差异, 东西伯利亚海-德朗海峡航段多数指标风险水平较高; (3)风险评价结果与现实状况基本吻合, 可为保障北极东北航线安全提供重要参考。

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国际极地科学研究概况和热点计量分析

陈留林, 孔嘉, 邓三鸿, 谌陈晨

2021, 33 (2): 294-306. DOI: 10. 13679/j.jdyj.20200040

摘要 ( 1001 )

PDF(8440KB) ( 581 )

由于南北两极在地球气候系统中的重要作用和自然资源潜力, 两极的科学研究已成为世界大国关注的焦点, 近年来的投入和产出持续增强。极地领域的科学研究内容广泛, 涉及天文学、大气科学、海洋科学、地质学、生物学等多领域, 本文首次通过文献计量学的方法对2015—2017年国际极地研究格局进行全面系统分析, 从发文趋势、主要发文国家、发文机构、研究领域分布、研究主题等角度进行可视化分析, 帮助科研团队识别潜在前沿、合作对象和技术拥有者, 为极地科技管理者提供研究概况数据支撑, 从而为我国下一步的极地研究科技布局和国际合作提供启示性建议。

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南极研究科学委员会（SCAR ）行动计划Bedmap 3项目进展

崔祥斌

2021, 33 (2): 307-308.

摘要 ( 572 )

PDF(212KB) ( 811 )

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