极地研究

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极地酵母菌的发现与应用

卢凤宁, 张元兴, 蔡孟浩

2021, 33 (3): 315-324. DOI: 10.13679/j.jdyj.20200059

摘要 ( 946 )

PDF(319KB) ( 1260 )

极地酵母菌要适应极地的极端环境, 需以独特的适冷策略来维系生命, 包括产生抗冻蛋白、不饱和脂肪酸、胞外多糖、色素和冷活性酶等。这些产物蕴含着巨大的开发潜力和商业价值, 用于食品、农业、医药、纺织和卫生等领域。尽管关于极地酵母的研究已持续一个多世纪, 但人们对其地理分布、多样性和生态功能的认识还存在明显不足, 有待进一步的探索开发。本文综述了极地酵母菌的发现与应用研究进展, 为极地酵母产物资源的研究与开发提供参考。

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基于深度学习的SuperDARN雷达极区电离层跨极盖电场模型构建

李可, 刘二小

2021, 33 (3): 325-336. DOI: 10.13679/j.jdyj.20200058

摘要 ( 770 )

PDF(1004KB) ( 802 )

通过超级双子极光雷达网(SuperDARN)获得的跨极盖电势计算了极区电离层对流电场。利用2014年的极区电离层对流电场数据为基础, 引入对流电场的历史数据, 分别基于多元线性回归算法和后向传播神经网络算法构建电离层电场模型。利用独立的数据集, 验证了两种模型的准确性和稳定性。结果表明, 模型值与测量值的均方根误差在2.0~3.5 mV·m⁻¹之间, 平均绝对误差范围为1.5~3.0 mV·m⁻¹, 线性相关系数均大于0.6, 最高可达0.9。引入前20分钟的历史数据作为模型的输入, 后向传播神经网络模型比多元线性回归模型具有更好的预测性能。

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北斗三号系统在环南极地区的信号质量与基本定位服务性能分析

赵建, 安家春, 艾松涛, 王泽民, 朱李忠, 宋翔宇

2021, 33 (3): 337-350. DOI: 10.13679/j.jdyj.20200051

摘要 ( 1011 )

PDF(1556KB) ( 1305 )

随着北斗三号卫星定位系统(BDS-3)的逐步建成, 北斗系统的服务范围已从亚太地区扩展到全球, 而极地具有重要的科研、航运等价值, 因此北斗三号在环南极地区的定位性能需要进行全面评估。利用在中山站、长城站以及环南极航行的“雪龙”号上采集的2018—2020年的北斗三号数据, 本文从可见卫星数及位置精度因子、多径值与信噪比、伪距单点定位精度等方面, 分析了BDS在环南极地区的信号质量和定位性能。结果表明: BDS在环南极地区可见卫星数均介于4~20颗之间, 其卫星可见性及位置精度因子优于GPS; BDS的中轨道地球卫星(MEO)多径值与GPS卫星相当, 而BDS的地球同步轨道卫星(GEO)和倾斜地球同步轨道卫星(IGSO)由于在极区的高度角较低, 多径值较大; 在定位精度方面, 环南极地区的BDS伪距单点定位精度在7 m以内, 满足北斗系统的设计要求。尽管北斗三号系统还在逐步完善之中, 但已经解决了高纬度地区卫星可见数较少的问题, 明显提升了定位精度, 其中长城站2020年初的定位精度相对于2019年初已经提升50%。

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基于地形指数的格陵兰冰面水系建模与评价

毛玮, 陆欣, 陆瑶, 杨康

2021, 33 (3): 351-362. DOI: 10.13679/j.jdyj.20200048

摘要 ( 989 )

PDF(15973KB) ( 507 )

每年消融期, 冰面融水通过冰面水系输送至冰盖边缘, 造成格陵兰冰盖物质损失。冰面水系的动态变化决定了冰面融水输送的方式与效率, 显著影响格陵兰冰盖物质平衡。作为决定冰面水系动态变化的关键因素之一, 冰面地形对冰面水系动态变化的控制程度有待研究。本研究选取格陵兰冰盖西南部典型区域(~1800 km²)作为研究区, 以32 m空间分辨率ArcticDEM作为实验数据, 利用地形湿度指数(Topographic Wetness Index, TWI)和最邻近河网高差指数(Height Above the Nearest Drainage, HAND)两种地形指数模拟冰面水系分布, 结合2016—2019年消融期29景10 m空间分辨率Sentinel-2和30 m空间分辨率Landsat-8影像提取冰面水系作为验证数据, 通过模糊比较揭示了地形指数建模冰面水系的精度。研究结果表明: 地形指数能够较好地建模冰面水系分布(总体精度>72%), 冰面水系分布主要受地形因素控制, 将地形指数引入冰面水文的研究, 有助于加强对于冰面水文过程的理解。

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基于Elmer/Ice对玛丽伯德地西部区域的冰盖数值模拟

杨树瑚, 徐佳鑫, 许德锐, 韩彦岭, 张云, 洪中华

2021, 33 (3): 363-373. DOI: 10.13679/j.jdyj.20200052

摘要 ( 928 )

PDF(10629KB) ( 654 )

西南极冰盖对全球气候变化和海平面升高有着重要的影响, 其动力学和热力学过程是极地研究的重点之一。冰盖数值模式的模拟可以在缺乏观测数据的情况下获得研究区域的动力学和热力学过程, 已经成为研究南极的一种重要手段。西南极玛丽伯德地靠近福特山脉和罗斯冰架, 本文使用Elmer/Ice模拟了玛丽伯德地西部区域的冰流速场、温度场和应力场。研究发现, 该区域冰盖底部温度场变化较小, 大部分都达到了压力融点, 只有小部分区域的冰盖底部仍处于压力融点以下。使用三个不同的地热通量(80 mW×m⁻², 100 mW×m⁻², 120 mW×m⁻²)模拟得到的底部温度场无明显差异。冰盖表面流速较快, 冰盖表面的冰总体上从地势较高的区域流向地势较低的区域, 垂直方向对表面冰流速影响最大; 冰盖底部应力场的大小大致和冰厚的变化相反。通过高程剖面图简要分析了冰流速和冰盖应力场的变化原因, 认为冰下深谷的存在可能对冰盖流速场和应力场有很大的影响。

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东南极中山站–Dome A断面雪坑主要化学离子的时空变化研究

邓加元, 李院生, 马红梅, 史贵涛, 马天鸣, 鲁思宇

2021, 33 (3): 374-387. DOI: 10.13679/j.jdyj.20200063

摘要 ( 820 )

PDF(11103KB) ( 453 )

中国第35次南极考察队内陆考察期间在东南极中山站–Dome A断面沿线采集了4个雪坑, 利用火山标志层确定了Dome A地区雪坑年层序列(1962—2018年)。雪坑离子浓度时空的分析表明, 沿海地区Cl^–和Na⁺浓度受海洋来源影响相对较高, Cl^–/Na⁺比值从沿海到内陆逐渐增加, 表明Cl^–除海盐源外存在其他来源或受到挥发性HCl沉积的影响。内陆地区雪坑SO₄^2– 平均浓度较高, 可能与该地区雪低积累率和中低纬度SO₄^2–远距离输入有关。海拔2000 m以上雪坑中非海盐硫酸根(nssSO₄^2–)占总SOSO₄^2–的比重大于90%, 表明nssSO₄^2–的远距离输入是南极高海拔地区SO₄^2–离子的主要来源。积累率、下降风和沉积后作用等造成NO₃^– 浓度变化复杂, 显示出较大的空间异质性。离海岸距离800 km处雪坑的NO₃^–浓度较高, 推测是受该地区地貌、太阳辐射冰壳和沉积后作用等因素所致。沿海地区和800 km处雪坑海盐离子、NO₃^–和nssSO₄^2–浓度随时间变化呈现出不同的季节性特征, 而离海岸距离520 km和内陆地区雪坑无明显季节变化趋势, 认为是物质源区、下降风、沉积后过程和积累率等共同作用的结果。基于海冰形成的高盐度“霜花”和风吹雪, 可能是沿海地区雪坑海盐离子浓度随时间增加的原因。

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南极难言岛固定冰年际变化及驱动力分析

孙晓宇, 沈辉, 李春花, 于旭鹏, 汪大立

2021, 33 (3): 388-394. DOI: 10.13679/j.jdyj.20200055

摘要 ( 743 )

PDF(2240KB) ( 817 )

通过长时间序列Landsat遥感影像提取难言岛固定冰信息, 获取了2008—2018年夏季固定冰的变化规律。利用曼努埃拉自动气象站(Manuela AWS)同期观测气象数据进行了固定冰变化驱动力分析。结果表明, 难言岛沿岸固定冰在每年11月覆盖范围最大, 12月底至1月初彻底消失, 2月底开始重新生长。通过相关分析可知, 气温升高是固定冰减少的主要驱动力, 日均气温−10℃为固定冰面积增减的临界点, 日均气温稳定在−10℃以上, 固定冰开始减少。固定冰消减期处于年际风力最小时段, 因此, 虽然下降风有助于海冰漂离, 但下降风仅是固定冰减少的次要驱动力。掌握南极科考站区固定冰变化规律, 对于我国南极科学考察工作的行程规划制定和具体工作开展具有重要的意义。

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北极新奥尔松地区可溶性无机氮盐对根际土壤细菌群落多样性的影响

王瑜, 韩文冰, 朱倩, 蔺立栋, 王能飞, 张波涛

2021, 33 (3): 395-413. DOI: 10.13679/j.jdyj.20210012

摘要 ( 734 )

PDF(9921KB) ( 332 )

氮是植物生长的主要营养限制因子, 为了探索北极近岸地区植物根际土壤细菌群落多样性受氮元素的影响作用, 采用16S rDNA扩增子测序分析了2014—2016年新奥尔松地区(Ny-Ålesund, Arctic)的3种典型植物根际土壤和本底土壤样品。结果显示, 可溶性无机氮盐(NO₂^– -N, NO₃^– -N, NH₄⁺-N)与3种植物根际土壤整体细菌群落呈显著相关性(P < 0.05)。Nitrosomonadaceae_uncultured (P < 0.05, r²= –0.77)和Subgroup 6_norank (P < 0.01, r² = –0.87)是北极柳根际土壤的核心优势类群, 与NO₂^– -N密切相关。Subgroup 6_norank (P < 0.01, r²= –0.92)和JG34-KF-361_norank (P < 0.05, r²= 0.73)与珠芽蓼根际土壤的NO₃^– -N显著相关。抬头地杨梅根际土壤中的Acidimicrobiales_norank (P < 0.05, r²= –0.74)和Anaerolineaceae_uncultured (P < 0.01, r²= 0.93)与NH₄⁺-N有明显的相关性。研究表明, 可溶性无机氮盐对北极植物根际土壤细菌群落多样性尤其是核心菌群的变化起到重要作用。

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域外国家参与北极科学合作的路径——以北极科学部长级会议机制为例

陈留林, 刘嘉玥, 王文涛, 俞勇

2021, 33 (3): 414-420. DOI: 10.13679/j.jdyj.20200049

摘要 ( 815 )

PDF(312KB) ( 896 )

北极科学部长级会议(ASM)是由北极国家发起的覆盖全球主要北极事务相关国家和国际组织的政府间高级别合作交流平台, 主要目标是增强国际北极科学合作和协作。本文结合国际北极研究的最新情况, 从北极科学部长级会议发起的背景和发展的特点来对其内在的发展机制和发展方向进行解析, 认为ASM体现了美国提振北极科学研究、发挥全球领导力的诉求, 尽管ASM给北极域外国家提供了以平等身份参与北极科学合作和表达立场的机会, 但是目前其主要框架仍受到北极理事会深刻影响和主导, 对各国的北极研究和合作是一种软性的信息交流和督促机制, 北极域外国家需在科技战略对接、科技项目合作以及深入介入北极观测网和数据共享方面展现出更加积极的态度和措施, 来提升北极治理的影响力。

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中国参与南极治理的历史进程与经验思考:以协商会议和养护会议为例

王婉潞

2021, 33 (3): 421-431. DOI: 10.13679/j.jdyj.20200074

摘要 ( 859 )

PDF(294KB) ( 940 )

自1985年成为南极条约协商国以来, 中国正式参与南极国际治理已有36年的历史。南极条约协商会议和南极海洋生物资源养护委员会会议是当前南极治理中最重要的两个机制, 亦是中国参与南极治理的主要平台。回溯参与南极治理的历史可以发现, 中国在经历学习规则、利用规则之后, 正尝试创制南极治理新规则。当前, 中国面临负面言论与制度性话语权较弱等挑战。我国应综合采用各种方式, 尽力减弱负面言论的影响, 扭转不利态势; 关注中小议题, 培养相关的外交人才和专家, 广泛参与到各类会间联络组, 逐渐获得制度性话语权。

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基于CiteSpace的近30年北极环境研究热点图谱分析

谷玥, 陆志波, 姚俊兰

2021, 33 (3): 432-450. DOI: 10.13679/j.jdyj.20200057

摘要 ( 861 )

PDF(11391KB) ( 563 )

为了识别中外在北极环境领域的研究差距, 构建先进的北极科考框架, 基于CiteSpace工具对国际和国内北极环境领域近30年的文献进行计量。通过共现、聚类和共被引分析发现北极环境研究发展可分为三个阶段; 北极八国和德英法在北极环境研究中占据主导地位; 北极环境研究与地质学和大气科学等学科密切相关; 海冰、冻原、永久冻土和积雪是最热门的北极环境污染物介质, 多氯联苯、汞和二氧化碳在污染物研究中占据主导地位; 突现性污染物的研究重点变化趋势是氯代烃—臭氧—重金属—黑碳, 持久性有机污染物的突现性始终存在; 通过国际和国内的研究对比分析发现我国生态毒理学研究的不足。最后, 从需要进行监测的污染物、可以运用的理论技术以及需要开展的环境领域科研工作等方面, 对我国北极环境研究提出建议。

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“雪龙2”号国内首套Sea Ⅲ型海洋重力仪应用分析

陈清满, 王硕仁, 袁东方

2021, 33 (3): 451-458. DOI: 10. 3679/j.jdyj.20200062

摘要 ( 719 )

PDF(1794KB) ( 963 )

Sea Ⅲ型海洋重力仪是Micro-g LaCoste公司在L&R SII型重力仪原理基础上开发的新型摆杆-斜拉零长弹簧海洋重力仪。本文以Sea Ⅲ型海洋重力仪在“雪龙2”号上应用为例, 梳理了Sea Ⅲ型海洋重力仪工作原理、重力计算公式、结构特点和优势。对其静态试验及海上动态性能测试进行研究, 通过设计重复线、交叉点来评估仪器的动态精度情况。试验表明Sea Ⅲ静态线性月漂移约为0.85×10⁻⁵ m·s², 重力仪观测值能够清晰反映当地固体潮变化特征, 动态内符合精度为0.23×10⁻⁵ m·s², 均远优于海洋调查规范相关标准要求。在此基础上, 结合“雪龙2”号船型、设备布置等分析总结仪器数据处理流程及仪器性能指标, 为后续相关用户提供参考。

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“雪龙2”号长柱状取样器的极地应用

袁东方, 王硕仁, 陈清满, 沈悦, 廖周鑫

2021, 33 (3): 459-468. DOI: 10.13679/j.jdyj.20200069

摘要 ( 865 )

PDF(2409KB) ( 1009 )

中国南北极科考为极地生态、气候等学科发展提供了丰富的数据资源, 其中海底沉积物取样是历次科考所涵盖的内容之一。在国际上, 箱式、蚌式和多管采泥器作为常规的表层沉积物取样设备。在我国, 应注意到在长柱状沉积物取样设备上和国外存在很大差距, 增强沉积物取样能力为时下迫切需要解决的难点之一。早期服役的“雪龙”号极地科考船不具备搭载长柱状取样器的能力, 采用的为总长度小于8 m的普通重力取样器来进行柱状沉积物取样作业, 所获取的沉积物岩心样品长度较短, 一般在4~6 m。从2019年7月11日始, “雪龙2”号正式交付自然资源部并加入我国极地考察序列。“雪龙2” 号配备达到国际主流水平的总长度22 m的长柱状重力活塞取样器。该取样器分别在南北极进行了首次应用, 成功获取了长度超过18 m的高质量长柱状沉积物样品, 取心率超过80%, 极大增强了我国在极地考察过程中采集高质量长柱状沉积物样品的能力。

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中国第37次南极科学考察简报

赵军

2021, 33 (3): 469-471.

摘要 ( 662 )

PDF(223KB) ( 916 )

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