极地研究

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何晨阳, 冯健举, 张涛, 余利岩

2022, 34 (2): 139-148. DOI: 10.13679/j.jdyj.20210036

摘要 ( 977 )

PDF(7715KB) ( 583 )

北极新奥尔松地区(78°55′N, 11°56′E)位于北极圈附近的斯瓦尔巴德群岛上, 属于高北极地区。至今, 对该地区大型真菌独特的物种多样性和生态分布规律研究较少。本研究以2019年(7—8月期间)采集自该地区的48份大型真菌标本为材料, 通过形态特征和分子序列分析, 鉴定出21种, 隶属于1目、7科、10属, 其中锈健孔菌(Arrhenia rustica)为斯瓦尔巴德群岛新记录种。此外, 结合已报道的文献资料进行区系分析, 显示该地区大型真菌物种具有明显的泛北极分布特征, 以北温带-北极分布和北寒带分布成分为主。本研究丰富了对北极新奥尔松地区大型真菌物种多样性的认识, 为研究气候变化对北极真菌物种多样性的影响提供了基础数据。

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南极半岛巴赫冰架冰面融水动态遥感监测

梁相安, 张闻松, 李雅, 陆瑶, 杨康

2022, 34 (2): 149-158. DOI: 10.13679/j.jdyj.20210029

摘要 ( 971 )

PDF(7846KB) ( 554 )

南极半岛巴赫冰架(Bach Ice Shelf)是全南极冰盖消融最剧烈的区域之一。每年消融期, 大量融水在巴赫冰架冰面存储和输送, 对冰架稳定性产生重要影响。但目前对巴赫冰架冰面融水的长期动态变化了解较少。本研究利用2013—2020年21期Landsat-8 OLI(Operational Land Imager)影像提取了巴赫冰架长时序冰面融水遥感信息, 统计了融水的面积和体积。综合MERRA-2再分析数据集与冰架高空间分辨率数字高程模型REMA, 分析了巴赫冰架冰面融水面积与体积的动态变化, 并将遥感反演的冰面融水体积与MERRA-2模型模拟的冰面融水径流量进行对比。结果表明: (1)2013—2020年研究区91.7%的冰面融水分布在巴赫冰架上, 且冰架上> 90%的融水与触地线距离较近(< 7 km); (2)融水通过冰面水系在冰面湖之间输送, 但并未到达巴赫冰架前端进入大洋; (3)2013—2020年巴赫冰架冰面融水面积与体积均呈上升趋势, 每年12月中旬冰面融水出现在触地线周围, 随后开始向冰架前端扩张, 次年1月中下旬达到最大值, 之后开始消退; (4)遥感反演的冰面融水体积小于MERRA-2模拟获得的融水径流量, MERRA-2模型可能过高地模拟了冰面实际径流量。

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威德尔海水文特征及水团变异分析研究

张关强, 廖光洪

2022, 34 (2): 159-176. DOI: 10.13679/j.jdyj.20210031

摘要 ( 1067 )

PDF(17487KB) ( 545 )

利用南大洋水文图集CTD原始站位资料, 总结分析了前人对威德尔海及其邻近海域各水团的研究成果, 补充分析了各水团的涩度属性, 结合σ-π图对该海域“三明治”结构水团的空间差异进行了分析, 并通过θ-S图等总结了各水团的形成方式及各水团间的关系。结合较长时间的重复观测资料(1989—2014年)分析发现威德尔海域的南极底层水性质发生变异, 温度和盐度显著增大, 底层水所覆盖面积明显减少, 温度低于–0.8℃的底层水几乎完全消失; 威德尔海暖深层水、深层水和底层水都存在增暖趋势, 且底层水和深层水的增暖主要受暖深层水的影响, 温度变化滞后于暖深层水约5~8年。暖深层水、深层水、底层水的盐度可能存在一定的准年代际周期, 且深底层水的盐度变化同样与暖深层水密切相关。

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春季云属性的空间分布特征及其对北极海冰减退的影响

李妍星, 常亮, 张春玲

2022, 34 (2): 177-188. DOI: 10.13679/j.jdyj.20210006

摘要 ( 1025 )

PDF(4082KB) ( 1102 )

春季云属性的分布和变化对北极9月的海冰变化具有重要的预调节作用。但是, 在北极及全球气候变暖加剧的背景下, 春季云和9月海冰之间的关系及其在北极不同海域的特征需要进一步更新。本文基于ERA5云辐射、MODIS云量和云水路径以及美国国家冰雪中心的海冰密集度(sea ice concentration, SIC)数据, 首先分析了2000—2017年北极地区春季云量、云水路径两种云宏观属性与云长波辐射效应、云短波辐射效应两种云辐射属性气候学尺度的空间分布特征, 然后探讨了云宏观属性和辐射属性的相关关系, 以及在不同感兴趣区(region of interest, ROI)内的海冰变化对云属性的响应特征。结果表明, 在北极的春季, 云量的分布随海冰密集度的升高而递减, 云水路径的分布随纬度的升高而增大。云长波辐射效应的分布不连续, 未见显著规律, 在巴伦支海和东格陵兰海域及其以北的北冰洋海域(ROI2)以外的其他区域, 云短波辐射效应差异较小。北极云量和云水路径与云长波辐射效应主要存在正相关关系, 与云短波辐射效应存在负相关关系, 但在相关性的强度和范围上云水路径均不如云量。在冰边缘区占比最高的拉普捷夫海和喀拉海域及其以北的北冰洋海域(ROI1)和波弗特、楚科奇、东西伯利亚海域及其以北的北冰洋海域(ROI4), 春季云长波辐射效应倾向于增强9月海冰的融化, 云短波辐射效应作用相反, 这种响应的滞后时长约为4个月。在多元回归模型中, 决定系数可用于表征自变量对因变量的解释程度, 决定系数的结果表明, ROI1的云量变率占海冰退化成因的约18.53%, ROI4的云量和云水路径的重要性在海冰减退机制中没有得到体现。

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海洋卫星北极多区域遥感成像任务规划及应用评估

孙从容, 刁宁辉, 韩静雨, 刘金普, 刘建强

2022, 34 (2): 189-197. DOI: 10.13679/j.jdyj.20210033

摘要 ( 894 )

PDF(17527KB) ( 504 )

北极区域海冰是影响北极船舶航行安全的重要因素, 由于该区域现场观测站点少, 卫星遥感成为监测北极海冰变化的主要手段。为满足北极海域重点区块遥感观测的需求, 结合海洋卫星轨道预测技术和海岸带成像仪的载荷特点, 本文提出了一种多区域成像的卫星探测任务规划算法。简化的轨道预报模型和规划算法均为自主设计、独立编程, 脱离商用软件的约束, 自动化程度高, 经过海洋一号C卫星的应用实践, 验证了该算法满足近实时的观测需求, 改变了以往无差别接收任务规划的不合理局面, 有效提高了卫星资源的应用效能, 为北极航运提供更好的支撑服务。

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南极内陆科研观测舱体内部保障与控制系统的应用与研究

李聪克, 李丙瑞, 王焘, 陈燕, 窦银科, 姚旭, 王煜尘

2022, 34 (2): 198-209. DOI: 10.13679/j.jdyj.20210027

摘要 ( 903 )

PDF(11221KB) ( 563 )

为了更好地解决南极高空自动化监测系统在南极内陆地区不必要的能量损耗和因低温导致的设备无法正常工作的问题, 提出了一种可对未来一天环境温度进行预测的方法, 以及可根据不同的温差选择相应加热功率的策略。该自动化监测系统由地表新能源发电部分、地表观测舱和地下能源舱三部分组成。通过分析南极伊丽莎白公主地地表的气象数据, 得出温度是影响当地设备正常运行的主要因素。通过建立热网络方程, 得到加热功率与温差的关系, 并对比4种神经网络预测算法, 选择出最合适的深度学习算法用于对未来环境温度进行预测, 从而确立了一种可保证地表观测舱以低能耗持续观测的控制策略。该系统在我国第36次南极科学考察中部署在伊丽莎白公主地, 系统已稳定运行10个月, 证明了该控制策略的实用性以及设备的可靠性。

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极区海冰影像自动监测系统的设计与试验

常晓敏, 李文龙, 刘大雷, 刘文浩, 左广宇, 窦银科

2022, 34 (2): 210-218. DOI: 10.13679/j.jdyj.20210039

摘要 ( 948 )

PDF(2149KB) ( 848 )

随着全球气温上升, 北极海冰的消融加速, 北极航道的开通成为可能, 极区海冰监测对船舶航行安全及无人冰站有着重要意义。设计低功耗、耐低温且工作稳定可靠的极区海冰影像自动监测系统, 集成耐低温的串口摄像头, 实现海冰表面形态和浮标运行状态的监测; 增加加热模块以解决极区低温环境下摄像头无法正常采集图像的问题; 基于铱星9523研发了针对大量数据的传输策略, 实现了图像数据的远距离传输; 以蓄电池为储能装置并配置太阳能板补充电能。监测系统在中国第九次北极科学考察中进行了安装并在第十一次北极科学考察中进行了优化和升级, 结果表明该系统在极地低温恶劣环境中运行稳定, 可靠性强, 可以长期工作。

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韧性视域下北极航行风险级联效应分析

马晓雪, 何佩龙, 乔卫亮, 刘阳

2022, 34 (2): 219-238. DOI: 10.13679/j.jdyj.20210056

摘要 ( 973 )

PDF(591KB) ( 906 )

北极航线的通航环境具有高度不确定性与复杂性, 科学认识并有效管控由此衍生的航行风险是充分利用北极航线资源的重要基础。为此, 本文在韧性理论视角下, 分析北极航行风险, 构建北极航行风险的韧性认知体系, 明确风险间的内在逻辑, 建立北极航行风险级联效应分析模型, 借助模糊认知图开展多情景下风险仿真模拟。结果表明: 在北极常态化风险环境(海冰和低温)下, 风险级联效应共产生四个阶段, 最容易导致“获援概率极低”、“狭窄水道”、“维护保养不到位”等风险的产生; 在常态化风险环境耦合“船员适任性低”、“国际交流渠道狭窄”诱致性风险的情景下, 风险级联效应共产生两个阶段, 最容易导致“维护保养不到位”、“获援概率极低”、“北极航行资料缺失”等风险的产生。

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规制科学活动的南极国际法规范的类型、结构与性质分析——以南极条约协商会议文件为研究对象

姜茂增, 刘惠荣

2022, 34 (2): 239-253. DOI: 10.13679/j.jdyj.20210030

摘要 ( 861 )

PDF(312KB) ( 1140 )

科学活动是南极地区最主要的人类活动类型, 是中国参与南极治理和制定国际法需要重点关注的规制对象。南极条约协商会议的文件中存在大量关于科学活动的规范。这些规范并不是单一的命令式的管理规定, 而是存在多种类型、不同表述、不同法律效力的规定, 进而对科学活动会产生多样化的规制效果。本文基于对南极条约协商会议在1961—2019年间的会议文件的分析, 全面系统探讨了涉及科学活动的国际法规范, 这些会议文件包含七种规制科学活动的规范类型。这些规范是由被规制的主体、规制行为的模式、被规制的对象所构成。最后, 分析了这些会议文件的国际法性质。系统全面阐释这些涉及科学活动的规范本质, 将为我国深入参与南极国际法的制定与修改提供理论支撑和参考, 进而在国际法层面维护我国在南极的合法权益。

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