极地研究

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北冰洋叶绿素a及初级生产力遥感反演研究进展

庞小平胡晓坤季青李娟张晨雷梁泽毓陈亦卓

2022, 34 (1): 1-10. DOI: 10.13679/j.jdyj.20210010

摘要 ( 906 )

PDF(7755KB) ( 532 )

海洋表层叶绿素a浓度和浮游植物初级生产力是海洋生态系统的基础参数, 可有效评估海洋生态系统的初级生物量及其变化。阐明北冰洋浮游植物生物量和初级生产力的时空变化, 对预测北极环境快速变化背景下的海洋生态系统潜在变化、科学指导北冰洋的生态管理具有重要意义。本文总结了基于卫星数据的海表叶绿素a浓度和初级生产力的研究方法, 整理归纳了近年来北冰洋叶绿素a浓度和初级生产力的时空变化特征, 未来可通过遥感技术与生态模型结合, 融合多元观测手段, 重点开展北冰洋冰缘区浮游植物时空演变过程与机制研究, 为更好地认知北冰洋生态系统及其气候变化响应提供支撑。

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基于相干多普勒测风激光雷达的南极中山站低空大气风场应用研究

王章军王睿李辉庄全风黄文涛柳付超班超陈超

2022, 34 (1): 11-19. DOI: 10.13679/j. jdyj. 20210057

摘要 ( 968 )

PDF(6125KB) ( 1172 )

极区大气作为整个地球大气系统中的重要组成部分, 其风场结构与变化关系到全球大气系统的运动。为更好地研究南极低空大气风场特性及其时空变化特征, 在中国第36次南极科学考察度夏期间, 山东省科学院海洋仪器仪表研究所将研制的相干多普勒测风激光雷达部署到南极中山站, 经过现场安装调试, 激光雷达从2020年1月8日正式开展业务化观测。观测结果表明, 该系统具有灵敏度高、精度高和稳定性高等特点, 可对低空大气风场进行高时空分辨率、全天时的观测。文章主要介绍了该系统的测量原理、结构设计、技术指标、数据反演方法等, 并分析了该系统与L波段GTS1型数字探空仪的比对观测数据。统计表明两者的风速相关系数为0.907, 标准差0.565 m·s⁻¹; 风向相关系数为0.832, 标准差6.02°, 比对结果良好, 验证了该系统所采集测风数据的可靠性。此外, 选取了南极中山站一次典型连续观测事例, 进行了分析研究。选取部分观测数据与地面站气象数据进行比对, 结果显示该系统可提供稳定可靠的风场观测数据, 为南极低空大气探测提供全新的观测手段。

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面向航运服务的海冰密集度遥感产品对比研究

黄琳邱玉宝周静恬王长林梁曦李群

2022, 34 (1): 20-33. DOI: 10.13679/j.jdyj.20210018

摘要 ( 1020 )

PDF(7654KB) ( 770 )

北极快速升温为北极通航窗口期延长提供了重大机遇, 为北极航运和极区科考船只的空间信息提供服务, 海冰边缘区浮冰遥感信息产品的可靠性非常关键。对比和分析了9种海冰密集度数据产品, 并采用高分雷达数据开展面向海冰边缘区精度评估。结果表明, 北极地区的9种海冰密集度产品相对其平均值的最大日偏差出现在夏季6—8月航道窗口期, 其中采用被动微波高频算法的ASI产品和综合算法OSI SAF产品的整体平均偏差分别为0.59%和–0.65%。经对比发现各产品空间分布的不一致性主要存在于海冰边缘区。 2018年, 9种产品海冰范围的逐日最大和最小值之差为2.51×10⁶~6.26×10⁶ km²。在边缘区采用高分辨率雷达数据开展对比, 结果表明在密集压实型海冰边缘, 除基于ASI和NT2算法的三种产品外, 其余六种产品均呈低密集度区高估、高密集度区低估的特点; 基于AMSR2传感器的ASI-AMSR2和OSI SAF-AMSR2产品与雷达观测具有较高相关性, R²分别为0.85和0.82, 且均方根误差(RMSE)最小, 分别为12.19%和9.70%。在分散型冰边缘, 各产品对海冰密集度全面低估, OSI SAF-AMSR2相关性最高, R²为0.78, RMSE最小, 为6.19%。分析认为基于AMSR2的OSI SAF-AMSR2产品在现有9种产品中更能表征航道区海冰边缘与低密集区。

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南极威德尔-斯科舍汇流区上层湍流混合特征及其与水团和环流的联系

林丽金史久新姚辰阳郭桂军程灵巧矫玉田施骞

2022, 34 (1): 34-50. DOI: 10.13679/j.jdyj.20210020

摘要 ( 927 )

PDF(16304KB) ( 514 )

利用中国第32次南极科学考察队于2015年12月至2016年1月在南极威德尔-斯科舍汇流区获得的湍流微结构、温盐深仪和下放式声学多普勒海流计观测资料, 分析了该海域上层海洋(30~500 dbar)的湍流混合空间分布特征。结果显示, 湍动能耗散率(ε)和湍扩散系数(K_ρ)分布呈现明显的区域性特征, 与当地的水团和环流分布密切相关。鲍威尔海盆边缘-南奥克尼海台区的表层水体因海冰融水的加入而层化加强, 湍流混合受到抑制, 其混合水平在整个调查海域中最弱, K_ρ普遍小于10^–4 m²×s^–1; 布兰斯菲尔德海峡区的水团主要由邻近海域的水团变性组成, 上层海洋的层结不稳定, K_ρ平均值约为1.2×10^–4 m²×s^–1; 埃斯佩里兹海槽区是斯科舍海与威德尔海水交换的主要通道, 在复杂流场与粗糙地形的共同作用下, 水体混合剧烈, 整个上层剖面的K_ρ基本在3.2×10^–4~3.2×10^–3 m²×s^–1之间, 强混合维持了该海域相对均匀的温度和盐度垂向结构; 斯科舍海南部陆坡区存在不同温盐性质水体的交汇入侵, 引起混合增强, K_ρ约1.6×10^–4 m²×s^–1。本次观测结果表明, 海水层化状态、垂向剪切流不稳定和水团交界处的热盐入侵对南大洋上层海洋湍流混合空间分布有重要影响。

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南极樊尚湾大陆架mCDW入侵影响下的水体结构演变特征分析

程灵巧叶文珺张春玲胡松李丙瑞

2022, 34 (1): 51-61. DOI: 10.13679/j.jdyj.20210014

摘要 ( 897 )

PDF(6199KB) ( 915 )

利用象海豹CTD观测到的2012年3—10月南极樊尚湾海域的温盐剖面数据, 研究结冰期该海域陆架区变性绕极深层水(mCDW)入侵影响下的水体结构演变过程。结果显示, 从湾口到湾最内侧的深层都存在显著的mCDW入侵。结冰过程中来自海表的冷却和析盐作用从上方向海洋内部延伸, 而到6月中旬湾最内侧的400 dbar以深层结依然没被打破。湾最内部的西侧冰架前缘C区域和沿岸冰间湖D区域具有不同的水体结构特征。结冰初期, C区域的300~600 dbar深度范围内持续存在冰架水(ISW), 其上下都出现θ>–1.7℃的高温核, 说明mCDW携带的热量可能致使该深度范围内冰架融化。D区域海水热含量明显高于C区域, 可知mCDW携带更多热量进入D区域。另外, 结冰后期(9—10月)冰间湖区域水体特性垂向趋于一致, 直接反映深对流的存在, 致使高密度陆架水的产生和积累。

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MODIS北极气溶胶光学厚度的精度验证与分布特征研究

杨艳丽常亮

2022, 34 (1): 62-71. DOI: 10.13679/j.jdyj.20210028

摘要 ( 936 )

PDF(6037KB) ( 758 )

北极是地球上的气候敏感区, 近年来其温度升高是全球平均水平的两倍, 而大气气溶胶对北极变暖有显著影响。为探究北极大气气溶胶的光学特性, 基于MODIS(Moderate-resolution Imaging Spectroradiometer)10 km和3 km气溶胶光学厚度AOD(Aerosol Optical Depth)产品, 分析了2000年3月—2018年10月北极地区AOD的时空分布特征, 并与气溶胶自动观测网AERONET(Aerosol Robotic Network)地基站点的气溶胶观测结果进行了比较验证。结果表明, MODIS 10 km和3 km AOD与AERONET地基站点的相关系数分别为0.840和0.853, 均方根误差均小于0.1, MODIS 10 km和3 km两种AOD产品与北极地面现场观测结果均具有较好的一致性。MODIS两种AOD产品与AERONET地基站点的相关系数、均方根误差、相对平均偏差和期望误差的结果均显示, 北极地区MODIS 10 km AOD产品精度整体上略高于3 km AOD产品, 且两者在北极东半球较其他地区的精度更高; MODIS 10 km AOD产品在西半球的误差呈现出纬度越高精度越高的特点, 但3 km AOD产品没有显示这一规律; 在时间上, MODIS两种AOD产品精度均在5、9和10月份较高, 在秋季比春夏季略高。此外, 基于北极地区MODIS AOD产品还发现, 不同纬度的AOD之间存在显著差异, AOD随纬度降低不均匀增大。北极地区AOD呈现明显的季节变化, 春季3—5月份AOD值普遍介于0.1~0.3, 且在4月的北欧区域达到最高值; 在夏季6—8月份, AOD高值范围逐渐增大; 在秋季9—10月份, AOD普遍在0.1以下。两种MODIS AOD产品在北极洋面和陆面上呈现不同的特征: 洋面上10 km的AOD通常更大, 而陆面上3 km的AOD更大。

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液态水含量对寒区海上风力机叶片霜冰结冰的影响

曹慧清白旭尹群

2022, 34 (1): 72-80. DOI: 10.13679/j.jdyj.20210021

摘要 ( 741 )

PDF(1620KB) ( 859 )

采用Fluent和FENSAP-ICE相结合的方法对寒区海上风力机叶片结冰开展数值模拟, 选取液态水含量作为敏感参数, 分析了液态水含量的变化对叶片结冰厚度、结冰量和结冰外形的影响。结果表明, 液态水含量在0.05~0.25 g·m^–3范围内, 随着液态水含量的增加, 叶片表面的结冰量和结冰厚度逐渐增加; 液态水含量并不影响叶片表面的结冰类型和结冰生长趋势; 冰与叶片的吸附面也不随液态水含量变化而发生改变。

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全球治理视角下南极旅游行业治理研究

管松刘大海

2022, 34 (1): 81-89. DOI: 10.13679/j.jdyj.20210061

摘要 ( 753 )

PDF(507KB) ( 897 )

新兴治理主体及其主导的商人秩序在全球治理中发挥着越来越重要的作用。南极旅游业者国际协会(International Association of Antarctica Tour Operators, IAATO)不仅是一个国际行业协会, 还是南极旅游治理中一个重要的新兴治理主体, 而后者的视角正是目前国内相关研究所缺乏的。通过梳理和分析南极旅游业及其行业治理的发展历程可以看出, 南极旅游行业治理对丰富和发展南极条约体系、促进其实施发挥了重要作用, 在南极旅游治理领域具有不容忽视的影响力。然而, 我国在南极旅游行业治理中发挥的作用十分微弱, 与我国作为世界第二大南极旅游国的身份极不相称。为此, 我国应以全球治理视角关注和研究南极旅游行业治理, 深化对IAATO行业治理的参与程度, 完善国内立法以应对这一全球治理趋势。

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上海参与中国极地科学外交研究

唐尧

2022, 34 (1): 90-100. DOI: 10.13679/j.jdyj.20210024

摘要 ( 840 )

PDF(404KB) ( 1252 )

20世纪70年代以来, 学者在研究国际体系和国家对外政策时, 开始关注地方政府和城市这一次国家行为体, 并提出了城市外交相关理论。地方政府参与国家科学外交主要有四种形式: 国际友好城市、城市间国际组织、各国城市对外直接交往、城市协作平台。极地科学外交的代表性事件是国际地球物理年期间美国、苏联等12个国家缔结了《南极条约》, 中国则通过极地科学外交实现了极地事业从无到有、从小到大的历史性跨越。上海是中国进出南北极的门户城市, 自20世纪80年代以来一直参与中国极地科学外交。20世纪80—90年代上海的国家极地门户城市地位基本形成, 对外直接交往以人员出访为主。21世纪以来上海的亚洲极地门户城市地位初步显现, 对外直接交往的形式日益丰富。在此过程中, 上海存在缺乏顶层设计、参与形式单一以及对外直接交往水平不高的问题。以“十四五”和筹备“第5次国际极地年”为契机, 上海可以通过建立极地友好城市和构建极地城市协作平台等深入参与中国极地科学外交。

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“雪龙”号北极西北航道航行实践与探索研究

朱兵袁东方夏寅月

2022, 34 (1): 101-113. DOI: 10.13679/j.jdyj.20210019

摘要 ( 999 )

PDF(13149KB) ( 560 )

“雪龙”号在执行中国第八次北极科学考察任务期间完成了北极西北航道的穿越, 这是继“雪龙”号完成东北航道和中央航道穿越之后的又一可以载入中国航海史册的壮举。“雪龙”号成功穿越西北航道为中国船舶积累了珍贵的航行经验, 是我国航海史上具有里程碑意义的实践。基于“雪龙”号穿越西北航道的整个过程, 对西北航道的基本情况和相关政策与法规进行了探讨, 通过对航行过程的重点区域进行航行要点分析, 总结了极地水域的航行要求、航道准入条件和航行方法, 确保航行安全和防止海洋污染, 所获得的实践经验为其他船舶穿越西北航道提供参考和借鉴。

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“雪龙2”号表层海水多要素实时观测系统的设计与应用

陈清满夏寅月袁东方沈悦廖周鑫

2022, 34 (1): 114-120. DOI: 10.13679/j.jdyj.20210023

摘要 ( 839 )

PDF(1711KB) ( 843 )

海水表层多要素的连续实时观测是海洋调查研究的基础，尤其是极地考察破冰船，航线包含太平洋、印度洋、南大洋和北冰洋在内的多个大洋，具有长期性和固定性，对于许多重大科学问题的研究具有重要意义。在“雪龙”号表层海水走航观测系统应用的基础上，“雪龙2”号结合国际前沿热点问题，通过提高数据准确性、增强系统集成性、减少对人员的依赖、提高设备自动化程度等手段，设计了一套适合我国现代化极地科学考察的表层海水多要素实时采集系统。经数次极地考察实地检验，系统能较好地满足我国极地考察需求，运行状态稳定、观测数据准确、维护成本较低。该系统的成功应用，对极地实地观监测调查具有重要意义，也对后续科学考察船的走航连续观测系统建设具有一定借鉴。

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“雪龙”号科考综合管理系统的设计和应用

夏寅月陈清满朱兵陈际雨

2022, 34 (1): 121-129. DOI: 10.13679/j.jdyj.20210007

摘要 ( 740 )

PDF(1468KB) ( 999 )

“雪龙”号科考综合管理系统以国家极地战略需求为导向, 按照科考破冰船的航行与科考作业要求, 针对极地浮冰区调查作业问题进行设计和应用研究, 切实提高我国极地科考保障能力水平。总结和分析极地科考任务特点, 提出解决考察现场保障的核心需求, 并在此基础上提出建立综合管理系统, 最终实现极地科考破冰船科考任务系统监控和管理。

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极地锚碇潜标系统回收探索与研究

袁东方, 朱兵, 夏寅月, 陈清满, 崔丽娜, 吴浩宇

2022, 34 (1): 130-138. DOI: 10.13679/j.jdyj.20210017

摘要 ( 797 )

PDF(5610KB) ( 975 )

随着南北极考察的深入开展，锚碇观测系统的布放和回收已经成为科考破冰船常态化作业内容。在极地考察作业过程中，锚碇系统的布放作业相对比较简单，但是回收作业往往受天气、海况、浮冰等情况的影响，经常发生各种突发问题，造成无法顺利回收。本文根据多年南北极科学考察锚碇系统科考船回收作业经验，分析了大船、小艇回收方式的优缺点以及影响锚碇系统回收的主要因素，针对浮冰区锚碇系统回收新技术方案进行了探讨，并提出了南北极锚碇系统回收的建议和措施，对极地锚碇系统布放和回收具有一定的借鉴意义。

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勇立潮头, 勇毅前行

陈立奇

2022, 34 (1): 0-0.

摘要 ( 456 )

PDF(137KB) ( 492 )

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