极地研究

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北极冰川槽谷发育的形态特征分析

王泽民张曲辰金爽艾松涛

2022, 34 (3): 255-264. DOI: 10.13679/j.jdyj.20210043

摘要 ( 1481 )

PDF(7555KB) ( 687 )

Austre Lovénbreen冰川和Pedersenbreen冰川是位于北极斯瓦尔巴群岛的两条典型的多温山谷冰川, 中国北极黄河站冰川考察组于2009年在两条冰川上开展了密集的GPS/GPR测量工作。基于现场实测数据, 结合冰川槽谷数值研究的幂函数模型, 本文解算了Austre Lovénbreen冰川和Pedersenbreen冰川的模型参数, 根据两条冰川不同断面模型参数的变化规律, 确定冰川槽谷发育的形态特征; 分析冰川侵蚀在槽谷发育过程中的作用, 比较两冰川地形和冰流速差异对冰川槽谷发育的影响, 探究冰川槽谷形态发育状态与冰流速的关系。结果表明Pedersenbreen冰川槽谷发育优于Austre Lovénbreen冰川, 两条冰川槽谷地形更接近于V型而非U型。尽管两条冰川相邻, 当前的发育状态却呈现出明显的差异, Pedersenbreen冰川流速较快, 冰川侵蚀过程以侧蚀作用为主; Austre Lovénbreen冰川流速较慢, 冰川侵蚀过程以下蚀作用为主; 这主要是由于两条冰川所处的山谷地形不一致造成的。

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北极水汽输送的时空分布特征研究

温世强常亮

2022, 34 (3): 265-277. DOI: 10.13679/j.jdyj.20210045

摘要 ( 1362 )

PDF(3414KB) ( 1115 )

水汽输送可以通过直接或间接的方式影响北极地区(60°N—90°N)的水文、辐射和动力等气候因子。了解水汽输送的分布和变化特征, 对研究北极气候变化具有重要意义。本文基于ERA5、JRA-55和MERRA-2再分析资料, 分析了1980—2018年沿70°N水汽通量的水平分布、垂直分布和月平均分布, 以及北极地区整层水汽通量在不同季节的变化特征和线性趋势。基于三种再分析资料的分析结果均表明, 沿70°N的水汽输送在东北极主要为向北, 在西北极为向南和向北相间分布且相对于东北极更活跃; 沿70°N的向北水汽输送在垂直方向上的900 hPa高度附近较为强烈。此外, 沿70°N的向北水汽输送通量平均高于向南, 说明了北极地区整体体现为水汽汇入地。北极地区的向北水汽输送在夏秋季比冬春季节更活跃, 且夏秋季的水汽通量在向北水汽输送通道附近和北大西洋区域的增速更为明显。对沿70°N的水汽入侵的时间变化和水平分布结果进行分析后发现, 水汽入侵主要发生在向北水汽输送通道附近, 且水汽入侵受比湿的影响比经向风更大, 这使得水汽入侵的年平均次数在2008年之后出现剧烈波动。整体上, 相比ERA5和JRA-55, MERRA-2与IGRA2的正相关性更强且精度更高, 更适用于北极水汽输送研究。

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南极中山站风的长期变化特征及其可能原因

武维刚张文千武麦凤马靖凯凌新锋

2022, 34 (3): 278-291. DOI: 10.13679/j.jdyj.20210064

摘要 ( 1420 )

PDF(6387KB) ( 1132 )

利用1989—2020年南极中山站地面气象观测数据和NCEP/NCAR再分析资料, 分析了风的变化特征及其趋势, 并对风速减小的原因进行了探讨。结果表明(1)中山站风速存在明显的季节差异, 冬季风速最大, 秋季次之, 夏季最小，风速日变化呈单峰单谷型, 峰值出现在凌晨5时, 谷值出现在15时，春季和夏季风速具有明显的日变化特征, 秋季和冬季风速日变化不明显; (2)中山站近31年的风速、下降风频数和大风日数均呈减小趋势, 四季中夏季减小趋势最大，风矢量分解后显示, 南风分量减小速率显著大于其他风分量, 西风和北风变化趋势不显著, 东风分量仅在夏季减小趋势显著; (3)中山站年平均风速的减小主要是由中大风和大风日数减少造成的。从大气环流的变化来看, 中山站南部极地冷高压和北部南印度洋绕极低压带强度减弱, 导致高、低压之间气压梯度减小, 造成中山站风速减小。

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南极昆仑站光照资源评估

王焘单硕金鑫淼姚旭方仕雄张侃健

2022, 34 (3): 292-302. DOI: 10.13679/j.jdyj.20210058

摘要 ( 1251 )

PDF(5971KB) ( 1191 )

在极地地区建立光伏电站首先要进行光照资源评估。本研究使用了NASA 2001—2017年昆仑站地区卫星数据, 基于人工神经网络对全天候辐照度进行了预测分析。结果表明昆仑站地区年辐照度属于最丰富带, 近17年均值达到1855 kW·h·m^–2, 月辐照度分布呈现年际规律, 每个月相对固定; 日平均辐照度和日照时长也呈现相似年际规律; 气候反馈分析和预测分析表明, 昆仑站地区辐照度与温度、气溶胶和臭氧含量呈正相关关系; 降水、云量与辐照度成负相关关系。

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东南极凯尔盖朗群岛与克洛泽岛小鳞犬牙南极鱼群体耳石形态初步分析

杨丹方倩魏联朱国平

2022, 34 (3): 303-310. DOI: 10.13679/j.jdyj.20210062

摘要 ( 1178 )

PDF(4874KB) ( 1085 )

耳石外型分析已广泛用于鱼类种群识别, 而东南极克洛泽岛与凯尔盖朗群岛的小鳞犬牙南极鱼(Dissostichus eleginoides)被认为存在两个不同的地理种群。由此, 本研究利用6个耳石形状指标(形态因子、圆度、环率、矩形趋近率、椭圆率和幅形比)和椭圆傅里叶系数对凯尔盖朗群岛与克洛泽岛的小鳞犬牙南极鱼耳石外型进行描述和分析。分析前, 首先排除个体异速生长效应对耳石形态造成的影响, 再应用主成分分析选取后续判别分析的成分。基于形状指标和椭圆傅立叶系数相结合的耳石外型判别分析结果显示, 判别成功率为80.00%。来自凯尔盖朗群岛与克洛泽岛的小鳞犬牙南极鱼耳石外型整体形态相似, 但耳石外部轮廓存在着细微差异。结合以往的遗传学结论和标志放流结果, 耳石外型研究可以初步推断, 克洛泽群岛和凯尔盖朗群岛之间存在种群交换, 但因为两个区域之间的交换比例和机制尚不清楚, 需利用多种分析方法, 如耳石微化学、标志放流等作进一步阐述和补充。

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实验室同位素较为贫化水标准样品的配制及光谱法线性验证

唐晓爽庞洪喜张王滨

2022, 34 (3): 311-316. DOI: 10.13679/j.jdyj.20220007

摘要 ( 1121 )

PDF(263KB) ( 851 )

由于温度低, 南极内陆地区的降水和水汽中稳定同位素都较为贫化(例如对流层顶附近水汽中δ¹⁸O可达–150‰), 显著低于国际标准南极降水(SLAP)的δ¹⁸O值(–55.50‰)。质谱测试过程中采用的线性校正方法要求待测样品的水同位素值落在标准样品水同位素值的范围区间内, 因此有必要配制实验室同位素较为贫化水标准样品, 以满足测试需求。此外, 近年来激光光谱水稳定同位素测试方法已得到广泛的应用, 但光谱法测试同位素较为贫化水样品是否和质谱一样存在线性校正问题, 目前还未得到实验结果的验证。为此, 本文选用富含¹⁶O的Aldrich水, 与已知同位素值的实验室二级标准水样进行配比, 根据同位素质量守恒原理, 精确计算出所用批次Aldrich水的δ¹⁸O值为–940.40‰。利用Aldrich水和实验室标准水样进行不同比例的配比, 精确配制了4种氧同位素较为贫化的实验室标准水样, 其δ¹⁸O值分别为–76.53‰、–97.08‰、–117.93‰和–137.50‰。利用光谱法对上述氧同位素较为贫化的水样进行了测试, 发现测试的线性良好, 测试结果具有微小的正偏差(平均为0.14‰)。本文实验结果可为南极内陆地区的降水和水汽(尤其是对流层顶附近水汽)的同位素高精度测试提供方法参考。

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基于北极航道全成本模型的液化天然气进口船队规模研究

寿建敏周紫荆

2022, 34 (3): 317-328. DOI: 10.13679/j.jdyj.20210066

摘要 ( 1131 )

PDF(1353KB) ( 1095 )

北极地区能源项目的开发以及北极海域冰雪覆盖范围的不断缩小, 为中国进口天然气开辟了新的通道, 这将增强中国能源安全供给保障。随着中国天然气需求量迅速增加, 规模化进口北极液化天然气(LNG)的条件逐步成熟。为建设一支既经济又可靠的进口运输船队, 本文在对北极天然气采掘和贸易分析的基础上, 分析了北极东北航道通航状况, 以及不同季节各航段差异对船队运输的影响, 建立了全成本LNG进口船队优化模型。并以年进口700万吨为案例分析, 选取了不同装载容量的LNG船型, 通过分层建模及模型优化运算, 得出了船队优化配置结论。航运全成本模型的研究奠定了北极LNG运输船队经济规模分析的基础, 也为冰雪航道贸易船队运营决策提供了解决方法。

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无人机系统在南极的应用、法律规制与中国因应

陈奕彤高晓

2022, 34 (3): 329-339. DOI: 10.13679/j.jdyj.20210042

摘要 ( 1259 )

PDF(379KB) ( 1110 )

无人机系统在南极地区已经被用于支持科学研究、后勤保障、旅游和新闻报道等活动, 并且其应用场景与地理范围呈扩大趋势。相较于有人驾驶的航空器, 在南极地区使用无人机具有成本低、灵活度高等优势, 但也存在安全和环境风险。以美国、新西兰、德国、波兰、西班牙、澳大利亚和英国为主的南极条约协商国依靠本国在南极的无人机实践和规制经验, 推动了南极治理机制下有关无人机的规制进程。无人机系统在南极的应用和法律规制进程仍处于动态发展的阶段, 我国应立足国内、国际两个层面, 一方面完善管理机制、建立无人机在南极应用的适航管理体系、鼓励相关产业发展; 同时也要立足于本国的实践和规制情况, 积极参与乃至引领当前规制南极无人机活动的国际造法进程, 提高我国在南极治理中的话语权和影响力。

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面向新十年的瑞典北极战略评析

岳鹏陈慧文高晓艳

2022, 34 (3): 340-351. DOI: 10.13679/j.jdyj.20210049

摘要 ( 1360 )

PDF(348KB) ( 1806 )

近十年来气候变暖加剧使北极的海冰以更快的速度消失, “无冰的北极”时代即将来临, 日趋重要的资源、航运和地缘战略价值导致大国在北极的争夺加剧, 俄美军事对抗增强以及中美关系恶化给地区的稳定带来了严重挑战; 由于瑞典认为中俄北极合作的强化是北极地缘环境的又一显著变化, 因此瑞典作为北极国家必须对此予以回应。2020年11月, 瑞典出台第二版北极战略报告《瑞典的北极战略》, 对国际合作、军事安全、气候环境、极地研究、可持续经济发展和居民生活条件提升六方面进行阐述, 尤其增加了对地区安全的评估, 但同时仍强调了合作, 努力塑造争端协调者的角色。对于地区军事风险增加、海洋权属纠纷频发和基础设施薄弱等挑战, 瑞典正积极予以应对。

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北极季节性海冰区-融池系统的碳酸盐体系及其碳汇研究进展

曹君乾祁第

2022, 34 (3): 352-366. DOI: 10.13679/j.jdyj.20210059

摘要 ( 1223 )

PDF(527KB) ( 1037 )

北极海冰-融池系统是地球系统关键组成部分。融池是极地海冰区域春夏季存在的季节性特征, 面积可以占海冰表面积的30%以上。海冰和融池的碳酸盐体系对于高纬度地区CO₂的源汇平衡十分重要。当前对于融池碳酸盐体系的了解极其缺乏, 为了促进今后的相关研究, 对海冰和融池的碳酸盐体系及其碳汇情况进行了概述。一年生海冰和融池每年都遵循类似的季节演化。对于融池, 在形成初期初级生产增强以及碳酸钙(CaCO₃)晶体的溶解促进了海冰和融水中总碱度(TA)、总溶解无机碳(DIC)和CO₂分压(pCO₂)的强烈下降, 同时盐卤水的碳酸盐系统主要受到融池水渗透的控制。随着时间的推移, 融池水的pCO₂在海-气交换作用下逐渐增加至趋近大气平衡。融水的持续供应使得融池水的pCO₂波动并低于大气值, 直至季节性海冰完全衰退。另外, 研究者基于有限的数据估算出海融池系统在一年内可以提供约10.4 Tg C的碳吸收。最后, 展望了海冰-融池体系碳酸盐系统未来研究的发展方向, 提出了亟需解决的科学问题。

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加拿大北极群岛区域海洋环流及水文特征变化及其影响因素研究进展

王宇蓉谢瑱瑮张瑜陈长胜徐丹亚胡松

2022, 34 (3): 367-379. DOI: 10.13679/j.jdyj.20210047

摘要 ( 1169 )

PDF(2713KB) ( 1043 )

作为北冰洋淡水输出的重要通道, 加拿大北极群岛的海洋环流及水文特征变化会对其下游及北大西洋地区的海洋环境、生态系统等产生深远影响。此外, 加拿大北极群岛内的西北航道海况变化也会对未来北极通航规划与安全保障起到关键作用。然而, 由于地理特征的复杂性和气候条件的限制, 目前对于加拿大北极群岛海洋环流和水文变化的认识还存在明显不足。本文梳理了目前国内外有关加拿大北极群岛海水体积通量、淡水通量、热通量、温盐结构和环流特征等主要方面的相关研究, 分析并总结了影响这些变化的主要因素和控制机理, 包括海表面高度、风应力、大气压力和密度分布等因素, 并在前人研究的基础上对未来需要关注的重点研究问题予以展望。

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北极冰间湖时空变化过程及其形成机制研究进展

张晓谢瑱瑮张瑜张艳艳陈长胜徐丹亚胡松

2022, 34 (3): 380-396. DOI: 10.13679/j.jdyj.20210044

摘要 ( 1340 )

PDF(4808KB) ( 1534 )

在北极气候快速变化的背景下, 北极冰间湖作为北极最活跃的区域, 其产生和维持以及该区域结冰析盐过程对北极地区的水文环境、海洋生物的生存和发展以及北极航道路线的选择等产生深远的影响。然而, 现有的研究对北极各冰间湖形成的位置、大小和时间等变化缺乏较为细致的研究, 且对各冰间湖具体形成因素以及影响其变化的机制研究不足, 国内对于北极冰间湖时空变化过程及形成机制的系统性介绍及概述较少。因此, 本文梳理了目前国内外关于北极冰间湖的研究方法、时空变化过程和形成机制等方面的研究进展, 总结了北极冰间湖在北极区域的综合作用与影响, 阐述了影响北极冰间湖变化的热力学与动力学因素, 并在前人研究的基础上对目前冰间湖研究中亟待解决的问题和目标进行展望。

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极地雷达冰川学: 前沿技术与方法

崔祥斌郝彤稂时楠赵博肖鹏艾松涛蔡轶珩刘艳赵文轲邢治瑞许奔董晟罗坤

2022, 34 (3): 397-400.

摘要 ( 936 )

PDF(229KB) ( 1438 )

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