极地研究

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利用冰床粗糙度研究南极冰下环境和过程综述

李雁君崔祥斌乔刚稂时楠

2022, 34 (4): 401-418. DOI: 10.13679/j.jdyj.20210085

摘要 ( 1130 )

PDF(9859KB) ( 816 )

冰下地形是冰盖运动和冰底侵蚀过程作用于冰前地形的结果。冰床粗糙度是对冰下地形不规则程度的定量刻画, 是反映冰下环境和过程的重要指标, 可用于研究冰下基岩物质组成、冰下侵蚀过程和冰底滑动状况、冰下地貌形成演化以及冰流运动等。首先, 对冰床粗糙度量化方法的发展进行了介绍, 详述了基于冰雷达数据的沿轨迹地形统计特性和基于冰床回波波形电磁散射特性这两类刻画冰床粗糙度的方法的演变和进展; 其次, 通过分析冰床粗糙度与冰动力学、冰下地貌、冰盖底部热机制、冰下地质等的联系, 归纳了利用冰床粗糙度研究南极冰盖冰下环境和过程的相关进展; 最后, 对利用冰床粗糙度研究南极冰盖冰下环境和过程的现状及其未来发展趋势进行了总结和展望。

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2000—2019年北极多年冰时空变化分析

胡海涵张智伦李新情惠凤鸣赵杰臣庄齐枫

2022, 34 (4): 419-431. DOI: 10.13679/j.jdyj.20210070

摘要 ( 1327 )

PDF(2285KB) ( 1285 )

海冰是北极生态系统最重要的组成部分之一, 同时也是北极气候变化的指示器。多年冰是海冰组成中最重要的部分之一, 研究北极地区多年冰的时空变化能更深度地揭示极地气候的变化。本文基于美国国家冰雪数据中心(NSIDC)提供的海冰冰龄和冰厚数据, 分析了2000—2019年北极多年冰范围和冰龄分布的时空变化特征以及冰厚和体积的时空变化特征。同时结合欧洲中期天气预报中心(ECMWF)提供的再分析数据, 对多年冰变化开展归因分析。结果表明, 研究期内北极多年冰主要分布在北极中心海域, 占比65.6%。相较于2000年, 2019年多年冰范围和5年及以上海冰比例呈明显缩减趋势, 分别减小1.61×10⁶ km²和21%, 其中楚科奇海和波弗特海海域减小速率最快。2011—2019年多年冰平均厚度是2.35±0.18 m, 结冰期冰厚、体积增加量的年际间波动较大, 融冰期的减小速率普遍大于结冰期的增加速率。在各类环境参量的相关性分析中, 2 m空气温度、海表面温度与多年冰的变化有显著的负相关关系, 相关系数分别为–0.78和–0.77。在全球变暖和“北极放大效应”影响下, 未来北极海冰特别是多年冰的变化需要引起更多关注。

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基于遥感的2015—2020年环南极冰山空间分布研究

张卓宇刘蕾刘旭颖戚梦真

2022, 34 (4): 432-440. DOI: 10.13679/j. jdyj.20210078

摘要 ( 1131 )

PDF(2602KB) ( 1116 )

冰山是因冰架各部分运动速度不均, 裂隙生长后贯穿冰架发生崩解而产生的大块淡水冰。作为南大洋中重要的移动淡水源, 冰山的运动和融化可以释放淡水并将其扩散至远离南极大陆的其他海域, 因此, 研究冰山的时空分布和面积分布提取可为研究南大洋的水文、生态乃至全球气候变化产生的影响提供数据基础, 具有重要意义。本文采用卫星合成孔径雷达观测数据开展南极冰山追踪研究。基于Google Earth Engine遥感大数据平台, 合成了2015年8月—2020年8月欧空局Sentinel-1 SAR传感器影像数据集, 经过分块重采样、下载拼接等步骤, 获得冬季3天内环南极400 km影像镶嵌图; 应用栅格分析功能得到研究期的二值化影像, 使用数据转换和几何计算等功能提取了单个冰山的面积、周长。结果表明, 南极冰山大量聚集于海岸线50 km以内区域, 其中超小型冰山数量占比接近于50%, 小型冰山可能在南极淡水输入中扮演了举足轻重的角色。

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格陵兰努普·康格鲁阿峡湾叶绿素a浓度时空变化分析

田佳慧程晓张彦南

2022, 34 (4): 441-451. DOI: 10.13679/j.jdyj.20210086

摘要 ( 876 )

PDF(15259KB) ( 479 )

努普·康格鲁阿(Nuup Kangerlua)峡湾的叶绿素a(Chl a)浓度的时空分布对于气候变化有一定的指示作用。基于此, 结合通过C2RCC算法对Sentinel-3 OLCI反演得到的Chl a数据、OSTIA海表面温度(SST)数据以及Nuuk气象站数据, 对2016—2020年该区域的Chl a浓度分布进行时空分析。结果表明, 在峡湾入口端, Chl a的分布主要受风力和海温的影响, 在9月风力最强盛时达到最大; 而在冰川出水口端, 除风力和水温外, 在冰川融水的作用下, 浮游植物在春季爆发后, 还伴随有秋季二次爆发。

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阿蒙森海夏季南极磷虾资源空间分布及其与叶绿素浓度的关系

李帅杨嘉樑赵国庆李灵智饶欣黄洪亮

2022, 34 (4): 451-458. DOI: 10.13679/j.jdyj.20210075

摘要 ( 1061 )

PDF(599KB) ( 1161 )

南极磷虾(Euphausia superba)广泛分布于南大洋海域, 环境因子对南极磷虾资源密度及分布具有重要影响。基于我国第36次南极科学考察声学评估结果和调查数据, 利用单因素方差分析和双变量相关分析对2020年1月9日—2020年2月5日期间阿蒙森海南极磷虾资源空间分布特征及与叶绿素浓度之间的关系展开研究。结果表明, 调查期间阿蒙森海南极磷虾平均资源密度为6.36 g·m^–2, 0~5 g·m^–2密度区间比例最高(68.18%); 南极磷虾资源密度存在显著的空间差异(P<0.05), 集中分布在阿蒙森海近岸(72.75°S—76.25°S)和西侧(150°W—158°W)海域。调查海域平均叶绿素浓度为3.54 mg·m^–3, 2~3 mg·m^–3浓度区间比例最高(38.31%); 叶绿素浓度存在显著的空间差异(P<0.05), 在阿蒙森海近岸海域(72.75°S—76.25°S)和东西两侧(114°W—119°W和140°W—158°W)海域较高。叶绿素浓度与南极磷虾资源密度分布具有显著的正相关关系(P<0.05)。

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第六次国际耦合模式比较计划中我国地球气候系统模式海冰范围的模拟评价

赵立清王晓春李佳琦

2022, 34 (4): 460-470. DOI: 10.13679/j.jdyj.20210071

摘要 ( 1000 )

PDF(689KB) ( 1060 )

世界气候研究计划(WCRP)正在组织实施第六次国际耦合模式比较计划(CMIP6), 该计划中, 我国提供了9个地球气候系统模式的结果。本文利用这9个地球气候系统模式的北极海冰输出以及同时段海冰的观测数据, 评价了这些模式1980—2014年北极海冰范围的季节变化、长期趋势及年内变率, 并与CMIP6多模式平均进行了比较。结果表明, 与观测数据对比, 多数模式(8/9)都能反映出北极海冰范围季节变化的时间特征, 其中1个模式海冰范围最大值的出现时间延迟了1个月。多数模式(8/9)高估季节变化的最大值。在长期趋势方面, 5个模式高估了3月北极海冰范围减小的趋势, 4个模式低估了9月北极海冰范围减小的趋势。与CMIP6多模式平均结果相比, 其中1个模式的季节变化和长期趋势在多模式平均值的标准差范围内。观测表明, 1980—2014年, 9月海冰范围的减少趋势为3月减少趋势的2倍, 这导致了海冰范围年内变率呈现上升趋势, 有两个模式较好地再现了这一特征。此外, 参加CMIP5及CMIP6具有传承关系的我国4个模式在北极海冰范围季节变化及长期趋势方面有了明显的改善。

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三种海冰密集度产品的北极海冰监测能力比较分析

黄睿王常颖李劲华隋毅

2022, 34 (4): 471-484. DOI: 10.13679/j.jdyj.20210087

摘要 ( 1338 )

PDF(7919KB) ( 735 )

选取国家海洋卫星应用中心提供的海洋二号B星扫描辐射计数据采用NASA TEAM算法反演的海冰密集度产品 (简称HY2数据集), 中国海洋大学提供的风云三号D星微波成像仪采用DT-ASI算法得到的海冰密集度产品 (简称OUC数据集), 以及美国冰雪中心提供的海冰密集度产品(简称NSIDC数据集)三种数据源对北极海冰监测能力进行比较分析。通过与德国不莱梅大学发布的海冰密集度数据产品(简称BRM数据集)和MODIS数据提取的海冰信息的比较发现: 在低纬度区域(≤70°N), HY2与BRM数据集最为接近; 在中纬度区域(70°N—80°N), OUC与BRM数据集的数据吻合程度最高; 在高纬度区域(80°N—87°N), NSIDC数据集与BRM数据集最接近。在北极东北航道区域, HY2数据集适用于通航窗口期第一和第四航段内的海冰监测; NSIDC数据集适用于东西伯利亚海域以及临近窗口期时段的海冰监测; 而OUC数据集则适用于北极东北航道大部分航段的海冰监测需求。

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《极地规则》生效后的“西北航道”航行法律制度:变革与问题

王泽林

2022, 34 (4): 485-493. DOI: 10.13679/j.jdyj.20210054

摘要 ( 1042 )

PDF(293KB) ( 916 )

《极地规则》于2017年1月1日生效之后, 航行于“西北航道”的船舶需要同时遵守《极地规则》和加拿大国内法规。为保障极地水域的船舶航行安全, 防止船舶对极地水域造成的环境污染, 《极地规则》规定了相应的强制措施和建议措施, 加拿大随之废除旧法制定新法与《极地规则》的规定保持一致, 但是新法中存有高于《极地规则》标准的问题。《极地规则》要求在“西北航道”航行的船舶符合技术标准, 并不能解决加拿大国内法中要求外国特定船舶的强制报告制度而产生的争端, 以及外国船舶进入北极群岛水域的提前申请许可制度, 后者涉及《联合国海洋法公约》第234条授权范围的解释争端, 以及国际法上“历史性水域”理论与实践中的争议。

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《斯匹次卑尔根群岛条约》经济权益制度性安排与挪威政策

刘涵

2022, 34 (4): 494-502. DOI: 10.13679/j.jdyj.20210046

摘要 ( 1058 )

PDF(309KB) ( 1146 )

1920年签订的《斯匹次卑尔根群岛条约》(以下简称为《斯约》)将斯瓦尔巴群岛(以下简称为斯岛)主权授予挪威, 同时赋予缔约国在斯岛从事捕鱼、狩猎、采矿等经济活动的权利。自《斯约》生效至今, 挪威政府通过制定法律法规, 加强对斯岛经济活动的管理, 逐步实现斯岛土地和重要商业的国有化, 推动挪威公司和公民在斯岛的全方位经济活动, 规划挪威在斯岛的经济发展蓝图。本文试图从历史、政策与实践这三个方面进行解读, 厘清《斯约》经济权益制度性安排和挪威的相关政策, 为我国国民未来在斯岛开展经济活动及其管理提供有益参考。

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《南极条约》第4条法律问题研究

马忠法许子昀

2022, 34 (4): 503-515. DOI: 10.13679/j.jdyj.20210067

摘要 ( 1048 )

PDF(335KB) ( 886 )

《南极条约》第4条“搁置”了各国的领土主权争议, 60年来, 成功使各国在科学和其他领域顺利进行合作, 而不受主权问题的阻碍。各国在该条“模糊性”用语下谋求了更多变通的方法, 通过增强科研能力、设置“准领土管辖权”等方式不断增强其实质性存在, 同时通过推行南极环境保护举措、进行南极立法和勘探开发南极生物、淡水及旅游资源等方式提升南极治理的话语权和软实力。这些实践无疑都对该条的稳定性造成了风险和挑战。中国应当以“构建人类命运共同体”理念作为投身南极治理的方向指引, 通过推动建立合作机制等方式完善第4条存在的不足, 不断完善有关南极的国内立法体系, 强化自身在南极治理问题中的“硬实力”和“软实力”, 维护自身和全人类在南极的权益。

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东南极普里兹湾地区超高温变质作用

表璇王伟吴江保红刘晓春赵越

2022, 34 (4): 516-529. DOI: 10.13679/j.jdyj.20210074

摘要 ( 961 )

PDF(2516KB) ( 1105 )

东南极普里兹湾地区主要包括西福尔丘陵、赖于尔(茹尔)群岛、拉斯曼丘陵、姐妹岛等。普里兹湾地区普遍记录高温-超高温变质作用, 在赖于尔(茹尔)群岛地区发育典型超高温变质作用, 最近研究表明超高温变质作用可能分布更广, 如拉斯曼丘陵、姐妹岛等地区也可能有超高温变质作用的记录。普里兹湾地区超高温变质作用矿物组合多样, 该地区的斜方辉石+夕线石、假蓝宝石+石英等矿物组合可以明确指示超高温变质作用, 含假蓝宝石但不含石英的矿物组合、尖晶石+石英的矿物组合、含刚玉的矿物组合等也可能指示超高温变质作用, 这些组合是否反映超高温条件还需根据具体矿物成分结合可靠温度计及相平衡模拟计算等方法进行精确限定。超高温变质作用的潜在热源不同, 可以归为自生热和外来热; 其中自生热主要有放射性生热、机械热; 外来热主要是深部热源经过热对流、热传导等方式提供。超高温变质作用可能发生在不同构造背景, 如洋脊俯冲、弧后盆地、造山带下地壳拆沉等。已有的研究显示普里兹湾地区记录了不同期次构造变质事件, 是一个典型的多期变质叠加造山带。最近的研究表明超高温变质作用主要形成于泛非期, 但具体时间、演化特征、构造背景以及热源仍存在争议, 需进一步研究限定。

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极地冰芯气候及环境记录指标研究现状与展望

刘科侯书贵庞洪喜史贵涛耿雷胡焕婷宋靖张王滨邹翔安春雷于金海

2022, 34 (4): 530-545. DOI: 10.13679/j.jdyj.20210091

摘要 ( 1272 )

PDF(4768KB) ( 1800 )

冰芯记录了自然和人类活动等各种因子的变化, 是研究全球气候变化和环境变化的良好载体。极地冰芯可以将高分辨率古气候记录的时间尺度延长至过去几十万年, 具有重要的科学意义。近年来, 极地冰芯在气候及环境记录上取得了一系列新的研究进展, 但尚缺乏系统的总结。本文对极地冰芯的研究进展进行了梳理, 从冰芯物理特性、冰芯氢氧同位素、可溶及不可溶物质理化特征、冰芯气体等方面进行了概述, 重点关注了最新分析方法在极地冰芯中的应用。最后对极地冰芯研究的未来发展方向进行了展望, 以期为今后深入开展极地冰芯气候及环境记录研究提供参考。

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南大洋浮游细菌群落结构研究进展

孙玉蓉马玉欣曹叔楠罗光富蓝木盛何剑锋

2022, 34 (4): 546-554. DOI: 10.13679/j.jdyj.20200079

摘要 ( 1048 )

PDF(328KB) ( 1397 )

浮游细菌是海洋微食物环的重要组成部分, 在维持海洋生态系统稳定和物质循环中起着重要作用。本文对南大洋浮游细菌群落组成和分布特征以及影响因素进行概述, 结果显示, 优势类群为α-变形菌纲、γ-变形菌纲和噬纤维菌-屈挠杆菌-拟杆菌群, 非优势类群组成则存在显著的空间差异。浮游细菌群落存在明显的季节变化, 温度和溶解有机碳浓度是调控群落结构的主要环境因子, 浮游细菌与微食物环其他类群存在明显的相互作用。气候变化导致的海洋升温、海洋酸化等环境变化会对浮游细菌产生深远影响。未来应加强对极地上层海洋与海冰相关浮游细菌群落和深海浮游细菌群落的研究, 依托站基开展季节变化的现场调查和模式研究, 预测南大洋浮游细菌群落的潜在变化趋势及调控机理。

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南极研究科学委员会(SCAR)行动计划“南极环RINGS”进展

唐学远

2022, 34 (4): 555-556.

摘要 ( 817 )

PDF(190KB) ( 888 )

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