极地研究

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封面及目录

2024, 36 (3): 0.

摘要 ( 12 )

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前言

2024, 36 (3): 0-0.

摘要 ( 176 )

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中国极地考察40年进展与展望

刘顺林

2024, 36 (3): 317-328. DOI: 10.13679/j.jdyj.20240079

摘要 ( 1003 )

PDF(409KB) ( 1783 )

极地考察在提升极地认知、保护极地生态环境、合理利用极地资源、促进极地产业发展等各方面发挥着重要作用。从1984年我国首次南极考察和南大洋调查以来, 我国极地考察从无到有、由弱变强, 取得了突破性进展, 1999年, 实施了中国首次北极科学考察, 实现了两极考察发展战略, 正从极地科考大国向科考强国迈进: 建成“两船七站”的极地科考支撑平台, 构建了“天-空-地-海”极地立体观测网, 研发了极地深冰芯钻具等多套极端环境采样装备, 组织实施了“‘九五’国家攻关南极计划”“南北极环境综合调查与评估”等极地专项, 在极地冰盖不稳定性、南大洋和北冰洋生物地球化学循环及其对全球变化的响应与反馈作用等多个领域取得有国际影响力的研究成果, 成功实施了“南极普里兹湾—埃默里冰架—冰穹A的综合断面科学考察与研究”(PANDA)等国际合作计划, 为我国极地事业发展做出了重大贡献。未来应进一步完善极地船站科考平台, 增强南大洋和北冰洋长期观监测能力, 牵头重大国际合作项目, 推进我国极地考察站的国际化应用, 为“认识极地、保护极地、利用极地”作出更大贡献。

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中国南极海洋生源要素格局及其生态环境效应研究进展

潘建明赵军李栋张海峰于培松张偲杨旭锋朱长凤胡佶扈传昱范高晶韩正兵孙维萍陶柯宇蓝木盛张海生

2024, 36 (3): 329-342. DOI: 10.13679/j.jdyj.20240033

摘要 ( 356 )

PDF(6753KB) ( 704 )

南极海洋生源要素格局及其生态环境效应研究是探讨全球气候变化、碳循环和生态系统相互作用的关键内容, 也是预测南大洋生态系统演化趋势的重要依据。中国自1984年首次南极科学考察以来, 已组织开展多年南大洋综合调查, 并依托“南北极环境综合考察与评估”和“南极重点海域对气候变化的响应与影响”等极地专项的实施, 聚焦南大洋生态系统演变及其环境调控等关键科学问题, 取得了一系列重要认识。本文总结了我国在南极海洋生源要素格局及其生态环境效应领域的相关研究进展, 特别是海洋生源要素循环与浮游生态系统、生源物质沉降通量及其季节变化以及上层海洋过程的沉积记录等方面的研究成果, 初步探讨了南极冰间湖生态过程及其对全球气候变化的响应, 并对我国未来南大洋生态环境调查研究提出了相关建议。

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基于同位素的极区海洋生物泵运转及机制研究

陈敏范玲芳王博陈阳军张润方仔铭杨伟锋郑敏芳陈梦雅

2024, 36 (3): 343-351. DOI: 10.13679/j.jdyj.20240026

摘要 ( 303 )

PDF(2281KB) ( 484 )

生物泵是极区海洋净吸收大气CO2的重要路径之一, 也是连接海洋上层和底栖生态系统的关键环节。本文概述近10年来应用放射性核素和稳定同位素的独特指示功能, 系统地开展普里兹湾、阿蒙森海、宇航员海、白令海、楚科奇海和加拿大海盆等南北极海域生物泵运转规律及维系机制的研究, 探究了生物固碳、颗粒有机碳输出、有机物降解、营养盐再生和有机物埋藏等过程的动力学特征及空间变化规律, 揭示了淡水组分、颗粒物浓度和痕量营养盐Fe等环境因子对生物泵的影响。研究发现, 海冰融水、冰川融水/河水等淡水组分通过改变水体层化、光可获得性和营养盐供给等影响了生物固碳速率、Fe吸收速率和颗粒有机碳(POC)输出通量的空间变化; 有机物降解及硝化作用主导着营养盐再生过程; 南极底层水形成和颗粒物跨陆架输送影响生物泵的表-底耦合状况。同时, 面对未来气候变化和人类活动的双重压力, 亟待加强生物泵与食物网相互作用的研究, 以准确掌握极区海洋生态系统变化的规律及机制。

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中国极地海洋微生物研究进展

张熙颖张玉忠

2024, 36 (3): 352-360. DOI: 10.13679/j.jdyj.20240050

摘要 ( 423 )

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极地海洋环境蕴含丰富的微生物资源, 其独特的生命特征、特殊的极端环境适应及生态效应机制, 都有着重要的科学研究意义及应用开发前景。回顾我国近10年来在极地海洋微生物领域的研究, 所取得的主要进展包括: (1)揭示了南北极海洋微生物群落特有的结构和功能、二甲基硫/二甲基巯基丙酸内盐(DMS/DMSP)循环相关基因及可培养细菌基因组的独特生物地理学特征; (2)发现了极地海洋细菌通过代谢DMSP抵御原生动物捕食的新生态功能、温度响应新机制及新的几丁质氧化降解利用通路; (3)揭示了噬菌体对极地海洋细菌种群的调控作用; (4)阐明了极地海洋细菌产生的系列新型有机质降解酶的催化机制及其应用潜力; (5)建立了极地海洋细菌胞外多糖的制备工艺, 评估了其在医学及食品等领域的应用潜力; (6)分离鉴定了系列极地海洋微生物新物种。以上研究成果先后发表在Nature Microbiology, Nature Communications, Microbiome, ISME Journal等国际知名期刊上, 提升了我国极地海洋微生物研究的水平、影响力和话语权。未来加强多学科交叉研究及前沿技术应用研发将进一步促进我国极地海洋微生物学研究的发展。

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极地微生物资源研发现状及需求分析

廖丽单琰焱俞勇秦启龙李春阳

2024, 36 (3): 361-374. DOI: 10.13679/j.jdyj.20240031

摘要 ( 327 )

PDF(657KB) ( 585 )

极地因其极端的自然环境与相对的地理隔离, 进化出了独特而多样的微生物资源。极地微生物蕴藏了生命耐受极端环境的奥秘、承载了生物地球化学循环的重要使命, 其研究可为生命科学、地学、天体生物学等研究提供有价值的启示, 具有独特的科学研究意义。同时, 极地微生物所蕴含的新颖物种、基因与产物是极地自然资源的重要组成, 是可持续利用的重要战略资源, 对其开发利用具有现实的经济价值和社会效益。本研究基于详实的科学数据、文献报道、专利与案例分析等情况, 深入阐明了极地微生物研究的重要性, 总结了极地微生物研发趋势与需求, 并提出了相应的研发建议。本研究结果可为极地微生物资源相关研究、政策、项目等布局提供参考。

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北极对流层大气能量变化特征及趋势

孔琳琳邹捍周立波

2024, 36 (3): 375-390. DOI: 10.13679/j.jdyj.20240039

摘要 ( 261 )

PDF(2766KB) ( 302 )

在北极快速变化背景下, 北极对流层大气的温度和湿度不断增加, 提示北极对流层大气基本状态可能发生变化。作为大气基本状态的度量, 北极对流层大气能量是否发生变化, 以及发生何种变化, 是北极研究者关心的重要科学问题。本文基于对北极对流层大气地-气能量交换、侧边界能量交换和大气能量变化研究的简要回顾, 给出了北极对流层大气能量变化及趋势的物理图像和基本数据。以上研究表明, (1)北极下垫面向对流层大气的能量输送不断增加, 夏季中高纬度向北极对流层大气的能量输送也在增加, 从能量收支的角度提示北极对流层大气能量增加的可能性; (2)采用再分析资料的最新研究也表明, 近数十年来, 北极对流层大气能量不断增加, 大气基本状态正在发生显著的变化

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南大洋人为二氧化碳的吸收、分布、储存与输运研究和展望

张双祁第吴瀛旭汪冰冰陈立奇

2024, 36 (3): 391-405. DOI: 10.13679/j.jdyj.20240027

摘要 ( 340 )

PDF(8056KB) ( 140 )

海洋吸收了工业化以来大约30%人为二氧化碳(简称人为碳, Anthropogenic carbon dioxide, C_ant)而显著地影响了全球海洋碳源汇格局。据估计, 南大洋35°S以南区域吸碳潜力占全球大洋高达40%左右, 但该估计也被认为存在着很大的不确定性, 主要是因为缺乏对C_ant在南大洋吸收、分布、储存和输运方面的系统性认知。本文基于国内外有关南大洋碳吸收和储存及输送等数据库和研究, 分别从海-气界面CO₂通量角度和海洋内部C_ant的分布、储存和输送等方面, 综述归纳了南大洋开阔大洋区及近岸区碳源汇格局的研究进展; 探究目前在南大洋碳汇模型与实测数据存在明显差距原因, 以及季节性冰区碳源汇强度估算不确定性较大的问题; 讨论了相关方法在人为碳计算中的优点与不足以及影响人为碳储量的主要输送机制。本文将有助于对南大洋海-气CO₂通量、源汇格局变异以及输出过程的进一步了解, 以及更准确估算南大洋乃至全球海洋碳汇。

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北冰洋欧亚大陆边缘表层沉积物全岩轻矿物组成及其环境指示意义

张伟滨赵嵩刘焱光

2024, 36 (3): 406-420. DOI: 10.13679/j.jdyj.20240038

摘要 ( 213 )

PDF(7754KB) ( 88 )

北冰洋欧亚大陆边缘是海冰的主要生成区域，由洋流、海冰和冰山输送的陆源碎屑沉积物是北冰洋沉积物的主要组成部分，沉积物中矿物组成是揭示北冰洋物质来源、洋流模式的重要资料。本文基于前人应用X射线衍射法研究的441个北冰洋欧亚大陆边缘全岩轻矿物组成资料，探索研究区全岩轻矿物来源及搬运分选模式。研究结果表明；1）北冰洋欧亚大陆边缘的轻矿物以石英和长石为主，石英具有多个特征源区并广泛分布于研究区各处；2）长石族主要包括了斜长石和钾长石，表征了典型的火山物质输入，是发育火成岩省和火山带的欧亚北极大陆特征矿物。斜长石通常由北极河流输送入海，并通过海冰搬运到更远的地方，因此其分布与穿极流的路径极其相似；3）钾长石对应冰山搬运的粗颗粒物质，其高值分布在欧亚大陆边缘与斜长石的解耦表明了其对区分不同的火山来源物质具有一定的意义；4）白云石通常来自于北美源区，方解石来源则更复杂，可能包含了自生来源。以上研究结果有助于更全面理解北冰洋沉积物源—汇过程，为厘清北冰洋欧亚大陆边缘沉积环境变化提供重要参考。

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南极罗斯海陆架的冰-海-海底多圈层相互作用的探测研究现状

高金耀陈焱琨董超李锐祥蔡晓仙岳梅李娜王琦森

2024, 36 (3): 421-437. DOI: 10.13679/j.jdyj.20240042

摘要 ( 311 )

PDF(35185KB) ( 134 )

本文重点围绕罗斯海冰川进退历史，从多圈层相互作用的角度，分别就罗斯海陆架裂谷活动、冷暖水交换通道和冰架受各种灾害性外力影响及底栖生物分布/哺乳动物活动情况，分析并总结相应的探测现状和研究认识。罗斯海及周边拥有南极板块内最活跃的构造、火山及岩浆活动，其对历史上陆架冰盖进退和现代冰架动态平衡的直接影响还鲜有研究，但陆架的沉积构造、向外生长和地形地貌显示了强大的冰川地质作用。目前罗斯冰架的动态平衡和冷水珊瑚及其它底栖生物群落的分布规律，与集中于陆架上三大冰蚀槽的冷水团和绕极深层水的物质及热量交换密切相关，同时美国部署在罗斯冰架上地震仪和韩国部署在特拉诺瓦湾外的水听器还监测显示，来自太平洋方向的地震、火山、海啸和风暴的机械作用施加给罗斯冰架的影响也不容小觑。无论从冰川的进退历史，还是从目前冰架受到的影响来看，罗斯海冰蚀槽、外陆架及坡折带的探测相对匮乏，建议开展多学科联合的探测研究，并聚焦三大冰蚀槽的长期潜标和OBS观测和监测，以解剖历史上罗斯海冰盖进退和目前罗斯冰架动态平衡的调节机制。

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冰期旋回中南大洋与热带太平洋相互作用过程与机制

熊志方王家凯秦秉斌郭景腾李铁刚

2024, 36 (3): 438-453. DOI: 10.13679/j.jdyj.20240055

摘要 ( 276 )

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南大洋翻转环流推动南半球高低纬度之间水团的交换，而热带太平洋是全球水汽和热量的重要源区并推动哈德利和沃克环流以及厄尔尼诺-南方涛动（ENSO）等关键过程的发生，这些过程有效地将热量从热带地区传送至高纬度地区，也在年际至年代际时间尺度上促进了南半球高低纬度之间大气环流的相互作用。热带太平洋与南大洋之间在冰期旋回中呈现出错综复杂的海洋与大气环流间的相互作用，涉及物质、能量与水汽的交换，对全球气候变化产生显著影响。迄今为止，高纬冰芯和沉积岩心记录，已深入地揭示了冰期旋回中受类ENSO过程影响出现南大洋海水温度和海冰与南极降雪等的演变过程。同时，热带沉积岩心记录也显示冰期旋回期间，印度洋-太平洋暖池次表层的升温是南大洋积累的过剩热量，通过浅层翻转环流向北，经由亚热带环流向低纬度传输的结果。这些记录不仅支持南大洋流通性增强会影响低纬度大洋生物地球化学循环的观点，同时也表明冰期旋回中印-太暖池升温引发的类ENSO式变化可能主导着热带太平洋大气环流模式，并对南大洋地区的大气环流产生影响。然而，由于目前在多时间尺度上与热带遥相关有关的古海洋记录有限，这使得目前对南大洋与热带太平洋相互作用过程和机制的理解与评估仍存在诸多不确定性。因此，持续开展多指标环南极柱状沉积物的调查分析工作可以为热带遥相关气候模型提供更真实的环境变化参数，从而减少这些不确定性。

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中国南极陨石的收集、研究与展望

夏志鹏杨东亮王潇锐张川统陈宏毅缪秉魁

2024, 36 (3): 454-472. DOI: 10.13679/j.jdyj.20240041

摘要 ( 542 )

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陨石不仅是地球与宇宙之间联系的纽带，也是揭开太阳系历史、探索宇宙演化的关键钥匙。南极独特的地理条件和冰雪环境使其成为全球陨石发现最多的地区。自1998年在格罗夫山发现第一个陨石富集区以来，中国已收集了12665块陨石，在全球南极陨石收集数量中排名第三。本文概述了南极陨石发现历史，揭示了冰盖上陨石富集的独特性，集成了中国在格罗夫山陨石收集方面的成绩，并探讨了陨石的分类工作和最新的研究进展。总结取得了成就同时，也探索收集效率下降和富集区域限制等挑战问题。最后，面对行星科学的快速发展和中国秦岭站的建成的大好时机，本文提出了未来的一些设想，包括，成立南极陨石考察队，以秦岭站和中山站为后勤保障基地，开展横贯南极山脉和查尔斯王子山陨石综合考察，并加强南极陨石科研和科普的协同发展。

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中国极地科学与工程技术装备研发应用进展

王硕仁廖周鑫郭井学陈清满唐帅帅何剑锋

2024, 36 (3): 473-485. DOI: 10.13679/j.jdyj.20240043

摘要 ( 505 )

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极地科学与工程技术装备在极地科技发展中扮演着重要的角色，不仅关乎极地科学研究和资源利用，而且还与一个国家的安全、国际地位以及可持续发展紧密相连。在科技不断进步和国际极地形势日趋复杂的背景下，我国在极地科学与工程技术的研发应用发展显得尤为重要和迫切。本文全面回顾了我国极地考察 40 年来在科学探测技术装备和工程化技术装备研发应用发展历程和最新成果，分析了我国极地工程技术装备发展现状与世界先进水平的差距和存在的问题。本文还重点针对我国在极地科研探测技术、重型破冰船技术、极地航空技术以及通讯导航技术等方面所存在的问题，提出了推进极地重大工程和大科学计划、构建协同创新平台、加强关键技术创新研发、建设极地试验场、完善标准化技术体系以及推动产业化发展等的建议，以期我国在极地科学与工程技术装备的研发应用发展上，快速发展和逐步赶超世界先进水平，更好地服务于我国的极地事业发展。

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中国南极医学研究进展与展望

徐成丽

2024, 36 (3): 486-495. DOI: 10.13679/j.jdyj.20240040

摘要 ( 1177 )

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南极是地球上气候环境最恶劣的地区之一，人类在南极极端环境下如何生存与适应是南极医学研究的主要内容。本文重点综述了近二十年的我国南极医学研究及科考队员选拔研究和相关标准研制进展，主要包括：1）科考队员在南极越冬条件下，易发生昼夜节律失同步和睡眠紊乱、免疫-神经-内分泌网络调节失衡、负性情绪增加等症状，2）科考队员在南极内陆环境下，易发生急性高原病、心肺功能降低、睡眠障碍、疲劳等负性情绪增加等症状，3）血氧饱和度低、急性高原反应症状分度评分增加、心电传导阻滞、负性情绪增加等是筛查内陆科考预选队员低氧易感个体的敏感指标，4）制定了目前极地医学唯一的国家行业标准《极地考察队员岗前体格检查要求》（HY/T236-2018），为科学规范选拔队员提供了医学指导准则。今后应继续开展我国南极考察队员在极端环境下应激适应、代偿和损伤的生理病理变化及其机制研究，为考察队员的选拔、适应、防护、站务管理和有关政策制定等提供科学建议。

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中国第40次南极科学考察简报

张北辰

2024, 36 (3): 496-497.

摘要 ( 272 )

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中国南极秦岭站建设简报

祝贺魏福海

2024, 36 (3): 498-501.

摘要 ( 264 )

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“冰路征程——中国极地考察40周年成就展”简报

万建华

2024, 36 (3): 502-504.

摘要 ( 208 )

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