南极纳拉海峡固定冰生长、 结构、 盐度和氧同位素组成

采用第19次中国南极科考采集的冰芯样品、 数据, 基于海冰的"冻结日"记录, 使用海冰一维热力学模型来计算纳拉海峡固定冰的生长厚度. 考虑气象条件以及冰情观测结果, 将该模型的计算海冰厚度和实测厚度进行比较发现, 在纳拉海峡存在着多年生长的海冰. 对采集于南极洲中山站附近纳拉海峡的固定冰冰芯样品进行结构、 盐度和稳定氧同位素(δ~(18)O)分析, 获取了海冰的结构和盐度剖面特征、 冰芯雪冰、 附加冰的含量、 雪冰中的雪以及全部冰芯中雪所占的百分比. 结果表明: 样品冰芯具有典型的海冰特征结构, 如柱状冰水平方向的C轴以及上部粒状冰层和下部柱状冰层结构特征, 部分柱状冰中间存在着粒状冰夹层; 盐度和δ~(18)O剖面也显示了多年冰生长的证据. 海冰的结构和氧同位素特征表明, 纳拉海峡固定冰的生长主要受热力学过程控制, 其结果和2000年1月至2003年2月人工冰情观测结果一致, 观测中没有发现冰脊、 叠置等动力过程. 附加冰在冰芯中所占的比例平均为5.01%. 使用不同的同位素标准来区分雪冰层, 估计研究区域平均有多达16.4%～37.9%的雪冰, 海冰粒状层中雪的部分约占全部冰厚度的0.8%～23.5%.     

南极纳拉海峡固定冰生长、结构、盐度和氧同位素组成

采用第19次中国南极科考采集的冰芯样品、数据,基于海冰的"冻结日"记录,使用海冰一维热力学模型来计算纳拉海峡固定冰的生长厚度.考虑气象条件以及冰情观测结果,将该模型的计算海冰厚度和实测厚度进行比较发现,在纳拉海峡存在着多年生长的海冰.对采集于南极洲中山站附近纳拉海峡的固定冰冰芯样品进行结构、盐度和稳定氧同位素(δ18O)分析,获取了海冰的结构和盐度剖面特征、冰芯雪冰、附加冰的含量、雪冰中的雪以及全部冰芯中雪所占的百分比.结果表明:样品冰芯具有典型的海冰特征结构,如柱状冰水平方向的C轴以及上部粒状冰层和下部柱状冰层结构特征,部分柱状冰中间存在着粒状冰夹层;盐度和δ18O剖面也显示了多年冰生长的证据.海冰的结构和氧同位素特征表明,纳拉海峡固定冰的生长主要受热力学过程控制,其结果和2000年1月至2003年2月人工冰情观测结果一致,观测中没有发现冰脊、叠置等动力过程.附加冰在冰芯中所占的比例平均为5.01%.使用不同的同位素标准来区分雪冰层,估计研究区域平均有多达16.4%～37.9%的雪冰,海冰粒状层中雪的部分约占全部冰厚度的0.8%～23.5%.     

基于走航观测的夏季南极海冰分布特征分析

依托中国第19次南极科学考察,基于ASPeCt(南极海冰过程与气候)海冰走航观测方法标准,以"雪龙号"破冰船为平台进行夏季南大洋海冰走航观测.在2003年1月4-17日近6 500km的航程断面上,分别获取了海冰的厚度、密集度、雪厚度、浮冰尺寸等海冰分布特征参数.结果表明,海冰分布特征参数均呈现了较大的空间变化.由于夏季海冰融化并受制于特定动力过程作用,海冰在威德尔海附近聚集,密集度达到峰值,沿断面在0%～80%之间变化;在断面的大部分观测到开阔水域.沿断面海冰厚度介于10～210cm,雪厚度介于2～80 cm之间,在埃默里冰架附近冰雪厚度达到了全断面的最高值.沿断面浮冰尺寸,最小到＜10 cm到最大超过2 000 m不等.     

南极中山站附近固定冰生消过程观测

2005～2006年对南极中山站附近固定冰区海冰生消过程进行了系统观测。基于观测数据比较了2005年和2006年冰季固定冰生消过程的差异,分析了冰厚增长速率的日内变化和季节变化,讨论了积雪对固定冰生消的影响。2005年尽管冰生长期的负积温较大,但由于雪厚较大,其冰厚增长速率和最大冰厚都小于2006年的观测值;极夜期间冰厚增长速率的日内变化不明显,但极夜前和极夜后都存在明显的日内变化;中山站以北16km范围内的冰/雪厚度随离岸距离没有明显的变化趋势,但冰脊形成和冰山存在都会对局部的冰/雪厚度分布产生较大影响。     

基于卫星气候资料的1989-2015年南北极海冰面积变化分析

利用被动微波卫星海冰密集度气候资料,分析了1989-2015年南北极海冰面积和密集度的长期变化趋势。结果表明：研究期内,北极年平均海冰面积减少,南极海冰面积增加,变化趋势分别为-0.569×10⁶ km²·（10a）^-1和0.327×10⁶ km²·（10a）^-1,均通过了0.01水平的显著性检验,两极海冰面积变化趋势表现出明显的"非对称性"。两极总海冰面积出现了下降,变化趋势为-0.242×10⁶ km²·（10a）^-1。年海冰密集度在北极地区普遍减少,而在南极地区的变化趋势存在显著的空间差异,威德尔海、罗斯海北部海冰密集度增加,趋势超过了10%·（10a）^-1,别林斯高晋海、阿蒙森海的海冰密集度出现下降。北极各月海冰面积的变化趋势存在明显的季节差异,7-10月海冰面积减少明显,其中9月减少最显著,趋势为-0.955×10⁶ km²·（10a）^-1。南北极海冰冻结和融化的时间不完全对应,北极融化与冻结时间基本平衡,南极海冰冻结时间明显长于融化时间。南极年内海冰面积的变化幅度大于北极,呈现显著的季节性特征。北极极小海冰面积的变化趋势最显著,达到了-0.636×10⁶ km²·（10a）^-1。南极极大海冰面积出现的时间后移明显,趋势为0.733候·（10a）^-1;极小海冰面积出现的时间非常稳定,没有明显的变化趋势。     

海冰拖曳系数的确定方法研究

风和流对海冰的拖曳系数是海冰数值模式中的基本参数, 它是精确模拟海冰漂移轨迹, 分析海冰的动力破坏、海冰爬升与堆积问题的重要依据.首先讨论了计算海冰拖曳系数的3种方法, 即涡动法、剖面法和动量法, 并分析了它们各自的特点和适用条件.针对辽东湾JZ20-2油气平台上同步连续观测的风速、流速和冰速等资料, 选用动量法对海冰拖曳系数进行了计算, 得到低密集度条件下光滑平整冰的风拖曳系数Ca(42) =1.402×10-3, 流拖曳系数Cw(7) =2.563×10-3.该数值能反映风和流对海冰表面拖曳和形状拖曳的共同作用.不同冰类型和密集度条件下的海冰拖曳系数有很大差异, 对其进一步的研究结果将提高海冰数值模拟的精度.     

北极楚科奇海海冰特征研究——以1999年夏季为例

对北冰洋楚科奇海海冰分布、厚度、气/冰/海界面温度场观测,钻取海冰冰芯,观测冰结构的变化,发现3种海冰组合结构: 1)表面融化型; 2)表面和底部融化型; 3)整体融化型. 海冰结构形成的热力学过程为:在气/冰界面上,海冰上表面吸收辐射能使冰体升温,出现表面融化; 在冰/海水界面上,海冰盘与开阔水域的相间分布、相对运动,将周围温度较高的水体输送到海冰的底部,加热、融化海冰底部; 冰体升温,冰晶间盐水膜首先融化,分离冰晶,破坏海冰整体结构. 冰的相变吸热,使其温度维持在融点, 这些过程均衡了夏季北冰洋的温度变化.     

南极沿岸固定冰观测与研究述评

南极固定冰的变化能够直接反映南极的局地气候变率,因此是数值模式验证的理想载体,对固定冰的观测研究结论也能用于评估南极海冰的年际变化。现今国际上对南极固定冰的观测和研究日渐丰富和深入,并逐渐形成了由多个国家参加的联合观测网。就海冰厚度、冰芯结构、表面辐射收支等现场测量和相机、卫星等遥感观测方面,总结了目前国内外南极固定冰观测的技术手段和研究进展,并分析了不同空间尺度上的南极固定冰年际变化特征。对南极固定冰观测研究目前存在的问题和未来的发展方向进行了探讨。     

南极海冰和陆架冰的时空变化动态

利用美国冰中心和雪冰中心提供的海冰资料和我国南极考察现场的海冰观测资料, 对南极海冰的长期变化进行了研究.结果表明: 20世纪70年代后期是多冰期; 80年代是少冰期; 90年代南极海冰属于上升趋势, 后期偏多; 区域性变化差别大, 东南极海冰偏多, 西南极海冰即南极半岛两侧特别是威德尔海(Weddell Sea)区和别林斯高晋海(Bellingshausen Sea)的冰明显偏少.东南极和西南极海冰的变化趋势总是反相的.90年代后期普里兹湾的海冰明显偏多, 南极大陆陆架冰外缘线总体没有明显的收缩, 有崩解也有再生的自然变化现象.西南极威德尔海的龙尼冰架(Ronne Ice Shelf)和罗斯海冰架(Ross Ice Shelf)东部崩解和收缩趋势明显, 东南极的冰架也有崩解和收缩, 但没有西南极明显.陆架冰崩解向海洋输送的冰山对全球海平面升高有一定的影响.目前, 南极冰盖断裂崩解形成的冰山, 向海洋输入的水量可使全球海平面上升约14 mm.南极海冰没有随着全球气候温暖化而明显减少, 而是按照东南极和西南极反相的变化规律进行周期性的变化、调整和制约.     

基于Sentinel-1卫星数据的北极西北航道通航适宜性分析

北极西北航道对北极资源开发与世界贸易格局有重要影响。针对当前西北航道通航适宜性时空变化分析研究中时空分辨率低、时效性差等问题,利用2015—2019年每年9月及2019年8月1日至9月20日的Sentinel-1 SAR数据,基于k均值非监督分类方法反演了十米级高空间分辨率海冰密集度。通过长时序宏观跟踪和短时序精细分析西北航道全线通航窗口,并以70%的海冰密集度作为阈值,测算了西北航道经过重要海湾及海峡累计不可通航的次数。结果表明：西北航道的航情随冰情而变,通航能力尚不稳定。具体来说,西北航道的冰情呈现东轻西重、南轻北重的格局,不可通航节点个数东少西多、南少北多。2018年9月西北航道通航情况最差,高于可通航阈值的海冰覆盖面积占总航道面积的35.24%,共有10个不可通航节点。2016年和2019年9月的通航情况较好,阿蒙森湾—科罗内申湾—毛德皇后湾—维多利亚海峡—富兰克林海峡—皮尔海峡—巴罗海峡—兰开斯特海峡段航道（航道C）可实现全线通航。进一步通过小尺度时间窗口研究发现,西北航道的最佳通航窗口为8月下旬至9月上旬,期间共出现3条全线通航的航道;最佳通航路线为航道C,其连续通航时间长达30天。     

2003年南极威德尔海至普里兹湾之间海冰分布研究

Ship-based sea ice observation data (concentrations,ice thickness,topography and overlying snow cover) were collected from Middle Weddell Sea to Prydz Bay,Antarctic during the period of 4 to 17 Jan 2003.Antarctic ice chart of first week of Jan 2003 was derived from National Ice Center (NIC).The compared analysis of sea ice concentrations and thickness distributions were conducted though in situ data and NIC chart.Results from sea ice concentration-analysis indicated the presence of large-scale open water between 2000 and 4100 km along transit route resulted from sea ice drifting.We describe the existence of mostly smooth first-year sea ice in study region ranged between 30 and 120 era.We also display the derived overlying snow coverage.Our results reveal the strong correspondence between ship-based observations and remotely sensed ice charts whatever in ice concentrations and ice thickness distributions.     

GPR survey and physical measurements of sea ice in Quilty Bay,Larsemann hills,East Antarctica and its correlation with local atmospheric parameters

Sea ice formation in Quilty Bay, East Antarctica shows a strong relationship with climatic conditions and its spatial variation is established by GPR survey over the sea ice during the austral winters. The study also evaluates the variability of sea ice thickness and extent with local weather parameters between 2010 and 2014. Profiling on sea ice in Quilty Bay shows that sea ice thickness decreases gradually towards east. The overall thickness of sea ice is considerably less at the centre of the bay as compared to the coastal side. Two types of fast ice layers have been delineated from GPR surveys i.e. top layer fast ice which incorporates very low density surface snow and underlying high density fast ice i.e. with melt water pockets. Development of sea ice is influenced by persistent easterly winds, temperature fluctuations and ocean currents. Sea ice reveal average annual cyclic trend in Quilty Bay with maximum development in the year 2013 (157.54 cm) and the minimum development has been observed in the year 2010 (99.04 cm).The cyclic pattern of average sea ice accumulation data show perfect inverse correlation with surface air temperature, with measure of reliability R² = 0.93. However, moderate (R² = 0.52) and good (R² = 0.69) degree of inverse relationship is observed with surface snow and overall sea ice (snow and ice) respectively. With 0.46 °C change in temperature, there is 33% change in sea ice condition in Quilty Bay which may remain same as far as ice extents in the region. Besides this easterly winds play a vital role in controlling the snow/ice distribution patterns as reflected by isopach maps.     

Isotopic Indications of Meromixis in Separated Lakes on the White Sea Coast

Studies of lakes at different stages of separation from the sea have been carried out on the northwestern coast of Kandalaksha Gulf of the White Sea. At the end of the winter period, from March 16 to 29, 2013, the lakes Kislo–Sladkoe, Trekhtzvetnoe, Nizhnee Ershovskoe, Ermolinskaya Bay and snow near the pier of Pertsov White Sea Biological Station of Moscow State University (WSBS MSU) were studied. The isotope characteristics of the water of lakes, ice and snow, the distribution of salinity, temperature, and hydrogen sulfide content were studied.

     

Ice-distal Upper Miocene marine strata from inland Antarctica

ABSTRACT Glacimarine strata of the Battye Glacier Formation (≈ 130 m thick), Pagodroma Group, exposed in the Amery Oasis of East Antarctica, provide a record of Late Miocene palaeoenvironmental conditions in an ice‐distal setting. The formation overlies the Amery Erosion Surface (≈ 300 m to ≈ 270 m above sea level) that formed during an advance of the Lambert Glacier into Prydz Bay (ODP Site 739), at least 750 km further north than today. Two lithological members: a grey and muddier Lower Member and a brown, sand‐rich Upper Member, reflect variation in proximity to the terminus of the Lambert Glacier. Ice‐distal, glacimarine, diatom‐bearing mud (up to 12% biogenic silica) and in situ articulated molluscs occur in the Lower Member. The Battye Glacier Formation is significant because of its inland location, which indicates that ice‐distal marine conditions existed 250 km inland from the current Amery Ice Shelf edge. Similar Neogene strata are known on land only from the Pliocene Sørsdal Formation in the Vestfold Hills, near the Antarctic coast. Three stratigraphic intervals of diatom‐bearing mud are recognized from glacially reworked clasts and from in situ strata informally referred to as the McLeod Beds and ‘Bed A’. The diatom‐bearing mud also contains sponge spicules and minor silicoflagellates and ebridians. Marine diatom biostratigraphy constrains the age of the beds to between 10·7 and 9·0 Ma (late Miocene). Abundant benthic diatoms suggest deposition within shallow euphotic waters. The high abundance of intercalary valves of Eucampia antarctica from an interval of the McLeod Beds suggests that there was less winter sea‐ice than in Prydz Bay today. It is unlikely that sea‐ice was perennial because the presence of Thalassionema spp. and Stellarima stellaris (Roper) Hasle et Sims suggests that summer sea‐surface temperatures were too warm (> 0°C and > 3°C respectively). The palaeoclimate at the time of deposition appears to have been analogous to that in modern fjords of East Greenland (e.g. Kangerdlugssuaq Fjord), which is consistent with the depositional model proposed previously for the Pagodroma Group. The three diatom‐bearing mud intervals were deposited in the Amery Oasis, ≈ 250 km inland of the current Amery Ice Shelf edge, when the East Antarctic Ice Sheet was reduced in size relative to today.     

电磁感应技术在南极海冰厚度探测中的应用

介绍一种能够高效探测海冰厚度的电磁感应方法及其在南极考察中的应用。该技术方法针对海冰和海水的电特性,利用电磁场原理精确探测仪器至冰水交界面的距离,以实现海冰厚度的测定。通过电磁感应(EM)仪观测的视电导率与同点位钻孔测量数据对比分析,获得视电导率与海冰厚度的换算关系式,通过对用该关系式计算出的海冰厚度进行验证,表明电磁感应技术能够获得可靠的海冰厚度数据。对探测剖面的海冰厚度统计表明,2005—2006年夏季南极内拉峡湾内海冰以平整冰为主,其厚度为0.8~1.4 m。     

极地海冰的研究及其在气候变化中的作用

极地海冰作为全球气候系统的一个重要组成部分,通过影响大洋表面的辐射平衡、物质平衡、能量平衡以及大洋温、盐流的形成和循环而影响全球气候变化.从最初研究极地海冰的强度和承载力到目前海/冰/气相互作用全球气候耦合模型的建立,使海冰变化和全球气候变化紧密结合起来.这些研究领域主要有:海冰及其表层雪的物理特性和过程、海冰区域生态特征、海冰区与气候相关的反照率和物质平衡研究以及海冰气候耦合模型等大的领域.模拟显示,21世纪因为全球变暖,南北极海冰都将减少.海冰和全球气候系统其它要素之间的相互作用问题、极地海冰的厚度季节性区域性分布问题、极地海冰边界及范围变化趋势问题、生消关键过程及其影响因素问题、冰间湖的作用以及海气相互作用等将是未来重要的研究方向.     

基于IceBridge数据的南极别林斯高晋海的海冰厚度研究

海冰变化与全球气候、 生态系统和人类活动密切相关, 海冰厚度是海冰变化研究的重要参数之一。全面立体高精度观测海冰厚度的最有效手段是航空遥感, 而冰桥计划（IceBridge）是当前南北极最大的航空遥感工程。基于2009 - 2014年冰桥计划的激光雷达高程数据和数字测图系统相机光学影像对南极别林斯高晋海的海冰厚度进行研究, 并结合降雪量等气象数据探讨该区域海冰厚度变化的原因。研究发现该海域的海冰厚度在2009 - 2014年间整体呈微弱增长趋势（0.07 m·a^-1）, 但是在95%置信水平下不具有显著性。2009 - 2011年呈现先增加后减少的大幅度变化, 其中2010年达到极大值2.42 m, 之后开始缓慢增加。海冰厚度的年际变化与降雪和近地表温度等气象要素相关, 二者相比较而言降雪为主要影响因素。