北极航道相关海域科学考察研究进展

我国从1999年开始已实施了四次北极科学考察,对白令海、楚科奇海、波弗特海、加拿大海盆和马卡若夫海盆进行了广泛的考察。全球变化导致的北冰洋夏季海冰覆盖面积不断减少,导致冰期以来北极东北航道和西北航道的首次同时开通。北极航道集中在陆架海域,不仅是海冰变化最为显著的海域,同时也是陆地－北冰洋相互作用最为显著的区域,对北冰洋区域气候、生态系统和生物多样性、以及经济和当地土著居民生活等具有重大影响。本文对北极航道关键海域近年来国际相关科学考察进行了总结,对科学考察背后的各国北极策略进行分析,并从科学需求的角度对我国在今后北极科学考察中针对北极航道相关海域应开展的科学考察与研究提出了相关建议。     

近30年中国极地气象科学研究进展

南极和北极是地球上的气候敏感地区,也是研究全球变化的关键区域.中国的南极和北极实地科学考察研究,分别始于20世纪80年代和90年代.作为国家行为,到2010年底,已经组织了27次南极考察、4次北极北冰洋考察和7次北极陆地考察;在南北极建立了4个科学考察站、5个(中澳/中美)合作自动气象站;初步形成了以有人考察站、无人自...     

中国船舶首航东北航道及其展望

北极航道按其处于地球上的地理方位可分为东北航道和西北航道,东北航道按航线所处的纬度范围则可分为北极低纬航线(北极近岸航线)、北极中纬航线(作为国际常规航线)、北极高纬航线、挺极航线。"雪龙"号于2012年夏季书写了中国船舶首航东北航道的航海史。"雪龙"号从东北航道的起点白令海峡开始,沿东北航道抵达冰岛,并沿北极高纬航线返回白令海峡,完成往返穿越北冰洋之旅。据此,本文对北极航道的分类提出了一些看法,对东北航道的商业航行情况进行了总结,在此基础上概述了"雪龙"号此次首航东北航道的整个进程和关键问题,同时对中国建立北极航道战略进行了思考并提出了建议。     

影响北极地区迅速变化的一些关键过程研究

最近研究证明 ,近半个世纪来 ,北极地区正在发生迅速变化。部分地区温度上升了 2- 3°C ,北冰洋海冰退缩 5 %,中心地区海冰厚度变薄 ,海面压力降低 ,中上层水淡化和变暖 ,吸收CO2 能力增加 ,臭氧耗损和紫外线辐射增强。中国于 1 999年开展了“中国首次北极科学考察” ,在楚科奇海、加拿大海盆、白令海以及临近海域开展了海冰气相互作用的多学科综合考察 ,对北极的区域特征及其在全球变化中的作用研究获得一些新的认识。观测到加拿大海盆中层水持续增暖的现象 ,揭示了西北冰洋与白令海水体交换的途径和次表层暖水结构 ,发现了加拿大海盆是北冰洋河水的主要储存区。利用联合冰站观测数据 ,模拟了北冰洋夏季大气边界层结构和下垫面能量平衡的变化特征 ,定量给出了北冰洋夏季海 /气和冰 /气之间湍流通量和边界层参数的差异。海 /气CO2 的通量观测表明 ,考察区的大部分海域均为大气CO2 汇区 ;西北冰洋海冰区具有较高的生物泵运转效率 ,楚科奇海陆架是一个高效的有机碳“汇”区 ,寒冷水体中微生物活动并未受到明显抑制。沉积物的地球化学过程研究表明 ,海底表层沉积物中碘含量存在着由低纬度到高纬度增加趋势 ,北极地区可能是碘的汇区 ,碘可作为极区古海洋中的地球化学元素变化的重要指标。楚科奇海、白令海     

2012 年夏季水团输送对挪威-格陵兰海营养盐及浮游植物群落结构的影响

依托2012 年第五次北极科学考察分析了夏季挪威-格陵兰海域营养盐和光合色素的分布情况, 探讨 水团输送对该海域营养盐分布及对该海域浮游植物群落结构分布的影响。结果显示挪威海和格陵兰海域调 查站位上层(200 m)水体中AT 断面的硝酸盐、磷酸盐及硅酸盐平均浓度分别为9.0(±5.0)、0.65(±0.29)和 1.8(±1.6) μmol·L^–1, BB 断面的硝酸盐、磷酸盐及硅酸盐平均浓度分别为8.9(±3.8)、0.71(±0.22)和1.8(± 1.6) μmol·L^–1。挪威海和格陵兰海域上层水体中硅酸盐相对于硝酸盐远远不足, 且呈显著硅限制, 该限制随 纬度的升高有所减轻, 表现为北冰洋入流水的硅酸盐输送。光合色素与温度和营养盐的关系表现为: 与温度 呈正相关, 与营养盐呈负相关。光合色素的分布结果表明, 挪威-格陵兰海域浮游植物群落表层以硅藻或硅 藻和定鞭金藻为主, 次表层(叶绿素最大层)则以硅藻为优势种, 并且硅藻更易聚集于混合层下方温跃层上 方, 定鞭金藻在表层水体低营养盐的条件下更具竞争力。此外, 由于受大西洋入流分支的影响, 浮游植物向挪 威-大西洋流流经区域聚集(温度更高且营养盐充分), 形成区域浮游植物分布差异。     

基于CryoSat-2测高数据的北极格陵兰海海冰干舷高提取研究

北极是全球气候和环境变化的驱动器之一,获取北极海冰的时空特征和变化规律对研究北极以及全球气候变化意义重大。格陵兰海是北极海冰剧烈变化的区域之一,采用CryoSat-2的雷达测高数据,获取了格陵兰海的海冰干舷高分布,并利用波弗特环流计划(BGEP)仰视声呐(ULS)数据进行了验证。研究结果表明,格陵兰海海冰干舷高和分布范围存在明显的季节性变化特征,具体体现在格陵兰海海冰从10月份进入冻结期开始,海冰分布范围不断扩张,海冰干舷高也逐渐增大,2月份平均干舷高达到最大(0.2 m),之后格陵兰海海冰开始消融,覆盖范围不断内缩,9月海冰干舷高降至最小(0.13 m)。     

北极科学考察计划简介

北极是全球变化最敏感的地区之一。由于全球变暖,北冰洋在最近几十年发生了明显的异常变化,对全球和我国气候都产生了重要影响。深入、持续地研究北极的海洋与海冰过程,探讨海洋与海冰变异对全球以及我国气候的影响成为当务之急。2007—2008国际极地年期间,在北冰洋中心区以及北极太平洋和大西洋扇区等关键海区,依托“雪龙”号破冰考察船,组织2008和2009年两个夏季航次的多国联合考察,参加其他国家的航次考察,系统观测海洋、海冰和大气变化,研究北极海洋和海冰快速变化对我国及全球气候系统的影响。1目的意义我国是北半球国家,处于中纬度地…     

国际北冰洋地质、地球物理大洋科考进展

受常年海冰限制, 北冰洋科学考察程度远低于其他大洋。系统的北冰洋科学调查始于20世纪90年代, 得益于科考破冰船、潜艇等新型调查设备和手段的使用, 科研人员可以主动选择研究目标和对象, 并成功开展了多次地质与地球物理科学考察, 包括海冰科学探索项目(SCICEX)、北极洋中脊考察航次(AMORE 2001)、加科尔洋中脊热液硫化物考察(AGAVE)、北极钻探航次(IODP 302)等。回顾了北冰洋地质与地球物理科学考察进展, 归纳了主要科学问题: 北冰洋主要地质单元大地构造属性及演化、超慢速扩张洋中脊构造与成矿特征、北冰洋新生代古海洋演化。北冰洋地质与地球物理科学考察进展表明: (1)调查手段是制约北冰洋科考水平的关键因素; (2)破冰船与常规探测手段结合是北冰洋科考的重要发展趋势; (3)近底探测手段有助于解决北冰洋主要地质科学问题。     

极区海洋锚碇观测系统的设计和布放

中国第2次北极科学考察(2003年7月-9月)期间,在白令海峡和北冰洋楚科奇海布放了一套潜标和两套明标,在该次考察结束前成功回收了潜标和1套明标,获得了最长为45天的连续观测资料。通过介绍这次布放过程,对极区锚碇系统的相关技术问题进行了讨论,包括观测站位和层次的选择,锚碇系统的设计、布放步骤等,为有海冰存在的低温海域布放锚碇系统提供参考。     

我的南极科考之行

2021年11月5日上午9点,伴随着"雪龙"号极地科考船的汽笛声响起,中国第38次南极考察队正式启航。考察队将围绕应对全球气候变化,在南极地区开展大气成分、水文气象、生态环境等科学调查工作,迎接考察队员的将是狂风巨浪和冰天雪地的严峻考验。而我,非常有幸作为其中的一员,参与此次南极科学考察。     

夏季西北冰洋表层淡水分布的总碱度示踪研究

利用中国第三次北极科学考察在西北冰洋所进行的海水总碱度的测量,通过海水、海冰融化水以及河源淡水三个端元总碱度特征的显著差异计算西北冰洋夏季表层海水中淡水所占的比例。研究表明,西北冰洋海冰融化水所占比例最大区域在加拿大海盆区75°N附近,这是冰缘带位置,往北向高纬度的冰密集中逐渐增加。而河源淡水的组份则与北冰洋的环流密切相关,并且在西北冰洋水体中逐渐累积。     

加拿大海盆夏季冰区细菌和原生生物群落特性分析

采用表面荧光显微分析方法对2014年夏季中国第6次北极科学考察期间采集于加拿大海盆7个海冰站位的融池、冰芯和冰下海水样品进行了细菌和原生生物群落分析。结果表明,上述3类生境中的第一优势类群均为细菌(不包括ICE07站位出现水华融池的统计),分别占总生物量的42.8%、37.8%和50.7%;第二优势类群均为鞭毛虫,分别占总生物量的40.2%、34.3%和37.5%。包含细菌、鞭毛虫和纤毛虫在内的异养生物在总生物量中占有优势,显示微食物环在其中起着重要作用。在北冰洋夏季快速融冰的背景下,3类生境总体上缺少快速生长的条件,总生物量偏低。其中ICE07站位出现融池水华和冰表自养鞭毛藻高值,推测合适的藻种和营养盐的额外补充共同促成了该站位冰表(融池)藻华的形成。     

北冰洋西部表层沉积物重矿物特征

对中国首次(1999年)和第二次(2003年)北极科学考察在楚科奇海及邻近的北冰洋深水区采取的47站表层沉积物进行了碎屑重矿物鉴定分析。结果表明北冰洋西部表层沉积物中重矿物以抗风化能力较弱的绿帘石、紫苏辉石和普通角闪石为优势矿物,钛铁矿、石榴子石、磷灰石和赤铁矿为特征矿物。矿物组合分区表明研究区物质来源和水动力变化较为复杂:白令海峡以南沉积物中重矿物含量高,水动力强;白令海峡以北的洋流变化与所经区域沉积物重矿物种类和含量变化相一致,即楚科奇海中部沉积物富集紫苏辉石、钛铁矿和石榴子石,物质来源可能与楚科奇山原相关,而在阿拉斯加沿岸沉积物中富集绿帘石和紫苏辉石,与阿拉斯加沿岸流携带物质相关;楚科奇海北部深水区碎屑矿物沉积速率低且矿物多有蚀变。     

ERA40中北半球高纬地区冬季气候变化和冰-气相互作用特征分析

利用欧洲中期天气预报中心(ECMWF)再分析资料(ERA40)分析了最近几十年冬季北半球高纬地区的气候变化和冰-气相互作用特征。在全球增暖背景下,冬季北半球高纬地区增温幅度更大,但温度变化明显具有区域性特点。20世纪70年代末期开始,格陵兰海、巴伦支海及欧亚大陆大部分区域和北美大陆部分区域在增暖,而拉布拉多海、格陵兰和白令海峡区域却变冷。与此对应,中央北极区及气候冰岛低压中心海平面气压在降低,而再往南区域海平面气压在升高。从20世纪70年代开始,格陵兰海和巴伦支海给大气的感热通量和潜热通量增多,这说明由于气温增加,使得海冰密集度减小,海冰对海气感热通量和潜热通量交换的隔离层作用减小,通量交换大大增加。而在挪威海非海冰区,由于气温增加,海气温差减小,海洋给大气的感热通量和潜热通量减少。在拉布拉多海,由于气温降低,海气温差增大,使得海洋给大气的感热通量和潜热通量增加,有利于拉布拉多海海冰的增多。海平面气压、海冰密集度及表面感热通量和潜热通量之和对大气表面温度 EOF 展开第一模时间系数的线性回归结果均与各自的EOF 展开第一模空间分布特征接近。     

探索白令海生态系统变化

正在执行中国第三次北极科考任务的极地破冰船“雪龙”号28日13时36分（北京时间）在距美国阿拉斯加州诺姆港6海里的海域锚泊,这标志着北极科考队圆满完成第一航段——白令海的定点考察作业任务。     

楚科奇海的水螅水母类及其分布

本文报道 1 999年 7月至 8月我国首次北极科学考察期间“雪龙”号破冰船在楚科奇海采集的浮游水螅水母类及其分布。分析鉴定了 8种水螅水母 ,其中 4种属于花水母目 ,2种属于软水母目 ,1种属于硬水母目 ,1种属于筐水母目。短新塔水母在楚科奇海是首次记录。简要记述了这些种类的形态特征并附图。楚科奇海这 8种水螅水母都是冷水种 ,其中 6种为近岸性的 ,2种是大洋性的。根据其地理分布可分为北极种、北极 -北方种和北方寒温带种等 3个类型 ,从动物地理观点看 ,楚科奇海的水螅水母类应属于北极区系。楚科奇海水螅水母类的丰度一般较低 ,其平均丰度为 1 0 8个 /1 0 0 m3,水平分布状况主要由优势种所左右 ,八斑腕唇水母和指腺华丽水母为优势种。垂直分层采样结果表明 ,指腺华丽水母分布于 0～ 30 0 m,其中以 50～ 1 0 0 m居多     

中国首次在北极施放卫星定位低空探空仪

中国第三次北极科考队日前首次在北极冰区施放卫星定位低空探空仪,以了解这一地区的气象变化规律及其对中国气候变化的影响。     

中国第二次北极科学考察海冰物理数据的解释

2003年7-9月间,为了探讨北冰洋海冰变化同气候的关系,中国第二次北极科学考察对海冰物理及其相关的物理海洋、大气边界层进行系列合作观测。观测的冰形态、海洋和气象要素将用于确定调查期间大气海冰海洋之间的热力和动力交换。本次考察获得的冰物理性质方面的原始观测数据将在中国南北极考察网公布。为了方便各方人员使用这些数据,本文给出这套资料的描述和解释。     

2009年春夏季北极海冰运动及其变化监测

极地海冰对全球气候变化具有指示作用,北极海冰监测对全球气候环境变化研究意义重大。利用中国第3次北极科学考察（CHINARE-2008）长期冰站获取的海冰物质平衡浮标数据和MODIS影像对北极海冰运动及其变化进行监测。结果表明MODIS影像分类得到的海冰密集度效果较好,海冰与海水之间界线清晰。4月16日至30日长期冰站在自西北向东南的漂移过程中,海冰逐渐分裂,密集度下降,速度总体上不断减小。4月30日至5月19日期间海冰密集度变化比较大,尤其是5月8日,海冰密集度突然升高。结合对漂移轨迹的分析发现,这可能是受大风、洋流等因素影响,海冰产生回旋运动导致的。5月19日至7月6日海冰密集度上升,在格陵兰岛附近海冰运动受地形影响产生聚集现象,因此在该区域海冰密集度呈现上升趋势。     

“雪龙2”号冰区表层海水采集系统的设计与实现

表层海水采集系统是现代科学考察船装备的基础科考设备,通过连续水样采集,可以为走航观测设备、实验室以及培养容器连续提供表层海水,并获取表层海水pCO_2、温度、盐度、叶绿素、营养盐等基础数据。南、北极科考要求表层海水采集系统在南北极浮冰区以及南大洋区域提供实时、高保真以及连续的表层海水。由于极地考察海域的特殊性,表层海水采集系统常会遇到问题,如:在浮冰区经常被碎冰堵塞吸口导致无法正常供应表层海水、海洋生物在管道内附着导致管道污染、海水在输送过程中升温导致无法保持其原位状态、管道生锈污染海水等。为解决上述问题,"雪龙2"号在"雪龙"号的基础上,对防冰堵、海水高保真、实时性、防海生物污染等几个关键技术点进行重点设计,成功建成了一套可在冰区连续运行作业的表层海水采集系统,经过中国第36次南极考察一个航次实践,大概率降低冰堵情况的发生,获取了大量珍贵的科考数据。