南极威德尔海新生期海水冰生态结构：Ⅰ.叶绿素a与营养盐

１９９２年３－５月极星号ＡＮＴ／秋季航次，对南极威德尔海东北海域浮冰区形成期新冰生态进行考察研究。结果表明，海冰物理结构特征与海冰生成环境及其形成过程有很大关系。冰体结构以颗粒冰、柱状冰以及混合冰为主，以颗粒冰为主结构的海水较多地聚集浮游生物细胞，消耗部分冰中营养盐，柱状冰较少聚集生物细胞，其营养盐波动较小，同时，新形成期海冰中，叶绿素含量普遍低于一年冰，而营养盐含量则较高，基本处于初始状态，由此     

南极中山站近岸海冰生态学研究 Ⅳ.海冰营养盐浓度的季节变化及其与生物量的关系

对１９９２年４月至１２月间中山站近岸海冰营养盐状况以及与生物量的关系进行了分析。为了能与海水中的营养盐进行对比,对海冰融化样的营养盐数据进行了同期冰下海水表层盐度的校正。结果显示,海冰中多数层次的硝酸盐浓度低于冰下表层海水的浓度,而磷酸盐和硅酸盐浓度则正好相反,亚硝酸盐浓度在观测期间均高于冰下表层海水的浓度。海冰营养盐浓度无明显的变化规律,呈现较大的波动,它可以是冰下表层海水的数分之一直至高出一个数量级,除显著的冰底水华期外并不构成冰藻生长的限制因素。海冰营养盐的分布与叶绿素ａ含量无明显的相关性。     

白令海北部陆坡晚第四纪的古海洋与古气候学记录

白令海北部陆坡B2 9柱状样中放射虫Cycladophoradavisiana含量曲线和深海SPECMAP氧同位素记录的对比 ,为该柱状样建立了晚第四纪约 1 0万年以来的地层年代框架。该柱状样中微体化石、碳屑颗粒、筏冰碎屑 (石英和岩屑颗粒 )的定量分析结果表明 ,作为表层生产力指标的粗组份自氧同位素 5 .3期以来呈阶梯状增加 ,反映表层生产力阶段式的增长 ;碳屑颗粒丰度自氧同位素 5 .3期至末次冰消期的增加说明白令海末次冰消期以前气候较全新世干冷 ,天然火灾发生的概率较全新世大大增加 ;冰期和早、中全新世较高的筏冰碎屑反映了冰期和早、中全新世白令海陆架海冰的扩大以及气候转暖所导致的海冰消融的过程 ,揭示了白令海对过去全球气候变化的响应。     

南极中山站近岸海冰生态学研究Ⅳ.海冰营养盐浓度的季节变化及其与生物量

对１９９２年４月至１２月间中山站近海岸海冰营养盐状史以及与生物量的关系进行了分析,为了能与海水中的营养盐进行对比,对海冰融化样的营养盐数据进行了同期冰下海水表层协度的校正。结果显示,海冰中多数层次的硝酸盐浓度低于水下表层海水的浓度,而磷酸盐和硅酸盐浓度则正好相反,亚硝酸盐浓度在观测期间均高于冰下表层海水的浓度。     

南北两极海冰的涛动关系

本文将南极海冰分为４个区：ＳＰＩ１（０°－１２０°Ｅ），东南极海冰；ＳＰＩ２（１２０°Ｅ－１２０°Ｗ），以罗斯海为主体的海冰区；ＳＰＩ３（１２０°Ｗ－０°），以威德尔海为主体的海冰区；ＳＰＩ４，全南极海冰区。北极海冰区分为３个区：ＮＰＩ１（９０°Ｅ－１８０°－９０°Ｗ），太平洋侧冰区；ＮＰＩ２（９０°Ｗ－０°－９０°Ｅ），大西洋侧冰区；ＮＰＩ３，全北极冰区。本文使用了ＷＤＣ－Ａ的ＳＩＧＲＩＤ海冰资料，以分析南极和北极各冰区之间的相互关系。发现两极各冰区之间存在着非常复杂的相互作用。其中最突出的特征是：两极海冰之间相互作用的振源是ＮＰＩ２。ＳＰＩ３是影响南极海冰的正反馈中心。ＳＰＩ２则是南北两极海冰的负反馈中心。ＮＰＩ２，ＳＰＩ３和ＳＰＩ２之间的相互作用最强，形成涛动关系。这种涛动关系不是同时期的，而是有较长的滞后时间差。两极海冰形成周期变化，其周期为５－６年，正与ＮＰＩ２和ＳＰＩ３自身变化周期一致。另外还有更长的循环周期９－１１年     

南极威德尔海海冰晶体类型分析

为了解南极威德尔海不同区域海冰形成过程,分析了2006年9—10月威德尔海海冰调查中的27支冰芯晶体并描述了冰芯反映的冰层形成过程;给出2支完整冰芯晶体照片和多边形晶体雪冰照片,以及对应照片的冰层描述和冰盐度、密度、粒径。根据冰芯晶体揭示的海冰形成过程,发现尽管现场考察均选择较大表面平整的浮冰作业,但冰芯晶体揭示出实际冰层可以是受动力和热力联合作用形成的重叠冰、固结冰脊、二年冰;而从表面到底面属于纯热力学生长形成的冰层所占比例较小。积雪经过密实和水分参与,再冻结形成多边形晶体雪冰也是南极海冰主要组成之一。粒状晶体、过渡区混合晶体和柱状晶体海冰分别占27支冰芯总长度的28.7%、14.4%和55.2%。海冰的区域分布表现出海冰边缘区以纯热力学生长的一年冰为主;在冰架前缘,受动力作用形成的重叠冰和固结冰脊的比例增加,并且存在二年冰和多边形晶体雪冰;冰间湖内生长有大面积纯热力学生长的海冰并向外输送。     

南极中山站近岸海冰生态学研究 Ⅱ．1992年冰下水柱浮游植物生物量的季节变化及其与环境因子的关系

自１９９２年４月１２日至１２月３０日对中山站附近内拉峡湾冰下水柱中浮游植物生物量以及环境因子的季节变化进行了测定。水中叶绿素ａ含量在０．０３－２１．４０ｍｇ／ｍ３之间波动，在覆冰期间，生物量基本上随深度的增加而下降；５－９月份各层次的生物量普遍低于０．５ｍｇ／ｍ３，８－９月份低于０．１ｍｇ／ｍ３。各层次中以水表含量的季节变化最为明显，成冰后在９月份形成低谷，于１２月中旬紧接着冰底水华的消失而形成单一峰值。生物量中微型浮游植物（＜２０μｍ）的比重在４－９月份的多数层次占有一半以上，１０月份后随着生物量的上升而下降，在水华期水表的比重最低，仅占总量的３．２％。其柱总生物量基本上与冰中生物量处于同一数量级，在冰藻水华期其量值甚至低于冰中生物量。营养盐（μｍｏｌ／Ｌ）的波动范围为ＰＯ４－Ｐ：０．３２－０．７９，ＳｉＯ３－Ｓｉ：２６．４７－６９．９２，ＮＯ３－Ｎ：１．４１－３１．７５，尽管水华期水表营养盐含量降至观测期间的最低点，但仍能满足冰下浮游植物的生长所需。光辐照度由于在冰水界面的量值仅为冰表入射光的不足５．３％至低于１％，成为水中产量最为可能的限制因子。     

夏季南极固定冰单轴压缩强度及试样破碎规律研究

2012年11月—2013年4月中国第29次南极科学考察期间,针对南极夏季固定冰单轴压缩性质开展了研究。使用冰芯钻直接在平整冰层钻取力学试样,取样冰厚为149 cm,其中颗粒冰、柱状冰和片状冰分别占采样冰芯总长度的15.4%、72.5%和12.1%;单轴压缩试样只采用柱状冰部分,加工好的力学冰样尺寸为直径9 cm,长度为18 cm;共设置5个试验温度(-2、-4、-6、-8和-10℃),加载应变速率在10-6—10-2s-1。利用统计方法分析试验结果,建立了南极夏季海冰单轴压缩强度与孔隙率和应变速率的关系式,以及综合考虑应变速率和温度影响下的单轴压缩强度定量表达式;同时,基于分形理论对单轴压缩试样破碎块分布规律进行了分析,结果显示碎块长度分形维数随着温度和应变速率的降低有增大趋势。在特别低应变速率下海冰试样整体发生蠕变时,无法采用分形方法讨论海冰内部破碎程度。     

楚科奇海表层海水颗粒物组成与来源

对研究区内第五次北极科学考察所取的表层海水颗粒物的浓度、显微组成、有机碳、氮含量及其同位素组成进行了分析。结果表明,楚科奇海域表层海水颗粒物浓度介于0.56—4.01 mg·L-1,具有冰区边缘高于开阔水域的特点。陆架区颗粒有机质相对含量高(TOC:9.78%—20.24%;TN:0.91%—2.31%),有机碳、氮同位素值相对重(δ13C:-23.29‰—-26.33‰PDB;δ15N:6.14‰—7.78‰),有机质主要来源于海洋生物,含有部分陆源有机质;陆坡及北冰洋核心区的颗粒有机质含量,除SR15站外,相对低(TOC:8.06%—8.96%;TN:0.46%—0.72%),有机碳、氮同位素值轻(δ13C:-26.93‰—-27.78‰PDB;δ15N:4.13‰—4.84‰),颗粒物有机质以陆源为主。陆坡区SR15站表层海水颗粒物中异常高的陆源有机质(TOC:27.94%,TN:1.16%;δ13C:-27.43;δ15N:3.81)可能来自源于东西伯利亚的穿极洋流。海冰携带的颗粒物(包括冰藻)是冰区边缘表层海水颗粒物的重要来源,在陆架区海冰融化,向水体中释放了大量生物体;而陆坡区和北冰洋核心区,海冰对颗粒物的贡献以碎屑矿物和黏土矿物为主。     

达里诺尔湖沉积物粒度及营养盐垂直分布特征变化

通过对达里湖湖中心柱状沉积岩芯总氮(TN)、总磷(TP)、有机质(OM)和粒度指标的测试与分析,探讨其垂向分布特征及影响因素。结果表明,营养盐TN、TP和OM的含量分别为2.12~3.71 g/kg、0.48~0.74 g/kg和4.71%~7.97%,平均值分别为2.98 g/kg、0.64 g/kg和6.29%。1832~1941年,TN、TP和OM含量较为稳定且含量较低;1941~1965年,TN和TP含量不同程度上先增加后减小,OM含量呈减小趋势;1965~2011年,TN、TP和OM含量整体上表现为增加趋势。沉积物中C/N值显示有机质及营养盐的主要来源为浮游动植物,沉积物粒级组成以粘土为主。沉积物中OM与TN和TP极显著相关,说明沉积物中氮主要以有机氮的形式存在,有机质与磷的生物地球化学循环也有相当紧密的关联;TN与TP表现出极显著相关性,说明沉积物氮、磷在沉积行为上有一定的相似性。沉积物中TN、TP和有机质与粒径小于4μm的颗粒正相关,与其它粒径的颗粒负相关。     

一个北极区域冰海耦合模式的设置与应用

介绍了一个北极区域冰-海耦合数值模式的设置与应用。海洋模式基于MIT海洋环流数值模式,海冰动力学过程由Hibler的粘-塑模型发展而来。海冰的热力过程基于Winton提出的三层热力学模型。给出了耦合模式的基本框架,重点介绍了区域冰-海耦合系统中较为重要的程序包,如正交网格生成技术,中尺度涡的参数化,冰-海耦合及开边界处理等。以NCEP再分析资料为大气强迫场,模拟研究了北极夏季海冰范围异常的变化特征(1992—2007),模拟得到的海冰面积变化趋势与SSM/I观测资料进行了对比,两者相关系数达到0.88,模式基本反映了海冰的年际变化特征。以2007年为例,对比分析了9月份海冰密集度分布特征,模式结果得到的海冰范围略大于观测,但基本反映了2007年夏季海冰范围的衰减形态。     

2014年夏季北极东北航道冰情分析

使用2003—2014年6—9月份的AMSR-E和AMSR-2海冰密集度数据计算了北极海冰范围, 并获得海冰空间分布图。通过分析得出, 2014年北极夏季海冰范围在数值上与2003—2013年的多年平均值很接近, 在空间分布上与多年中值范围相比主要表现为两个方面的不同：(1)2014年夏季拉普捷夫海及其以北海域海冰明显少于多年中值范围, 9月份冰区最北边界超过了85°N;(2)巴伦支海北部斯瓦尔巴群岛至法兰士约瑟夫地群岛区域海冰范围明显多于多年中值范围, 而且海冰范围在8月份不减反增, 冰区边界较7月份往南扩张了约0.8个纬度。2014年夏季在拉普捷夫海以南风为主, 而在巴伦支海以北风为主。南风将俄罗斯大陆上温暖的空气吹向高纬地区, 造成高纬地区温度偏高, 促进拉普捷夫海海冰融化, 并使海冰往北退缩。北风将北冰洋上的冷空气吹向低纬地区, 造成巴伦支海的气温偏低, 不利于海冰的融化, 同时北风使海冰往南漂移扩散, 造成巴伦支海北部海冰范围在2014年偏多。2014年北地群岛航线开通时间范围大约在8月上旬到10月上旬, 时长约两个月。新西伯利亚群岛及附近海域的开通时间稍早于北地群岛, 但关闭时间比北地群岛晚, 所以 2014年东北航道全线开通的时间主要受制于北地群岛附近海冰变化。     

东南极夏季中山站邻近固定冰DMS、DMSP分布初探

中国第30次南极科学考察期间,在中山站邻近固定冰区采集了两支海冰冰芯并首次分析其中的DMS、DMSP含量。结果表明,两支冰芯上层均含有较高浓度的DMSP+DMS,分别高达114.93及134.41 nmol·L-1。冰芯中DMS、DMSP+DMS浓度随深度的增加而递减。两支冰芯顶部DMSP+DMS高值的成因不同,冰芯1主要受藻类活动影响而产生DMSP+DMS高值,冰芯2主要是由于雪层及薄冰层阻碍,致使DMS在冰芯顶部聚集产生DMS高值。因为海冰底部较高生物量的海冰融化进入水体,所观测的剩余海冰底部Chl a、DMSP+DMS值均较低。在海冰的融化过程中,卤道内的卤水可发生垂向运输,致使冰芯中Chl a、DMSP+DMS的垂直分布有所不同。冰芯的Chl a、DMSP+DMS总量分别为6.79和10.20、51.83和88.41μmol·m-2,与前人研究结果比较,在海冰融化过程中,海冰中Chl a、DMSP+DMS总量变化的总趋势是递减的。     

基于AMSR-E遥感数据应用强度比参数确定多年冰的方法探讨

研究发现,AMSR-E的垂直极化的18.7 GHz(V18.7)和36.5 GHz(V36.5)的亮温比值在一年冰覆盖区域主要是相应频段的海冰微波发射率之比,而在多年冰覆盖区域受海冰微波发射率和海冰温度共同影响,并且海冰年龄越大亮温比值也越大。应用强度比参数可以比较好地确定冬季一年冰与多年冰之间的阈值,其中,在该阈值处,强度比梯度达到最大。该阈值呈现明显的季节性变化规律,在冬季阈值比较稳定,而在夏季受海水的影响变化范围比较大。应用强度比方法确定的多年冰范围,与NASA Team2(NT2)方法相比在大西洋扇区差异非常小;而在太平洋扇区出现比较大的差异。对比发现强度比法确定的多年冰范围一般大于NT2法。     

2013-2014年夏季南极普里兹湾海面反照率走航观测研究

在 2013—2014年南半球夏季时对南极普里兹湾海区的反照率进行了走航观测。利用安装于破冰船船头的高光谱辐照度计测量入射和反射的350—920 nm的太阳短波辐射, 基于此观测数据, 经计算得到了反照率。分析比较不同下垫面的反照率, 通过比较不同航段的观测结果, 得到了反照率的空间变化以及从海冰融化期至冻结初期的变化。不同下垫面的反照率差异较大, 有积雪覆盖的固定冰反照率最大, 有积雪覆盖的浮冰其次, 而积雪融化的浮冰则反照率有所降低。新冰的反照率较低, 有积雪覆盖的新冰反照率迅速增加。比较不同波段的反照率, 发现融化期由于积雪含水量较大, 增加了对近红外辐射的吸收, 降低了该波段的反照率。结合卫星遥感(AMSR-2)和人工观测的海冰密集度, 发现区域平均的反照率主要取决于海冰密集度, 然而也受下垫面物理特征影响, 例如2月底至3月初形成的新冰, 反照率只有老冰的1/3— 1/2。新冰形成, 会直接增加海冰密集度, 但由于其反照率较低, 对空间平均反照率的贡献较小。因此, 若要建立合理的冰水混合区的反照率参数化方案, 必须充分考虑海冰类型和冰面积雪的物理状态, 并考虑反照率的波长依赖性。     

2002—2011年南极海冰变化的遥感分析

基于2002—2011年南极地区AMSR-E逐日海冰密集度数据, 计算相应时间段内的海冰外缘线和海冰面积, 分析了南极地区这10年来各时间尺度上的海冰变化, 揭示了海冰变化的时空特征。结果表明: 2002— 2011年南极海冰外缘线、海冰面积分别增加了3.64%、3.8%, 总体上呈现增加的趋势, 其中2008年海冰面积最大。罗斯海、西太平洋和威德尔海的海冰面积呈现增加趋势, 而印度洋和别林斯高晋海/阿蒙森海的海冰面积则趋于减小。南极海冰面积一般夏季最小、冬季最大, 相同季节海冰面积变化波动较小, 不同海区只是变化范围不同。南极一年冰增长速度较低, 平均每年增加约0.1×106 km2, 且大范围地分布在南极大陆(除威德尔海外)周围。多年冰平均每年减少0.05×106 km2, 且多处于威德尔海。海冰面积变化与气温有负相关关系。     

应用AMSR-E 89GHz遥感数据反演北极多年冰密集度

被动微波辐射计AMSR-E在89GHz频段的空间分辨率几乎是其它低频段的2倍。到目前为止,已经有成熟的算法采用AMSR-E 89GHz频段的数据来反演整体海冰的密集度,而本文根据89GHz频段亮温数据针对一年冰、多年冰以及无冰水面的不同特性,提出了一种反演多年冰密集度的方法(AC)。计算了2007年北极的整体海冰和多年冰密集度,并与NASA TEAM算法(NT)的结果作了比较。对于整体海冰密集度,两种算法反演的结果基本一致。从日平均上来看,AC算法得到的整体海冰覆盖面积只比NT算法多25万km2。但是对于多年冰的反演结果,AC算法得到的结果比NT的结果要多出146万km2,冬季差别尤其大。造成这种差别的原因可能是AC算法对于北极表面气温的变化比较敏感。另外,AC算法计算得到2007年最大海冰覆盖面积为1400万km2,最小海冰覆盖面积为400万km2,这与其它研究结果一致。     

1988／1989年夏季南极长城海湾生态环境观测

自１９８８年１１月至１９８９年３月，对南极长城湾（６２°１３′Ｓ，５８°５７′Ｗ）中５个站位的水温、ｐＨ值、海水透明度、水下照度、水中和海冰中叶绿素含量、磷酸盐含量、亚硝酸盐和硝酸盐含量等理化要素，每月进行１至２次不定期的常规测定。在整个调查期间，海水温度变化范围在－１．６～２．２°Ｃ之间，ｐＨ值变化范围在８．０～９．１之间，海水中叶绿素ａ的变化范围在０．３０～１．４８ｍｇ／ｍ３之间，叶绿素ａ的最大值出现在１１月２６日５号站的表层水中，海冰中叶绿素ａ的含量远远高于海水中的含量，海冰中叶绿素ａ的变化范围在２．５５～５６．８４ｍｇ／ｍ３之间。磷酸盐含量变化范围在１．０２３～２．１８７μｇＰ／Ｌ，亚硝酸盐含量变化范围在０．０９３～０．１８６μｇＮ／Ｌ之间，硝酸盐含量变化范围在１３．３０８～２６．５８４μｇＮ／Ｌ之间。本文对以上结果作了初步探讨     

全球变暖改变北极熊产崽地点

美国地质勘探局的科学家近日宣布，由于北极海冰融化，怀孕的北极熊不得不到阿拉斯加北部的陆地上产崽。科学家发现，在1998年到2004年间，只有37％的北极熊将洞穴建在冰带上，而在1985年到1994年间，有62％的北极熊将洞穴建在冰上。     

基于遥感影像的北极海冰厚度和密集度分析方法

基于2003年7月至9月中国第二次北极科学考察所获取的大量海冰影像资料,完成了走航期间74.11°N-79.56°N,144.17°W-169.95°W范围内海冰厚度和密集度的提取。本文总结了从船侧录像中提取冰/雪厚度以及从航拍图像中提取冰密集度的方法,并描述了提高所取参数可靠性应采取的分析技术和现场调查的处理措施。本文方法具有一定的普适性,可以应用到渤海海冰和极地海冰的研究中。