2003-2012年间白令海峡断面淡水构成的时空变化

通过对2003-2012年间白令海峡64.3°N断面海水氧同位素组成的分析,应用海水δ18 O值和盐度的质量平衡关系区分出淡水中河水和海冰融化水组分的贡献,探讨白令海峡淡水组成的分布特征及其年际变化。研究表明,断面东侧阿拉斯加沿岸水影响区呈现低δ18 O值、低盐、高温、高河水组分的特征,西侧阿拉德尔水具有高δ18 O值、高盐、低海冰融化水的特征,中部白令陆架水的δ18 O值、盐度和淡水组成则居于上述二者之间。阿拉斯加沿岸水影响区河水组分的份额约为阿拉德尔水和白令陆架水的2倍,并呈现出2010年2012年2003年2008年的时间变化规律,受控于育空河入海径流量的时间变化。白令陆架水和阿拉斯加沿岸水影响区的海冰融化水份额较为接近,均比阿拉德尔水影响区的海冰融化水份额高约45%。海冰融化水的年际变化表现出2003年2008年≈2012年2010年的规律,受控于白令海海冰的年际变动。从断面淡水构成看,通过白令海峡的淡水平均由46%的河水和54%的海冰融化水构成,且阿拉德尔水、白令陆架水和阿拉斯加沿岸水影响区河水组分与海冰融化水组分的比值自2003年至2012年间呈增加趋势,证明太平洋入流中淡水构成的变化对北冰洋海冰的融化也起着一定的作用。     

北冰洋太平洋扇区碳循环过程对环境变化响应的研究进展与展望

全球碳增汇需求高涨,海冰消退后的北冰洋被期待是一个主要的潜在碳增汇区。北冰洋太平洋扇区因受控于楚科奇海及其邻近海域较高的海洋固碳效率和碳深海封存量,在整个北冰洋碳循环中起着举足轻重的作用。开展该海域碳循环过程对环境快速变化的响应机制研究是实现北冰洋碳汇精准预测的基础。本文重点阐述了楚科奇海及其邻近海域碳循环过程（即海洋对大气二氧化碳的吸收、生物固碳、太平洋入流携带碳经陆架生物地化过程后向深海输出封存的陆架泵）对北冰洋环境快速变化的响应,并提出未来研究需要聚焦的关键科学问题。     

北极楚科奇海海冰面积多年变化的研究

北极气候系统正在发生显著变化,其中,海冰面积和厚度的减小是其最主要的特征.楚科奇海是海冰面积变化最有代表性的区域.文章利用积累了9a的高分辨率海冰分布数据研究海冰面积的多年变化特征.结果表明,各年的冰情有显著的季节内变化,海冰面积距平曲线体现了不同时期海冰面积变化的动态过程.在1997~2005年间,楚科奇海海冰面积经历了轻(1997年)-重(2000~2001年)-轻(2002~2005年)的变化过程.9a的数据总体上体现了海冰面积减小的趋势,2005年的冰情呈现了历史新低.每年融冰期的长短与冰情轻重有密切的关系,冰轻年份融冰开始时间早,冻结结束时间晚.各年海冰面积最小值发生在9月下旬至10月初,各个年份海冰最小面积差别很大.有的年份只有4%,而重冰年可以大于50%.文章采用4个重要参数表达海冰多年变化.其中海冰面积指数反映了当年总体平均的海冰面积距平;海冰最小面积反映了融冰期海冰的极限情况;上一个冬季的气温积温也与翌年海冰面积有良好的关联;分析了风场对海冰的影响,表明风场在融冰期能够在短时间内改变海冰的覆盖面积.     

南极普里兹湾邻近海域海冰生消发展特征分析

利用美国冰雪数据中心发布的2003—2008年高分辨率海冰密集度数据,分6个阶段对普里兹湾区域海冰季节性变化的空间分布特征进行了研究,并根据普里兹湾海区的地形和环流对这些特征的成因进行了分析。结果表明,普里兹湾海冰冻结过程和融化过程分别经历7个月和5个月,海冰融化速度最快月份是10月和11月,主要表现形式为海冰密集度的减少;海冰冻结速度4月和6月最快,海冰外缘线向北扩展。由于普里兹湾近岸达恩利角冰间湖、普里兹湾冰间湖和Barrier湾冰间湖的存在,海冰的融化呈现大洋区由北向南、近岸区由南向北的双向融化特征;而在普里兹湾口、弗拉姆浅滩和四女士浅滩均存在不易融化的冰舌,两者之间的低密集度海冰区,则对应于暖水侵入普里兹湾的通道。南极绕极流在流经凯尔盖朗海台中部时向北偏转,造成此处在盛冰期较其它经度的海冰外缘更靠北,可达57°S。南极辐散带的表层流场和上升暖流抑制海冰冻结和聚集,形成了低海冰密集度区域。     

白令海及西北冰洋有机质来源与新鲜程度的脂肪酸指示

白令海、西北冰洋等高生产力海域在北冰洋“生物泵”中起到重要作用；海水升温、海冰消退等北极快速变化，将强烈影响该海域“生物泵”的结构与规模，并在沉积物中有机质的来源与新鲜程度上有所体现，可用脂肪酸加以指征。对第五次、第六次中国北极科学考察在以上海域采集的表层沉积物进行脂肪酸含量（以沉积物干重计）及组成分析，结果显示楚科奇海陆架总脂肪酸含量非常高((97.15± 55.31) μg/g)，白令海盆最低((15.00±1.30) μg/g)，加拿大海盆、楚科奇海陆坡、白令海陆架居中(分别为(88.65 ± 3.52) μg/g，(70.35±11.32) μg/g与(38.28±14.89) μg/g)。海源脂肪酸占总脂肪酸比例最高(86.82%±7.08%)，陆源次之(8.45%±6.62%)，细菌最低(4.63%±2.24%)；硅藻指数(16:1ω9/16:0)在楚科奇海陆架(> 0.82)、白令海陆架边缘(> 0.65)较高，其他区域均较低。脂肪酸结果表明:(1) 该海域沉积有机质主要来自海源，陆源贡献小；在北部、南部楚科奇海陆架、白令海陆架边缘，硅藻生物量占主要优势；细菌脂肪酸比例显著低于温暖海域，指示低温抑制细菌活动。(2) 楚科奇海陆架区硅藻生产力高、细菌活动弱，新鲜有机质沉降效率高，但对未来海水升温、浮游植物群落变化也较为敏感。(3) 加拿大海盆、楚科奇海陆坡的浮游植物群落由绿藻与金藻主导。以上结论说明脂肪酸可指示表层沉积物中有机质的来源与新鲜程度；未来，脂肪酸有望进一步揭示北冰洋“生物泵”对北极快速变化的响应。     

南极普里兹湾邻近海域海冰生消发展特征分析

利用美国冰雪数据中心发布的2003-2008年高分辨率海冰密集度数据,分6个阶段对普里兹湾区域海冰季节性变化的空间分布特征进行了研究,并根据普里兹湾海区的地形和环流对这些特征的成因进行了分析.结果表明,普里兹湾海冰冻结过程和融化过程分别经历7个月和5个月,海冰融化速度最快月份是10月和11月,主要表现形式为海冰密集度的减少;海冰冻结速度4月和6月最快,海冰外缘线向北扩展.由于普里兹湾近岸达恩利角冰间湖、普里兹湾冰间湖和Barrier湾冰间湖的存在,海冰的融化呈现大洋区由北向南、近岸区由南向北的双向融化特征;而在普里兹湾口、弗拉姆浅滩和四女士浅滩均存在不易融化的冰舌,两者之间的低密集度海冰区,则对应于暖水侵入普里兹湾的通道.南极绕极流在流经凯尔盖朗海台中部时向北偏转,造成此处在盛冰期较其它经度的海冰外缘更靠北,可达57°S.南极辐散带的表层流场和上升暖流抑制海冰冻结和聚集,形成了低海冰密集度区域.     

基于海冰密集度的消退起始时间判别方法改进研究与应用

海冰融化过程以正反馈的形式影响着海洋的热量吸收,对北极生态环境的变化和经济活动的开展起着重要作用。基于1979–2018年北冰洋逐日海冰密集度数据,本文综合考虑不同海域海冰冰况等因素,对北冰洋边缘海海冰消退起始时间的判别方法进行了改进。通过不同的方案对比分析表明,改进后的方法能够反映不同海域、不同年份冰情的变化;并且可消除一些天气扰动现象的干扰,避免过早地判别消退起始时间。应用本方法分析发现北冰洋各边缘海消退起始时间存在提前的趋势,与融化起始时间的提前趋势较为一致。但是不同海域提前程度存在明显差异,喀拉海和楚科奇海提前消退的趋势最强,达到了9 d/(10 a),而东西伯利亚海消退提前趋势最弱,只有4 d/(10 a),区域间的差异逐渐增大。海冰消退起始时间存在显著的年际差异,各边缘海的标准差均在15 d左右,近10年中消退最早与最晚之间的差值最大可达50 d,出现在波弗特海。     

夏季楚科奇海河水与海冰融化水组分的空间变化特征

通过对2008年夏季楚科奇海水氧同位素组成的分析,运用S、δ18 O的质量平衡关系计算出河水组分和海冰融化水组分的份额,揭示出楚科奇海河水和海冰融化水组分的空间变化规律,并探讨其影响因素。楚科奇海河水组分的份额介于1.9%~18.4%之间,呈现随深度增加而降低的趋势;河水组分积分高度的变化范围为1.3~16.6m,平均为(4.8±4.0)m。河水组分份额与积分高度均呈现东高西低、北强南弱的特征,与太平洋入流东侧为富含河水组分的阿拉斯加沿岸流、西侧为低河水组分的白令海陆架水,以及北部海域受波弗特流涡埃克曼辐聚作用的影响有关。海冰融化水份额呈现随深度增加而降低的趋势,20~30m以深受到冬季海冰形成时所释放盐卤水的明显影响。海冰融化水积分高度的变化范围为-3.2~1.7m,平均值为(-0.3±1.2)m,其空间分布呈现东低西高、南强北弱的特征,与太平洋入流输入通量的时间变化以及输入路径的西偏有关。     

楚科奇海与白令海表层沉积中的钙质和硅质微体化石研究

通过对北冰洋楚科奇海和令海41个表层沉积样品中的有孔虫、介形类等钙质微体化石和硅藻、放射虫、海绵骨针等硅质微体化石的定量分析，发现表层沉积中浮游有孔虫几乎缺失，这可能与该区表层生产力相对低、碳酸盐溶解作用较强有关，而底栖有孔虫和硅质微体化石的丰度分布则明显受表层沉积物类型、表层初级生物生产力和碳酸盐溶解作用所控制。其中，北冰洋楚科奇海陆架区有孔虫丰度和分异度低，含少量浅水介形类，放射虫在陆架浅水区缺失，但含有较多硅藻和海绵骨针等其它硅质微体化石，反映该区由于海冰、表层海水温度较冷而导致表歧初级生产力相对低。白令海陆坡区底栖有孔虫丰度比较科奇海高一个数量级，底栖有孔虫分异度也相对高，硅藻、放射虫、海绵骨针等硅质微体化石的丰度与钙质化石一样，其丰度比楚科奇海明显高，反映表层初级生产力相对高。根据白令海陆坡区底栖有孔虫和硅质微体化石丰度、底栖有孔虫胶结质壳比值的水深变化，推测该区碳酸盐溶跃层和补偿深度（CCD）相对浅，分别位于水深2000m和3800m处。     

白令海峡夏季流量的年际变化及其成因

白令海峡是连接太平洋和北冰洋的唯一通道,穿过海峡的海水体积通量在年际尺度上的变化主要取决于海峡南北两侧的海面高度差,白令海峡的入流对北冰洋海洋过程有重要的意义。利用SODA资料计算夏季白令海峡海水体积通量,对其年际变化及成因进行分析。结果表明夏季白令海峡的体积通量主要是正压地转的;当体积通量为正距平时,楚科奇海、东西伯利亚海、拉普捷夫海以及波弗特海南部海面高度为负距平,同时,白令海陆架海面高度为正距平;对这些海域的Ekman运动、上层海洋温度、盐度和垂直流速进行分析,发现海面高度异常与海峡体积通量的这种关系主要是与海面气压异常分布所产生的Ekman运动有关。当白令海峡的体积通量为正距平时,北冰洋中央海面气压为正距平,白令海海盆海面气压为负距平。这种气压的异常分布在一定程度上解释了上层海洋运动、海水温盐结构与白令海峡入流的关系,从而把夏季大尺度大气环流和白令海峡体积通量的年际变化联系了起来。     

1979-2012年北极海冰运动学特征初步分析

利用美国冰雪数据中心(NSIDC)发布的海冰速度和范围数据,本文分析了1979—2012年间北极海冰的运动学特征,以及北极海冰运动与分布范围演变之间的关系。结合欧洲中期天气预报中心(ECMWF)发布的2007和2012年高分辨率的气压场、风场数据,探讨了北极风场和气压场与海冰运动、辐散辐合和海冰面积的关系。结果表明,在1979-2012年间北极海冰平均运动速度呈显著增强的趋势,冬季海冰平均运动速度增加趋势明显强于夏季;北极、波弗特-楚科奇海域和弗拉姆海峡的冬、夏季海冰平均运动速度的增加率分别为2.1%/a和1.7%/a、2.0%/a和1.6%/a以及4.9%/a和2.2%/a。1979-2012年北极海冰平均运动速度和范围的相关性为-0.77,二者存在显著的负相关关系。北极冬季和夏季风场的长期变化趋势与海冰平均运动速度的变化趋势一致,冬季和夏季的相关系数分别为0.50和0.48。风场和气压场对海冰的运动、辐散及重新分布发挥着重要作用。2007年夏季,第234~273天波弗特海域一直被高压系统控制,波弗特涡旋加强,使得波弗特海域海冰聚集在北极中央区;顺时针的风场促使海冰向格陵兰岛和加拿大北极群岛以北聚合。2012年,白令海峡和楚科奇海域处于低压和高压系统的交界处,盛行偏北风,海冰从北极东部往西部输运,加拿大海盆的多年海冰因离岸运动而辐散,向楚科奇海域的海冰输运增加,受太平洋入流暖水影响,移入此区域的海冰加速融化,从而加剧海冰的减少。     

1982—2001年与2002—2021年北极秋季海冰的时空变化及原因

基于北极海冰密集度、海冰范围、大气环流和海温数据,研究了1982—2001年与2002—2021年两阶段各20 a间北极秋季海冰的时空变化特征及其原因。结果表明,近20 a（2002—2021年）北极海冰密集度的下降中心由过去（1982—2001年）的楚科奇海及白令海峡一带,转移至亚欧大陆海岸的巴伦支海附近,且海冰范围每10 a减少量由0.44×10⁶ km²增长至0.72×10⁶ km²,减少速度加快约64%。秋季北极海冰范围与海水表面温度（Sea Surface Temperature,SST）、表面气温（Surface Air Temperature,SAT）及比湿（Specific Humidity）均呈显著负相关。2002—2021年的相关系数较1982—2001年有所提高,且与温度相关系数最高的月份提前了一个月。通过对海水表面温度、表面气温、比湿、气压场和风场的经验正交分解（Empirical Orthogonal Function,EOF）可知,1982—2001年间,北极地区的温度及比湿的上升中心集中在楚科奇海及白令海峡一带;2002—2021年间,上升中心则转移至巴伦支海一带。气压场和风场在前后两阶段也出现了中心转移的分布变化。北极地区大气与海洋环流各因素的协同变化影响着北极海冰的消融。     

西北冰洋表层沉积物中生源和陆源粗组分及其沉积环境

通过中国第1至第3次北极科学考察在北冰洋西部所采集的99个表层沉积物中生源与陆源粗组分的分析,研究了该海域表层生产力的变化,有机质来源以及陆源粗颗粒物质的输入方式和影响因素.研究区域生源组分所反映的表层生产力变化与通过白令海峡进入楚科奇海的3股太平洋洋流密切相关.楚科奇海西侧高盐高营养盐的阿纳德尔流流经区域,表层生产力...     

Improved Chlorophyll-a Algorithm for the Satellite Ocean Color Data in the Northern Bering Sea and Southern Chukchi Sea

The Bering and Chukchi seas are an important conduit to the Arctic Ocean and are reported to be one of the most productive regions in the world’s oceans in terms of high primary productivity that sustains large numbers of fishes, marine mammals, and sea birds as well as benthic animals. Climate-induced changes in primary production and production at higher trophic levels also have been observed in the northern Bering and Chukchi seas. Satellite ocean color observations could enable the monitoring of relatively long term patterns in chlorophyll-a (Chl-a) concentrations that would serve as an indicator of phytoplankton biomass. The performance of existing global and regional Chl-a algorithms for satellite ocean color data was investigated in the northeastern Bering Sea and southern Chukchi Sea using in situ optical measurements from the Healy 2007 cruise. The model-derived Chl-a data using the previous Chl-a algorithms present striking uncertainties regarding Chl-a concentrations – for example, overestimation in lower Chl-a concentrations or systematic overestimation in the northeastern Bering Sea and southern Chukchi Sea. Accordingly, a simple two band ratio (R_rs(443)/R_rs(555)) algorithm of Chl-a for the satellite ocean color data was devised for the northeastern Bering Sea and southern Chukchi Sea. The MODIS-derived Chl-a data from July 2002 to December 2014 were produced using the new Chl-a algorithm to investigate the seasonal and interannual variations of Chl-a in the northern Bering Sea and the southern Chukchi Sea. The seasonal distribution of Chl-a shows that the highest (spring bloom) Chl-a concentrations are in May and the lowest are in July in the overall area. Chl-a concentrations relatively decreased in June, particularly in the open ocean waters of the Bering Sea. The Chl-a concentrations start to increase again in August and become quite high in September. In October, Chl-a concentrations decreased in the western area of the Study area and the Alaskan coastal waters. Strong interannual variations are shown in Chl-a concentrations in all areas. There is a slightly increasing trend in Chl-a concentrations in the northern Bering Strait (SECS). This increasing trend may be related to recent increases in the extent and duration of open waters due to the early break up of sea ice and the late formation of sea ice in the Chukchi Sea.     

Ecosystem dynamics of the Pacific-influenced Northern Bering and Chukchi Seas in the Amerasian Arctic

The shallow continental shelves and slope of the Amerasian Arctic are strongly influenced by nutrient-rich Pacific waters advected over the shelves from the northern Bering Sea into the Arctic Ocean. These high-latitude shelf systems are highly productive both as the ice melts and during the open-water period. The duration and extent of seasonal sea ice, seawater temperature and water mass structure are critical controls on water column production, organic carbon cycling and pelagic–benthic coupling. Short food chains and shallow depths are characteristic of high productivity areas in this region, so changes in lower trophic levels can impact higher trophic organisms rapidly, including pelagic- and benthic-feeding marine mammals and seabirds. Subsistence harvesting of many of these animals is locally important for human consumption. The vulnerability of the ecosystem to environmental change is thought to be high, particularly as sea ice extent declines and seawater warms. In this review, we focus on ecosystem dynamics in the northern Bering and Chukchi Seas, with a more limited discussion of the adjoining Pacific-influenced eastern section of the East Siberian Sea and the western section of the Beaufort Sea. Both primary and secondary production are enhanced in specific regions that we discuss here, with the northern Bering and Chukchi Seas sustaining some of the highest water column production and benthic faunal soft-bottom biomass in the world ocean. In addition, these organic carbon-rich Pacific waters are periodically advected into low productivity regions of the nearshore northern Bering, Chukchi and Beaufort Seas off Alaska and sometimes into the East Siberian Sea, all of which have lower productivity on an annual basis. Thus, these near shore areas are intimately tied to nutrients and advected particulate organic carbon from the Pacific influenced Bering Shelf-Anadyr water. Given the short food chains and dependence of many apex predators on sea ice, recent reductions in sea ice in the Pacific-influenced sector of the Arctic have the potential to cause an ecosystem reorganization that may alter this benthic-oriented system to one more dominated by pelagic processes.     

Water mass of the northward throughflow in the Bering Strait in the summer of 2003

1 IntroductionTheBeringStrait, with them aximum depth lessthan 60 m , isthe uniquepassagebetween the ArcticOcean and the North Pacific Ocean, and links twoshelfseas:theBeringSeainthesouthandtheChukchiSea in the north. The background flow field oftheBering…     

楚科奇海浮游植物的分布与环境因子的关系

根据1999年7—8月“雪龙”号考察船在楚科奇海采集的样品，运用PRIMER软件分析该区网采浮游植物的分布特征及其与环境因子的关系。结果表明：楚科奇海浮游植物群聚可分为三个生态类群：北极-亚北极类群，主要分布于水深大于2000米且受北冰洋影响较直接的东北部浅水浮冰外缘；北方温带类群，主要分布于水深小于100米的中部浅水浮冰区：广温性类群，主要分布于通过白令海峡与北太平洋进行水交换的南部水域。该区浮游植物平面分布差异大，细胞密度站间变化范围为1．6×10^3～90680．2×10^4，物种多样性指数和均匀度站间变化范围分别为0．07～O．87和0．33～3．82。主成分（PCA）分析表明，对楚科奇海浮游植物分布起支配作用为水温和盐度。此外，由于该海区所处的特殊地理环境，浮冰的位黄及其物理状态（聚集、开裂和消融等）均会增加浮游植物分布的变异。     

冬季白令海海冰范围变化及其对大气响应机制研究

白令海是冬季北极海冰变化最明显的区域之一,该区域海冰的季节和长期变化与局地的气候、水文环境和生态系统密切相关,并会影响我国的天气气候过程。为了识别该区冬季海冰的长期变化,基于Hadley中心数据,采用滑动t检验和线性回归分析方法对白令海1960–2020年海冰范围的变化趋势及其空间差异进行分析,并分析了海冰变化对大气环流等大气强迫的影响。结果表明:白令海冬季海冰范围在1960–2020年显著减小,20世纪70年代和2000年前后白令海海冰范围存在显著的均值突变。其过程中伴随着阿留申低压中心低压加强、核心位置向白令海西部偏移以及对应风场分布的变化,这个过程存在一个近20 a周期的振荡。同时,太平洋年代际震荡的相位变化可以通过改变海平面气压来调节经向风,改变进入白令海的热平流,进而影响白令海冬季海冰范围。因此,阿留申低压系统和北太平洋年代际振荡对冬季白令海海冰的变化起到重要的调节作用。