中国极地青年科学家协会:进展与展望

<正>中国极地青年科学家协会(APECS China)是极地青年科学家协会APECS(Association of Polar Early Career Scientists)在中国的分支协会,是面向对极区和冰冻圈感兴趣的本科生、研究生、博士后、青年学者、教育工作者和其他人的跨学科组织。其主要目的是:为青年科学家搭建跨学科和跨国界的极地研究网络,通过多种方式开展交流,实施合作;为青年科学家提供职业建议和发展机会;通过教育、培训和推广,培养下一代对极地的兴趣,并使得青年科学家更好更快地掌握研究技能。     

2011年2月—2012年1月东南极高原辐射平衡观测研究

利用东南极高原熊猫-1自动气象站2011年2月—2012年1月观测的辐射资料和相关资料,对辐射分量和辐射平衡的季节变化进行了研究。结果表明,夏季是东南极高原获得太阳能的主要时段,总辐射通量夏季平均为365.0 W/m²,总量达到2752.1 MJ/m²,占全年总辐射量的58%。各个季节均能出现总辐射瞬时值大于大气顶水平总辐射,春季发生频率最高,冬季最小,总辐射平均日变化呈单峰型。大气长波辐射除夏季外,日变化不明显。冰雪面长波辐射除冬季外,各季节平均日变化呈明显的单峰单谷型。净辐射12月和1月为很小的正值,其他月份为负值。年平均净辐射为 -8.7 W/m²,表明地表相对于大气为冷源。该站的辐射平衡特征与其他南极内陆高原站相似,雪面具有强烈的辐射冷却效应,导致净辐射绝对值都小于下降风区。     

2015年初北极极端气旋对中国寒潮的影响

从北大西洋中高纬度进入北极的极端气旋会引起北极异常增暖,与中高纬度极端天气事件关系密切,危害极大。利用ERA-Interim再分析资料和中国地面气象站观测资料,探讨了2015年1—2月两个极端气旋（C1,C2）影响中国天气的物理过程和机制。结果表明:当极端气旋生成并北移,附近大气低层和高层均出现异常增暖,中高纬度大气环流表现为乌拉尔阻塞形势形成,极涡断裂,低压槽加深南压,我国发生寒潮天气;且极端气旋伴随的异常增暖加强Rossby波能量频散,使中高纬度的槽和脊发展。对比发现,C1和C2的生成地和路径均存在差异,相比于C2,C1生成纬度较高且路径偏东,对应低温寒潮天气范围更大,但强度比C2略弱。这些结果均表明,极端气旋的生成和移动是中国寒潮天气发生的重要原因之一。     

小昌马河流域地表水地下水同位素与水化学特征及转化关系

利用小昌马河流域上游大雪山老虎沟冰雪融水及下游昌马洪积扇区地下水的稳定同位素和水化学资料, 对流域稳定同位素和水化学的组分特征和季节变化进行了分析. 结果表明: 小昌马河流域内从上游冰雪融水区到下游昌马洪积扇地下水排泄区矿化度不断增高, 水化学类型由HCO₃-Mg-Ca过渡到HCO₃-SO₄-Ca-Mg; 上游冰雪融水与下游地下水δ¹⁸O的季节变化基本一致, 洪积扇区地下水来源于冰雪融水的补给. 水文地球化学模型模拟显示地下水形成过程中水岩作用以析出方解石, 吸收二氧化碳, 溶解石膏、 岩盐和绿泥石等为主要特征, 溶蚀的含盐矿物使地下水中氯化物、 硫酸根和钠离子含量升高, 地下水水质恶化. 同位素和水化学证据均揭示了小昌马河流域地表水-地下水的化学环境转化关系.     

南极科考断面水汽同位素观测与模拟及其反映的水循环信息

大气水汽同位素实时监测为水循环和区域大气环流分析提供了新的定量化方法. 依托雪龙号考察船, 利用水同位素激光光谱仪(PICARRO L1102-i)完成了38° N~69° S海表大气水汽氢氧稳定同位素的观测, 结合表层海水和GNIP降水同位素分析了多相水同位素纬向特征. 结果表明: 水汽、降水和表层海水同位素比率(δ¹⁸O, δD)随纬度呈明显的递变性规律, 赤道最低, 副热带升高, 而在南极大陆外围高纬区域则急剧降低;过量氘(d-excess)变化与此相反, 反映出副热带下沉气流对同位素富集影响以及高纬度极地气团经过洋面时过饱和分馏的剧烈变化. 实测水汽同位素与LMDZ4-iso和ECHAM5-wiso模型对比表明了模拟结果较好, 根据模拟进一步分析了南极内陆Dome A水汽同位素反映的水汽源区. 结果显示, 除了中纬度印度洋海区之外, 中低纬东太平洋海域也是冰盖内陆的重要水汽源区.     

东南极冰盖Princess Elizabeth地区LGB69冰芯化学记录反映的南印度洋过去300 a大气环流变化

利用2002年中国南极考察期间在东南极冰盖Princess Elizabeth地区钻取的LGB69冰芯, 对其海盐离子与大气环流的关系进行了分析. 结果表明: 冰芯主要化学离子的经验正交函数(EOF)分解的第一特征向量(EOF1)可以作为描述海盐气溶胶的传输强度的代用指标, 可用于表征南印度洋准定常低压带海平面气压(SLP)的变化. 冰芯最近23 a(1979-2001年)的记录与SLP和低层风场的相关模态反映了海平面气压场准半年振荡(SAO)和南极大陆边缘下降风的季节特征. LGB69冰芯很好地记录了1708-2001年间南半球环状模(SAM)的变化特征, Na⁺时间序列呈现的3.5 a周期变化与SAM的周期变化具有很好地一致性. 在1970年SAM转为正位相后, 其与Na⁺的相关关系也由负相关转为正相关. LGB69冰芯的海盐离子可以作为重建过去近300 a海平面气压场和SAM变化的代用指标.     

火山活动的气候影响及其冰芯记录研究进展

系统地总结了不同时间尺度内火山活动影响气候的机理,回顾了不同区域冰芯记录火山喷发物质沉积信号的研究历史,阐述了不同气候模式对火山活动影响气候的数值模拟结果,并指出了相关研究中存在的不确定性.结果表明:火山活动通过释放大量的火山物质气溶胶影响气候波动,在年际至年代际时间尺度上,这种影响是显著的;然而,在更长的时间尺度上这种影响是否仍然存在,尚需更多研究的证实.冰芯中火山喷发物质沉积记录为研究历史时期火山活动及其气候影响提供了必要的参考资料,相关的气候模式利用该沉积记录较好地模拟了火山活动对区域乃至全球尺度气候的影响,为我们认识火山活动影响气候变化的机理提供了重要的理论支持,同时也为研究未来火山活动对气候的可能影响提供了参照.但是,冰芯中火山喷发物质沉积记录研究及数值模式模拟结果中尚存在诸多的问题和不确定性.     

雪冰样品离子色谱分析对样品瓶选择及前处理的要求

用离子色谱分析雪冰样品中痕量化学成分时,样品瓶的选择和前处理是确保实验结果的关键环节之一.痕量雪冰样品瓶在选择时需要注意两点:第一,瓶子的材质要根据所采样品的性状和所测组份的化学性质选取;测试常规的阴、阳离子,需选择易于运输和保存的聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)等材质的塑料采样瓶;测试有机酸时,为避免瓶子本身对样品的污染,通常选择玻璃瓶;第二,要确保所选样品瓶的密闭性,为保证雪冰内痕量化学成分的准确测定,不同材质的样品瓶应采取不同的清洗流程.塑料瓶首先用洗涤剂浸泡6～8h后刷洗,再用蒸馏水浸泡24h后充分冲洗,最后采用18.2MΩ的超纯水浸泡12h并冲洗至空白检测合格;玻璃瓶则需首先用洗涤剂浸泡6～8h后自来水冲洗干净,接着在1%～2%盐酸溶液或铬酸洗液中浸泡48h后充分冲洗,再用蒸馏水冲洗浸泡24h,充分冲洗,最后用18.2MΩ的超纯水浸泡12h并冲洗至空白检测合格.此外,在样品的采集与运输过程中,一定要预留空白,以检验样品瓶从运出实验室至返回实验室的整个过程中是否受到系统性污染,做好整个过程的质量控制工作.     

极地冻雨环境下螺旋桨式风传感器改进技术初探

在平行轴螺旋桨式风传感器的基础上,制作一个安装于螺旋桨式风传感器风速轴组件上的防冻雨装置,通过这种技术改进,使得改造后的风传感器能在冻雨天气下正常观测,并在中国南极长城站开展了现场试验。通过数据检验分析,改造后的风传感器可有效提升数据可用率,提升了观测连续性,减少了人力劳动。本改进技术对极地地区、我国贵州省等冻雨灾害多发地区的气象观测具有重要意义。     

北冰洋中心区夏季大气边界层结构特征及其与海冰范围变化的关系

利用中国第4~6次北极考察获得的北冰洋中心区(80°~88°N))GPS探空资料和NCEP再分析资料,分析了大气垂直结构、边界层参数的变化特征及其与海冰和温度变化的关系.结果表明,2010、2012和2014年夏季北冰洋中心区的对流层顶、边界层高度、逆温强度及风速和风向的垂直结构均存在明显差异.通过分析1979~2014年9月温度与海冰范围变化的关系,解释了其差异的原因.2012年9月北极海冰范围最小,减少了44%,具有明显的增温过程.2010年和2014海冰分别减少了22.6%和17%,出现的是降温过程.对比2种过程反映出海冰变化对大气边界层结构有重要影响.近30年北冰洋中心区(80°~90°N)1000和850hPa的温度变化呈显著的升温趋势,并与海冰范围呈显著的负相关.表明北极海冰的持续减少,会使地表至对流层中层持续增温.