南极冰盖SO_4~(2-)浓度记录研究进展

本文综述了南极冰盖雪冰中SO2 -4 的来源、SO2 -4 浓度记录的时空分布特征 ,特别对nss SO2 -4 记录的火山活动事件进行了概括与总结 ,反映了近年来南极雪冰中SO2 -4 记录的最新研究进展。南极冰盖雪冰中SO2 -4 来源的综述表明南极地区雪冰中的SO2 -4 主要来源于海盐、海洋生物和火山喷发三种。很多研究表明 ,用南极冰芯中记录的nssSO2 -4 可以恢复火山活动的历史 ,虽然对同一次火山活动 ,在取自南极不同地区的冰芯中 ,其浓度和沉积通量大不一样 ,然而 ,各次火山活动引起的硫酸根离子的沉积通量相对于Tambora火山的沉积通量的百分比在不同冰芯中却经常具有可比性 ,这使得利用冰芯中nssSO2 -4 的沉积通量推算历史时期火山喷发的强度成为可能     

南极冰盖SO24-浓度记录研究进展

本文综述了南极冰盖雪冰中SO24-的来源、SO24-浓度记录的时空分布特征,特别对nssSO24-记录的火山活动事件进行了概括与总结,反映了近年来南极雪冰中SO24-记录的最新研究进展.南极冰盖雪冰中SO24-来源的综述表明南极地区雪冰中的SO24-主要来源于海盐、海洋生物和火山喷发三种.很多研究表明,用南极冰芯中记录的nssS24-可以恢复火山活动的历史,虽然对同一次火山活动,在取自南极不同地区的冰芯中,其浓度和沉积通量大不一样,然而,各次火山活动引起的硫酸根离子的沉积通量相对于Tambora火山的沉积通量的百分比在不同冰芯中却经常具有可比性,这使得利用冰芯中nssSO24-的沉积通量推算历史时期火山喷发的强度成为可能.     

南极冰盖中nssSO_4~(2-)和NO_3~-传输路径初探

总结了南极冰盖中 nss SO4 2 - 和 NO3- 的主要来源 ,通过对南极冰盖中几种主要离子空间分布特征的分析 ,结合南极冰盖中不同区域火山活动记录的时间差 ,认为南极冰盖中的nss SO4 2 - 和 NO3- 很可能是通过远距离高空传输到极地冰雪中 ,具体过程为 :nss SO4 2 - 和 NO3-在对流层顶部平流层底部呈带状输送到极地上空 ,然后辐射下沉 ,再辐散到其他地区     

南极威德尔海周边雪冰和大气气溶胶中的MSA,nssSO_4~(2-)浓度及其比率研究

分析了威德尔海周边雪冰和大气中ＭＳＡ和ｎｓｓＳＯ２－４浓度资料。结果表明,威德尔海是造成这一地区大气中高含量生物硫化物的“源”,其周边岛屿及冰架表层雪冰记载和反映了大气中生物硫化物的空间分布和季节变化特点。源区产出硫化物的强度存在显著差异：靠近南极半岛一侧高于靠近Ｆｉｌｃｈｎｅｒ－Ｒｏｎｎｅ冰架一侧。尽管诸多因素对输运和沉降过程发生影响,表层积雪ＭＳＡ和ｎｓＳＯ２－４浓度仍呈现出很有规律性的空间分布：随沉降地点离海距离和海拔高度的增加,浓度值递减;但在一定海拔之下,“高程效应”不显著。冰芯中ＭＳＡ浓度垂向分布显示出季节分配“滞后”现象,在表层表现为受天气条件制约的输运过程造成的相位差,在深层则归因于有待验证的“迁移”机制作用的结果。大气和雪冰样品对比研究结果表明,在类似威德尔海这样的高纬地区,大气中的ＳＯ２－４和ＭＳＡ“信号”在雪冰样品中会遭到不同程度的减弱。但就空间变化趋势和季节分布而言,表层雪冰仍是大气中组分（在本文是ＳＯ２－４和ＭＳＡ）的良好载体。十分接近的大气和雪冰ＭＳＡ对ｎｓｓＳＯ２－４（或ＳＯ２－４）比率证实,这两种大气组分在由大气洗净和沉降到冰雪过程中只发生微弱的分离作用。这也就是大气和雪冰中     

南极洲伊丽莎白公主地区主要离子沉积方式及nssSO_4~(2-)气候效应研究

通过对１９９６／１９９７年中国首次南极内陆冰盖考察获得的南极洲伊丽莎白公主地区５０ｍ 雪芯样品主要阴、阳离子浓度、通量和积累率关系的研究,揭示以下规律：１）南极洲伊丽莎白公主地区大气中各主要离子浓度足够大,足以使本地区冰雪中主要离子浓度不随积累率的变化而变化,即离子浓度不受积累率的影响。２）各主要离子干、湿沉积所占比重的计算结果表明,本地区离子沉积方式以湿沉积为主。另外,ｎｓｓＳＯ２－４ 的研究结果表明火山爆发的中、短期气候效应在伊丽莎白公主地区反应不明显。     

南极大气CO_2、CH_4和N_2O本底趋势特征分析

对南极大气温室气体CO_2(含δ~(13)C-CO_2和δ~(18)O-CO_2)、CH_4和N_2O长期测值进行比较分析。结果表明,南极是全球大气温室气体浓度(CO_2稳定同位素丰度值)随纬度分布变化中的最低(高)区域。南极大气温室气体浓度值变化趋势、年增长率与全球整体上一致,但在具体数值上存在差异。南极CO_2平均年增长率(1958—2014年)为(1.43±0.59)mg·L~(–1)·a~(–1),低于同期赤道(1.51±0.72)mg·L~(–1)·a~(–1),但1980—2014年和2000—2014年年增长率均高于南半球中纬度地区。δ~(13)C-CO_2和δ~(18)O-CO_2丰度趋势揭示了化石燃料排放和全球尺度过程对CO_2的影响,但南极是受影响最小的区域。1983—2014年南极CH_4平均增长率为(6.2±4.9)μg·L~(–1)·a~(–1),低于北半球中纬度(6.5±5.6)μg·L~(–1)·a~(–1)而高于赤道(5.6±5.3)μg·L~(–1)·a~(–1)和南半球中纬度(6.1±4.9)μg·L~(–1)·a~(–1),这与CH_4人为排放增强主要在北半球中纬度地区而显著被OH氧化在赤道和中纬度地区的事实是吻合的。南极N_2O平均年增长率为(0.87±0.15)μg·L~(–1)·a~(–1)(2005—2013年),与南半球中纬度地区接近但低于北半球而高于赤道地区。     

Li~+,Na~+,K~+/Cl~-,SO_4~(2-)-H_2O五元体系25℃相图及其应用

Li~+,Na~+,K~+/Cl~-,SO_4~(2-)-H_2O五元体系相图对于硫酸钠亚型富锂卤水分离提取锂盐、锂辉石加工利用和锂盐产品的开发利用工艺制定都有指导作用。20世纪50年代曾有人研究过这一体系25℃时的相图,限于当时的科研水平,液相组成确定不准确,对平衡固相的判断,后来诸多研究结果证明也有错误。50多年来再没有人研究这一五元体系相图。利用我们提出的Li~+,Na~+,K~+,Mg~(2+)/Cl~-,SO_4~(2-)-H_2O六元体系热力学模型,对该五元体系的平衡溶液组成和正确的平衡固相进行理论预测,给出了该体系的完整相图。结合硫酸锂混盐分离、加工实例阐述了该五元体系相图的应用。     

东南极米洛半岛近地面大气CH_4浓度及其δ~(13)C的时空变化特征

在中国第22次南极科学考察期间,采集了东南极米洛半岛不同地点近地面大气样品,在室内分析了样品中CH4浓度及其δ13C值,结果表明:该半岛近地面大气CH4平均浓度为(1.87±0.12)ppm,略高于全球大气甲烷平均浓度;白天10:00和夜间22:00大气CH4浓度的夏季变化呈现较大波动,与气温存在响应关系;其δ13C值变化范围为-39.31‰--37.56‰,平均值为(-38.26±0.52)‰。对米洛半岛及周边不同地点大气CH4浓度及其δ13C的分析结果表明:大气CH4浓度的空间变化范围为1.74-2.56ppm,δ13C值的变化范围为-39.31‰--31.25‰;CH4的δ13C值随其浓度的增加而增加。本文还讨论了影响米洛半岛大气CH4浓度及其δ13C值的因素。     

四元体系(LiCl + NaCl + Li2SO4 + Na2SO4 + H2O)在75℃等温蒸发相平衡实验与理论研究

梯度太阳能池技术在盐湖化工中是一种经济分离无机盐产品的方法,本文创新性的采用等温蒸发法,模拟四元体系(LiCl + NaCl + Li2SO4 + Na2SO4 + H2O)在75℃等温蒸发相平衡,指导太阳池深池积温分离提取锂盐产品。实验测定了溶解度和溶液密度、pH值等物化性质,并绘制了干盐相图、水图和物化性质组成图。在该四元体系干盐相图中包含3个四元共饱点,7条单变量蒸发曲线和5个结晶区,分别为NaCl,Na2SO4,复盐Li2SO4·Na2SO4,Li2SO4·H2O和LiCl·H2O。采用 Pitzer模型和改进的HMW公式,拟合出该四元体系在75℃时的Pitzer单盐参数、混合离子作用参数和平衡固相的热力学平衡常数,并计算给该四元体系的相图,计算相图和实验相图有较大区别。等温蒸发相图能真实的反应盐湖中盐类沉积规律,并对指导太阳池分离盐类具有重要指导意义。     

东南极冰盖中山站-Dome A断面表层雪中SO_4~(2–)和MSA的空间分布特征

中山站-Dome A断面考察是国际横穿南极科学考察计划(ITASE)的核心考察路线之一,具有重要的科学意义,在国内外产生了广泛影响。中国第31次南极科学考察内陆冰盖考察期间,采集了中山站-Dome A断面上约10 km间隔的表层雪样品,通过离子色谱实验分析,得出了断面上含硫化合物(SO_4~(2-)与MSA)的含量。在整个断面上,nssSO_4~(2-)和MSA含量表现出微弱的递减变化趋势,呈现出区域性变化趋势。在内陆高原区域(Dome A区域),nssSO_4~(2-)与MSA存在较好的线性关系([MSA]=0.1158×[nssSO_4~(2-)]–1.1497,r~2=0.75)。MSA/nssSO_4~(2-)比值在断面上的变化范围为0.04—0.47,均值为0.14,比值表现为沿海区域高于内陆区域,与低温条件下MSA/nssSO_4~(2-)比值大相矛盾,原因是由于源区的不同或风场而造成的。通过对断面上含硫化合物的研究,为进一步利用冰芯SO_4~(2-)与MSA记录研究过去气候环境提供了科学依据。     

南极冰盖的物质平衡研究:进展与展望

南极冰盖物质平衡最新的研究进展表明,西南极洲表现出两种变化模式,西部在增厚,而北面在更快地减薄。西南极冰盖总体可能正在减薄,其物质损失的速率可能足以使海平面每年上升近0.2mm。东南极冰盖物质不平衡可能很小,甚至其符号还不能被确定。南极半岛正在经历着快速变化。目前还不能可靠地估算南极冰盖的物质平衡状态。同时,大型冰川的停滞,一些冰川流速加快,冰盖大范围加速减薄,冰架大面积的快速崩解和支流冰川的加速,以及着地线强烈的底部融化等显示出南极冰盖存在快速变化。南极冰盖物质平衡未来的重点研究领域是开展冰盖表面高程变化的监测与模拟,确定表面物质平衡及其在各冰流盆地的分布,着地线的冰流通量,冰架底部的融化,了解冰后期冰盖退缩的动力过程,以及开发、对比和改进与冰盖物质平衡模拟和预测相关的各种模型。     

东南极、西南极4000年以来生物活动强度变化与南极冰芯的对比

利用南极中山站地区的冰退速率和奈拉湖湖相沉积物中的硫浓度分布特征推算了奈拉湖的沉积速度。以硫元素浓度作为湖相沉积物中生物活动强度的指标，对比了西南极长城站地区西湖沉积物和东南极中山站奈拉湖沉积物中生物活动强度的变化趋势，并与Ｄ１０冰芯中反映海洋生物活动强度的指标ＣＨ３ＳＯ－３的浓度变化趋势作对比。结果表明，４０００ａＢ．Ｐ．以来三者的历史变化趋势是明显一致的，１８５０～１１５０ａＢ．Ｐ．是生物活动的最宜期，这是全球环境变化在不同地点、不同类型沉积物中的表现。     

揭示气候变化的南极冰盖研究新进展

南极冰盖是气候的产物，对气候也有反馈作用，冰盖物质平衡变化与全球海平面升降息息相关，并引发地球系统内的一系列变化，南极冰盖是记录全球变化信息的良好载体，具有信息量大，时间序列长，保真性能强，分辨率高以及可进行现代过程定量研究等其他介质无法取代的独特优点，随着科学技术的发展和人类对全球问题的日益重视，南极冰盖与全球变化研究这一领域将会以高起点，多学科互相交叉，渗透为特色，成为未来南极研究的热点领域。     

南极冰盖内部等时层研究进展综述

南极冰盖内部等时层记录了不同时期冰盖表面的特征及其演变,蕴含了丰富的冰下环境信息。目前,已成为研究大空间尺度与长时间尺度上南极冰盖演化及其底部环境的重要媒介。地球物理观测和数值模拟技术的综合使用,实现了南极冰盖内部等时层在大陆尺度上的可视化。通过这些内部等时层,冰川学研究将南极冰盖内部的古冰流与千年至百万年时间尺度的地貌及冰下环境的变化细节联系起来,得到了一系列数量化的结果。针对南极冰盖,综述产生内部等时层的冰盖动力学物理机理及其在冰川学上的应用,评估在五个方面的运用:(1)深冰芯断代与选址;(2)冰盖动力学过程;(3)冰盖物质平衡;(4)冰盖稳定性;(5)冰下环境。另外,基于对内部等时层的已有认识,对未来在内部等时层研究中可能需要强化的领域进行了归纳:(1)发展更精细描述并测试内部等时层结构时空变化的数值模拟技术框架面临的挑战;(2)如何从内部等时层蕴含的信息推断鉴别以目前南极冰盖作为初始条件的冰盖质量变化;(3)为获得更高分辨率的内部等时层结构图像,得到关于冰盖内部冰体形变与演化的更多数量化信息,如何强化冰盖冰下环境的重复观测。     

气候不稳定性的重要发现：对国外冰芯研究进展的综述

冰芯分析使气候环境变化研究取得重大进展。最近格陵兰冰盖顶部的一对冰芯证实了末次冰期出现过多次冷暖时段的快速转换。ＧＲＩＰ冰芯还发现未闪间冰期盛期也为冷期所打断。安第斯山注芯提示了末次冰期热带气候变化之谜。过去被广泛接受的气候稳定的间冰斯和气候多变的冰斯的结论，以及恒温式热带冰期气候运转模式都面临挑战。     

南极海冰、冰穴和冰川冰及其对水团形成和变性的作用

本文利用前人的成果及笔者1992/1993年的南极海冰观测和收集的资料以及水文观测资料数据阐述了南极海冰的特性,特别是南极海冰过程、冰穴以及冰川冰对南极水团(南极表层水、南极底层水、南极陆架水、南极中层水以及南极冰架水)的形成和变性所起的特殊作用。 南极海冰覆盖面积的年际变化,夏季最大年份是最小年份的2倍多,冬季年间变化较小,最大仅为20％;但其季节变化非常大,冬季平均覆盖面积通常是夏季的5倍。南极海冰对大气-海洋间相互作用有重大影响,特别是深海洋区中冬季的结冰和发育造成的垂向对流、夏季的融化是形成南极表层水(含南极冬季水和南极夏季表层水),进而形成南极中层水的主要原因;南极陆架区的的海冰兴衰过程是形成南极陆架水的直接原因,它与变性南极绕极深层水混合并受到冰川冰的进一步冷却作用,成为形成南极底层水的主要水团;南极冰架底部的冷却、融化和冰架以下水体的结冰作用形成的高盐对流过程产生的南极冰架水,亦是形成南极底层水的贡献者。 冰穴是70年代以来卫星观测的重大发现。对其形成和对大气、海洋的影响作用尚不完全清楚,初步的研究成果表明,冰穴中产生的热盐对流对南极水团的形成、变性、大洋深层的翻转以及海洋-大气间的热量传输和气体交换起有非常重要的作用。     

近30年南极海冰的变化特征

采用NCEP的1973-2002年南极海冰密集度资料,对近30年南极海冰冰密集度的季节变化、年际变化及其与南极海冰涛动指数的长期变化关系进行了分析研究。结果表明,南极海冰的季节变化特点是海冰融化速度远大于凝结速度,而北极海冰融化速度与凝结速度基本相同。南极海冰存在着明显的年际变化,海冰面积指数呈增加趋势,年平均倾向率为28/10a。而北极海冰年际变化则相反,呈减少趋势,年平均面积指数的倾向率-3.5/10a。南极海冰涛动指数能代表南极地区近1/3的海水变化,是南极海冰变化的重要指数,具有10年、3-5年和2年左右的准振荡周期。