南极海冰涛动及其对东亚季风和我国夏季降水的可能影响

利用NCEP 1973-2002年逐月南极海冰密集度格点资料,定义了具有跷跷板式变化规律的南极海冰涛动指数,分析了冬季南极海冰涛动指数与我国夏季降水及东亚季风爆发时间的关系.结果显示:南极海冰涛动指数与同期南极海冰密集度相关系数超过5%信度的格点数占南极海冰格点数的1/3,表明定义南极海冰涛动指数能够代表南极地区1/3海冰的变化区域.冬季南极海冰涛动指数和我国汛期(6-8月)降水距平百分比相关显著,正相关主要在长江流域及其以南地区,长江流域以北为负相关,相关系数均超过5%的信度.当冬季南极海冰涛动指数为负值时,南海季风爆发早,概率为11/14=79%;为正值时南海季风爆发晚,概率为12/15=80%.通过讨论冬季南极海冰涛动指数影响我国季风降水的可能过程,给出了概念模型.     

南极海冰和陆架冰的时空变化动态

利用美国冰中心和雪冰中心提供的海冰资料和我国南极考察现场的海冰观测资料, 对南极海冰的长期变化进行了研究.结果表明: 20世纪70年代后期是多冰期; 80年代是少冰期; 90年代南极海冰属于上升趋势, 后期偏多; 区域性变化差别大, 东南极海冰偏多, 西南极海冰即南极半岛两侧特别是威德尔海(Weddell Sea)区和别林斯高晋海(Bellingshausen Sea)的冰明显偏少.东南极和西南极海冰的变化趋势总是反相的.90年代后期普里兹湾的海冰明显偏多, 南极大陆陆架冰外缘线总体没有明显的收缩, 有崩解也有再生的自然变化现象.西南极威德尔海的龙尼冰架(Ronne Ice Shelf)和罗斯海冰架(Ross Ice Shelf)东部崩解和收缩趋势明显, 东南极的冰架也有崩解和收缩, 但没有西南极明显.陆架冰崩解向海洋输送的冰山对全球海平面升高有一定的影响.目前, 南极冰盖断裂崩解形成的冰山, 向海洋输入的水量可使全球海平面上升约14 mm.南极海冰没有随着全球气候温暖化而明显减少, 而是按照东南极和西南极反相的变化规律进行周期性的变化、调整和制约.     

大气、海洋与固体地球的能量交换

通过对南极气温资料、南极臭氧资料、环南极海冰资料、太平洋海温资料、地球自转速度变化资料、厄尔尼诺和拉尼娜资料的模拟验证，发现厄尔尼诺事件发生与德雷克海峡海冰减少在时间上有一一对应关系。南极半岛海冰减少是太平洋环流速度减慢的原因，德雷克海峡的海冰起重要作用。大气、海洋与固体地球的角动量交换在南、北半球有不同的形式。强震起源于海平面振荡。     

ENSO循环过程与南极海冰变化

应用1951-2001年ENSO特征指数(NINO1+2、NINO3、NINO4、NINO3.4、SOI)和1973-1998年南极海冰北界范围以及1950-2001年SODA海洋温度资料,分析探讨了ENSO循环过程与南极海冰之间的关系,研究了南大洋和太平洋海表温度与南极海冰之间的内在联系。结果表明,南极海冰变化与ENSO循环过程存在一定联系,特别是东南极海冰的变化与ENSO循环过程较为密切。这种遥相关关系表明,ENSO循环过程不仅与热带海洋自身的海 气相互作用存在密切关系,而且与南极海冰之间也存在一定的联系。当东南极海冰范围出现异常增大和减小时,在时滞一年之后,NINO循环指数将出现减弱和加强,而南方涛动指数将出现加强和减弱。这种相关关系的机制是通过大洋环流这一载体将异常海温向北输送来实现的。南极海冰范围的异常增加或减少,会直接影响南极绕极流的冷暖结构进而影响经向水体输送的异常,从而导致热带和副热带太平洋上层海温场的异常变化,对ElNino和LaNina事件的发生起到推动作用。     

太平洋环流速度减慢的原因

对南极气温资料、环南极海冰资料、太平洋海温资料、厄尔尼诺和拉尼娜资料的模拟验证，发现厄尔尼诺事件发生与德雷克海峡海冰减少在时间上有对应关系。南极半岛海冰减少是太平洋环流速度减慢的原因，德雷克海峡的海冰起重要作用。这一综合检验结果给出以日食—厄尔尼诺系数预测厄尔尼诺事件的有效性和准确性。两年周期的太平洋海温振荡使日食与厄尔尼诺之间存在12～24个月的位相差。     

南极海冰异常对南半球冬春季大气环流影响的年代际变化

南极海冰异常是影响南半球大气环流变化的一个重要因素。南极海冰变率的主要模态被称为南极海冰偶极子(Antarctic Dipole, ADP),具体表现为南极半岛两侧海冰的反相变化。ADP的出现受到厄尔尼诺-南方涛动事件的强烈影响,而过去的研究显示,厄尔尼诺在2000年后由东部型转到中部型,伴随着该转变,南极海冰的异常模态及其对南半球大气环流的影响也发生了年代际变化。通过对前期的南极海冰异常与滞后的南半球冬春季位势高度异常进行最大协方差分析,发现南半球冬季至春季持续性的正位相ADP,在1979—1999年间与南半球春季的负位相南半球环状模(Southern Hemisphere Annular Mode,SAM)显著关联,但在2000—2021年间该相关性较弱,转变为南半球秋季的三极型海冰异常与后期冬季的SAM显著相关。动力诊断证明,ADP及三极型海冰异常均能通过引发高频瞬变涡旋的变化,激发并维持SAM型大气环流异常。     

我国的海冰研究工作

我国海冰研究工作,正随着渤海、黄海石油开发、港口建设、航海运输及南极考察的需要,不断得到发展和加强。一支以国家海洋局为主体的我国海冰调查、研究、预报专业队伍,正在逐步形成。它们肩负着渤海及黄海北部海区海冰的日常观测、研究和预报任务,为使用部门提供冰情资料。近年来随着海冰研究工作的逐步深入,国家海洋局与中国科学院所属的一些研究所,也加强并扩大了同日本、美国、芬兰、澳大利亚、新     

基于走航观测的夏季南极海冰分布特征分析

依托中国第19次南极科学考察,基于ASPeCt(南极海冰过程与气候)海冰走航观测方法标准,以"雪龙号"破冰船为平台进行夏季南大洋海冰走航观测.在2003年1月4-17日近6 500km的航程断面上,分别获取了海冰的厚度、密集度、雪厚度、浮冰尺寸等海冰分布特征参数.结果表明,海冰分布特征参数均呈现了较大的空间变化.由于夏季海冰融化并受制于特定动力过程作用,海冰在威德尔海附近聚集,密集度达到峰值,沿断面在0%～80%之间变化;在断面的大部分观测到开阔水域.沿断面海冰厚度介于10～210cm,雪厚度介于2～80 cm之间,在埃默里冰架附近冰雪厚度达到了全断面的最高值.沿断面浮冰尺寸,最小到＜10 cm到最大超过2 000 m不等.     

电磁感应技术在南极海冰厚度探测中的应用

介绍一种能够高效探测海冰厚度的电磁感应方法及其在南极考察中的应用。该技术方法针对海冰和海水的电特性,利用电磁场原理精确探测仪器至冰水交界面的距离,以实现海冰厚度的测定。通过电磁感应(EM)仪观测的视电导率与同点位钻孔测量数据对比分析,获得视电导率与海冰厚度的换算关系式,通过对用该关系式计算出的海冰厚度进行验证,表明电磁感应技术能够获得可靠的海冰厚度数据。对探测剖面的海冰厚度统计表明,2005—2006年夏季南极内拉峡湾内海冰以平整冰为主,其厚度为0.8~1.4 m。     

南极海冰与气候

在极区,海冰的形成在海洋上部和大气下部之间构成了新的交界面,改变了大洋表面的辐射平衡和能量平衡,隔离了海洋与大气之间的热交换和水汽交换;海冰冻融过程影响着大洋温、盐流的形成和强度;海冰对南大洋和南极大陆气象、气候有重要的影响,在气候环境系统中起着重要的作用。南极海冰作用区约占南半球雪冰作用区面积的58%,约占地球表面积的3.58%。其中,一年生海冰约占南极海冰区分布面积的83%;其分布面积从夏末2月份最小时的3×106 km2左右,到9月份冬末最大时的18×106 km2左右,一年中季节变化幅度可达15×106 km2,季节变化率>500%。海冰分布区域的年际变化较大。南极海冰区是影响季节和年际全球气候环境变化的重要区域。当前,国际南极海冰与气候研究的核心问题是海冰物理过程和在海冰区的海洋—大气相互作用。结合目前承担的研究课题,对国际南极海冰与气候研究的前沿动态和相关的国际计划进行了综述。     

基于CryoSat-2卫星测高数据分析南极海冰厚度的时空变化

利用卫星测高数据能够获取大尺度、长时序的海冰厚度信息。相较于北极,目前南极海冰厚度特别是近期变化信息仍很缺乏。基于2013-2018年的CryoSat-2卫星测高数据,采用最低点高程法和静力平衡方程模型反演了近6年逐月平均海冰厚度并分析其时空变化规律。结果表明：2013-2018年南极海冰厚度整体呈现先上升后下降的趋势,其中,2014-2017年年平均海冰厚度表现为快速变薄。南极较厚的海冰集中在威德尔海西南海域,最大值出现在该海域2014年的7月（6.27 m）。年平均海冰厚度在2017年达到最低值。南极海冰厚度的时空变化研究可为深入研究海冰变化与全球变化的关系提供参考。     

基于卫星气候资料的1989-2015年南北极海冰面积变化分析

利用被动微波卫星海冰密集度气候资料,分析了1989-2015年南北极海冰面积和密集度的长期变化趋势。结果表明：研究期内,北极年平均海冰面积减少,南极海冰面积增加,变化趋势分别为-0.569×10⁶ km²·（10a）^-1和0.327×10⁶ km²·（10a）^-1,均通过了0.01水平的显著性检验,两极海冰面积变化趋势表现出明显的"非对称性"。两极总海冰面积出现了下降,变化趋势为-0.242×10⁶ km²·（10a）^-1。年海冰密集度在北极地区普遍减少,而在南极地区的变化趋势存在显著的空间差异,威德尔海、罗斯海北部海冰密集度增加,趋势超过了10%·（10a）^-1,别林斯高晋海、阿蒙森海的海冰密集度出现下降。北极各月海冰面积的变化趋势存在明显的季节差异,7-10月海冰面积减少明显,其中9月减少最显著,趋势为-0.955×10⁶ km²·（10a）^-1。南北极海冰冻结和融化的时间不完全对应,北极融化与冻结时间基本平衡,南极海冰冻结时间明显长于融化时间。南极年内海冰面积的变化幅度大于北极,呈现显著的季节性特征。北极极小海冰面积的变化趋势最显著,达到了-0.636×10⁶ km²·（10a）^-1。南极极大海冰面积出现的时间后移明显,趋势为0.733候·（10a）^-1;极小海冰面积出现的时间非常稳定,没有明显的变化趋势。     

NASA启动“冰桥行动2014”南极海冰变化研究

正2014年10月16日,美国航空航天局(NASA)宣布启动第6年即"冰桥行动2014"(Operation Ice Bridge)南极研究计划,此次研究目标是观测南极大陆冰盖、冰川和海冰变化。"冰桥行动"是NASA一项为期6年的南极研究任务,同时也是迄今为止规模最大的地基冰川航空测量计划,旨在利用多源航空遥感传感器(包括机载激光雷达)获取南北极的对地观测数据,以此揭示地球南北极变化与全球变化的相互作用机制,计划     

国际雪、冰研究近况(一)

一、日本的雪、冰研究 (一)第17次和18次日本南极研究考察队的冰川学研究 北海道大学低温科学研究所(ILTS)的若土正晓研究正在生长的海冰之下的海水对流模式。他从正在生长的海冰向下直到50米的深处量测海水中盐分浓度的垂直分布。发现浓缩的盐分在冰体与海冰之间的间面处被抑制,由于重力作用盐分被向下搬运到下     

南极的海冰区生态学研究

南极海冰区生态学研究始于20世纪60年代,属新兴的生态学研究领域。经过三个阶段的发展和深入研究,科学家们对海冰在冰区生态系统中的作用方面取得了共识。随着EASIZ和CS-EASIZ等国际南极区域性计划的相继出台,该研究已成为目前南极生态学研究的前沿和热点领域。文章同时对该领域的国内、外研究现状做了简要的介绍。     

关于矿床学创新问题的探讨

2003年1月4日至2月15日期间,在5种不同情况下对南极海冰进行了调查研究。包括:(1)基于走航观测的威德尔海至普利茨湾之间海冰分布研究;(2)基于航空拍摄的普利茨湾海冰分布研究;(3)纳拉海峡固定冰和上浮雪厚度钻孔测量以及冰心钻取;(4)中山站附近融化冰的分布研究以及(5)中山站附近海冰早期冻结过程观测研究。结果表明,威德尔海至普利茨湾之间走航观测得到的海冰全部密集度为14.4%,大部分冰(99.7%~99.8%)属于一年冰,观测到冰的厚度在15~150 cm。沿观测航线上海冰最大密集度(80%)出现在威德尔海,从59°56 S到69°22 S以及从040°41 W到076°23 E的区域分布着广阔的水域。这一结果验证了Silvia的海冰漂移理论。普利茨湾沿岸海冰受制于沿岸地形、拉斯曼丘陵以及搁浅冰山的影响,其密集度呈现较大的空间变化。钻孔测量显示,纳拉海峡固定冰平均厚度为169.5 cm。风吹雪的重分布以及日照强度差异是导致纳拉海峡固定冰厚度差异的主要因素。观测表明,中山站附近海冰早期冻结遵循Lange的海冰早期冻结过程“饼状循环”最初的两个阶段。     

南极沿岸固定冰观测与研究述评

南极固定冰的变化能够直接反映南极的局地气候变率,因此是数值模式验证的理想载体,对固定冰的观测研究结论也能用于评估南极海冰的年际变化。现今国际上对南极固定冰的观测和研究日渐丰富和深入,并逐渐形成了由多个国家参加的联合观测网。就海冰厚度、冰芯结构、表面辐射收支等现场测量和相机、卫星等遥感观测方面,总结了目前国内外南极固定冰观测的技术手段和研究进展,并分析了不同空间尺度上的南极固定冰年际变化特征。对南极固定冰观测研究目前存在的问题和未来的发展方向进行了探讨。     

南极海冰对大气环流及长江上游水量的影响

本文利用相关分析方法揭示了南极海冰面积变动与大气环流及长江上游水量变化之间的联系,并对这种联系发生的过程作了初步探讨.结果表明,南极海冰面积变动能够改变南印度洋纬向环流强度,并影响赤道西印度洋海温,进而影响印缅地区500hPa位势高度场.分析发现,2～3月南极海冰面积与8～9月长江上游水量有一定联系,这对于探讨长江上游水量变化的物理背景及长期水文预报有一定意义.     

中国第19次南极科学考察中海冰调查技术介绍

介绍了第19次中国南极科学考察中海冰走航和定点调查使用的一些新技术.实践发现这些辅助技术可以提高裸眼观测的准确性, 它们同样可以应用于渤海海冰和内陆河冰的现场调查.其中可视技术、船舶雷达跟踪技术和冰层厚度变化过程测试技术应用前景宽阔, 介绍了它们的测试目标、原理、组成和运行性能.     

南极长城站区土壤重金属含量特征及来源分析

频繁的人类活动对南极生态环境的影响越来越受到关注,在南极长城站周边人类活动密集区对土壤进行采样的基础上,分析长城站周边地区表层土壤中重金属含量特征,并结合近20年来长城站周边土壤中主要重金属含量的分布,展开对比研究,探讨长城站区主要重金属元素的来源。结果表明,8种主要重金属在长城站表层土壤中都有不同程度的富集,站区频繁的车辆活动使得汽车尾气排放及汽车轮胎磨损产生大量含重金属的有害气体和粉尘,这些物质沉降在站区土壤表层或许是南极长城站区土壤重金属富集的重要原因之一。