北极:机遇与挑战

<正>北冰洋有三条航道连接着东方和西方。东北航道的大部分航段位于俄罗斯北部沿海。从摩尔曼斯克出发,航行5620海里可向东穿过巴伦支海、喀拉海、拉普捷夫海、新西伯利亚海和楚科奇海5大海域,达到白令海峡和远东的符拉迪沃斯托克。西北航道大部分航段位于加拿大北极群岛水域,以白令海峡为起点,沿美国阿拉斯加北部海域向东,穿过加拿大北极诸岛,直到戴维斯海峡。北冰洋理论上还有一条穿越北极点航线:从白令海峡出发,不走俄罗斯或北美沿岸,直接穿过北冰洋中心     

俄用科学调查潜艇开展西北极巴伦支海水下调查

早在20世纪30年代,美国利用“鹦鹉螺号”潜艇曾在北极地区进行过海洋调查。随后荷兰地球物理学家威宁·曼乃兹用潜艇进行过极地重力测量。苏联海洋学家借助“北方人”号潜艇做过渔业调查。到90年代美国用USS级潜艇进行了北极区的综合海洋调查,在中北冰洋完成了5个航次的科考(SC     

北极喀拉海典型动力现象的SAR遥感观测

SAR 遥感观测是海洋动力现象研究的一种重要方法,然而北极海洋的 SAR 遥感观测还比较少, 关于高纬度区域 SAR 遥感图像的解译存在一定困难。利用 Sentinel-1 遥感图像对北极地区喀拉海的典型动力现象进行了遥感观测,根据喀拉海的地形和水动力结构对喀拉海海洋现象的 SAR 图像进行了解译。研究表明： 在喀拉海的 Sentinel-1 遥感图像中可以发现清晰的海洋内波、涡旋和锋面的表面特征,分析了其生成原因,为高纬度地区 SAR 图像特征识别与分析提供了参考,有助于深入开展星载 SAR 北极地区海洋现象的遥感研究。     

北极海冰输出区域海冰运动变化特征及其与北极航道适航性的关系

随着北极地区气候变暖的加剧,北极海冰正在急剧消融,海冰的减少增加了北极地区航道的适航性。本文利用遥感数据反演得到的海冰运动产品对北极海冰输出区域以及东北航道以北区域的海冰运动特征进行了量化。结果显示,从北极中央海域向弗拉姆海峡以及格陵兰海流出海冰的南向位移量呈现出显著增长趋势,海冰的平均南向位移量在2007-2014年间达到1511 km,是2007年之前（617 km）的两倍以上,反映了北极穿极流（TDS）强度在不断增强。通过长时间序列分析发现,春季东北航道以北区域的海冰北向漂移速度在喀拉海呈现+0.04 厘米/秒/年的显著增长趋势（P<0.05）。海冰北向漂移对于东北航道的开通具有显著的影响,在拉普捷夫海与喀拉海,海冰北向运动速度与航道适航期的决定系数分别达到0.33（P<0.001）和0.15（P<0.05）。东西伯利亚海、拉普捷夫海以及喀拉海存在冰间湖区域的春季海冰面积变化与航道的适航期密切相关,海冰的北向漂移对拉普捷夫海和喀拉海的海冰面积减少也有显著影响,这说明北向漂移促进了海冰的离岸输送,造成海冰面积减少的同时形成冰间水道或冰间湖促使航道开通。为探究大气环流指数对海冰运动以及东北航道适航期的影响,本文利用大气再分析数据计算了中央北极指数（CAI）和北极大气偶极子异常（DA）指数。相关性分析表明,CAI比DA更能解释东北航道的适航期,而且CAI能够解释北极海冰输出区域海冰南向位移量变化的45%。最近10年,夏季正相位的CAI进一步加强,通过加强海冰离岸输运和冰间湖活动加剧了东北航道区域海冰变薄及其强度变弱,从而促进了东北航道的开通。     

毛鳞鱼、灯笼鱼类、玉筋鱼生态和资源

毛鳞鱼为百万吨级经济鱼类，又为大西洋鳕、狭鳕等重要饵料。灯笼鱼类据称其资源蕴存量可达亿吨，又为鲸类、海豹、海豚、鲨鱼、金枪鱼类和乌贼等饵料。玉筋鱼资源量虽小，但为近海渔业捕捞对象，从开发利用海洋渔业资源着眼，研究其生态习性和资源状况，具有很大意义。１毛鳞鱼（Ｍａｌｌｏｔｕｓ　ｖｉｌｌｏｓｕｓ）１．１分布与环境 毛鳞鱼围绕北极而分布。在北极深度２００ｍ陆架水域内均可发现，但大量渔获是在挪威、冰岛、苏联和加拿大等高纬度海区，其中主要包括巴伦支海、喀拉海和纽芬兰外海等北大西洋海域。 前苏联和挪威北部的巴…     

北极探险之第一

1909年,皮瑞首次抵达北极点。1926年5月9日,美国探险家伯德和同伴别内特第一次乘飞机飞越北极点。1926年,阿蒙森和两个同伴第一次乘气球飘过北极点。1937年,两个苏联人第一次乘飞机在北极点降落。1958年,美国核潜艇第一次从冰下穿过北极点。1959年,美国潜艇“斯科特”号第一次冲     

基于Nimbus-7和DMSP卫星资料的北极海冰变化特征分析

利用1979—2012年Nimbus-7和DMSP海冰密集度资料对北极海冰进行研究。EOF分析结果表明整个北极海域海冰密集度变化具有非常强的季节变化特征,海冰最多的月份在1—4月、最少的在7—10月,其中鄂霍次克海和日本海、白令海等海域夏季无冰。北极海冰变化的总体趋势是减少,喀拉海和巴伦支海的减少速度最快,只有白令海海冰密集度呈增加趋势。北极区域海冰面积异常变化的主要周期一般在1 a左右,喀拉海和巴伦支海的主周期较长,为18.5 a。     

波罗的海和卡特加特海峡水体的有孔虫标志

波罗的海和卡特加特海峡水体的有孔虫标志适合于底栖有孔虫生活的北大西洋咸水周期性地通过丹麦海峡进入波罗的海。随着往东北方向远离海峡，有孔虫的数量和种类逐渐减少。在现代波罗的海生活着１２至３８种底栖有孔虫，其中大部分为凝集种。随着北大西洋海水进入波罗的海...     

北极海域铁锰结核和结壳的分布与成因

对公开发表的有关北极海域铁锰结核和结壳的分布区域、化学成分,矿物类型以及年代学等数据资料进行搜集整理后发现,目前已知的浅水铁锰样品主要分布在喀拉海和楚科奇海域内,而深水铁锰样品主要位于楚科奇海台、加拿大海盆、门捷列夫海岭和阿尔法海岭内。深水铁锰样品主要为水生成因,除Mn外,主要有用金属含量均远高于浅水样品,且多种金属与全球重要结核和结壳成矿带内的样品含量相当,展示出一定的资源潜力。深水铁锰样品生长时间长达1 500万a,对应着中新世弗拉姆海峡开启,北冰洋开始与北大西洋进行深水交换时期。浅水铁锰样品主要为成岩成因,周边陆源非金属物质的供给量较大,资源潜力低。     

近年北极东北和西北航道开通状况分析

利用微波卫星遥感数据对北极东北航道和西北航道近年来的冰情变化,以及影响航道开通的关键区域和每年的开通状况进行了分析和总结,并对航道未来的可能冰情状况进行了展望,期望对航道利用者有所帮助。东北航道全线开通期主要集中在8月下旬至10月上旬,开通总天数多在40~50d;西北航道南线开通期主要集中在8月上中旬至10月上旬,开通总天数多在50~60d;西北航道北线开通时间主要集中在9月。东北航道冰情最为复杂的是连接拉普捷夫海和喀拉海的北地群岛区域海冰,也是影响航道开通的关键区。影响西北航道南线开通的关键主要是威廉王岛附近维多利亚海峡、威尔士王子岛东侧的皮尔海峡和北侧巴罗海峡区域的海冰状况;影响北线开通的关键区域是班克斯岛西北部的麦克卢尔海峡和梅尔维尔子爵海峡;东北航道可通航性优于西北航道。虽然气候变化大背景下北极海冰总量减少,但由于海冰流动性增强,局部海冰变化愈发复杂,海冰分布年际差异较大,需要加强北极海冰监测和预报能力,为未来航道利用提供保障。     

渤海海峡

中国辽东、山东二半岛之间的海峡。位于中国内海。经此沟通黄海和渤海。南北宽1 0 5 .5 km,最大深度为 80 m。庙岛列岛纵列其间 ,其北端距辽东半岛南端老铁山角 40 km,其南端距山东半岛北端蓬莱角 7km。海峡北部的老铁山水道是黄海海水进入渤海的主要通道 ,因水深流急而冲刷成一“U”形深槽 ,此为海峡最深处。深槽未端形成指状沙脊 ,通称“辽东浅滩”,是典型的潮流三角洲。海峡中部和南部的岛屿间诸水道 ,是渤海海水流入黄海的主要通道。自北而南诸水道依次为隍城水道、大钦水道、小钦水道、北砣矶水道、南砣矶水道、高山水道、猴矶水道、…     

俄罗斯北极海(喀拉海)的生物地球化学

据1995—2003年SIRRO计划的研究成果,喀拉海是研究河流—海洋体系相互作用过程独一无二的地区。巨大的西伯利亚叶尼塞河和鄂毕河注入这个浅海。1995—2003年科学研究船“鲍利斯.彼得罗夫”号对喀拉海进行了国际性考察。提供的工作成果总结了俄罗斯科学院地球化学与分析化学研究所完成的研究成果。对整个海区200多个测站研究了沉积物的水化学参数,有机碳和碳酸盐碳的含量及同位素成分,水中浮游生物和悬浮物质以及烃类和溶解CO2。在大西洋水进入喀拉海区δ13C有机的变化范围为-22‰~-24‰,而在东北海区叶尼塞和鄂毕河口区则为-27‰~-30‰…     

保护还是搁置主权？——浅析美加两国西北航道核心问题

长期以来，困扰美国和加拿大两国北极关系的核心问题是西北航道是否属于国际海峡。什么样的海峡是国际海峡？根据国际法庭判决，国际海峡必须满足两个条件：地理标准和使用功能标准。地理标准在国际上没有多少争执的声音，北极群岛是连接大西洋和太平洋之间的通道也成为世界共识，存在重大分歧均是功能标准。     

北冰洋表层漂流

16世纪末期以来,欧洲殖民主义者为了寻找通向东方的捷便道路,开始向北极探险。到第二次世界大战前夕,北极地区重要的战略位置逐渐被各国重视,许多国家在北冰洋的活动不断增加。1879年7月,瑞典探险船“维加”号消息中断,美国疑为遇难,因此,便派出以德·朗海军少校为队长的探险船“珍妮特”号前去搭救。“珍妮特”号的另一项任务是穿过白令海峡向北开辟西北航道。在此行途中,“珍妮特”号得知“维加”号安全越冬,业已南下,于是“珍妮特”号便径直开     

撩起“圣杯”的面纱——走近“西北航道”

“西北航道”（Northwest Passage）指的是东起戴维斯海峡和巴芬湾,向西穿过加拿大北极群岛水域,到达美国阿拉斯加北面波弗特海,连接大西洋和太平洋的一条航道。这条航道一直被喻为北冰洋“圣杯”,借喻传说中耶稣最后晚餐所用之杯,以彰显其黄金水道的地位。由于地处北极圈内,特定的地理环境因素使得西北航道在全年大部分时间里处于封冻状态,只有在夏季很短暂的一段时间里可以通行。     

府瞰北方航道（下）

北方航道中的十条海峡 海峡是两端连接海洋的狭窄水道，战略地位非常重要。它们不仅是交通要道、航运枢纽，而且历来是兵家必争之地，人们常称之为“海上咽喉”。那么，连接上文中提到的五个海域的海峡主要有10条，即沿北方航道自西向东依次是尤戈尔海峡、喀拉海峡、马托奇金海峡、维利基茨基海峡、绍卡利斯基海峡、红军海峡、扬斯克海峡、德米特里·拉普捷夫海峡、桑尼科瓦海峡、德朗海峡。接下来我们分别从地理特征、冰情、航行等方面依次介绍这些各有特色的海峡。     

黑潮在吕宋海峡的形变及动力机制

根据１９９０年以来对吕宋海峡和中国南海（ＳＣＳ）北部的ＷＯＣＥ水文资料和其它海洋调查资料的分析，以及对同一海区的卫星遥测海表温度（ＳＳＴ）的资料处理，推断在吕宋海峡常年存在黑潮路径弯曲，西折进入ＳＣＳ并又流出ＳＣＳ的现象，作者将黑潮的这种变形称为“黑潮流套”。黑潮变形进入ＳＣＳ的位置在冬季位于海峡中部、南部附近，范围较大；在夏季略向北移，较集中于海峡中部，范围较小。作者认为，黑潮流套现象可用位涡守恒理论作定性的解释：当黑潮在吕宋海峡失去西边界支持后，其流轴以西贴近西边界的一部分流体，因具有较大的相对正涡度，会脱离黑潮主体在南海东北部形成反时针旋转或顺时针旋转的环流，而黑潮主体会以顺时针旋转的形式在海峡以西的海域出现。整个黑潮以弯曲、扩展的形式在海峡处产生形变，在海峡东侧出现反气旋涡旋的倾向。吕宋海峡黑潮流套及南海北部的诱生环流之流型，会因黑潮本身以及副热带环流整体的变化而变化，也与海峡的宽度有关。总之，吕宋海峡黑潮流套的形成是由当地特殊的地形条件和地转β效应这些内部机制决定的，它的常年存在有其必然性     

中国的海上“三峡”

在两块陆地之间的狭窄水道均称为海峡,它是连接洋与洋或洋与海的通道。纵观世界地图你便会发现,世界上有许多著名的海峡,如白令海峡,连接太平洋和北冰洋;德雷克海峡和麦哲伦海峡,它们连接太平洋和大西洋;此外还有英吉利海峡,佛罗里达海峡、托雷斯海峡、直布罗陀海峡、马六甲海峡、达达尼尔海峡等等。我国沿海也有不少海峡,较为闻名的有三个,从北而南分别为渤海海、台湾海峡和琼州海峡,堪称为中国的海上“三峡”。——渤海海峡     

巴芬湾西部和格陵兰岛东部大气经向热量输送协同变化对夏季北极海冰的影响

利用欧洲中心气候再分析资料和美国国家冰雪数据中心北极海冰面积资料,分析了夏季北极海冰面积与前期大气经向热量输送年际变化的联系。结果表明：6月北半球中高纬大气的经向热量输送以瞬变热量形式为主,其中巴芬湾西部（B区）和格陵兰岛东部（G区）是瞬变热量向极区传输的两个通道,二者之间存在反位相的协同变化,且这种协同变化与夏季北极海冰面积变化密切相关。可能的机制为：6月,AD、AO和NAO三种北极大气环流型能够引起巴芬湾西部和格陵兰岛东部瞬变热量输送的协同变化,这种协同变化通过涡旋动力作用激发夏季极区大气表现为AD异常,同时影响途经区域的气温,从而通过热动力作用影响夏季北极海冰。将向极区输送的热量称为暖输送,从极区输出的热量为冷输送,则上述两个区域的瞬变热量协同输送可分为三种情况：B暖G冷、B冷G暖、B和G均冷,而B和G均暖的情况十分罕见。当B区向极区输入、G区输出热量时,有利于太平洋扇区和喀拉海的海冰偏少;当G区输入、B区输出热量时,利于喀拉海和拉普捷夫海海冰偏少;当B区和G区均输出热量时,利于波佛特海南部、喀拉海和拉普捷夫海海冰偏多,反之则相反。     

北极海冰的年代际转型与中国冻雨年代际变化的关系

基于1961-2013年HadISST海冰密集度资料,定义了北极海冰的季节性融冰指数,结果显示近几十年来北极季节性融冰范围呈显著的上升趋势,并分别在20世纪70年代末和90年代中期存在显著的年代际转型,相应地,中国冻雨发生频数总体上呈现出显著的减少趋势,但也存在显著的年代际转型。在20世纪70年代末之前,北极季节性融冰范围较小但显著增长,中国冻雨频数年际变化振幅较大,且主要受巴伦支海、喀拉海海冰的影响;20世纪70年代末至90年代中期北极季节性融冰范围维持振荡特征,没有显著的线性趋势,中国冻雨频数变化振幅减小,与北极海冰相关较弱,主要相关因子为北大西洋及北太平洋海表温度变化;而90年代中期以后,北极海冰融化加快,特别是2007年以后,季节性融冰范围大大增加,而中国冻雨频数处于低发时段,其变化与太平洋扇区海冰及堪察加半岛附近海温呈显著负相关,季节性融冰的显著区域也从东西伯利亚海逆时针旋转向波弗特海-加拿大群岛北部扩张,同时向北极中央区扩张。不同年代影响冻雨的海温或海冰关键海区不同,产生特定的大气环流异常响应,进而影响到我国冻雨。