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.     

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。     

南极海冰运动速度的变化特征及其影响因子分析

利用NSIDC提供的每日和月平均极区海冰运动矢量数据,统计分析了南极地区1979—2016年海冰运动速度的年、月尺度的时空变化特征以及近几十年南极海冰范围增加与海冰运动速度之间的关系,并讨论了影响南极海冰运动速度的主要因子。结果表明:1979—2016年南大洋全区和各扇区海冰运动速度均呈现增加趋势,春、冬季海冰运动速度增加趋势大于夏、秋季,季节差异明显;海冰运动速度与海冰范围有显著的正相关关系;海冰运动与海表面气压场密切相关,主要受低压风场的影响,威德尔海、罗斯海海冰的快速流出和顺时针旋转的特征与低压区的位置有密切关联,自由漂流区的海冰整体表现为自西向东运动。     

2008年夏季楚科奇海余流分布特征

根据2008-08-05-09-07在楚科奇海布放的一套浅水潜标系统(71°40′1.4″N,167°58′54.6″W)获得的海流剖面资料及温盐资料,采用Lanczos余弦滤波的方法,研究了楚科奇海中央水道余流剖面及温盐时间序列的结构和变化特征,对表层余流与风场的关系及影响温盐结构的因素进行了分析。结果表明,余流的方向和大小在垂直方向上存在明显的差异:表层余流全流呈现西向流态,平均流速为19.6cm/s,方向为257.4°,受表层风场影响显著;中、下层的余流全流平均流速为6.6cm/s,流向为29.6°,呈现东北偏北方向。在整个观测期间,温度时间序列表现出剧烈的震荡,振幅达到3.7℃以上,而盐度序列变化缓慢,波动区间相对较小,为32.0～32.8,并表现出逐渐降低的趋势;温盐序列的变化受底层余流分布的影响较弱。     

楚科奇海及其邻近海域表层沉积物的元素地球化学特征

北极地区不仅具有丰富的矿产资源,而且在全球变化研究中具有极为重要的地位[1],同时由于其极端环境下的物理、化学作用与中低纬度有较大的差别,导致了这里的海洋地球化学过程的特殊性,因此在基础理论研究中也扮演着十分重要的角色.1999年中国首次北极科学考察对位于北冰洋的楚科奇海及其邻近海域进行了沉积物取样,开展了地球化学研究,并已取得了部分成果[2～4].     

北极海冰的变化特征

本文使用了北极海冰１９７２～１９８９年的资料，分析了北极海冰的区域特征、季节变化和长期变化的特征。发现由于北极海冰南侧被殴亚和北美大陆所包围，处于基本封闭状态，只有通过白令海峡与太平洋相连和格陵兰海和娜威海与大西洋相连的两个通道，其环境条件与南极海冰绝然不同，因此其特征也明显不同。１、季节变化小。净冰面积冬季是夏季的２倍左右，而南极海有６倍之差。２、海冰寿命较长。以多年冰为主，平均寿命为１．３年。     

北冰洋楚科奇海浮游细菌丰度和生产力及其分布特征

2012年夏季中国第5次北极科学考察期间,对北冰洋楚科奇海及其北部边缘海浮游细菌丰度和生产力进行了测定,并将其与环境因子进行了相关性分析。结果显示,楚科奇海浮游细菌丰度的变化范围为0.56×108~6.41×108 cells/dm3,平均为2.25×108 cells/dm3;细菌生产力介于0.042~1.92mg/(m3·d)(以碳计)之间,平均为0.54mg/(m3·d)(以碳计),与已有研究结果基本相当。陆架区细菌丰度和生产力要明显高于北部边缘区,但前者的单位细菌生产力则较低。与环境因子的相关性分析显示,细菌丰度与温度和叶绿素a浓度存在显著正相关(p0.01),表明北极变暖导致的海水升温及浮游植物生物量的增加均会促进细菌的生长,从而进一步提高细菌在海洋生态系统和碳循环中的作用。但陆架区的细菌生产力与环境参数均没有显著相关性,表明其影响因素较为复杂;生产力在北部边缘区则仅与叶绿素a存在显著正相关(p0.01),表明浮游植物生长过程产生的溶解有机碳(DOC)是细菌生长最为主要的碳源,碳源的单一可能制约细菌的生产从而导致该海域无冰状态下细菌丰度的增加不如预期,但融冰过程带来的大量DOC将促进细菌活性的增加。     

海冰热力模式及北极海冰季节变化的数值模拟

本文给出了一个改进的海冰热力模式,主要通过海面和冰面的温度变化及热量收支,用来计算海冰面积和厚度的时空分布。     

北极海冰输出研究综述

北极海冰对全球气候变化起重要的指示作用。除了海水冻结和融化过程以外,通过弗拉姆海峡(Fram Strait)的海冰输出也是影响北极海冰质量变化的重要动力机制。观测数据中的多源卫星遥感数据(尤其是辐射计观测数据)在获取大尺度连续观测方面具有独特的优势,在研究北极海冰输出面积通量变化方面有着广泛应用。本文总结了北极弗拉姆海峡、其他通道(S-FJL、FJL-SZ、加拿大群岛、Nares海峡通道)海冰输出面积或体积通量,着重介绍了弗拉姆海峡不同年龄海冰输出情况,并总结和分析了影响北极海冰输运的大尺度大气活动模态。最后,本文阐明北极海冰输出方面现有研究的不足之处以及未来的突破方向。     

楚科奇海-加拿大海盆表层沉积物中的粘土矿物

楚科奇海-加拿大海盆表层沉积物中主要存在3种粘土矿物组合:1)伊利石-高岭石-绿泥石-蒙皂石,仅见于加拿大海盆北部;2)伊利石-绿泥石-蒙皂石-高岭石,主要见于楚科奇海中部;3)伊利石-绿泥石-高岭石-蒙皂石,普遍见于研究区内除上述两海区以外的广大区域.就各粘土矿物的区域变化而言,总体上由楚科奇海向加拿大海盆,伊利石和高岭石呈含量增加趋势,绿泥石和蒙皂石含量呈减少趋势.根据粘土矿物的质量分数和粘土矿物间比值的区域变化,可大体以(74°30′N,175°W)和(71°30′N,150°W)两点连线为界,将研究区分为南、北两个明显不同的粘土矿物分区:南区以绿泥石和蒙皂石含量较高为主要特征,其中S/I和S/K普遍较高、而K/I和K/CH则普遍较低;北区则以伊利石和高岭石含量较高为主要特征,其中S/I和S/K普遍较低,而K/I和K/CH则普遍较高.粘土矿物的这种分布格局和区域变化表明,在北冰洋的楚科奇海-加拿大海盆海域,不论是粘土矿物的来源还是其分布变化的控制因素,都存在着明显的南、北之别:在该海域的南部,粘土矿物主要来源于阿拉斯加的岩石风化产物、育空河的入海物质以及东西伯利亚海沿岸主要河流的入海物质,其分布主要受来自太平洋的水流结构和西伯利亚沿岸流所控制;而在该海域的北部,粘土矿物则主要来源于加拿大马更些河的入海物质和由北冰洋欧亚海盆扩散而来的细粒物质,其分布主要受北冰洋的跨极漂流、来自大西洋的水流结构以及波弗特涡流等所控制.     

巴伦支海海冰多年变化及其影响因子研究

本文采用1900—2010年ECMWF海冰密集度、海面温度、风场和NCAR北极涛动等长序列资料,运用EOF分解、线性回归和相关分析等统计方法,分析了巴伦支海海冰年际变化特征及其与影响因子之间的关系。结果表明:巴伦支海海冰面积4月最大,9月最小,每年减少约1653km^2;面积距平正负位相交替出现,1969年后以负距平为主,冰情先重后轻;密集度逐月不同,明显降低的区域呈现“中部偏东—中部—东北部—西北部—中部偏东”转移特点,部分区域每年减少0.006以上;密集度变化的空间特征可由密集度EOF第一主模态表示,与温度的相关系数高于风场;海冰面积与AO呈负相关。我国以往单独针对巴伦支海海冰变化的研究较少,本文丰富了这方面的资料,对浮式平台开发冰区油气资源提供初步参考。     

海冰密集度卫星遥感反演研究进展

海冰密集度是海冰的重要参数之一,在冰区导航、海上作业、海冰模式验证和气候模型改进等方面具有重要意义。卫星遥感具有覆盖范围广、重访周期短、成本相对低等优势,已成为获取海冰密集度的主要观测手段。本文从主被动微波遥感和光学遥感的角度,回顾了现阶段海冰密集度卫星遥感反演研究进展情况,包括海冰监测传感器、海冰密集度反演算法和海冰密集度产品等。结果表明,被动微波遥感是目前获取海冰密集度的主要方式,已发展出许多成熟的业务化算法;主动微波遥感数据已成为制作冰情图的主要数据源,海冰密集度反演算法由合成孔径雷达SAR（Synthetic Aperture Radar）图像分类向深度学习算法发展;光学遥感海冰密集度算法较为成熟,但受限于云层和夜晚限制,其反演结果多用于其他海冰密集度产品的验证。受传感器硬件限制,3种观测手段各有其长处与不足。为获得高精度、高时空分辨率的海冰密集度数据,开展多源数据融合研究是解决传感器性能瓶颈的有效手段。大数据时代,基于深度学习的海冰密集度卫星遥感反演技术快速发展,需要深度融入海冰密集度卫星遥感领域知识。海冰密集度卫星遥感反演应着力于海冰预报服务,致力于提高我国的海冰预报能力。     

低层大气季节变化及与黄海雾季的关系

根据2005～2006年青岛气象台逐日L波段探空雷达资料和地面观测资料,计算、分析了低层大气湍流混合高度、湍流混合强度和温度层结的季节变化,并分析了其与黄海海雾季节变化的关系.结果表明:温度层结、湍流强度和高度均有明显的季节变化,这些变化与海雾的季节变化密切关联.春、夏季节湍流强度较强,湍流混合高度相对较低,有利于近海面的凝结水汽在低空聚集而形成雾.雾季典型的层结结构是"上稳下湍",即:近地(海)面至150 m左右为条件性不稳定,其上方为大约400 m厚的稳定层.盛雾期稳定层的稳定性减弱,湍流强度加强.另外,黄海雾季由7月最盛到8月突然结束,与东海雾季逐渐结束明显不同.8月黄海终雾期迅速的原因与风向的突然转变有关.偏东风为整个黄海带来较冷的空气,使条件性不稳定发展,雾季终止.风向的突然转变与区域性海陆热性质差异和大尺度背景环流的调整有关.     

渤、黄海海冰的变化和预报结果分析

利用1951—2000年的渤、黄海的海冰资料，用小波分析和最优气候均态法对渤、黄海的海冰冰级进行分析和预测。小波分析结果较好地反映了渤、黄海海冰的变化规律，使对海冰的研究更符合实际情况。这必将有助于研究海冰变化的机理和不同尺度变化的相互作用。最优气候均态法较好地实现了对渤、黄海海冰的预测。此方法在海冰预报中不失为一种可用的方法。     

北极巴伦支海海冰多年变化特征研究

本文采用2003～2016年SSMI海冰密集度和NCEP气温、风场等数据,通过计算海冰覆盖率、增长期长度、冬季负积温和风拖曳力等参数,分析了巴伦支海海冰的变化特征及其与热力、动力影响因素之间的联系。结果显示,因西南部存在常年无冰区,巴伦支海14a平均的海冰覆盖率低于50%;覆盖率总体呈现下降趋势,冰情呈现"重—中等—轻"的变化过程,2012年后甚至出现夏季无冰的情况;增长期长度先增后减,起止时刻均有推迟;冬季负积温是影响巴伦支海冰情轻重的重要因素,与年平均海冰覆盖率距平和最大覆盖率的相关系数分别为-0.90和-0.89;风拖曳力的改变可在短期内引起海冰覆盖率急剧变化,是海冰边缘区产生流冰的主要原因,易对油气资源开发的海洋平台产生危害。     

渤海冰漂移对海面风场、潮流场的响应

在对海冰漂移动力学分析基础上,利用MODIS资料,采用MCC方法获取渤海大范围冰覆盖的海域冰速场,并利用NCEP风速资料和潮流资料进行回归分析,得到渤海冰漂移速度与风速和流速的关系.利用MODIS和NOAA/AVHRR资料获取的渤海冰速资料的综合分析显示:渤海海冰运动,除受盛行风控制外,还受到复杂的海岸地形、流和冰内应力的共同作用,所得到的大范围海冰运动规律和多年历史观测资料分析结果基本一致,并清楚地显示了冰边缘带海冰运动的特征,弥补了局地、单站海冰观测的局限性.     

Abundance and distribution of meiofauna in the Chukchi Sea

The metazoan meiofauna in the Chukchi Sea were collected from seven shallow water stations(depths ranging 46 to 52 m) and five deep sea stations(depths ranging between 393 and 2 300 m) during the 4th Chinese National Arctic Research Expedition in 2010. The results showed that abundance of meiofauna was higher in shallow water sediments(average of 2 445 ind./(10 cm2)) than in deep sea sediments(407.06 ind./(10 cm2)). A UNIANOVA test for difference between the two different regions was highly significant(F=101.15, p0.01). Nematodes were numerically dominant, representing(96.6±4.6)% of the total meiofaunal abundance at the shallow water stations and(98.90±1.42)% at deep sea stations. The number of higher taxonomic groups and abundance of meiofauna were higher at Stas CC1, CC4, and R06 near the Bering Strait and the continent, than at the rest of the shallow water and deep sea stations. The primary factors causing the differences were concentrations of nutrients P and Si of bottom seawater(R=0.831, p0.003), followed by depth(R=-0.655, p0.05) and sand fractions of sediments(R=0.632, p 0.05). The numbers of meiofauna on the 65 μm and 32 μm sieves were significantly higher than those on the rest of the screens. Differences in numbers of meiofauna retained on screens with different mesh openings were highly significant among all sampling stations(F=31.60, p0.01). The highest numbers of individuals on screens with 32 μm mesh openings were found at deep sea stations. The number of meiofauna in the top 0–1, 1–2, and 2–4 cm segments constituted 84.4% of the total and was significantly higher than those in the bottom 4–6 and 6–10 cm segments(F=15, p0.01).     

基于遥感数据的近40 a弗雷姆海峡海冰输出研究

北极海冰作为一个巨大的淡水资源库, 每年向全球输送大量淡水资源, 从北极输出的海冰在向南输送的过程中融化, 对海洋水循环与水环境产生影响, 进而影响全球气候变化, 弗雷姆海峡作为北极海冰输出的主要通道, 对其研究显得尤为重要。为了解弗雷姆海峡海冰长期输出量, 利用美国冰雪数据中心（NSIDC）发布的海冰密集度、海冰厚度与海冰漂移速度数据, 计算得到 1979 年至 2019 年弗雷姆海峡海冰输出面积通量与 2010 至 2019 年弗雷姆海峡海冰输出体积通量, 并在此基础上分析弗雷姆海峡近 40 a 海冰输出量的变化状况以及弗雷姆海峡海冰输出的年际变化、季节变化, 并分析了影响弗雷姆海峡海冰输出量的可能原因。结果表明: 近 40 a 弗雷姆海峡年均海冰输出面积通量为 7.83×10⁵ km²,近 10 a 弗雷姆海峡海冰年均输出体积通量为 1.34×10⁶ km³, 从长期来看, 弗雷姆海峡海冰输出面积通量呈略微增加趋势, 弗雷姆海峡海冰输出体积通量在 2010—20...     

新型海冰调查设备--冰样压缩机

介绍了海冰观测中冰样压缩机的重要作用;阐述了冰压机各组成部分的设计原理和操作步骤;列出了表征海冰单轴抗压强度性能的部分参数和计算方法;对整机标定的方法提出了设计方案。