末次冰消期以来冰岛周边海域古海洋环境及海冰研究进展

冰岛位于北大西洋北部地区,是对全球气候变化最为敏感的区域之一,对其周边海域古海洋环境的深入研究是全球气候变化研究的重要组成部分。海冰的大面积分布是该地区的显著特点之一,对全球气候系统产生较大的影响意义。此外,冰岛周边海域大量火山灰沉积,也为古海洋环境研究提供了可靠的年代资料。本文以冰岛为中心,回顾了冰岛周边海域末次冰消期以来古海洋环境及海冰研究的现状,探讨了该海域不同记录之间的差异,并通过分析末次冰消期以来古环境研究的不足,提出了相应的展望。     

中国暖温带海岸风尘沉积序列的研究现状与展望

中国暖温带海岸的风尘沉积序列是断续分布于渤海-北黄海沿岸的以黄褐色为主的粉砂质或砂质沉积物。通过查阅1960年以来的文献资料,综述了此类沉积的分布规律、地层形态、沉积特征、地质年代、形成机制和古环境演变等方面的成果,认为其主体为陆架沙漠化环境下的衍生沉积,是冬季风搬运近源物质的结果,时代上属中-晚更新世。因此,暖温带海岸风尘沉积序列是渤海-北黄海陆架沙漠化的有力佐证,且较好地记录了中国中更新世以来中纬度沿海地区的气候环境变化：时间上,气候逐渐干冷;空间上,自北向南风化作用增强。基于研究现状,展望了今后的工作重点和方向。     

南极普里兹湾海域夏季表层水体颗粒有机碳及其同位素分布特征

基于中国第29次南极科学考察在普里兹湾海域采集的61个站位的表层悬浮体样品的颗粒有机碳(POC)及其稳定同位素(δ13CPOC)测试结果,结合卫星遥感解译的研究区海水表面温度(SST)、叶绿素a(Chl a)浓度和海冰覆盖率数据,研究了普里兹湾海域表层水体悬浮POC的分布特征,探讨了悬浮体中POC的来源及其形成过程。结果表明,2013年夏季普里兹湾表层悬浮POC浓度为0.28—0.84 mg·L-1,平均浓度为0.48 mg·L-1;δ13CPOC值的变化范围为-29.68‰—-26.30‰,平均值为-28.01‰。表层水体悬浮POC分布呈现近岸高于远岸,西部高于东部的特征。POC的高值区主要分布在冰架附近,与表层水体Chl a浓度和海冰覆盖率分布趋势基本一致,表明夏季普里兹湾表层水体悬浮POC主要由浮游植物现场生产,而浮游植物的生长受到了海冰的显著影响。在普里兹湾外部海域表层水体悬浮颗粒物δ13CPOC值从东向西逐渐偏负,而调查区东部从近岸向远海逐渐偏负,反映该海域δ13CPOC分布特征主要受到浮游植物吸收与固定CO2速率的影响。中山站附近海域δ13CPOC值显著偏负,可能是受到近岸海域陆源有机质输入和浮游生物种属改变的影响。     

对南北极地衣优势共生藻的初步探究

对采集自南极乔治王岛和北极新奥尔松地区的32份地衣标本中共生藻rDNA ITS序列进行测定,发现均为Trebouxia jamesii;结合Genbank中来自不同地区地衣中该藻的序列信息,发现T. jamesii的基因型与地衣物种及采集地都没有明确的对应关系。广布于全球范围的T. jamesii作为地衣优势共生藻,存在多种基因型,并且可以被多种地衣共生菌选择;其中优势基因型A在采集自南极洲、欧洲、北美洲和北极地区的地衣中均有发现,而其它基因型则在一定程度上出现地区特有性。本研究为地衣中的藻交换提供了证据,并提出地衣体碎片是实现地衣共生藻长距离传播的载体。     

巴伦支海近40年来海洋热含量变化特征及影响机制

利用ORAS5海洋-海冰再分析数据集,研究发现1979—2018年间巴伦支海海洋热含量存在显著的季节和年际变化特征,且有持续上升趋势。海-气热通量是控制巴伦支海海洋热含量季节变化的主要因素,而北大西洋流的海洋热输运则影响其年际变化和上升趋势。北大西洋流的温度和流速变化对其海洋热输运的年际变化均有贡献,而其海洋热输运的上升趋势则主要是来自于北大西洋流温度的增加。此外,巴伦支海开阔海域和冰区的海-气热交换呈现相反的趋势,在无海冰覆盖的开阔海域,海洋放热减少,海洋混合减弱;而在有海冰覆盖的海域,海洋放热则显著增加,海洋混合增强。     

1854-2010年川西高原北部初夏气温变化与全球海表温度关系初探

本文利用主成分分析法提取了川西高原北部5个样点反映气温变化的树轮宽度年表的主成分年表,其中第一主成分年表(PC1)的方差贡献率为59.52%,能够较好地代表川西高原北部地区树轮宽度变化的共同特征。在器测时段内(1961-2010年),PC1年表、6-7月区域平均气温观测序列与东亚气温场的相关分布较为一致,均与中国的西北-青藏高原一带以及西伯利亚东部呈现显著的正相关(r > 0.443,p < 0.001),表明PC1年表能够反映较大空间范围的气温变化特征。器测时期,PC1年表和观测序列与全球海温场的相关分析表明,两者均与西太平洋、印度洋及北大西洋海域显著正相关,反映了在海气相互作用过程中多个海区海表温度变化可能对研究区气温变化有一定影响;而利用PC1年表在更长时间尺度(1854-2010年)及分阶段分析则发现不同阶段对区域气温起主导作用的海区有比较明显的差异,甚至在比较大的空间范围内在不同阶段出现相反的分布型,且由相关系数反映出的海气相互作用强度也具有显著的差异,气温波动较大时,海气相互作用也比较强烈。异常年分析则反映出西北太平洋和北大西洋海温异常对研究区气温异常具有持续稳定的影响。     

白令海深海异常沉积特征及成因分析

利用中国历次北极科学考察航次在白令海北部陆坡及海盆等深水区所采集的沉积物样品,对其开展沉积学等研究,系统归纳该海域常见的异常沉积类型及特征,并初步探讨其可能成因。BR02孔出现至少3段浊积层,浊积层主要分布于末次冰消期至中全新世。B5-4孔存在至少2段火山碎屑沉积层,其沉积年代分别约为1.3 ka BP和13.2 ka BP。B5-7站表层沉积物中的硅藻组合以新近系硅藻化石Kisseleviella carina Sheshukova-Poretzkaya和Kisseleviella ezoensis Akib为主,且与附近海域其他表层沉积物的硅藻组合面貌差异明显,可能是沉积物再沉积结果,其初始沉积年代大约为早中新世。白令海北部陆缘/陆坡区附近遍布的海底大峡谷对该区沉积物沉积过程具有重要影响,可能是导致该区浊流沉积与再沉积物的主要原因。此外,白令海位于欧亚板块、太平洋板块及北美板块交汇区边缘,其独特的地理位置决定该区地震与火山等构造活动相对活跃,进而进一步促使该区海底异常沉积现象频发。     

南极南设得兰群岛附近海域表层沉积物中有色溶解有机物的分布特征及来源分析

在南极南设得兰群岛附近海域采集了6个表层沉积物样品,测定了提取液中溶解有机物(DOM)的有机碳含量、紫外-可见吸收光谱和三维荧光光谱,并对有色溶解有机物(CDOM)的分子量信息及各荧光组分的成分和来源进行了分析。结果表明,南设得兰群岛附近海域表层沉积物中DOM提取液的溶解有机碳(DOC)及沉积物有机碳(SOC)的含量呈现由近岸向开阔海域递减的趋势,紫外-可见吸收光谱中的吸收系数(a)也表现出了相似的性质,光谱斜率比(SR)表明近岸沉积物CDOM老化程度较强。通过对三维荧光光谱的分析可知,南设得兰群岛附近海域表层沉积物中的CDOM包含3种荧光组分,即类色氨酸、海洋类腐殖质和陆源类腐殖质,表现出较强的自生源特征,整个研究海域CDOM来源以内源为主,受陆生植物和土壤有机质的外源输入影响较小。通过CDOM各参数的相关性分析发现,沉积物DOM提取液的DOC含量与SOC含量以及吸收系数和腐殖化指数(HIX)等参数相互之间都呈显著正相关,相关系数(r)均在0.88以上,显著性水平P0.01。     

基于JASON-1资料的南海海域海面风、浪场特征分析

南海海域地形复杂,风浪多变,由极端的水文气象条件引起的大风、巨浪等海况灾害频发,对航道运输、石油开发、海岸工程、军事活动等造成一定的影响.研究基于2002年1月15日至2012年2月15日共372周期的JA-SON-1 GDR数据,采用克里金插值法分析南海海域海面风速和有效波高的时空分布特征和季节变化规律,运用核密度估计法提取大风和巨浪灾害的高发区域,为航道运输安全和海洋工程建设等提供参考.结果表明,南海海域年均海面风速和有效波高皆从东北向西南方向呈舌状高值区,并逐渐向外减小;季均海面风速和有效波高均呈现秋冬高、春夏低的变化规律;大风高发区多集中于南海东北部海域、台湾海峡和吕宋海峡附近;巨浪高发区则位于东沙群岛以南、中沙群岛以北、西沙群岛以东、菲律宾以西这一海域.     

基于DNA条形码对南极Yelcho站周边海域鱼类种类鉴定

南极鱼类是南极海洋生态系统的重要组成部分, 在食物网的物质循环和能量流动中起着重要的作 用。利用中国第32 次南极考察暨中智第2 次联合南极半岛综合科学考察采集Yelcho 站周边海域南极鱼类, 并基于形态学和DNA 条形码技术对其进行种类鉴定。序列相似性结果显示仅2 尾鱼类能准确鉴定到种, 剩 余6 尾属于模糊种; 结合GenBank 中的同源序列对其进行系统发育分析, 结果显示所有样品能明显分为4 个组群, 且各物种的最小种间遗传距离均高于该物种的最大种内遗传距离, 存在明显的条形码间隙, 证明 各物种鉴定结果的有效性。8 尾样品内存在3 个有效种, 南极鱼科7 尾, 裸南极鱼科1 尾, 在一定程度上反 映出Yelcho 站周边海域鱼类在物种组成和生物量上均以南极鱼科鱼类为主。     

楚科奇海和白令海浮游植物的种类组成与分布

根据 1 999年 7月至 8月我国首次北极科学考察期间“雪龙”号考察船在楚科奇海 ( 66°0 .3′N75°1 8.6′N ,1 5 3°36.5′W 1 74°5 9.5′W )和白令海 ( 5 5°5 9.8′N66°0 .3′N ,1 73°2 1 .1′E1 75°5 3.9′W)采集的 5 1份网采样品和 2 4份水采样品 ,鉴定浮游植物 3个门类 38属 1 2 1种 (含变种和变型 ) ,都是真核藻类。其中楚科奇海有 33属 1 0 3种 ,白令海有 2 5属 71种 ,两海区共有种 49种。这些种类可分为 4个生态类群 :( 1 )北极类群 ;( 2 )北极、亚北极北方类群 ;( 3)北方温带类群 ;( 4 )世界性广温类群等。主要优势种有楚科奇海的格鲁菱形藻 (Nitzschiagrunowii)、诺登海链藻(Thalassiosiranordenskioldi)和聚生角毛藻 (Chaetocerossocialis)等和白令海的西氏细齿状藻(Denticulaseminae)、柔弱菱形藻 (Nitzschiadilicatissima)、成列菱形藻 (N .seriata)和长海毛藻(Thalassiothrixlongissima)等。楚克奇海浮游植物的平均丰度 ( 8.32× 1 0 7个 /m3)远高于白令海( 1 .5 8× 1 0 6个 /m3)。文中还讨论了调查区浮游植物的分布特点及其与环境的关系。     

北极大气波导时空分布研究

在北极地区,有接通北美洲、欧洲北部和亚洲北部国家之间距离最短的直线路线,所以北极地区的战略位置日益重要。大气波导是重要的电波环境,利用大气波导可实现超短波、微波频段的超视距探测和通信应用。因此,研究北极大气波导有重要的意义。本文利用2007年1月—2016年12月十年的气象探空数据,统计分析了北极16个站点大气波导的时空分布,给出了大气波导出现概率与其波导层厚度、强度特征量的统计特征,并从天气和气候学角度初步探讨了其成因。统计结果显示:1.北极地区大气波导平均出现概率低于50%,且表面波导出现概率高于悬空波导; 2.表面波导层厚度、强度分别在30 m以下和10 M以下,悬空波导层厚度在40—80 m,强度小于10 M; 3.北欧海区和格陵兰岛为北极波导高发区,欧亚大陆的北部边缘为无波导区; 4.表面波导高发区在北欧海区和格陵兰岛,北大西洋暖流、格陵兰冷高压及极夜期的辐射逆温是表面波导形成的可能原因; 5.悬空波导高发区在北欧海区和白令海峡东北部区域,且在7—8月份的暖季极昼期间为其高发季,北欧海区暖季海雾、白令海峡东北部区域暖季受北极锋影响是悬空波导形成的可能原因。     

ERA40中北半球高纬地区冬季气候变化和冰-气相互作用特征分析

利用欧洲中期天气预报中心(ECMWF)再分析资料(ERA40)分析了最近几十年冬季北半球高纬地区的气候变化和冰-气相互作用特征。在全球增暖背景下,冬季北半球高纬地区增温幅度更大,但温度变化明显具有区域性特点。20世纪70年代末期开始,格陵兰海、巴伦支海及欧亚大陆大部分区域和北美大陆部分区域在增暖,而拉布拉多海、格陵兰和白令海峡区域却变冷。与此对应,中央北极区及气候冰岛低压中心海平面气压在降低,而再往南区域海平面气压在升高。从20世纪70年代开始,格陵兰海和巴伦支海给大气的感热通量和潜热通量增多,这说明由于气温增加,使得海冰密集度减小,海冰对海气感热通量和潜热通量交换的隔离层作用减小,通量交换大大增加。而在挪威海非海冰区,由于气温增加,海气温差减小,海洋给大气的感热通量和潜热通量减少。在拉布拉多海,由于气温降低,海气温差增大,使得海洋给大气的感热通量和潜热通量增加,有利于拉布拉多海海冰的增多。海平面气压、海冰密集度及表面感热通量和潜热通量之和对大气表面温度 EOF 展开第一模时间系数的线性回归结果均与各自的EOF 展开第一模空间分布特征接近。     

白令海盆17ka以来的古海洋与古气候记录

通过白令海盆08BR02钻孔(57°0.06'N,174°29.97'E,水深3 805 m)的AMS14C测年数据、颜色反射率b*与NGRIP(North Greenland Ice Core Project)氧同位素曲线及白令海4个钻孔颜色反射率b*记录作对比,建立该孔的地层年代框架,顶、底部沉积物年龄分别为4.2 ka和17.0 ka。该孔自17 ka以来,IRD(ice-rafted detritus:冰筏碎屑)、粒度的砂组分以及敏感组分中的33—63μm组分百分含量在全球性冷事件H1(Heinrich event 1)、B/A(Blling/Allerd)中期和YD(Younger Dryas)期间明显增加。IRD和有孔虫丰度在H1、B/A和YD期间同步增加,可能反映海冰融化为表层水提供营养物质,促使表层钙质生产力勃发并将有机质进一步输送至海底,为底栖生物提供营养物质。     

南极酵母Rhodotorula sp.NJ298的鉴定及其产虾青素的研究

本研究对产虾青素的南极菌株NJ298进行了鉴定,同时对影响虾青素产量的主要环境因子进行了测试。形态特征、生理生化特征及ITS序列的系统发育分析表明,南极菌株NJ298属于红酵母属(Rhodotorula);虾青素积累主要在NJ298生长的对数期和稳定期;乙酸钠、蛋白胨是合成虾青素的最佳碳、氮源;在0-15℃之间,南极酵母NJ298均可以生长,但是低温更有利于虾青素的积累;pH值在6-8范围内NJ298均可生长,最适pH值为7.5;该菌对盐度要求不严格。     

Contribution of a pathway through the Arctic Ocean to the recent reduction in the ice cover

The sea ice cover in the Arctic Ocean has been reducing and hit the low record in the summer of 2007.The anomaly was extremely large in the Pacific sector. The sea level height in the Bering Sea vs.the Greenland Sea has been analyzed and compared with the current meter data through the Bering Strait.A recent peak existed as a consequence of atmospheric circulation and is considered to contribute to inflow of the Pacific Water into the Arctic Basin.The timing of the Pacific Water inflow matched with the sea ice reduction in the Pacific sector and suggests a significant increase in heat flux.This component should be included in the model prediction for answering the question when the Arctic sea ice becomes a seasonal ice cover.     

楚科奇海和白令海毛颚类的分布

根据 1 997年 7─ 8月我国首次北极科学考察期间 ,分别在楚科奇海和白令海进行海洋综合调查的资料 ,分析了这两区毛颚类种类组成和生态类型的特征、丰度的水平分布、层状分布和昼夜垂直分布。同时还就其数量分布与某些环境因子的相关性进行初步探讨。研究表明 :( 1 )两区共记录毛颚类 7种 ,可分为 3个类群 ,在数量上 ,白令海的个体数明显高于楚科奇海 ;其平面分布的状况主要由优势种所左右 ,并且都呈现出南高北低的分布格局。 ( 2 )在楚科奇海 ,毛颚类的层状分布以 5 0─ 2 0 0m层数量较高 ,5 0 0─ 80 0m层最低。白令海毛颚类的昼夜垂直分布的趋势是 ,白天总个体数最高比值均出现在 2 0 0─ 5 0 0m层 ,而晚上─凌晨则密集于 1 0 0m以浅水域 ,尤以 0─ 5 0m层数量最高 ,表现出白天下降夜晚上升的分布规律。     

Winter climate change and sea ice-atmosphere interaction at high northern latitudes in ERA40 dataset

Based on the reanalysis dataset ERA40 of European Center of Medium Range Weather Forcast (ECMWF), winter climate change and characteristics of sea ice-atmosphere interaction at high northern latitudes for recent several tens of years are analyzed. Superposed upon the background of global warming, the amplitude of temperature increase in winter at high northern latitudes is bigger and it exhibits different features in different regions. From the end of 1970 s, the Greenland Sea, the Barents Sea and most part of Euro-Asian continent and North American continent are getting warmer, whereas the Labrador Sea, the Greenland and the area around the Bering Strait are getting colder. Meanwhile, the sea level pressure in the central part of the northern polar region and the place where the climatic Icelandic low exist decreases, but in places farther southward it increases. Since the 1970 s, the sensible heat flux and latent heat flux sent to the atmosphere from the Greenland Sea and the Barents Sea has increased, this is mainly due to the reduction of sea ice concentration and the weakening of insulator and shield effect of the solid ice accordingly caused by the increase of air temperature. In sea ice free area of the Norwegian Sea, the sensible heat flux and latent heat flux sent to the atmosphere has reduced due to decrease of temperature and humidity differences between the air and the sea surface caused by increase of air temperature and humidity. In the Labrador Sea, due to decrease of air temperature and humidity and increase of temperature and humidity differences between the air and the sea surface accordingly, the sea gives more sensible heat flux and latent heat flux to the air. This will lead to the growth of sea ice extent there. The features of linear regression of sea level pressure, sea ice concentration and sum of sensible heat flux and latent heat flux toward time series of the leading mode of EOF expansion of surface air temperature are close to those of their own EOF expansion for the leading mode, respectively. This shows that these variables share similar features of variation with time linearly.