南极中山站近岸海冰生态学研究 Ⅳ.海冰营养盐浓度的季节变化及其与生物量的关系

对１９９２年４月至１２月间中山站近岸海冰营养盐状况以及与生物量的关系进行了分析。为了能与海水中的营养盐进行对比,对海冰融化样的营养盐数据进行了同期冰下海水表层盐度的校正。结果显示,海冰中多数层次的硝酸盐浓度低于冰下表层海水的浓度,而磷酸盐和硅酸盐浓度则正好相反,亚硝酸盐浓度在观测期间均高于冰下表层海水的浓度。海冰营养盐浓度无明显的变化规律,呈现较大的波动,它可以是冰下表层海水的数分之一直至高出一个数量级,除显著的冰底水华期外并不构成冰藻生长的限制因素。海冰营养盐的分布与叶绿素ａ含量无明显的相关性。     

气候变化背景下极地海洋和陆地生态系统中持久性有机污染物的迁移和分布

近年来,气候变化对极地环境产生深远的影响,进一步影响到持久性有机污染物(persistent organic pollutants,POPs)在极地同环境介质之间的分布和迁移。对极地海洋生态系统而言,气候变化导致的海冰消融和开放性海域面积增加,使得表层海水和海冰中的POPs物质再次释放进入大气;同时气候变化导致的极地海洋初级生产力降低会对海洋生物泵产生影响,而使得极地海洋中的POPs物质难以进入深海,增加极地生态系统对POPs的暴露。对极地陆地生态系统而言,POPs的地球化学循环受到温度增加,及其导致的土壤有机质含量增加共同作用的影响。     

2011年初冬南极普里兹湾冰间湖区上层水体结构演化研究

利用5头活动于南极普里兹湾的象海豹携带的CTD观测获得的2011年3—6月埃默里冰架前缘冰间湖区域海水温盐剖面数据, 研究了该海域上层水体结构在初冬的演化过程。结果显示, 可将该演化过程分为三个阶段：第一阶段海水温度从层化到均匀, 3月下旬次表层仍维持暖水特征, 随着表层海水冷却作用, 次表层暖水逐渐消失, 上下水体温度趋于均匀并接近冰点, 温度剖面从“逆温型”演变到“均匀型”; 第二阶段海水盐度从层化到上下均匀, 也就是从“均匀型”演变到“渐变型”, 海水结冰析盐过程使上层海水盐度增加, 增强垂直对流混合, 上下层盐度达到均匀; 第三阶段冷却结冰持续, 海水盐度继续增大, 形成盐度随深度减小, 温度随深度增大的“渐变型”结构。根据温盐剖面数据计算三个阶段的海-气之间的热通量分别是－90.93、－82.20和－43.44 Wm^-2。考虑海水盐分的增加主要源于海冰形成, 由此推算三个阶段内平均的海冰形成速率分别是5.4、4.9和2.5 cm d^-1。在南极初冬时期, 随着海水上层低温高盐化演变持续, 海水向大气释放的热通量逐渐减少, 海冰形成速率也呈减少趋势。     

“雪龙2”号冰区表层海水采集系统的设计与实现

表层海水采集系统是现代科学考察船装备的基础科考设备,通过连续水样采集,可以为走航观测设备、实验室以及培养容器连续提供表层海水,并获取表层海水pCO_2、温度、盐度、叶绿素、营养盐等基础数据。南、北极科考要求表层海水采集系统在南北极浮冰区以及南大洋区域提供实时、高保真以及连续的表层海水。由于极地考察海域的特殊性,表层海水采集系统常会遇到问题,如:在浮冰区经常被碎冰堵塞吸口导致无法正常供应表层海水、海洋生物在管道内附着导致管道污染、海水在输送过程中升温导致无法保持其原位状态、管道生锈污染海水等。为解决上述问题,"雪龙2"号在"雪龙"号的基础上,对防冰堵、海水高保真、实时性、防海生物污染等几个关键技术点进行重点设计,成功建成了一套可在冰区连续运行作业的表层海水采集系统,经过中国第36次南极考察一个航次实践,大概率降低冰堵情况的发生,获取了大量珍贵的科考数据。     

海洋初级生产力遥感与GIS评估模型研究

本文探讨了利用遥感和地理信息系统技术获取海洋初级生产力的基本原理和方法。根据表层海水叶绿素遥感信息反演模型。介绍了三种基于表层海水中叶绿素浓度的海洋初级生产力算法。根据这三种算法,利用ＧＩＳ建模技术,推导了具有空间特征的海洋初级生产力的ＧＩＳ理论估算模型,以及这种模型的求解方法。     

南极中山站近岸海冰生态学研究Ⅳ.海冰营养盐浓度的季节变化及其与生物量

对１９９２年４月至１２月间中山站近海岸海冰营养盐状史以及与生物量的关系进行了分析,为了能与海水中的营养盐进行对比,对海冰融化样的营养盐数据进行了同期冰下海水表层协度的校正。结果显示,海冰中多数层次的硝酸盐浓度低于水下表层海水的浓度,而磷酸盐和硅酸盐浓度则正好相反,亚硝酸盐浓度在观测期间均高于冰下表层海水的浓度。     

基于GIS建模的海水环境质量可变模糊识别评价

基于对立统一与质量互变定理的可变模糊评价方法引入海水水质综合评价,构建基于对立统一与质量互变定理的海洋环境质量可变模糊评价模型,首先分析可变模糊评价方法的原理和方法,然后结合GIS栅格数据在表达空间信息方面具有的独特优势,以栅格数据为基础,利用地理信息系统空间叠置分析、地理信息系统空间建模等计算,建立基于多源栅格数据的海水环境可变模糊综合评价模型,得到莱州湾2004~2010年海水环境空间分布图。实践证明,该模型应用于海水水质综合评价是完全可行的,为海洋环境领域的多目标综合评价与决策提供了新的思路与方法。     

南极中山站近岸海域生态环境监测与研究

1998年 1 2月 1 1日至 1 999年 1月 1 3日在中山站近岸海域进行了一次较为全面的生态环境监测 ,监测内容包括∶ p H、T、盐度 (电导率 )、浊度、DO、COD、营养盐 (NO3 - N、NO2 - N、NH4 -N和 PO4 - P)和叶绿素 ,部分监测站位海水样品分层采集 ;其间还进行两次中山站区排污口生活污水连续 2 4小时监测。结果表明 ,冰缝间以及海冰底层下 1 m内的海水为各种环境理化因子的急剧变化层 ,大于冰底 1 m深的海水中的各要素变化梯度趋于平稳 ,营养盐垂直分布具有一定规律。p H和 DO为一类海水水质 ,无机氮属一、二类水质 ,无机磷属超三类水质 ,表层海水中叶绿素 a的平均值为 0 .6 71 mg/m3。中山站排放的生活污水中 COD、p H和悬浮物均符合我国的废污水排放标准 ,仅无机磷超一级排放标准。文中还探讨了在中山站近岸海域开展生态环境监测的监测方法     

西北冰洋总碱度与溶解无机碳的分布

2008年7～9月,中国进行了第三次北极科学考察。本研究即利用此次宝贵的科学考察机会,在西北冰洋现场采集大量的海水样品,进行二氧化碳体系（主要包括总碱度(TA),和溶解无机碳(DIC)等）研究。得到了西北冰洋二氧化碳体系参数的分布,并对其控制因素进行了讨论。夏季西北冰洋表层海水总碱度（TA）、盐度归一化总碱度（nTA,nTA =TA*35/S）、溶解无机碳（DIC）和盐度标准化溶解无机碳（nDIC,nDIC=DIC*35/S）的范围分别为1757～2229μmol kg-1,2383～2722μmol kg-1,1681～2034μmol kg-1,2119～2600μmol kg-1。由于受到河水和海冰融化水的稀释,表层DIC和TA的浓度都比较低。78°N以南西北冰洋上层水柱中TA与盐度有良好的正相关关系,比较保守,在盐度大于30时,主要是海水端元与河水端元混合,在盐度小于30时主要是海水端元与海冰融化水端元的混合。在楚科奇海,DIC分布主要受到有机质生产或降解的主控,而加拿大海盆无冰区混合层DIC分布的主控因素是海水与海冰融化水的保守混合。     

南极夏季普里兹湾叶绿素a的时空变化研究

利用SeaWiFs、MODIS卫星数据所获取的南极普里兹湾表层海水叶绿素a（Chl-a）与海表温度（SST）的遥感数据,并结合我国2001-2011年南极科学考察所获得的现场数据,对该区域的海表温度、叶绿素a与营养盐的分布规律进行分析。结果表明：研究海区的叶绿素a的分布具有明显的区域特征,以陆架坡为界,湾内向湾外表现出明显的递减趋势;在湾内陆架区,浮游植物的旺发主要受海冰消融以及营养盐供给的影响,十年南极夏季叶绿素a浓度的遥感区域平均值为1.40mg/m3;在陆坡区,浮游植物的繁殖主要受到水文条件的影响,十年的夏季遥感平均值为0.44mg/m3;在湾外深海区,浮游植物的繁殖主要受到水文条件与铁元素的影响,浓度较低,十年的夏季遥感平均值为0.25mg/m3。在整个南极夏季,研究海域每月的叶绿素a浓度与海表温度呈现出一定的正相关性（R2=0.505）,而在年际变化上,叶绿素a与海表温度的变化趋势也有着明显的相似性,表明温度是叶绿素a浓度的主要影响因素。通过研究多变量厄尔尼诺指数与湾内表层叶绿素a浓度的关系,可知在相对敏感的湾内陆架区,厄尔尼诺/拉尼娜可能会对叶绿素a的浓度产生影响,在厄尔尼诺年,叶绿素a的浓度较高;而在拉妮娜年,叶绿素a的浓度较低,表明高纬度海区浮游植物的生长与繁殖对中低纬度的ENSO事件存在一定的响应联系。     

中国极地冰冻圈网络数据库建设

中国极地冰冻圈数据库是“中国极地科学数据库”的子数据库之一 ,它是我国极地科学研究的一项基础性工作。已建成的中国极地冰冻圈网络数据库主要包括冰川物理特性、冰川化学数据、海冰、气象、遥感和地理信息系统等 6个数据子库 ,其中遥感数据由于数据量大 ( 30G) ,在线仅提供数据目录 ,其余 5个数据子库在线数据量达 1 .5G左右。该数据库系统利用MicrosoftWindows 2 0 0 0Server作为Web服务器 ,选择MicrosoftSQLServer 7.0作为数据库管理软件 ,利用InternetInformationServer 5 .0和SybasePowerDynamo配置因特网服务器 ,功能上可以实现WWW服务和FTP服务。整个系统采用了因特网 (Internet)与客户机 /服务器 (Client/Server)相结合的技术 ,用户在权限范围内可以通过WWW服务网址方便地实现对网上资源的检索、浏览、打印、下载等功能     

中国2003年北极海冰调查及未来北极海冰研究战略

以建立气候模式中的海冰模式为主线 ,首先回顾了国际上海冰模式发展现状和趋势 ,从现有模式机理上存在的问题说明认识海冰各物理过程的现场和实验室调查研究的关键科学问题。之后介绍了中国第二次北极科学考察中的海冰调查内容。最后结合国内调查研究能力和国际上海冰科学发展走向 ,根据国内外资料和极地海冰的客观现象 ,提出 6项战略 ,希望作为以后中国北极海冰理论和模式为背景的现场和实验室研究的方向。     

基于海冰密集度遥感数据的波弗特海海冰时空变化研究

采用美国冰雪数据中心(NSIDC)的日尺度与月尺度海冰密集度数据,将海冰密集度为15%作为阈值确定海冰外缘线位置,提取波弗特海海域的海冰外缘线,计算波弗特海的海冰密集度、海冰范围与海冰面积,然后通过海冰范围与海冰外缘线的年际变化与季节变化来分析波弗特海海冰外缘线退缩的时空变化特征与趋势。实验结果表明,1978—2015年波弗特海的海冰密集度、海冰范围与海冰面积整体变化趋势一致,减少趋势显著。37年来,海冰密集度平均每年减少约0.3%,海冰范围平均每年减少3 235 km2,海冰面积平均每年减少5 084 km2。海冰密集度在1979—1996年无明显减少趋势,1996—2015年减少趋势明显。波弗特海海冰范围一般在9月达到最小值,在11月至次年5月维持在最大值(全冰覆盖状态);海冰面积一般在9月达到最小值,在12月或者1月达到最大值。海冰范围最小值出现时间有延迟的趋势,全冰覆盖状态具有起始时间越来越晚、终止时间越来越早、持续时间越来越短的趋势,平均持续天数为212 d。     

The research of Polar sea ice and its role in climate change

As an important part of global climate system,the Polar sea ice is ef fecting on global climate changes through ocean surface radiation balance,mass balance,energy balance as well as the circulating of sea water temperature and salinity.Sea ice research has a centuries-old history.The many correlative sea ice projects were established through the extensive international cooperation d uring the period from the primary research of intensity and the bearing capacity of sea ice to the development of sea/ice/air coupled model.Based on these rese arches,the sea ice variety was combined with the global climate change.All res earch about sea ice includes:the physical properties and processes of sea ice a nd its snow cover,the ecosystem of sea ice regions,sea ice and upper snow albe do,mass balance of sea ice regions,sea ice and climate coupled model.The simu lation suggests that the both of the area and volume of polar sea ice would be r educed in next century.With the developing of the sea ice research,more scient ific issues are mentioned.Such as the interaction between sea ice and the other factors of global climate system,the seasonal and regional distribution of pol ar sea ice thickness,polar sea ice boundary and area variety trends,the growth and melt as well as their influencing factors,the role of the polynya and the sea/air interactions.We should give the best solutions to all of the issues in future sea ice studying.     

Analysis on Environmental Pollution in China’s Coastal Ecosystem

In recent years, with the rapid development of China’s economy, the coastal environment is facing large pressure. However, the coastal environment pollution has not attracted much attention as air pollution and land water pollution. Based on the data on economic development and marine ecosystem environmental pollution which collected from the National Bureau of Statistics and China’s coastal marine environmental monitoring, the paper analyzes the overall coastal ecosystem environment pollution in China as well as the four sea areas the Bohai Sea, the Yellow Sea, the East China Sea and South China Sea. The paper finds that the coastal marine environment pollution differ in different sea areas, taking the seawater quality, over-standard pollutants, water quality of rivers entering seas and coastal marine environmental disasters, such as red tide as index. Couple of policy suggestions provided based on research findings.     

基于锚系观测的北冰洋加拿大海盆中层水变化研究

20世纪90年代以来,北极进入了以海冰快速减少为显著特征的快速变化时期。通过分析“波弗特流涡观测计划”在北冰洋加拿大海盆的4个站点上布放剖面观测系统所获得的2003—2011年的温度、盐度剖面观测数据,研究了加拿大海盆北极中层水的变化特征。在观测期间,加拿大海盆中央区中层水核心温度变化较小,楚科奇海台地区有明显下降特征,海盆中央区以北以及加拿大群岛陆坡边缘区核心温度呈持续升高趋势。北极中层水核心深度在4个站点都有不同程度的加深趋势,加深的程度和参与分析的表层淡水含量以及因海冰消失导致的风应力变化有一定的对应特征。4个站点表层(75—200 m)的热含量在无冰海域有明显的增长,在有冰海域热含量较稳定;加拿大海盆200—400 m和400—800 m深度范围内的热含量变化情况与中层水核心深度的变化情况一致,伴随着中层水核心深度加深至400 m乃至更深处,中层水的能量也逐渐下移,造成200—400 m水层能量普遍降低而400—800 m水层能量普遍增加。加拿大海盆4个观测站点因背景环境条件和所受影响的不同,造成了中层水的变化和响应趋势的差异。     

影响北极地区迅速变化的一些关键过程研究

最近研究证明 ,近半个世纪来 ,北极地区正在发生迅速变化。部分地区温度上升了 2- 3°C ,北冰洋海冰退缩 5 %,中心地区海冰厚度变薄 ,海面压力降低 ,中上层水淡化和变暖 ,吸收CO2 能力增加 ,臭氧耗损和紫外线辐射增强。中国于 1 999年开展了“中国首次北极科学考察” ,在楚科奇海、加拿大海盆、白令海以及临近海域开展了海冰气相互作用的多学科综合考察 ,对北极的区域特征及其在全球变化中的作用研究获得一些新的认识。观测到加拿大海盆中层水持续增暖的现象 ,揭示了西北冰洋与白令海水体交换的途径和次表层暖水结构 ,发现了加拿大海盆是北冰洋河水的主要储存区。利用联合冰站观测数据 ,模拟了北冰洋夏季大气边界层结构和下垫面能量平衡的变化特征 ,定量给出了北冰洋夏季海 /气和冰 /气之间湍流通量和边界层参数的差异。海 /气CO2 的通量观测表明 ,考察区的大部分海域均为大气CO2 汇区 ;西北冰洋海冰区具有较高的生物泵运转效率 ,楚科奇海陆架是一个高效的有机碳“汇”区 ,寒冷水体中微生物活动并未受到明显抑制。沉积物的地球化学过程研究表明 ,海底表层沉积物中碘含量存在着由低纬度到高纬度增加趋势 ,北极地区可能是碘的汇区 ,碘可作为极区古海洋中的地球化学元素变化的重要指标。楚科奇海、白令海     

Trends and variability of sea ice in Baffin Bay and Davis Strait, 1953–2001

The extent and duration of sea ice in Baffin Bay and Davis Strait has a major impact on the timing and strength of the marine production along West Greenland. The advance and retreat of the sea ice follows a predictable pattern, with maximum extent typically in March. We examine the area of sea ice in March in three overlapping study regions centred on Disko Bay on the west coast of Greenland. Sea ice concentration estimates derived from satellite passive microwave data are available for the years 1979-2001. We extend the record back in time by digitizing ice charts from the Danish Meteorological Institute, 1953-1981. There is reasonable agreement between the chart data and the satellite data during the three years of overlap: 1979-1981. We find a significant increasing trend in sea ice for the 49-year period (1953-2001) for the study regions that extend into Davis Strait and Baffin Bay. The cyclical nature of the wintertime ice area is also evident, with a period of about 8 to 9 years. Correlation of the winter sea ice concentration with the winter North Atlantic Oscillation (NAO) index shows moderately high values in Baffin Bay. The correlation of ice concentration with the previous winter's NAO is high in Davis Strait and suggests that next winter's ice conditions can be predicted to some extent by this winter's NAO index.     

SIS海冰模式中两种盐度参数化方案的差异

详细介绍了Sea Ice Simulator(SIS)海冰模式中引进两种盐度参数化方案即等盐度方案和盐度廓线方案对海冰模拟所存在的差异。利用盐度廓线方案导出的表征盐度与海冰温度间关系的方程比等盐度方案多出一项,将该项定义为盐度差异项。盐度差异项对海冰厚度的热力作用表现为:在海冰厚度增长季节(11月到次年5月),盐度差异项通过升高海冰内部温度,抑制海冰增长;在消融的第一阶段(6—8月),盐度差异项通过升高海冰内部温度加快海冰消融;在消融的第二阶段(9—10月),盐度差异项通过降低海冰内部的温度抑制海冰消融。但尺度分析表明,盐度差异项要比方程中对海冰温度作用最大项小1—2个量级,如果采用一级近似,可以略去盐度差异项,因此盐度差异项对与海冰增长和消融影响很小。同时利用GFDL中心研制的冰-洋耦合模式Modular Ocean Model(MOM4),分别采用两种盐度参数化方案模拟北极海冰厚度和海冰密集度的季节性变化,模拟结果也表明两种方案模拟得到的海冰厚度和海冰密集度的季节性变化相差甚小。     

南极威德尔海新生期海冰生态结构Ⅰ.叶绿素a与营养盐

１９９２年３－５月极星号ＡＮＴ／Ｘ３秋季航次，对南极威德尔海东北海域浮冰区形成期新冰生态结构进行考察研究。结果表明，海冰物理结构特征与海冰生成环境及其形成过程有很大关系。冰体结构以颗粒冰、柱状冰以及混合冰为主，以颗粒冰为主结构的海冰较多地聚集浮游生物细胞，消耗部分冰中营养盐，柱状冰较少聚集生物细胞，其营养盐波动较小。同时，新形成期海冰中，叶绿素含量普遍低于一年冰，而营养盐含量则较高，基本处于初始状态，由此表明，海冰中生命活动随海冰冰龄增加而不断增强。