南极威德尔海海冰晶体类型分析

为了解南极威德尔海不同区域海冰形成过程,分析了2006年9—10月威德尔海海冰调查中的27支冰芯晶体并描述了冰芯反映的冰层形成过程;给出2支完整冰芯晶体照片和多边形晶体雪冰照片,以及对应照片的冰层描述和冰盐度、密度、粒径。根据冰芯晶体揭示的海冰形成过程,发现尽管现场考察均选择较大表面平整的浮冰作业,但冰芯晶体揭示出实际冰层可以是受动力和热力联合作用形成的重叠冰、固结冰脊、二年冰;而从表面到底面属于纯热力学生长形成的冰层所占比例较小。积雪经过密实和水分参与,再冻结形成多边形晶体雪冰也是南极海冰主要组成之一。粒状晶体、过渡区混合晶体和柱状晶体海冰分别占27支冰芯总长度的28.7%、14.4%和55.2%。海冰的区域分布表现出海冰边缘区以纯热力学生长的一年冰为主;在冰架前缘,受动力作用形成的重叠冰和固结冰脊的比例增加,并且存在二年冰和多边形晶体雪冰;冰间湖内生长有大面积纯热力学生长的海冰并向外输送。     

南极海冰、冰穴和冰川冰及其对水团形成和变性的作用

本文利用前人的成果及笔者1992/1993年的南极海冰观测和收集的资料以及水文观测资料数据阐述了南极海冰的特性,特别是南极海冰过程、冰穴以及冰川冰对南极水团(南极表层水、南极底层水、南极陆架水、南极中层水以及南极冰架水)的形成和变性所起的特殊作用。 南极海冰覆盖面积的年际变化,夏季最大年份是最小年份的2倍多,冬季年间变化较小,最大仅为20％;但其季节变化非常大,冬季平均覆盖面积通常是夏季的5倍。南极海冰对大气-海洋间相互作用有重大影响,特别是深海洋区中冬季的结冰和发育造成的垂向对流、夏季的融化是形成南极表层水(含南极冬季水和南极夏季表层水),进而形成南极中层水的主要原因;南极陆架区的的海冰兴衰过程是形成南极陆架水的直接原因,它与变性南极绕极深层水混合并受到冰川冰的进一步冷却作用,成为形成南极底层水的主要水团;南极冰架底部的冷却、融化和冰架以下水体的结冰作用形成的高盐对流过程产生的南极冰架水,亦是形成南极底层水的贡献者。 冰穴是70年代以来卫星观测的重大发现。对其形成和对大气、海洋的影响作用尚不完全清楚,初步的研究成果表明,冰穴中产生的热盐对流对南极水团的形成、变性、大洋深层的翻转以及海洋-大气间的热量传输和气体交换起有非常重要的作用。     

2002—2011年南极海冰变化的遥感分析

基于2002—2011年南极地区AMSR-E逐日海冰密集度数据, 计算相应时间段内的海冰外缘线和海冰面积, 分析了南极地区这10年来各时间尺度上的海冰变化, 揭示了海冰变化的时空特征。结果表明: 2002— 2011年南极海冰外缘线、海冰面积分别增加了3.64%、3.8%, 总体上呈现增加的趋势, 其中2008年海冰面积最大。罗斯海、西太平洋和威德尔海的海冰面积呈现增加趋势, 而印度洋和别林斯高晋海/阿蒙森海的海冰面积则趋于减小。南极海冰面积一般夏季最小、冬季最大, 相同季节海冰面积变化波动较小, 不同海区只是变化范围不同。南极一年冰增长速度较低, 平均每年增加约0.1×106 km2, 且大范围地分布在南极大陆(除威德尔海外)周围。多年冰平均每年减少0.05×106 km2, 且多处于威德尔海。海冰面积变化与气温有负相关关系。     

南极冰盖SO24-浓度记录研究进展

本文综述了南极冰盖雪冰中SO24-的来源、SO24-浓度记录的时空分布特征,特别对nssSO24-记录的火山活动事件进行了概括与总结,反映了近年来南极雪冰中SO24-记录的最新研究进展.南极冰盖雪冰中SO24-来源的综述表明南极地区雪冰中的SO24-主要来源于海盐、海洋生物和火山喷发三种.很多研究表明,用南极冰芯中记录的nssS24-可以恢复火山活动的历史,虽然对同一次火山活动,在取自南极不同地区的冰芯中,其浓度和沉积通量大不一样,然而,各次火山活动引起的硫酸根离子的沉积通量相对于Tambora火山的沉积通量的百分比在不同冰芯中却经常具有可比性,这使得利用冰芯中nssSO24-的沉积通量推算历史时期火山喷发的强度成为可能.     

南极冰盖SO_4~(2-)浓度记录研究进展

本文综述了南极冰盖雪冰中SO2 -4 的来源、SO2 -4 浓度记录的时空分布特征 ,特别对nss SO2 -4 记录的火山活动事件进行了概括与总结 ,反映了近年来南极雪冰中SO2 -4 记录的最新研究进展。南极冰盖雪冰中SO2 -4 来源的综述表明南极地区雪冰中的SO2 -4 主要来源于海盐、海洋生物和火山喷发三种。很多研究表明 ,用南极冰芯中记录的nssSO2 -4 可以恢复火山活动的历史 ,虽然对同一次火山活动 ,在取自南极不同地区的冰芯中 ,其浓度和沉积通量大不一样 ,然而 ,各次火山活动引起的硫酸根离子的沉积通量相对于Tambora火山的沉积通量的百分比在不同冰芯中却经常具有可比性 ,这使得利用冰芯中nssSO2 -4 的沉积通量推算历史时期火山喷发的强度成为可能     

南极冰盖SO_4~(2-)浓度记录研究进展

本文综述了南极冰盖雪冰中SO2 -4 的来源、SO2 -4 浓度记录的时空分布特征 ,特别对nss SO2 -4 记录的火山活动事件进行了概括与总结 ,反映了近年来南极雪冰中SO2 -4 记录的最新研究进展。南极冰盖雪冰中SO2 -4 来源的综述表明南极地区雪冰中的SO2 -4 主要来源于海盐、海洋生物和火山喷发三种。很多研究表明 ,用南极冰芯中记录的nssSO2 -4 可以恢复火山活动的历史 ,虽然对同一次火山活动 ,在取自南极不同地区的冰芯中 ,其浓度和沉积通量大不一样 ,然而 ,各次火山活动引起的硫酸根离子的沉积通量相对于Tambora火山的沉积通量的百分比在不同冰芯中却经常具有可比性 ,这使得利用冰芯中nssSO2 -4 的沉积通量推算历史时期火山喷发的强度成为可能     

东南极夏季中山站邻近固定冰DMS、DMSP分布初探

中国第30次南极科学考察期间,在中山站邻近固定冰区采集了两支海冰冰芯并首次分析其中的DMS、DMSP含量。结果表明,两支冰芯上层均含有较高浓度的DMSP+DMS,分别高达114.93及134.41 nmol·L-1。冰芯中DMS、DMSP+DMS浓度随深度的增加而递减。两支冰芯顶部DMSP+DMS高值的成因不同,冰芯1主要受藻类活动影响而产生DMSP+DMS高值,冰芯2主要是由于雪层及薄冰层阻碍,致使DMS在冰芯顶部聚集产生DMS高值。因为海冰底部较高生物量的海冰融化进入水体,所观测的剩余海冰底部Chl a、DMSP+DMS值均较低。在海冰的融化过程中,卤道内的卤水可发生垂向运输,致使冰芯中Chl a、DMSP+DMS的垂直分布有所不同。冰芯的Chl a、DMSP+DMS总量分别为6.79和10.20、51.83和88.41μmol·m-2,与前人研究结果比较,在海冰融化过程中,海冰中Chl a、DMSP+DMS总量变化的总趋势是递减的。     

南极海冰与我国夏季天气的关系

南极各区海冰变化不同,这种不同的变化必然对各区局地大气环流产生不同的影响,进而可能对全球气候系统产生不同的作用。本文利用Hadley中心提供的1968年1月-2002年12月全球海冰密集度格点资料,结合中央气象台的北半球500hPa、100hPa高度场资料以及中国160站降水、温度资料,利用诊断分析方法,分别对南极Ross海区和Weddell海区海冰与我国夏季天气的关系进行了研究。研究表明,南极Ross海区和Weddell海区海冰对我国夏季天气均具有指示意义。Ross海区是影响我国夏季东北地区降水的海冰关键区,若该区上一年9月海冰偏多,则来年6月我国东北降水偏少;Weddell海区是影响我国夏季东北温度的海冰关键区,若该区上一年9月海冰偏多,则来年6月我国东北温度偏低。     

南极海冰导温系数与孔隙率关系初探

利用南极中山站附近固定冰不同季节的温度垂直廓线,冰芯盐度、密度数据,基于Cox等发展的冰内孔隙率计算方法,获得冰内孔隙率的垂直廓线。再通过建立分布参数系统最优控制模型,优化辨识在无热源条件下冰内温度垂直廓线对应的海冰导温系数。通过比较7种冰导温系数同孔隙率的关系,选择出海冰导温系数和孔隙率的最优关系式。用该关系式对同一地点不同年份的海冰进行温度垂直廓线计算,比较辨识的导温系数同孔隙率的关系相对于前人理想海冰模型中的导热系数、比热等公式计算对应条件的海冰垂直温度廓线的优势。两种计算结果说明,辨识得到的关系所引起的偏差在趋势和量级上同理想模式计算的结果相同,但辨识得到的关系更简洁,且更具有物理背景。     

南极海冰的时空变化特征

依据Hadley中心提供的全球海冰密集度格点资料 ,利用诊断分析方法 ,对近 35年来南极海冰的时空变化特征进行了研究。研究表明 ,在南极地区 ,海冰平均北界和海冰总面积的变化基本一致 ,可以用海冰北界来研究南极海冰的时空变化特征。南极海冰最多和最少期分别出现在 9月和 2月 ;威德尔海和罗斯海地区海冰最多、变化最大 ,南极半岛地区海冰最少 ,变化也小 ;近 35年来环南极地区的海冰有明显的减少趋势。南极海冰变化的时空多样性十分明显 ,存在着 5个变化不同的区域 ,其中有两个区域近 35年来海冰范围扩大 ,面积增加 ,而另三个区域则海冰范围缩小 ,面积减少。不同区域的海冰都存在着较明显的 2- 3年和 5- 7年主振荡周期。南极海冰时空变化特征的研究对进一步认识南极地区海 冰 气相互作用的物理过程 ,讨论南极海冰变异与大气环流和天气气候的关系有重要意义     

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。     

Direct incorporation of paraffin wax as phase change material into mass concrete for temperature control:mechanical and thermal properties

Taking advantage of heat absorbing and releasing capability of phase change material (PCM),Paraffin wax-based concrete was prepared to assess its automatic temperature control performance.The mechanical properties of PCM concrete with eight different Paraffin wax contents were tested by the cube compression test and four-point bending test.The more Paraffin wax incorporated,the greater loss of the compressive strength and bending strength.Based on the mechanical results,four contents of Paraffin wax were chosen for studying PCM concrete's thermal properties,including thermal conductivity,thermal diffusivity,specific heat capacity,thermal expansion coefficient and adiabatic temperature rise.When the Paraffin wax content increases from 10% to 20%,the thermal conductivity and the thermal diffusivity decrease from 7.31 kJ/(m·h·℃) to 7.10 kJ/(m·h·℃) and from 3.03×10~(-3)m~2/h to 2.44×10~(-3)m~2/h,respectively.Meanwhile the spe‐cific heat capacity and thermal expansion coefficient rise from 5.38×10~(-1)kJ/(kg·℃) to 5.76×10~(-1)kJ/(kg·℃) and from9.63×10~(-6)/℃ to 14.02×10~(-6)/℃,respectively.The adiabatic temperature rise is found to decrease with an increasing Paraffin wax content.Considering both the mechanical and thermal properties,15%of Paraffin wax was elected for the mass con‐crete model test,and the model test results confirm the effect of Paraffin wax in automatic mass concrete temperature control.     

南北极海冰变化及其影响因素的对比分析

海冰是海洋-大气交互系统的重要组成部分,与全球气候系统间存在灵敏的响应和反馈机制。本文选用欧洲空间局发布的1992—2008年海冰密集度数据分析了南北极海冰在时间和空间上的变化规律与趋势,并结合由美国环境预报中心(National Centers for Environmental Prediction,NCEP)和美国大气研究中心(National Center for Atmospheric Research, NCAR)联合制作的NCEP/NCAR气温数据和ENSO指数探讨了南北极海冰变化的影响因素。结果表明,北极海冰面积呈明显的减少趋势,其中夏季海冰最小月的减少更快。北冰洋中央海盆区、巴伦支海、喀拉海、巴芬湾和拉布拉多海的减少最明显。南极海冰面积呈微弱增加趋势,罗斯海、太平洋扇区和大西洋扇区的海冰增加。北极海冰面积与气温有显著的滞后1个月的负相关关系(P0.01)。北极升温显著,北冰洋中央海盆区、喀拉海、巴伦支海、巴芬湾和楚科奇海升温趋势最大,海冰减少很明显。南极在南大西洋、南太平洋呈降温趋势,海冰增加。北极海冰减少与39个月之后ONI的下降、40个月之后SOI的上升密切相关;南极海冰增加与7个月之后ONI的下降、6个月之后SOI的上升存在很好的响应关系。南北极海冰变化与三次ENSO的强暖与强冷事件有很好的对应关系。     

气候系统模式对于北极海冰模拟分析

利用全球耦合模式对比计划第五阶段(CMIP5)模拟试验的结果,并与观测资料对比分析,评估了CMIP5模式对北极海冰的模拟效果。结果表明:多数模式可以较好地模拟出北极海冰的空间分布以及季节变化特征。1979—2005年北极海冰迅速减少,所有模式均模拟出北极海冰减少的趋势,但减少趋势大小与观测差别较大。在全球变化的背景下,全球地表气温升高1℃,北极海冰的面积减少1.02×106km2,而在模式中减少的北极海冰面积在0.62×106—1.68×106km2之间,说明模式对于北极海冰的模拟仍然存在很多不确定性。     

南半球环状模与南极冰芯中气候信息关联研究综述

冰芯作为气候环境信息的良好载体,在研究过去大气环流异常中具有其他气候代用指标难以比拟的优势。本文重点综述了南极冰芯气候记录与南半球环状模(SAM-Southern Annular Mode)的关联特征:SAM与冰芯记录为同期变化,冰芯中NO-3、海盐组分(以Na+为代表)和水同位素比值δ18O同SAM指数具有较好的关联性;冰芯中SO2-4和MSA同SAM存在一定的关联,但相关性不显著;西南极冰芯记录的积累率同SAM具有较强的关联。需要说明的是,冰芯中各参数与SAM的相关性存在较大的空间差异。     

基于体长和复眼直径的南极大磷虾种群年龄结构分离研究

基于2013年2—3月南极普里兹湾南极大磷虾(Euphausia superba)样品的复眼直径和体长数据,使用Normsep方法对大磷虾种群年龄结构组成进行分离研究,结果表明:利用复眼直径和体长数据分离出的大磷虾年龄组均为1+—4+龄,群体年龄以2+龄为主;复眼直径的分离效果优于体长,其结果更为可靠;1+—3+龄磷虾复眼直径平均值分布范围为1.21—1.40 mm、1.59—1.76 mm和1.93—2.08 mm,4+龄复眼直径约为2.23 mm;从20世纪80年代至今,普里兹湾附近海域大磷虾各年龄组的平均体长分布变化不大,表明大磷虾种群体长特征稳定,其资源状况较好。     

他念他翁山中段第四纪冰川沉积物时空分布特征与环境

他念他翁山中段位于横断山脉西部,保留着良好的第四纪冰川遗迹,论文以该地区第四纪冰川沉积物为主要研究对象,通过光释光(Object-source lighting, OSL)测年、粒度、磁化率、矿物及化学元素分析等方法,探讨研究区第四纪冰川沉积物在不同时期的沉积学、矿物学、环境磁学以及元素地球化学特征,结合相关环境指标分析该区的环境特点。研究表明：① 冰川沉积物总体沉积特征是大小混杂、无层理、无分选、风化程度由倒数第二次冰期到新冰期依次减弱。② 研究区冰川沉积物细粒部分在粒度频率曲线上主要呈现双峰或多峰,反映出沉积物的物质来源复杂、形成动力多样。冰碛物的平均粒径在空间上表现出距冰川作用源头越远粒径越小的规律,主要是受冰川作用强度和风化时间长短的影响。③ 冰川沉积物的磁化率值为8.72×10^-8~298.00×10^-8 m³·kg^-1,其中冰水沉积物磁化率的平均值(178.51×10^-8 m³·kg^-1)和波动幅度(17.43×10^-8~298.00×10^-8 m³·kg^-1)要大于冰碛物(平均值19.82×10^-8 m³·kg^-1,波动幅度8.72×10^-8~42.95×10^-8 m³·kg^-1),反映出磁铁矿集中分布的粒级与冰水沉积物组成的粒级相似。④ 地球化学和矿物学指标反映青古隆地区古气候的总体特征为寒冷干燥,其中在末次冰盛期时气候最为干旱,末次冰期中冰阶时气候较为干旱、降水量相对于末次冰盛期有所增加,倒数第二次冰期降水量相对于末次冰盛期和末次冰期中冰阶较多,但气温较低。     

南大洋普里兹湾沉积物中锗的含量与分布

本文利用中国第21-27次南极考察期间获得的沉积物样品,对南大洋普里兹湾沉积物中锗（Ge）的含量以及分布特征进行了初步研究。结果表明：普里兹湾表层沉积物中总Ge（Getotal）的含量在1.14×10-6~2.35×10-6之间变化,平均含量为1.71×10-6,最高值出现在湾外深海区P3-9站,最低值出现在湾内冰架边缘附近的P4-13站。在研究海域表层沉积物中生源Ge（Gebio）占Getotal的百分含量在16-68%之间变化。在表层沉积物中Gebio与Getotal分布变化趋势总体上相近,以67°S为界均呈现湾外高于湾内的趋势,在柱状沉积物中Ge的垂向分布呈现表层高于底层趋势。在普里兹湾湾内非冰间湖区域的表层沉积物中Gebio与生物硅（BSiO2）呈现一定的正相关,在P3-16站位柱状沉积物中Gebio与BSiO2垂向分布相似。     

双扩散在南极文森湾海域热盐结构演变中的作用

利用22头象海豹携带的CTD观测到的2012年3—4月南极文森湾中西部海域的海水温盐剖面数据,研究了双扩散效应在海水热盐演变过程中的作用。结果显示,该海域双扩散效应显著,其中"扩散对流"作用在水柱中所占比例超过50%,并普遍存在于500—800 dbar深度的深层水中;"盐指对流"作用在水柱中所占比例不超过10%,存在于300—500 dbar的中层水中;随着时间进入南极冬季,海水结冰盐析过程会使水体中重力不稳定状态加剧。"扩散对流"会产生向上的热通量和盐度通量,热通量大约在0.02—0.5 W·m~(–2),盐度通量平均在10–8 m·s~(–1)左右;"盐指对流"则会产生向下的热通量和盐度通量,平均热通量约为–0.5 W·m~(–2),平均盐度通量约为–10–8 m·s~(–1)。在结冰初期,文森湾陆架海域的海表结冰过程对低温高盐水体的产生具有补充作用,进而通过扩散对流作用使得高密度陆架水(DSW)在水体内部得到补充生长与积累。因此,双扩散作用对于该海域高密陆架水的形成有不可忽视的贡献。