2013-2014年夏季南极普里兹湾海面反照率走航观测研究

在 2013—2014年南半球夏季时对南极普里兹湾海区的反照率进行了走航观测。利用安装于破冰船船头的高光谱辐照度计测量入射和反射的350—920 nm的太阳短波辐射, 基于此观测数据, 经计算得到了反照率。分析比较不同下垫面的反照率, 通过比较不同航段的观测结果, 得到了反照率的空间变化以及从海冰融化期至冻结初期的变化。不同下垫面的反照率差异较大, 有积雪覆盖的固定冰反照率最大, 有积雪覆盖的浮冰其次, 而积雪融化的浮冰则反照率有所降低。新冰的反照率较低, 有积雪覆盖的新冰反照率迅速增加。比较不同波段的反照率, 发现融化期由于积雪含水量较大, 增加了对近红外辐射的吸收, 降低了该波段的反照率。结合卫星遥感(AMSR-2)和人工观测的海冰密集度, 发现区域平均的反照率主要取决于海冰密集度, 然而也受下垫面物理特征影响, 例如2月底至3月初形成的新冰, 反照率只有老冰的1/3— 1/2。新冰形成, 会直接增加海冰密集度, 但由于其反照率较低, 对空间平均反照率的贡献较小。因此, 若要建立合理的冰水混合区的反照率参数化方案, 必须充分考虑海冰类型和冰面积雪的物理状态, 并考虑反照率的波长依赖性。     

南极绕极流区中尺度涡动动能年际变化和转换机制

采用多种资料研究南大洋南极绕极流(Antarctic Circumpolar Current,ACC)区中尺度涡的年际变化规律及机制.通过分析网格化融合卫星海洋资料AVISO(Archiving,Validation and Interpretation of Satellites Oceanographic DATA...     

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。     

2013年夏季南极南设得兰群岛周边海域透光层水团结构

南设得兰群岛位于德雷克海峡南侧, 南经布兰斯菲尔德海峡与南极半岛相望。该区域一直是南大洋海洋学研究的热点区域, 近些年已成为南极磷虾渔业的重要作业区。透光层作为海洋生物活动最为集中的区域, 也是海洋中生产力最为丰富的区域。了解透光层水团的特性及变化, 一方面可为南极半岛海洋学研究提供基础信息, 同时也可为南极磷虾等中上层海洋生物的分布及其致因提供科学支撑。通过分析2013年1月至3月南设得兰群岛周边海域5个断面的透光层温、盐数据, 本研究梳理了该区域的水团属性和分布。结果显示, 南设得兰群岛北侧较深水区水团垂向结构明显, 由上至下依次为南极夏季表层水、冬季水和绕极深层水。位于南设得兰群岛南侧的布兰斯菲尔德海峡内, 威德尔海过渡水特征几乎占据了整个布兰斯菲尔德海峡。但布兰斯菲尔德海峡西南侧水团结构较为复杂, 包括了威德尔海过渡水、别林斯高晋海过渡水和德雷克海峡水等。阐明南设得兰群岛周边复杂的水团结构对于进一步开展南大洋生物-物理相互作用研究具有重要的科学意义。     

2011夏季南极普里兹湾营养盐与浮游植物生物量的分布

利用2011南极夏季在普里兹湾获取的海水样,检测了Chla、磷酸盐、硅酸盐、硝酸盐和铵盐的含量。结果表明,普里兹湾表层海水中Chla的含量普遍具有冰架边缘>陆架区>陆坡及深海区的分布特征,海冰的消融及水体的稳定性是影响表层海水Chla分布的主要原因。Chla含量的垂直分布与光照条件相关,具有上层水体含量高,随着深度逐渐降低的分布特征。磷酸盐、硅酸盐和硝酸盐的水平及垂直分布特征都与Chla的分布格局相反。表层海水中铵盐的分布特征与磷酸盐等主要营养盐的分布格局相反,冰架边缘、陆架区铵盐的垂直分布特征与陆坡及深海区不同,在冰架边缘和陆架区有机质降解过程主导着水柱中铵盐的浓度,而浮游植物吸收作用与有机质降解过程之间的平衡控制着陆坡及深海区铵盐的垂直分布。根据Chla与营养盐的浓度及分布特征,结合温度、盐度、溶解氧等水文要素,分析探讨了Chla深层最大值现象（DCM）的成因及67.5°S以南表层海水中铵盐对硝酸盐吸收的抑制作用。     

1991／1992年夏季南极普里兹湾邻近海域网采浮游植物的聚类分析

本文报道了１９９１／１９９２年南极夏季在普里兹湾邻近海域浮游植物调查的研究结果。经鉴定共有浮游植物３门２６属７８种；其平均细胞丰度为１２０±１７４×１０５个／ｍ３，密集区分布在６２°Ｓ、７８°～１０３°Ｅ，这一海域其细胞丰度在１１０×１０５～８６４×１０５个／ｍ３之间。根据浮游植物种类组成和细胞丰度百分比的聚类分析，测区浮游植物群落中可划分为四个聚合类群：菱形藻（Ｎｉｔｚｓｃｈｉａ）与赖氏针杆藻（Ｓｙｎｅｄｒａｒｅｉｎｂｏｌｄｉ）、长环毛藻（Ｃｏｒｅｔｈｒｏｎｃｒｉｏｐｈｉｌｕｍ）与翼根管藻（Ｒｈｉｚｏｓｏｌｅｎｉａａｌａ－ｔａ）和翼根管藻与赖氏针杆藻占优势的聚合类群及由海冰习性的菱形藻与近岸性角刺藻（Ｃｈａｅｔｏｃｅｒｏｓ）占优势组成的中山站近岸单一生态类群。文中还讨论了浮游植物丰度与环境因子的关系并对过去数年南极浮游植物的调查结果进行了比较     

南极绕极波的行波与驻波共存系统分析

南极绕极波(ACW)是近10年来海洋和大气科学领域研究的重要内容之一,其特征表现为一种海气耦合的年际信号在南大洋的明显东向传播。文中依据波动的基本原理,利用非线性拟合方法得到了绕极波行波的平均波速、波数和角频率和印度洋驻波的表达形式,得出行波和驻波具有相同的角频率。针对绕极波纬圈传播的不连续现象,提出了南极绕极波是行波和驻波共存系统的新见解。行波与驻波共存系统由三部分组成:在南大洋的太平洋西侧发生SLP振动,与发生在太平洋中低纬度的过程有关;在太平洋和大西洋存在传播的行波,行波在太平洋最强,到大西洋明显减弱;在印度洋SLP系统表现为局地变化,体现明显的驻波特征。三部分有共同的周期,表明三部分是统一的动力学系统,证实了行波与驻波共存系统可以很好地表达南极绕极波的时空特性和传播特征。     

2011年夏季南大洋普里兹湾颗粒态生物硅的分布与变化特征

利用中国第27次南极科学考察期间获得的颗粒物样品,对南大洋普里兹湾海域水体中颗粒态生物硅的含量及分布特征进行了初步研究,分析了该海域颗粒态生物硅与营养盐、浮游植物以及颗粒有机碳之间的关系,同时结合历史数据对比了颗粒态生物硅的年际变化情况。研究结果显示：在2011年夏季普里兹湾表层水体中颗粒态生物硅含量在0.76-19.72μmol/ dm3之间变化,平均为6.06±4.55μmol/ dm3。在表层水体中的分布趋势是67°S以南的湾内区域颗粒态生物硅含量明显高于67°S以北的湾外区域,最大值出现在普里兹湾陆架区。在垂向分布上,P3断面水体中颗粒态生物硅含量随深度增加而减少。根据不同年份即24,25,26,27次南极科学考察期间获取的数据对比分析显示,颗粒态生物硅含量虽存在一定的年际差异,但是在普里兹湾的分布趋势基本一致。颗粒态生物硅含量的变化特征与硅酸盐相反与叶绿素a、颗粒有机碳相似。     

2007/2008年和2008/2009年夏季南大洋以及普里兹湾POC的分布与变化

在中国第24次和第25次南极科学考察期间,利用航渡表层水观测和普里兹湾定点观测,对颗粒有机碳(POC)的分布及其影响因素进行了研究.结果表明,南大洋表层水体的颗粒有机碳分布具有明显的区域性特征,表层水体POC的含量与营养盐和叶绿素a有着明显的相关分布趋势.南极水、亚南极水的表层POC浓度明显高于亚热带水和热带水,第24...     

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。     

罗斯海和普里兹湾海域海冰范围变化对比分析

海冰范围的变化对气候变化、生态系统以及人类活动都会产生重大的影响,近年来极地海冰范围的变化受到广泛关注。对南极罗斯海与普里兹湾海域海冰范围进行时间序列分析,研究发现海冰范围季节性变化在罗斯海与普里兹湾海域差异较大,罗斯海地区表现出"快速缩小、迅速扩大"的特性,普里兹湾海域表现出"快速缩小、缓慢扩大"的特性。两地区的海冰范围在年际变化上都表现出扩大的趋势,2003—2014年罗斯海地区海冰变化趋势为(1.39±1.12)×104km2·a~(-1),普里兹湾海域海冰变化趋势为(0.61±0.26)×104km2·a~(-1)。罗斯海地区夏季的年际变化为减少趋势。     

南极普里兹湾沉积物稀土元素地球化学特征

利用中国第29次南极科学考察在南极普里兹湾获取的3个短柱样品,进行了稀土元素测试分析,探讨了普里兹湾海洋沉积物稀土元素特征、分布模式及其控制因素。结果表明,普里兹湾各站沉积物中稀土元素含量各异,但均具有与上陆壳、中山站变质岩相似的页岩标准化配分模式,整体表现为轻稀土富集型,说明其物源一致,具有明显的大陆地壳来源特征。结合沉积物粒度、化学元素、生源指标等分析其分布及富集规律,发现物源是控制研究区稀土元素组成的主要因素,同时生物作用会对稀土元素的含量产生稀释,但"粒度效应"在此并不明显。普里兹湾沉积物短柱稀土元素参数垂向变化,反映了百年尺度内物源输入、沉积环境的变化。各站δCe值普遍具有向下减小的趋势,反映了随深度增加沉积环境的氧化性逐渐减弱的特征。     

南极普里兹湾营养盐分布特征及季节性消耗

利用中国南极科学考察CHINARE-25/27/29航次获取的普里兹湾营养盐数据,对该海域营养盐的含量分布特征进行了分析,利用水柱T_(min)层的存在估算了夏季的营养盐消耗量(NNU、NPU和NSiU),并对营养盐的吸收比例及结构做了初步探讨。结果显示,普里兹湾营养盐空间分布呈现明显的区域特征,上表层水营养盐浓度分布表现为冰架边缘区陆架区深海区的区域性特征。夏季普里兹湾受到浮游植物旺发的影响,湾内营养盐(NO_3-N、PO4_-P和SiO_3-Si)的消耗值相对湾外较高。营养盐吸收比值的变化表明,NSiU/NNU比值由湾内向湾外呈现升高的特征,与叶绿素a具有相反的分布趋势,推测这一现象与湾内陆架区铁的供应要高于湾外深海区有关。本文对营养盐结构与变化的探讨,将有益于进一步深入了解南极普里兹湾各生源要素的循环过程,为预测未来南极浮游群落结构的演变提供依据。     

南极普里兹湾沉积物中生物硅对粒度测量结果的影响

为了探讨生物硅对沉积物粒度测量结果的影响, 本文采用两种不同前处理方法对普里兹湾重力柱状样品进行了粒度测试。结果表明, 生物硅对沉积物的平均粒径以及黏土、粉砂、砂组分的影响较小, 而对沉积物的分选、偏态、峰态以及粒度频率分布的影响较显著。结合两组粒度组分相关性分析以及各粒级含量累积减小值, 认为生物硅对沉积物中砂、粉砂、黏土级组分含量的影响逐渐减小, 这也造成未去除生物硅的沉积物粒度测量结果偏粗。另外, 通过对比发现普里兹湾沉积物中生物硅粒径主要分布在<3Φ、5.25Φ—7.25Φ、8.75Φ—9.75Φ的粒径范围。极地研究中, 沉积物粒度结果为重建古环境变化提供重要参考, 本文研究认为在普里兹湾海域沉积物粒度研究中去除生物硅对研究结果有积极作用。     

The biogeochemistry of carbon cycle in summer of the Prydz Bay, Antarctic Ⅰ:Characteristics of DOC distribution

The distributions and changes of dissolved organic carbon in the Prydz Bay and out open sea were investigated during CHINARE-15 (the 15th Chinese National Antarctic Research Expedition). The results showed that the content of DOC was higher in the Prydz Bay and outer open sea compared to those typical of surface oceanic levels (70- 80 μM), average content of DOC in the surface water was 102.32 μM, the range was 68.23- 125.92 μM. The vertical distribution of DOC in the water column was similar to many ocean sites, that is to say, the content of upper water is higher than deep water, a subsurface maximum persisted between 25- 50 m. The DOC pool in the Prydz Bay were consisted with labile, semi-labile and refractory pools, in which refractory pools was mainly part. The concentration of refractory DOC was 92.34 and 76.89 μM in Prydz Bay and outer open sea, and account 77% and 82% for total DOC, respectively.     

白令海夏季水文结构年际变化特征研究

基于2008、2010、2012和2014年我国北极科学考察期间在白令海获取的水文观测数据,结合历史共享资料,通过对白令海水团、上层海洋热含量、净热通量变化、风场及海平面气压分布情况等的分析,探讨了白令海水文结构的年际变化特征及其原因。研究发现,白令海夏季的水团包括白令海上层水团(BUW)、中层水团(BIW)、深层水团(BDW)和白令海陆架水团(BSW)。白令海温盐分布差异最大、年际变化最剧烈的情况主要集中在上层水团。对比4年水团分布情况,最明显的变化是2012年7月调查区上层海水温度偏低,2014年7月上层海水温度偏高。这种异常变化在热含量方面表现为:2012年7月调查区各个测站上的热含量异常低,而2014年7月测站上的热含量都高于平均水平。着重研究了2014年7月海温偏高的原因,认为是由于陆架和海盆区分别有两种不同的形成机制造成:陆架区累积净热通量偏高,海水吸收热量升温;海盆区在异常强大而持久的海面气压(SLP)高压系统下,海面负的风应力旋度得到加强,从而引起持续的暖平流输送及强烈的Ekman抽吸作用,最终导致了上层海水偏暖。     

夏季南极固定冰单轴压缩强度及试样破碎规律研究

2012年11月—2013年4月中国第29次南极科学考察期间,针对南极夏季固定冰单轴压缩性质开展了研究。使用冰芯钻直接在平整冰层钻取力学试样,取样冰厚为149 cm,其中颗粒冰、柱状冰和片状冰分别占采样冰芯总长度的15.4%、72.5%和12.1%;单轴压缩试样只采用柱状冰部分,加工好的力学冰样尺寸为直径9 cm,长度为18 cm;共设置5个试验温度(-2、-4、-6、-8和-10℃),加载应变速率在10-6—10-2s-1。利用统计方法分析试验结果,建立了南极夏季海冰单轴压缩强度与孔隙率和应变速率的关系式,以及综合考虑应变速率和温度影响下的单轴压缩强度定量表达式;同时,基于分形理论对单轴压缩试样破碎块分布规律进行了分析,结果显示碎块长度分形维数随着温度和应变速率的降低有增大趋势。在特别低应变速率下海冰试样整体发生蠕变时,无法采用分形方法讨论海冰内部破碎程度。     

The distribution and standing crops of Antarctic krill in the Prydz Bay region during the austral summer of 1991/1992 and 1992/1993

ＴｈｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎａｎｄｓｔａｎｄｉｎｇｃｒｏｐｓｏｆＡｎｔａｒｃｔｉｃｋｒｉｌｉｎｔｈｅＰｒｙｄｚＢａｙｒｅｇｉｏｎｄｕｒｉｎｇｔｈｅａｕｓｔｒａｌｓｕｍｍｅｒｏｆ１９９１／１９９２ａｎｄ１９９２／１９９３ＣｈｅｎＸｕｅｚｈｏｎｇ（陈雪...     

南极半岛邻近海域夏季POC分布特征及其影响因素

海水中的颗粒有机碳(POC)与生物的生命过程、初级生产力关系密切,是海洋食物链中重要的物质基础和能量来源,因此POC的分布特征可以有效反映其生物地球化学环境。利用中国第33次南极考察期间(2016年12月至2017年1月)在南极半岛邻近海域采集的海水颗粒物样品,研究POC的空间分布特征及其影响因素。结果表明,斯科舍海0—200 m的POC浓度范围为7.44—193.52μg·L~(-1),平均浓度为(48.84±35.09)μg·L~(-1);南斯科舍海岭0—200 m的POC浓度范围为9.13—62.17μg·L~(-1),平均浓度为(29.76±14.12)μg·L~(-1);鲍威尔海盆0—200 m的POC浓度范围为5.87—270.72μg·L~(-1),平均浓度为(48.57±38.92)μg·L~(-1)。表层POC高值出现在斯科舍海区和鲍威尔海盆区,而低值出现在海岭区,与叶绿素a(Chla)的变化趋势一致,与营养盐的变化趋势相反。垂向分布上,各个区域POC平均浓度随深度的增加而减少,鲍威尔海盆和斯科舍海POC最高值都出现在25 m层。分析结果表明光合浮游植物是研究海域POC的主要来源, POC的主要影响因素为温度、水团混合以及海冰环境。斯科舍海与鲍威尔海盆整体非生命POC占比高,可能是由于高磷虾生物量、海冰碎屑以及陆源输入的干扰;南斯科舍海岭整体非生命POC占比低。