极地科学考察船载ADCP资料处理

自1995年“雪龙”号安装了可在走航时测定海水流速、流向的船载ADCP起,我国极地科学考察已经积累了丰富的走航ADCP资料。从极地科考走航ADCP资料中准确地提取海流信息,对南大洋以及南极毗邻海域的海流研究具有十分重要的现实意义。通过对影响海流信息提取的干扰因素分析,本文给出了针对极地科学考察船载ADCP资料处理的解决思路。只有在数据质量检查的基础上,时间一致性调整和船首向罗盘角度调整后,通过剔除船速信息才能准确地提取出海流信息。     

我国南大洋海洋大气化学研究进展

海洋大气化学是一门海洋化学与大气化学交叉的新学科。中国的南大洋海洋大气化学研究与我国的南极考察事业同步成长。30多年来, 随着南极科学考察的经验积累和数据集成, 我国的南大洋海洋大气化学关键过程研究即大气-海洋生物地球化学循环, 碳、氮、硫、磷、铁等的海气交换研究都有了长足的进步。与气候变化关系密切的碳、氮、硫的海-气循环等研究, 取得了一批新的认知和成果, 引起国际学界的关注。自20世纪80年代早期开始至今, 我国已开展了三十多次南极科学考察, 在这些考察中开展了南大洋大气气溶胶物质来源研究, 探究了大气-海洋生物地球化学的一些关键过程, 估算了硫、磷、氮、铁的海气交换通量。随着国家重大计划“南极在全球变化中的响应与反馈作用”项目实施及后续研究的开展, 对全球变化的敏感要素碳、氮、硫、铁在南大洋的源汇特征及其环境和气候效应等进行了研究, 对其有了更深的了解。我们还对南大洋海冰区碳汇格局演变, DMS、MSA、N2O、Fe等的海气交换过程及其对生态环境的影响有了新认知。同时, 在对上述化学物种的实时走航观测关键技术研发上也取得了重要突破, 为未来开展相关研究提供了坚实的技术支持; 在站区大气污染特征分布上进行了深入探讨, 为了解人类活动对站区环境的影响提供了评估依据。     

中国南极科学考察第24航次大气CO2遥感算法及其在第26航次中的应用分析

利用中国南极科学考察第24航次采集的大气CO₂浓度与AIRS的大气红外辐亮度进行统计回归,获取两者间的拟合关系。与该航次随机选取的60°S附近验证点比较,平均相对偏差为1.09%。同时,将拟合函数应用于对应第26航次同位置、近时间点的AIRS大气辐射值,其结果和第26航次走航数据进行比对,平均相对偏差为2.12%。对比同纬度下第24航次的精度,其精度有明显的下降,结果表明,利用统计回归的计算方式具有一定的局限性。     

中国南大洋海洋大气化学研究进展

海洋大气化学是一门海洋化学与大气化学交叉的新学科。中国的南大洋海洋大气化学研究与我国的南极考察事业同步成长。30多年来,随着南极科学考察的经验积累和数据集成,我国的南大洋海洋大气化学关键过程研究即大气-海洋生物地球化学循环,碳、氮、硫、磷、铁等的海气交换研究都有了长足的进步。与气候变化关系密切的碳、氮、硫的海-气循环等研究,取得了一批新的认知和成果,引起国际学界的关注。自20世纪80年代早期开始至今,我国已开展了三十多次南极科学考察,在这些考察中开展了南大洋大气气溶胶物质来源研究,探究了大气-海洋生物地球化学的一些关键过程,估算了硫、磷、氮、铁的海气交换通量。随着国家重大计划"南极在全球变化中的响应与反馈作用"项目实施及后续研究的开展,对全球变化的敏感要素碳、氮、硫、铁在南大洋的源汇特征及其环境和气候效应等进行了研究,对其有了更深的了解。我们还对南大洋海冰区碳汇格局演变,DMS、MSA、N_2O、Fe等的海气交换过程及其对生态环境的影响有了新认知。同时,在对上述化学物种的实时走航观测关键技术研发上也取得了重要突破,为未来开展相关研究提供了坚实的技术支持;在站区大气污染特征分布上进行了深入探讨,为了解人类活动对站区环境的影响提供了评估依据。     

南极大磷虾声学调查数据噪声处理与资源密度评估

在中国第28次南极科学考察期间,利用"雪龙号"科考船载SIMRAD EK500(38 k Hz)科学渔探仪对南极半岛附近海域的南极大磷虾资源量进行了调查。原始声学数据经过信噪比估算和背景噪声剔除数据后处理方法剔除背景噪声以及手动剔除表面混响、海底反射和坏数据之后,在200 m以浅水层中,以1n mile间隔进行积分,并应用Matlab软件编程对积分结果进行后处理,得出调查海域中南极大磷虾的资源分布情况。结果表明:(1)"雪龙号"的平均噪声功率值为-146.47 d B re 1W;(2)空白水体的噪声平均剔除百分比为88.3%;(3)调查区域内的南极大磷虾平均密度为27.30 g·m-2(62.95 ind·m-2)。     

南极大磷虾声学调查数据噪声处理与资源评估

在中国第28次南极科学考察期间,利用“雪龙号”科考船载SIMRAD EK500（38kHz）科学渔探仪对南极半岛附近海域的南极大磷虾资源量进行了调查。原始声学数据经过信噪比估算和背景噪声剔除数据后处理方法剔除背景噪声以及手动剔除表面混响、海底反射和坏数据之后,在200 m以浅水层中,以1n mile间隔进行积分,并应用Matlab软件编程对积分结果进行后处理,得出调查海域中南极大磷虾的资源分布情况。结果表明：（1）“雪龙号”的平均噪声功率值为-146.47dB re 1W;(2)空白水体的噪声平均剔除百分比为88.3%;（3）调查区域内的南极大磷虾平均密度为27.30 g·m^-2（62.95 ind·m^-2）。     

基于遥感的2015—2020年环南极冰山空间分布研究

冰山是因冰架各部分运动速度不均,裂隙生长后贯穿冰架发生崩解而产生的大块淡水冰。作为南大洋中重要的移动淡水源,冰山的运动和融化可以释放淡水并将其扩散至远离南极大陆的其他海域,因此,研究冰山的时空分布和面积分布提取可为研究南大洋的水文、生态乃至全球气候变化产生的影响提供数据基础,具有重要意义。本文采用卫星合成孔径雷达观测数据开展南极冰山追踪研究。基于GoogleEarth Engine遥感大数据平台,合成了2015年8月—2020年8月欧空局Sentinel-1 SAR传感器影像数据集,经过分块重采样、下载拼接等步骤,获得冬季3天内环南极400 km影像镶嵌图;应用栅格分析功能得到研究期的二值化影像,使用数据转换和几何计算等功能提取了单个冰山的面积、周长。结果表明,南极冰山大量聚集于海岸线50km以内区域,其中超小型冰山数量占比接近于50%,小型冰山可能在南极淡水输入中扮演了举足轻重的角色。     

中国第26次南极考察南大洋碳通量评估

南大洋是大气CO2的重要汇区,而近几十年来这个汇出现了明显变化并成为了研究的热点。利用中国第26次南极考察期间雪龙船绕南极航行所获得的现场碳及相关参数观测数据,分析推导出海水pCO2及其主控因子(叶绿素和水温)之间的经验关系,并结合相关卫星遥感数据建立遥感外推算法,计算南大洋50°S以南海区碳通量分布,评估该海区对大气CO2的吸收能力。计算结果表明,2009年11月从90°E到90°W(顺时针方向),50°—75°S海域为CO2输送大气的弱源,平均输入大气通量为9.482 mol·m-2·month-1,碳释放量为0.001 779 5×1015gC;2009年12月从90°W—90°E(顺时针方向),50°—75°S海域为吸收大气CO2的弱汇,平均碳通量为-12.451 mol·m-2·month-1,碳吸收量为0.026 656×1015gC。将经验关系推导至该月份的50°—75°S整个南大洋的计算中发现,2009年11月南大洋为大气CO2的源,碳释放量为0.002 789 6×1015gC;在2009年12月南大洋为大气CO2的汇,碳吸收量是-0.003 503 5×1015gC。相比之前我们所观测的结果,南大洋的碳汇吸收能力呈现明显下降。     

陆地水文与海洋水文

P343.52006021064长江口水沙入海通量的观测与分析=Measurements andanalysis of water discharges and suspended sedi ment fluxes inChangjiang Estuary/汪亚平,潘少明…∥地理学报.—2006,61(1).—35~46在长江口用声学多普勒流速剖面仪(ADCP)进行走航式断面观测,结果表明,采集水样获取的悬沙浓度与ADCP记录的声学信号(后向散射强度)之间存在显著相关关系,因此可据ADCP声学数据获得沿观测断面的高时空分辨率的悬沙浓度剖面.分析结果表明,在徐六泾附近断面以往复流占优势,大潮期间单位时间最大水、悬沙通量值出现于涨潮期,落潮历时…     

利用卫星数据估算南大洋海-气CO2通量的展望

本文简述了南大洋在全球碳循环系统中的重要作用以及极地海域海洋CO2通量现场实测数据调查的局限性和存在问题,借鉴国外学者在大洋利用卫星数据估算海-气CO2通量的研究成果,结合我国在南极积累的二十多年的大洋考察资料,展望我国在南大洋进行相关碳通量估算的研究前景。总的基本思路是:从海表层水CO2分压和其相应的调控因子之间推导出经验公式,通过最佳的插值方式由卫星遥感数据外推整个计算海域的CO2数据场,与实测数据做比较,计算碳通量。     

南极内陆考察沿线GPS高精度定位点测量结果分析

中山站至 Dome- A考察是中国承担的“国际横穿南极科学考察”( ITASE)计划的一部分。考察沿线布设有 GPS高精度定位点 ,通过两期观测数据的计算可知 ,考察沿线的冰川整体上以8- 2 4 m/a的速度向西北方向 (兰伯特冰川盆地方向 )流动 ,而且 ,越接近冰盖边缘 ,运动速度越快 ,最快达到 1 0 0 m/a。同时 ,由于冰川的流动 ,引起了 GPS点垂直方向 0 .2 - 1 m的沉降量     

Estimation of seasonal changes in the flow of Shirase Glacier using JERS-1/SAR image correlation

This paper presents estimates of detailed seasonal variations in ice-flow velocity for Shirase Glacier calculated using data obtained by Japanese Earth Resources Satellite-1 (JERS-1) synthetic aperture radar (SAR). We used 12 pairs of images (44-day repeat cycle) over the interval from 30 April 1996 to 1 July 1998 to estimate ice-flow fields using an image correlation method. Geometric registration was performed with reference to the RADARSAT Antarctic Mapping Project (RAMP) image dataset. Error analysis based on feature mismatch indicated an absolute error of ±0.30 km/a and relative error of ±0.04 km/a in the estimated flow velocity. The obtained ice-flow velocity increases rapidly from the upstream region (1.18 km/a) to the grounding line, where it becomes stagnant (2.32 km/a), before accelerating gradually to 2.62–2.82 km/a in the downstream region and then increasing to 3.05–3.50 km/a at the terminus of the floating ice tongue. The ice-flow velocities in the downstream region are highly variable, depending on both the distance from the grounding line and the observed epoch (season). Most of the obtained seasonal variations in ice-flow velocity at the floating ice tongue are within the range of the associated error estimate, but the annual difference between 1997 (3.11 km/a) and 1998 (3.50 km/a) is significant, reflecting a possible acceleration in the ice-flow velocity in association with the disappearance of the floating ice tongue between April and May of 1998. In terms of the summer–winter difference in averaged air temperature, the large difference recorded in 1997 (17.0 °C) relative to 1996 (13.9 °C) corresponds to a reduced ice-flow velocity in 1997 (approximately 0.20 km/a) relative to that in 1996 (approximately 0.30 km/a), indicating interactions between air, sea ice, and glacier flow in Lützow-Holm Bay.     

南极普里兹湾海域夏季表层水与绕极深层水年际变化

利用中国第27、28、29和31次南极科学考察期间在普里兹湾海域获取的水文观测数据,分析了该海域的水团分布、夏季表层水年际变化及其原因和绕极深层水涌升的年际变化特征。研究发现:第27和31航次观测到的夏季表层水的温盐范围较大;第27航次观测到的夏季表层水温度相对较高,可达1.22℃;第29航次观测期间海冰较少,夏季表层水的厚度约为50 m(73.00°E、75.50°E和67.25°S断面),第31航次观测到的夏季表层水最深达到100 m;第28和29航次观测到较为明显的绕极深层水涌升,在73.00°E断面尤为突出;观测到的绕极深层水在第28航次向上涌升到90 m,在第29航次向南延伸较远,达到67.67°S;湾内气旋性环流对绕极深层水的涌升有明显的输运作用。     

从第25次南极科考论穿越西风带航线选择

进出南极航行最险的一段是穿越西风带,根据西风带的天气选择正确的航线对于科考航行安全具有重要的意义。在中国第25次南极科考航次(2008-2009)中雪龙号四次穿越西风带。根据本次科考穿越西风带资料和过去航行经验,分析了四次穿越西风带的天气和航线选择,研究了南印度洋西风带天气形势与航线选择。主要结论:(1)西风带航线选择的关键是对气旋的发展和移动做出准确的分析和预报;(2)南印度洋东部天气形势可概括为纬向型(平直型)、高压脊型和槽前型三种天气型,通常高压脊型适合穿越,槽前型不大适合穿越,纬向型(平直型) 介于两者之间;(3)穿越西风带的航法有两种:按习惯航线斜穿和南北向垂直穿越。其中,垂直穿越对于去程很适合,对于回程作用相对有限;(4)在实际航行中,需根据航线特点和天气形势等实际情况选择航线和航法。     

基于TDD的科考船航迹分段方法研究

"雪龙"号极地科考船是推动我国极地科学考察事业发展的重要工具,"雪龙"号在数十次的极地科考过程中累积了大量的航迹数据,其中蕴含的巨大价值亟须挖掘。针对科考船的航迹分段是将科考船移动轨迹分为停留与行驶两部分,合理的分段方法可以分离出信息更丰富的航迹段,有利于航迹知识提取。然而,由于原始航迹信息密度分布不均等原因,现有的航迹分段方法往往会造成分段过多等问题,结果并不理想。本文针对该问题,提出了一种针对科考航迹整体的时域差分(Time Domain Difference, TDD)分段方法。本方法基于时间域对航速进行差分处理,有效降低了因为航速波动频繁对分段结果的影响。同时,考虑到该方法的差分步长在航迹处理过程中的不明确性,本文将差分后航迹的路程损失和航速波动幅值进行归一化处理,提出了航迹差分时间步长的动态确定方法,并以速率阈值对航迹进行分段。最后本文以第29次南极科考航迹数据为例,将本方法与经典的具有噪声的基于密度的聚类方法 DBSCAN(Density-Based Spatial Clustering of Applications with Noise)进行了比较,实验结果表明本文提出的方法可有效降低航迹分段时分段过多的问题,在分段准确性和时间效率等方面结果更优。     

“雪龙”号科考船在冰区航行的船体振动测量研究

船舶在冰区航行时,船体会受到多种类型激振力的作用而产生不同程度的结构振动。船体振动会对船体结构安全以及船上人员的正常工作产生不利影响。船体结构振动的现场测量可较为准确地分析船体振动的基本特性,确定船体振动与外界荷载因素的对应关系。在2015—2016年中国第32次南极科学考察过程中,对"雪龙"号极地科学考察船的冰激振动开展了现场测量。本研究对比了船体在无冰区和冰区航行过程中的船体振动变化,分析了船体在不同航速、冰厚以及不同破冰航行方式下的振动规律。测量结果表明:船体冰激振动随着航速和冰厚的增加而显著增大;在船体采用冲撞式破冰时横向振动最为明显,而在连续式破冰时,垂向振动最为明显。以上研究可为冰区航行中船体振动的现场监测技术提供有益参考,并有助于分析海冰对船体振动规律的影响。     

ANALYSIS OF 20TH CENTURY RAINFALL AND STREAMFLOW TO CHARACTERIZE DROUGHT AND WATER RESOURCES IN PUERTO RICO

During the period from 1990 to 1997, annual rainfall accumulation averaged 87% of normal at the 12 stations with the longest period of record in Puerto Rico, a Caribbean island with a 1999 population of 3.8 million. Streamflow in rivers supplying the La Plata and Loíza reservoirs, the principal water supply of the San Juan metropolitan area, was at or below the 10th flow percentile for 27% to 50% of the time between December 1993 and May 1996. Diminished reservoir levels in 1994 and 1995 affected more than 1 million people in the San Juan metropolitan area. Water rationing was implemented during this period and significant agricultural losses, valued at $165 million, were recorded in 1994. The public endured a year of mandatory water rationing in which sections of the city had their water-distribution networks shut off for 24 to 36 hours on alternate days. During the winter and spring of 1997–1998, water was rationed to more than 200,000 people in northwestern Puerto Rico because water level in the Guajataca reservoir was well below normal for two years because of rainfall deficits. The drought period of 1993–1996 was comparable in magnitude to a drought in 1966–1968, but water rationing was more severe during the 1993–1996 period, indicating that water management issues such as demand, storage capacity, water production and losses, and per capita consumption are increasingly important as population and development in Puerto Rico expand. [Key words: drought, streamflow, water resources, Caribbean, Puerto Rico, rainfall, water supply.]     

Mass Balance Measurements on the Lemon Creek Glacier, Juneau Icefield, Alaska 1953–1998

Annual balance measurements on the Lemon Creek Glacier, Alaska conducted by the Juneau Icefield Research Program (JIRP) from 1953 through 1998 provide a continuous 46 year record. This is one of the nine American glaciers selected in a global monitoring network during the International Geophysical year, 1957/58. These data have been acquired primarily by employing consistent ground methods, conducted on similar annual dates and calculated using comparable methodology. The results have been until now fairly precise, but of uncertain accuracy. An adjunct comparison of topographic surface maps of the glacier made in 1957 and 32 years later in 1989 provides a rough determination of glacier surface elevation changes which are clearly of less precision than the compilation of annual ground data. Airborne surface profiling in 1995, and global positioning system leveling transects in 1996–1998 update the record of surface elevation changes over the past decade. The mean glacier ice thickness reductions suggested by these methods from 1957–1989, from 1957–1995 and from 1957–1998 are ?13.2 m, ?16.4 m, and ?21.7 m, respectively. It is of interest that the geodetic interpretations agree fairly well with the trend of sequential balances from ground-level stratigraphic measurements. To date, however, the infrequent mapping methods in this study have yielded specific balances averaging between 5 and 11% less than those resulting from our annual on-site glaciological monitoring. For future studies this can be an important factor. The ground data are, therefore, the ones in which we have most confidence. These show cumulative ice losses of ?13.9 m (12.7 m water equivalent w.e.) from 1957–1989, of ?19.0 m (?17.1 m w.e.) from 1957–1995, of ?24.4 m (22 m w.e.) from 1957–1998, and ?24.7 m (22.2 m w.e.) for the total cumulative loss over the full 46 years between 1953 and 1998. Although the balance trend has been increasingly negative it averages ?0.48 m/a in w.e. or 0.52 m of ice loss per year. To refine the reliability of density determinations in this data set the effects of internal accumulation from refrozen meltwater producing diagenetic ice structures in the annual firnpack have been taken into account. An unusual dearth of such structures within the 1997/98 firnpack provided a unique opportunity to facilitate application of the probing technique over broad areas of the nv. This added to our ground truth and verified accuracy of the test-pit measurements used in these long-term mass balance computations. The glacier's continuing negative mass balance has fueled a terminal retreat of 800 m during the 1953–1998 period. The annual balance trend indicates that despite a higher mean elevation and a higher elevation terminus from thinning and retreat, mean annual balance has been strongly negative since 1977 (?0.78 m/a w.e.). Dramatically increased negative mass balances have occurred in the 1990s, with 1996 and 1997 being the only years on record with no retained accumulation since field observations were initiated in the glacier source areas in 1948.     

船载卫星遥感图象处理系统在南北极科学考察中的应用

船载卫星遥感图象处理系统是针对南极考察气象航线预报、冰区航行的海冰预报和导航需要而研制的船陆两用多功能软件系统。采用了最新的 DEL PHI可视化软件开发工具 ,开发了用于 WINDOWS98环境下的 32位的程序 ,并针对接收系统开发了 WINDOWS设备驱动程序 ,提高了在 WIND0 WS98多任务环境下 ,接收程序的实时性和可靠性 ;采用面向对象的程序开发方法和开放式的体系结构 ,便于功能的更新和提高 ;采用 SGP4/SDP4轨道模式及两行元素的轨道参数计算出卫星星下点的位置 ,实现了在 1 A图象上计算逐点经纬度的快速动态定位和图象显示的功能 ;采用迭代法利用电子地图网格数据 ,在接收的卫星云图上迭代套上地形及海岸线。组成了适合船陆两用的多功能快速灵活的图象处理系统 ,可以在 1～ 2分钟瞬间内完成一幅图的定位套网格和套地形线的工作。解决了南极海冰监测和冰缝、水道预报的难点。可以使图象上下滚动、左右移动、任意放大、缩小和剪取 ;可以随着鼠标的移动显示出图上任意一点的经纬度 ;能够在图上标出任意目标物 ,如船位、站位、岛屿等等 ;能够方便地在图上画出航线 ,直观地判断船所处的位置和航线周围的气象和海洋环境状况 ;解决了在茫茫海洋和冰区中航行找不到参照物时的困惑 :能够输出任意大小的 2 4位真