东南极普里兹湾浮游植物群落和叶绿素α变化与ENSO的联系及其预测意义

对中国南极科学考察现场(普里兹湾)实测浮游植物和叶绿素α历史数据(1990~2002年)进行整合研究,显示在厄尔尼诺/拉尼娜期间,普里兹湾海水温度、盐度、营养盐和含氧量等发生了很大变化,生态系统对于环境变化的反应已通过组成生态系统的生物群落变动反映出来,在厄尔尼诺期间明显改变了叶绿素α浓度和浮游植物群落结构比例,硅藻相对比例增高,甲藻降低;在拉尼娜期间硅藻比例有降低趋势、金藻和蓝藻类呈显著增加,海湾种群变动又直接影响群落的生物多样性,同时表现出极地海洋生态对海洋环境变化的敏感性.同时利用卫星遥感数据2002~2011年(12月至3月)时段进行联合研究,对普里兹湾卫星遥感叶绿素α与海表温度的月际变化特征研究,发现普里兹湾叶绿素α月际变化和浮游植物的旺发开始、结束时间存在明显差异,并对应着海冰消融、厄尔尼诺/拉尼娜事件和正常年份.研究发现南极海域叶绿素α表征的浮游植物旺发开始时间提前于海表温度的变化,或浮游植物的旺发结束时间滞后于海表温度的变化,或浮游植物的旺发开始、结束时间与海冰消融、海表温度的变化相一致.研究还发现,在湾内陆架区浮游植物的旺发开始时间与封冰消融(水域面积大小)相对应,这在一定程度上对ENSO的发生具有预报意义.     

南海冰期深部水性质的稳定同位素证据

根据南海 9个深海柱状样中底栖有孔虫的稳定同位素记录 ,初步建立末次盛冰期以来的δ18O和δ13 C深度剖面 .结果表明末次盛冰期南海深部水的δ18O和δ13 C垂直梯度较全新世明显增大 ,并存在深约 2 0 0 0m的深温跃层和营养物跃层 ;特别是末次盛冰期相对全新世δ18O和δ13 C的变化分别减去冰川效应和全球平均变化值后 ,在水深 1 0 0 0～ 2 5 0 0m间出现正值 ,说明末次盛冰期南海这一深度范围内存在温度较冷或盐度偏咸、垂直流通好、富13 C的深层水团 ,与今明显不同 .进一步证实冰期存在“北大平洋深层水” ,但可能仅限于水深约 1 0 0 0～ 2 5 0 0m的范围内 .     

南极Lambert, Mellor和Fisher冰川的物质平衡及Amery冰架底部物质通量的估算

利用现场观测与遥感数据对Lambert, Mellor和Fisher冰川的物质平衡及其在Amery冰架的底部融化与冻结状况进行了估算. 结果表明, 澳大利亚组织的Lambert冰川盆地(LGB)考察路线的上游地区, Lambert与Mellor冰川分别为(3.9±2.1)和(2.1±2.4) Gt·a^-1的正平衡, 而Fisher冰川基本处于平衡状态. 上游地区总的正平衡为(5.9±4.9) Gt·a^-1. 考察路线以下, 3条冰川均处于负平衡, 总的负平衡为(-8.5±5.8) Gt·a^-1. 整个Lambert, Mellor和Fisher冰川均接近于平衡状态. 3条冰川总净平衡为(-2.6±6.5) Gt·a^-1. 前人认为GL线(1970年代初澳大利亚在LGB建立的冰川运动观测点的连线)以上的内陆盆地处于显著正平衡, 可能是因为过高地估算了总积累量, 并低估了穿过GL线的冰通量. 靠近Amery冰架南端着地线, 冰架底部的平均融化速率为(-23.0±3.5) m冰·a^-1, 向下游方向快速减小, 并在距冰架最南端约300 km处过渡为底部冻结. 沿3条冰川在Amery冰架的冰流带(flowband), 冻结速率约介于(0.5±0.1)~(1.5±0.2) m 冰·a^-1. 由于冰流带底部的融化, 流入冰架的内陆冰损失了大约80%±5%. 3条冰流带底部总融化和总冻结分别为(50.3±7.5)和(7.0±1.1) Gt 冰·a^-1, 这要比前人通过模拟和海洋观测估算的整个Amery冰架底部总融化和总冻结还要大很多.     

北冰洋中心区夏季大气边界层结构特征及其与海冰范围变化的关系

利用中国第4~6次北极考察获得的北冰洋中心区(80°~88°N))GPS探空资料和NCEP再分析资料,分析了大气垂直结构、边界层参数的变化特征及其与海冰和温度变化的关系.结果表明,2010、2012和2014年夏季北冰洋中心区的对流层顶、边界层高度、逆温强度及风速和风向的垂直结构均存在明显差异.通过分析1979~2014年9月温度与海冰范围变化的关系,解释了其差异的原因.2012年9月北极海冰范围最小,减少了44%,具有明显的增温过程.2010年和2014海冰分别减少了22.6%和17%,出现的是降温过程.对比2种过程反映出海冰变化对大气边界层结构有重要影响.近30年北冰洋中心区(80°~90°N)1000和850hPa的温度变化呈显著的升温趋势,并与海冰范围呈显著的负相关.表明北极海冰的持续减少,会使地表至对流层中层持续增温.     

北冰洋、白令海226Ra的分布及其水文学意义

中国首次北极科学考察期间(1999年7～9月),于北冰洋、白令海分别采集了13份和20份大体积水样,用于226Ra的分析.结果表明,北冰洋、白令海表层海水中226Ra含量分别介于0.28～1.56和0.25～1.26 Bq/m3之间,平均含量分别为0.76和0.71Bq/m3,明显低于其他中低纬度开阔大洋表层水的数值,说明部分研究海域受海冰融化水的影响.白令海表层水226Ra的空间分布呈现由南向北降低的趋势,体现出低226Ra海冰融化水与高226Ra太平洋水的混合交换.北冰洋表层水中226Ra的空间分布呈现由南向北、由西向东增加之态势,与水团组成中河水份额的变化趋势相一致.这与河水具有高226Ra的特征相吻合.北冰洋加拿大海盆226Ra的垂直分布显示,"上跃层水"所处的200 m深度存在226Ra的极大值,鉴于高226Ra特征主要出现在太平洋水或与沉积物交换的水体中,说明该极大值主要来自太平洋水或底部陆架水的输入,与2H和18O示踪剂获得的结果相吻合.     

加拿大海盆上、下跃层水形成机制的同位素示踪

中国首次北极科学考察期间(1999年8月9日至8月21日), 于加拿大海盆3个站位获得S, T, 营养盐(NO₃^-, PO₄^3-, SiO₃^2-), 溶解氧, ²H, ¹⁸O等水文、地球化学与同位素数据. 结果表明, 在33.1等盐线附近 (150 m)存在营养盐, NO, PO^*极大值, 而300 m层存在NO, PO^*极小值, 分别呈现出上跃层水与下跃层水的特征. 采用S-δ¹⁸O-PO^*, S-δD-SiO₃^2-两个示踪体系确定了研究站位各层水样中大西洋水、太平洋水、海冰融化水和河水所占的份额. 2个示踪体系的计算结果均表明, 上跃层水对应深度存在太平洋水份额的极大值, 而下跃层水具有高份额的大西洋水. 结合NO/PO比值的变化, 说明上跃层水的形成缘于太平洋水通过白令海峡的输入. 该水体于楚克奇、东西伯利亚陆架区发生变性, 获得高盐、高营养盐特征, 经水平平流进入加拿大海盆. 下跃层水为通过巴伦支海进入的大西洋水于陆架区发生变性, 产生低营养盐、高溶解氧特征的水体, 经水平平流输送进入加拿大海盆产生NO, PO^*的极小值. 河水份额的垂直分布显示, 其含量随深度增加逐渐降低, 至300 m以深已观察不到河水的存在. 研究海域河水积分储量明显高于北冰洋其他海盆, 证实加拿大海盆是北冰洋河水的主要储存区. 除表层水外, 研究海域均为净海冰生成区, 且往北推移, 净海冰生成总量逐渐增加.     

滇池福保湾沉积物磷的形态及其与间隙水磷的关系

研究了滇池福保湾沉积物中磷的地球化学形态及间隙水中PO43--P含量的垂向分布特征.福保湾沉积物磷形态空间差异大,河口区TP高达(5630.59±424.25)mg/kg,东西沿岸区TP只有200-300mg/kg,无机磷(I-P)是TP的主要部分,占TP的55%-74%,铁/铝结合态磷(Fe/Al-P)是I-P的主要组成部分,约占I-P的90%,不稳定性磷∞P)含量很低,只占TP含量的0.5%.福保湾沉积物具有极高的Fe/Al-P含量,说明湾内具有很高的内源磷负荷,这与福保湾水体严重富营养化和藻类暴发关系密切.湖湾沉积磷的垂向分布规律较复杂,但基本上是随深度增加而减小,说明福保湾周边区域近几年人类活动作用加强,褐保湾污染有加重的趋势.在湾内不同区域应用Peeper(渗吸膜式)技术,获得了间隙水中PO43--P的垂向分布特征,PO43--P浓度自上覆水向下层间隙水呈先升后降,反映它们有自间隙水向上覆水扩散的趋势.福保湾间隙水PO43--P浓度同沉积物L-P含量具有显著正相关性(α=0.05),但Fe/Al-P、Ca-P、org-P和TP含量未发现有明显的相关关系.     

北半球冰盖融化与北半球低温暴雪的相关性

2006-2013年北半球频遭低温暴雪袭击.引力模型的计算结果表明:北极冰盖大量融化导致北极地区海平面和大气等位面的大幅度下降,压力变化迫使北极地区冷水和冷空气流向北半球中低纬度地区.太平洋海温下降导致全球变暖停止.极地冰盖融化后全球海平面都将上升,这是一个错误的观点.最新模型研究表明,如果格林兰冰盖融化可导致其附近海平面将下降100 m,北苏格兰的海平面将下降3 m,冰岛周围海平面将下降10 m,南美部分地区海平面将上升10 m.冰盖融化导致地表巨量物质转移,改变了地球内外重力场,地球内核南移100m,北极和南极海平面分别下降和上升7 cm.在海平面附近,大气等位面的变化幅度与海平面变化幅度非常接近.近期北极海冰和冰盖的融化只是最新模型的一个缩影.北极大量冷水和冷空气在下降等位面的压力下流过北半球中低纬度地区,导致北半球频遭低温暴雪袭击.在"全球变暖间断"现象持续了长达16年之后,科学家正全力探究"全球变暖间断"现象背后的深层次原因.最新研究指出,1997-1998年赤道太平洋进入一个持续很久的低温状态,抑制了全球变暖的速度.海水温度的波动被称作拉马德雷现象(PDO),这种现象是解开"间断"谜团的关键.     

东南极冰盖Lambert冰川流域的物质平衡研究

Lambert冰川流域是南极冰盖最大的冰流系统, 因而在整个南极冰盖的物质平衡中占有非常重要的地位. 近年来穿越该冰川流域的路线考察所获得的现场观测资料和浅冰芯研究结果显示, 该冰川东、西两侧的积累速率分布和近期变化有明显差异: 东侧积累速率较高且近几十年来呈增加趋势, 西侧积累速率较低且过去几十年为明显减小. 冰体运动速度测量和冰流通量计算表明, 该冰川东侧运动速度较快, 冰流量也较大, 说明该冰川冰量补给主要来源于东侧区域. 计算出的考察断面上游物质积累总量大于流出的冰通量约13%, 意味着该流域目前处于物质正平衡状态, 如果保持目前气候状态, 冰盖将会增厚.     

AIRS卫星温度和臭氧廓线在南极的验证分析

利用2008年中山站、Amundesen-Scott(SouthPole)站和Neumayer站为期一年的温度和臭氧探空数据,对AIRS第六版温度和臭氧垂直廓线产品在南极的精度进行了验证.结果表明,AIRS温度与探空温度总体上具有显著的一致性,其中对流层偏差最小(RMSe2℃),近地面温度由于受到下垫面影响偏差略大(RMSe～2℃),平流层偏差较大(2℃RMSe3℃),AIRS温度平均低于探空观测且受季节变化影响显著,秋冬季偏差整体上高于春夏季.AIRS臭氧反演精度在平流层(RMSe～25%)要优于对流层(RMSe～30%),RMSe最大值出现在UT-LS区域(可达40%)且在"臭氧洞"期间明显增大.AIRS产品精度在南极沿岸和内陆存在差异,由于南极地区探空资料较少且主要位于沿海,故在南极内陆地区进行探空观测对于提高卫星资料精度,改善该区域天气预报能力具有重大意义.     

东南极Lambert冰盆-Amery冰架区域雪面相对高程变化的精确监测

采用自动气象站对东南极冰盖Lambert冰盆-Amery冰架雪面相对高程(SSH)变化进行了连续监测, 通过Argos卫星传输的逐时数据精确分析了冰盖LGB69地点和Amery冰架G3地点SSH的年内变化过程. 2002年2月至2003年1月一个整年资料得出, LGB69全年积累量为0.68 m, 与花杆网阵所得结果接近. 10月至次年4月南极夏季为主要积累期, 占全年SSH变化量的101.6%; 5~9月南极冬季期间雪面高度几无变化, 雪层密实化作用使之略有下降, 为全年SSH变化量的−1.6%. LGB69和G3雪面上升主要由雪面突升事件导致, 而且在LGB69较G3更频发. G3点每年有2~3次雪面突升事件, 均发生在夏季, 1999~2002年共发生8次明显突升事件. 2002年LGB69点4次突升事件均伴随空气湿度增加和太阳总辐射下降, 说明因降水过程导致. 下降风对LGB69点SSH变化有正向作用, 主要积累期风速的增大伴随着积雪增加, 大于7 m/s的吹雪临界风速引起表面高程的显著增加. 因大风天气有时伴随降水过程, 目前尚难于精确计算吹雪再堆积在全年物质积累中的百分比, 但估计其贡献率在35%以上.     

洱海流域低污染水类型、污染负荷及分布

为科学、合理地评估湖泊流域低污染水的类型及其污染负荷,以洱海流域为例,系统研究低污染水的概念及类型,确定了低污染水调查方法,并分析了洱海流域低污染水的来源、类型、产生量、污染物量和分布特征.结果表明,洱海流域低污染水主要包括污水处理厂处理尾水、城镇地表径流、农田排水(含村落地表径流)3种主要类型,产生量为20069×104m3/a.由低污染水带来的总氮(TN)负荷为1393 t/a,总磷(TP)负荷为77 t/a.从空间分布上看,洱海流域西部和北部片区低污染水TN、TP负荷比例最大,分别达到88%和87%,因此应主要针对西部和北部片区特点制定洱海流域低污染水控制措施.     

北半球环状模周期变化和突变研究

利用NOAA提供的1871-2008年月平均海平面气压场、雪盖、海冰等再分析资料、NASA提供的地表温度场资料、太平洋年代际振荡(PDO)指数,采用小波分析、带通滤波和凝聚谱分析等方法,研究了北半球环状模(NAM)周期变化及其影响因子.研究结果表明NAM在20世纪60年代前后发生了显著的年代际尺度周期突变,NAM在1895-1955年存在显著的准35年周期振荡,而在1971-2008年则主要以准15年周期振荡为主.NAM年代际尺度周期突变与外强迫源振荡周期变化有关,但突变前后与NAM周期振荡密切相关的外强迫因子并不尽相同.在1960年代之前,PDO、ATM、北美雪盖以及南极海冰涛动等外源强迫因子与NAM在准35年尺度上关系密切;而在1960年之后,NAM准15年振荡则与ATM和欧洲雪盖、南极海冰涛动等因素有关.     

青藏高原热融湖塘的水热过程及其对下伏多年冻土的热影响

以青藏高原查拉坪地区一处热融湖塘(40 m×50 m,最大深度为1 m)为研究对象,由实测数据对比分析了热融湖塘与天然地表相同深度的温度变化特征.结果表明:与天然地表相比,热融湖塘融化时间长,冻结时间短,且存在接近4℃的水温变化;受太阳辐射及热对流的影响,垂向水温梯度仅在水表从4℃降温及冻结阶段较大,其余时段接近0;湖底年均温度比相同深度的天然地表高约6.4℃,湖底下部存在约14 m深随时间发展的融区,土体吸热增大,放热减小;热融湖塘2.5~3.0 m土体的年内热交换为19592.0 k J/m2,约是天然地表的230倍,其中吸热量及放热量分别为后者的1.4倍及8.7%.湖塘下部的融化夹层是深层冻土的主要热源,湖塘对下部土体放热的抑制作用是湖塘对土体产生热影响的主要原因.     

北极夏季冰面上近地层特征及热量收支问题

应用1999年8月19～24日我国第1次北极考察资料对北极夏季近地层气象要素梯度特征和冰面热量收支问题进行了讨论.北极夏季近地层相对于冰面的相对湿度很大,经常接近于饱和状态,冰温具有明显的日变化,夜间冰面附近冰温梯度较大,白天很小.在冰温垂直分布中20cm冰层温度有时可出现极大值.冰面热量收支计算表明,夜间冰面辐射冷却损失热量主要由冰层向冰面热量输送来补偿.白天冰层的热量主要来源于穿透短波辐射,冰面和以下冰层间的热量交换很低.白天冰面冰雪融化热量是不可忽视的.     

北冰洋、白令海226Ra的分布及其水文学意义

中国首次北极科学考察期间(1999年7～9月), 于北冰洋、白令海分别采集了13份和20份大体积水样, 用于²²⁶Ra的分析. 结果表明, 北冰洋、白令海表层海水中²²⁶Ra含量分别介于0.28～1.56和0.25～1.26 Bq/m³之间, 平均含量分别为0.76和0.71 Bq/m³, 明显低于其他中低纬度开阔大洋表层水的数值, 说明部分研究海域受海冰融化水的影响. 白令海表层水²²⁶Ra的空间分布呈现由南向北降低的趋势, 体现出低²²⁶Ra海冰融化水与高²²⁶Ra太平洋水的混合交换. 北冰洋表层水中²²⁶Ra的空间分布呈现由南向北、由西向东增加之态势, 与水团组成中河水份额的变化趋势相一致. 这与河水具有高²²⁶Ra的特征相吻合. 北冰洋加拿大海盆²²⁶Ra的垂直分布显示, “上跃层水”所处的200 m深度存在²²⁶Ra的极大值, 鉴于高²²⁶Ra特征主要出现在太平洋水或与沉积物交换的水体中, 说明该极大值主要来自太平洋水或底部陆架水的输入, 与²H和¹⁸O示踪剂获得的结果相吻合.     

1999年楚科奇海台及其周边海域中层与深层水增暖

根据我国1999年北极科学考察期间的数据, 研究了楚科奇海台及其邻近海域的温度和盐度分布特征. 观测结果表明, 1999年在连绵600多公里的海域中都发现温度超过0.5℃的现象, 测得的最高温度为0.85℃, 表明北冰洋中层水仍然保持增暖状态. 文中指出了两个重要现象. 第一, 中层水增暖现象存在区域差别, 楚科奇海台内部中层水与陆坡区相比温度高、厚度大、深度浅. 这种不均匀性是非常重要的, 意味着中层水增暖对海冰厚度和范围变化、海气热交换变化方面的贡献也将是水平不均匀的. 海台内部温度偏高的原因在于海台的特殊地貌形成绕流使海台内部与外界水体交换不畅, 热量不容易散失. 第二, 指出了深层水增暖的现象. 1999年温度垂向分布与多年平均历史数据的差表明深层水体也在增暖, 增温深度达1200~1400 m, 增温幅度一般在0.2℃左右. 深层水增暖现象揭示了北冰洋增加的热量有复杂的再分配形式, 表明北冰洋中层水增暖现象已经引起北冰洋热力结构的变化, 指示了全球变化对北冰洋的显著影响.     

利用薄膜扩散平衡技术分析沉积物间隙水溶解态反应性磷

沉积物间隙水溶解态反应性磷(SRP)是反映沉积物磷地球化学特征的敏感指标,对其高分辨率获取一直是难点.基于薄膜扩散平衡(DET)原理,以琼脂糖为原料制备薄膜,通过平衡、切片、提取、测定等步骤,获得溶解态反应性磷的含量信息.实验确定薄膜在磷溶液中的平衡时间为24h,通过0.25mol/L硝酸提取16h可将薄膜萃取的磷提取完全.利用DET技术对不同沉积物间隙水SRP进行了分析,与实际浓度的差异在±5%以内;对沉积物剖面的分析结果与Rhizon、微型Peeper等采样技术基本一致,垂直分辨率可达到3mm左右.利用DET技术对太湖草型和藻型湖区沉积物间隙水SRP进行丁分析,发现草型湖区间隙水剖面SRP呈峰形分布,且横向空间分异明显;藻型湖区间隙水SRP随沉积深度的增加呈升高趋势,扩散梯度随水温升高而增强.     

地球历史上的五次生物大灭绝

<正>第一次,在距今4.4亿年前的奥陶纪末期,地球史上第三大的物种灭绝事件,约85%的物灭亡。古生物学家认为,这次物种灭绝是由全球气变冷造成的。在大约4.4亿年前,现在的撒哈拉在的陆地曾经位于南极,当陆地汇集在极点附近容易造成厚厚的积冰---奥陶纪正是这种情形大片的冰川使洋流和大气环流变冷,整个地球的度下降了,冰川锁住了水,海平面也降低了,原丰富的沿海生物圈被破坏了,导致了85%的物灭绝。     

天山乌鲁木齐河源1号冰川积雪内痕量金属元素的季节变化及其环境意义

天山乌鲁木齐河源1号冰川雪坑样品中痕量金属Pb, Cd, Zn, Fe, Al的季节变化和淋融作用进行了研究. 2002年9月~2003年9月在1号冰川东支海拔4130 m粒雪盆, 共采集113个雪坑样品, 用于痕量金属分析. 结果表明1号冰川表层雪中Pb, Cd, Zn, Fe, Al的平均浓度分别为2.48, 0.04, 9.34, 122.70, 131.07 ng&#903;g^-1. 分析表明, 这些金属主要来自岩石风化物和土壤粉尘及人类活动对大气的污染. 痕量金属输入具有明显的季节变化: 冬季高, 夏季低, 春、秋季为过渡时期. 初步分析有两个原因: (1) 冬季人类活动对痕量金属输入的贡献比其他季节显著; (2) 夏季减弱的NE和ENE风减少了对各种物质输送, 且本时期较大的降水量对大气中各种元素有较强的淋洗作用. 淋融作用强烈的改变了痕量金属元素在雪层中的分布. 各种金属的雪坑平均浓度亦呈现明显的季节变化: 冬季高, 夏季低, 且与同期气温呈明显反相关关系.