南极海冰区冰藻类群及兴衰过程

本文总结了国际上对南极冰藻类群及其生理生态特性的多年研究成果 ,结合我国科学家在南极长城站以及在戴维斯和中山站的越冬研究 ,阐述了南极海冰区的冰藻类群及其形成机理 ,对冰藻的形成、存活、旺发和消亡过程进行讨论 ,并对大洋浮冰区和近岸固定冰区冰藻类群的生态特性进行对比 ,提出了今后有待进一步深入研究的领域     

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。     

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。     

南极威德尔海新生期海水冰生态结构：Ⅰ.叶绿素a与营养盐

１９９２年３－５月极星号ＡＮＴ／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水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     

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     

南北两极海冰的涛动关系

本文将南极海冰分为４个区：ＳＰＩ１（０°－１２０°Ｅ），东南极海冰；ＳＰＩ２（１２０°Ｅ－１２０°Ｗ），以罗斯海为主体的海冰区；ＳＰＩ３（１２０°Ｗ－０°），以威德尔海为主体的海冰区；ＳＰＩ４，全南极海冰区。北极海冰区分为３个区：ＮＰＩ１（９０°Ｅ－１８０°－９０°Ｗ），太平洋侧冰区；ＮＰＩ２（９０°Ｗ－０°－９０°Ｅ），大西洋侧冰区；ＮＰＩ３，全北极冰区。本文使用了ＷＤＣ－Ａ的ＳＩＧＲＩＤ海冰资料，以分析南极和北极各冰区之间的相互关系。发现两极各冰区之间存在着非常复杂的相互作用。其中最突出的特征是：两极海冰之间相互作用的振源是ＮＰＩ２。ＳＰＩ３是影响南极海冰的正反馈中心。ＳＰＩ２则是南北两极海冰的负反馈中心。ＮＰＩ２，ＳＰＩ３和ＳＰＩ２之间的相互作用最强，形成涛动关系。这种涛动关系不是同时期的，而是有较长的滞后时间差。两极海冰形成周期变化，其周期为５－６年，正与ＮＰＩ２和ＳＰＩ３自身变化周期一致。另外还有更长的循环周期９－１１年     

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。     

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。     

近30年南极海冰的变化特征

采用NCEP的1973-2002年南极海冰密集度资料,对近30年南极海冰冰密集度的季节变化、年际变化及其与南极海冰涛动指数的长期变化关系进行了分析研究。结果表明,南极海冰的季节变化特点是海冰融化速度远大于凝结速度,而北极海冰融化速度与凝结速度基本相同。南极海冰存在着明显的年际变化,海冰面积指数呈增加趋势,年平均倾向率为28/10a。而北极海冰年际变化则相反,呈减少趋势,年平均面积指数的倾向率-3.5/10a。南极海冰涛动指数能代表南极地区近1/3的海水变化,是南极海冰变化的重要指数,具有10年、3-5年和2年左右的准振荡周期。     

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。     

南极长城站气象观测与研究

1980年以来,中国对南极的气象观测和研究已取得了显著进展.1985年2月在乔治王岛建立了南极长城气象站,国际站号为89058,此后一直进行天气观测,并向世界天气监视网发出报告.近年来,根据观测资料并结合南极和南半球其他资料,开展了极区气旋、影晌南极半岛的天气系统、大气化学、高层大气、辐射特点、南极海冰状态与气候变化关系等项目研究.这些研究对了解南极当地气候的形成、发展和变化及其对全球气候的影响提供了重要资料.     

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。     

基于改进FCLS算法的南极海冰密集度估算及算法比较

海冰具有良好的热力隔绝效应,它通过影响海洋和大气的热交换进而影响全球的气候变化。海冰密集度是极区海冰研究的重要指标之一。为实现高空间分辨率多类型海冰密集度的估算,本文将亮温极化梯度率和光谱梯度率引入基于全约束最小二乘法(fully constrained least squares,FCLS)的海冰密集度估算方法,并利用南极海冰过程与气候计划(Antarctic Sea Ice Processes and Climate,ASPe Ct)对改进方法的精度进行验证,然后与NASA Team2(NT2)算法和ARTIST Sea Ice(ASI)算法获得的海冰密集度结果进行了对比分析。结果显示,3种算法中本研究的方法精度最高,全年均方差13.8%,偏差为-0.7%;改进的方法对多年冰的估算精度优于一年冰。     

极地冰雪探测冰雷达技术发展回顾与展望

冰雷达是用于极地冰雪探测的主要技术手段,为研究极地冰雪的几何特征、内部结构、冰下地形地貌和冰底环境提供了重要的基础观测数据。20世纪50年代,人类首次发现特定频段的电磁波可以“穿透”南极冰盖,进而在60年代研制出用于极地冰盖冰下探测的冰雷达系统。之后60多年里,随着计算机、电子信息和卫星定位导航等技术的发展,冰雷达技术研究取得快速发展,形成了适用于极地冰盖、海冰及其上覆积雪不同探测需求的多样化冰雷达系统。本文在简要回顾了早期冰雷达技术发展的基础上,着重从极地冰盖深部探测、极地冰盖和海冰浅表层探测以及新型极地冰雪探测冰雷达技术3个方面,回顾总结了近10年来国内外主要进展。未来,为适应极地冰盖、海冰及其上覆积雪观测研究的多种需求,需要进一步提升冰雷达系统性能(探测深度、跨轨迹向分辨率、垂向分辨率等),并且研制满足新型平台(无人机、卫星等)搭载需求的小型、低功耗冰雷达系统,以及发展多通道、多频、多极化集同观测模式的综合冰雷达技术。     

南大洋海冰影像地图投影变换与瓦片切割应用研究

南大洋海冰分布是南极考察过程中影响破冰船航行的重要因素,也是南极研究的重要内容之一。目前国际上不同机构发布的南大洋海冰分布图,大多是球面投影,不能直接用于主流的瓦片地图发布。将极方位立体投影海冰图转换为目前主流的网络墨卡托投影地图,并利用合适的图像重采样方法,按照不同级别比例尺进行瓦片切割和编号存储,最终实现海冰影像地图的发布共享是本文的主要研究内容。笔者对不同的图像重采样方法进行了比较,分析了最邻近点采样方法、双线性内插和双三次卷积重采样方法的优劣,针对本文的研究优选双线性内插方法进行影像地图瓦片的切割,并最终叠加融合在Google地图上,实现了Google底图、准实时海冰影像图与破冰船走航位置的集成显示,为雪龙船的冰区航行提供了重要的数据支撑。     

南极中山站附近海域固定冰的夏季变化

利用中国第21、22次南极科学考察(2004/2005、2005/2006)对中山站附近海域固定冰物理特性系统观测的结果,特别是依据其中2005年11月下旬至2006年1月下旬的现场实测数据详细分析了中山站附近海域固定冰消融过程物理性质的变化特征。结果表明:此区域固定冰从11月下旬开始消融,融冰期为62 d;同时,融冰期冰下水体温度迅速升高;在不断增强的太阳短波辐射和海洋热通量作用下,海冰温度也逐渐上升,并出现"相对冷中间层";热力和动力外强迫作用下,2005年12月18日-2006年1月14日期间此区域固定冰边缘线后退了20.9 km;另外,2005年12月18日固定冰边缘区走航冰厚监测结果还表明,边缘区海冰厚度在向岸方向有明显的增加趋势,并且随着接近海岸海冰厚度的离散程度逐渐减小。     

南极冰盖地形数据库BEDMAP 2述评

南极冰盖物质收支与不稳定性对全球气候变化和海平面升高有着重要影响,而冰盖厚度和冰下地形则是研究南极冰盖的物质平衡、动力及不稳定性极为重要的参数。自20世纪50年代以来,国际上针对南极冰盖开展了大量的冰雷达以及重、磁测量,这些测量结果被汇集并形成冰厚和冰下地形数据库,进而服务于冰盖模式和地球系统研究,最新推出的成果便是BEDMAP 2(Bedrock Mapping Project 2)。首先介绍了BEDMAP 2的数据来源、结构以及数据处理,并讨论了数据的质量评价,然后分析了BEDMAP 2中展示的整个南极冰盖与冰下地形及其特点。最后,对于BEDMAP 2对中国在南极冰盖考察和研究方面的作用进行了一些讨论与展望。     

极地海冰浮标的现状与应用综述

海冰是气候系统的一个重要组成要素,原位观测是获取海冰特征参数以及开展海冰变化研究的重要手段.本文主要对以海冰为目标和平台的极地浮标的发展与应用进行综合阐述,简述了国际北极浮标计划和国际南极浮标计划的发展情况,以七种常用的浮标对极区海冰、大气和上层海洋等物理参数的监测为例归纳总结了海冰浮标的系统特性和技术特点,最后结合近...     

南极海冰问题评述:观测

海冰通过其对地面反照率的作用以及对大气和海洋之间热交换的局地障碍和对世界海洋环流的作用在全球热平衡和气候变化中起着重要的作用。南极海冰又因其极为显著的时空变化引起越来越多的关注。海冰的观测是海冰研究的重要内容 ,本文综述了南极海冰观测的发展过程 ,着重介绍了卫星在探测南极海冰方面的重要进展 .     

利用冰床粗糙度研究南极冰下环境和过程综述

冰下地形是冰盖运动和冰底侵蚀过程作用于冰前地形的结果。冰床粗糙度是对冰下地形不规则程度的定量刻画,是反映冰下环境和过程的重要指标,可用于研究冰下基岩物质组成、冰下侵蚀过程和冰底滑动状况、冰下地貌形成演化以及冰流运动等。首先,对冰床粗糙度量化方法的发展进行了介绍,详述了基于冰雷达数据的沿轨迹地形统计特性和基于冰床回波波形电磁散射特性这两类刻画冰床粗糙度的方法的演变和进展;其次,通过分析冰床粗糙度与冰动力学、冰下地貌、冰盖底部热机制、冰下地质等的联系,归纳了利用冰床粗糙度研究南极冰盖冰下环境和过程的相关进展;最后,对利用冰床粗糙度研究南极冰盖冰下环境和过程的现状及其未来发展趋势进行了总结和展望。