北极航线经济腹地范围和等级划分研究

北极航线具有重要的战略价值和商业价值,从小的范围来说,北极航线的开通将对海运格局产生重大影响,从大的范围来说,北极航线的开通将对世界经济格局产生重大影响。在这个背景下,首先根据过去各种腹地的类型和定义提出了北极航线经济腹地的概念并阐明了北极航线经济腹地划分的意义。然后分析了以往文献对腹地划分问题的研究方法及北极航线腹地划分问题的特殊性,并基于断裂点概念模型和场强模型对北极航线经济腹地范围和等级做出具体划分。最后,根据世界经济格局发展动态分析了腹地的演化趋势,并提出了中国的应对策略。研究成果能够对中国的北极航线战略制定提供科学依据。     

2010年夏季白令海小型底栖动物丰度与生物量初步研究

2010年7月12—18日, 中国第4次北极科考队在白令海以箱式或多管取样器采集7站位10 cm长度的表层沉积物芯样, 并在现场进行了分层处理。室内分析时共检出14个小型底栖动物类群：自由生活海洋线虫(free-living Nematoda)、底栖桡足类(Copepoda)、多毛类(Polycheata)、动吻类(Kinorhyncha)、端足类(Amphipoda)、双壳类(Bivalvia)、涟虫(Cumacea)、介形类(Ostracoda)、原足类(Tanaidacea)、腹足类(Gastropoda)、等足类(Isopoda)、海蛇尾(Ophiura)、缓步类(Tardigrada)以及其它类(Others)。平均丰度和平均生物量分别为2 658.89±2 452.86 ind/10 cm²和1 587.56±1 452.65 μg?dwt/10 cm², 最高值皆出现在白令海北部陆架浅水区, 分别为7 135.12±429.43 ind/10 cm²和4 056.42±721.33 μg?dwt/10 cm², 最低值皆出现在白令海盆西部深水区, 分别仅为56.04±39.38 ind/10 cm²和87.91±85.60 μg?dwt/10 cm²。线虫为丰度的最优势类群, 占平均丰度比例的94.81％, 桡足类为第二优势类群, 占3.60％。表层0—6 cm芯样的取样效率为93.44％。基于各站丰度的类群相似性分析, 浅水区与深水区的小型底栖动物群落的相似性系数仅为30.72%, 最大的差别在于深水区的丰度比浅水区小了一个数量级。白令海陆架浅水区比白令海盆深水区和中国海域具有明显更高的小型底栖动物丰度和生物量。Pearson相关性分析显示, 白令海小型底栖动物丰度和生物量与水深、营养盐及多个粒径参数呈负相关, 其中生物量对环境变化的响应可能比丰度更敏感。     

北极海域优势种微单胞藻(Micromonas sp.)与其关联菌群的相互作用

以夏季北极海域的优势微藻-微单胞藻(Micromonas sp.,CMPP2099)及其关联菌群为切入点,对这两个重要生态学角色之间的相互关系进行了探索研究。实验选择两种不同生长状态的微单胞藻(指数生长期和稳定生长期);并针对微单胞藻的这两种生长状态,添加外源细菌(单一外源细菌和自然外源细菌)作为实验组。研究发现,无论添加细菌与否,都不会对微单胞藻的生长产生影响,微单胞藻均保持着正常稳定的生长状态,且微单胞藻能够促进细菌的增长。稳定生长期实验组的细菌数量明显高于指数生长期的细菌数量。微单胞藻由于其不具胶体形成的细胞特性,在藻菌共生中并没有发现透明胞外聚合颗粒物(transparent exopolymer particles,TEP)大量存在。添加外源细菌对培养液中的微单胞藻生长、细菌的数量、溶解有机碳(dissolved organic carbon,DOC)、透明胞外聚合颗粒物(TEP)和溶解游离氨基酸(dissovled free amino acid,DFAA)的浓度并无影响,而仅仅由于其所在状态不同存在着差异。该研究初次开展的北极中心海域优势藻种及关联菌群之间关系研究,对极地海洋生态系统中的微食物环有着重要的意义,并为在极地海域中的微食物环-优势浮游植物-微生物种群之间的生态协作提供了实验和理论依据。     

我国北极航道开拓的战略选择初探

对于我国,正在发展和形成中的洲际贸易航线——北极航道是当今经济全球化、政治多极化和气候变化大趋势下出现的重大机遇,也是"一带一路"的重要补充,具有较高战略价值。根据北极航道当前发展状况,从开拓北极航道的战略选择角度,针对航运条件、法律和地缘政治等方面对北极东北航道、西北航道和穿极航道三条不同海运路径做了概括性比较,以期为北极航道发展的战略选择做一些前期思考。结果表明:(1)近年来虽然世界贸易和航运业不景气,但北极航运逆势而上,呈现扩大化增长趋势,无强力破冰船引航的商船独立航行时代已初显端倪;(2)三条北极航道处于不同发展阶段:东北航道发展最快,散货船和油气轮方式的资源和过境运输已形成小规模的运营业务;西北航道次之,正在尝试散货船的资源运输;穿极航道过境通行潜力开始受到越来越多关注。三条航道的集装箱过境运输尚处于空白;(3)针对三条北极航道不同发展阶段和趋势,结合战略需求,我国北极航道开拓应采取"用一个、试一个、探一个"的发展思路,即:东北航道做实质性的投入;西北航道做尝试性的投入;穿极航道做探索性的投入。投入重点当为我国有较大需求的中-欧和中-美集装箱船过境运输;(4)科学考察和商业利用是我国北极航道开拓和利用的先导,鉴于北极航道的不同国际法和地缘政治环境,作为"一带一路"北线的实施可采取"对接"和"探索"并行的发展策略。     

北极秋季海冰减少与亚洲大陆冬季温度异常

本文使用SVD等诊断分析方法探讨北极秋季海冰密集度与亚洲冬季温度异常之间的关系。结果表明,近30余年来,北极秋季海冰减少伴随着亚洲大陆冬季温度降低,但青藏高原地区、北冰洋和北太平洋沿岸除外。北极秋季海冰密集度减小激发欧亚大陆和北冰洋北部两个区域位势高度的改变,这种异常的变化模态从秋季持续到冬季。位势高度异常的负值中心位于巴伦支海和喀拉海。位势高度异常的正值中心位于蒙古区域。与重力位势高度异常伴随的风场异常为亚洲冬季温度降低提供自北向南的冷气流。随着北极海冰的不断减少,其与亚洲大陆冬季温度降低之间的关系将为气候长期预测提供参考。     

北极细菌Pseudoalteromonas sp.A2对H2O2胁迫的转录组分析

海水中的高溶解氧浓度、低温和UV辐射导致了氧胁迫是北极海洋细菌面临的主要胁迫因素之一。本文对北极细菌Pseudoalteromonas sp.A2对H₂O₂导致的氧胁迫的应答特征进行了转录组测序和基因差异表达的比较分析,以期发现与氧胁迫相关的关键功能基因。研究表明,与对照组相比,1 mmol/L的H₂O₂可导致菌株A2转录组的很大变化,包括109个基因的显著上调与174个基因的显著下调。COG分析表明,在功能已知的基因中,与转录后修饰、蛋白质转换和分子伴侣相关的基因大部分显著上调,而与氨基酸运输和代谢等相关基因则大部分显著下调。值得指出的是,有18个与鞭毛相关的基因和4个与热激蛋白相关的基因显著上调;同时,有9个与细胞色素和细胞色素氧化酶相关的基因和5个与TonB依赖受体相关的基因显著下调。在GO分析表明具有抗氧化活性的18个基因中,只有1个基因的表达显著上调,而有2个显著下调。简言之,RNA-Seq表明,除了传统的抗氧化基因和应激蛋白外,鞭毛相关基因和功能未知基因在菌株Pseudoalteromonas sp.A2的氧胁迫适应性中起着重要作用。该转录组分析和氧胁迫相关基因的发现有助于了解北极细菌的氧胁迫适应机制。     

1990年代和2000年代华北寒潮的对比及其与北极海冰的联系

基于华北区域均一化站点气温资料、NCEP/NCAR大气再分析资料、CFSR大气再分析资料以及NOAA高分辨率北极海冰密集度资料,对比研究了1990年代与2000年代华北寒潮的差异及其与秋、冬季北极海冰的联系。结果表明:影响华北的区域性寒潮事件在1990年代（2000年代）发生的频次为1957~2011年最多（少）,但寒潮平均强度偏弱（强）,冷空气大多源自格陵兰岛（新地岛）附近,取偏西（偏北）路径进入华北。秋、冬季新地岛附近以及巴芬湾附近海冰在2000年代初显著减少,导致1990年代与2000年代出现显著环流差异:1990年代（2000年代）极区位势高度存在负异常（正异常）,欧亚大陆大型槽脊波动较弱（强）,绕极区西风较强（弱）,东亚大槽较弱（强）,西伯利亚高压较弱（强）,使得华北寒潮在两段时间出现上述差异。     

2015/2016冬季北极世纪之暖与超级厄尔尼诺对东亚气候异常的影响

利用1980—2016年美国国家海洋与大气管理局气候预测中心的ENSO指数和NCEP/NCAR再分析资料,研究了2015/2016年冬季北极增暖和超级厄尔尼诺对东亚气候的影响。2015/2016年冬季热带中东太平洋爆发了超级厄尔尼诺事件,尽管大气环流出现了对ENSO的响应特征(如西北太平洋反气旋异常,东亚南部南风异常),但东亚(尤其是我国东北、华北地区)1月的气温却明显偏低。分析表明,此次东亚气温偏低现象可能与2016年1月北极显著增暖有关。1980—2016年1月再分析资料的统计诊断分析结果显示,巴伦支海—喀拉海气温的升高会引起局地大气的上升运动异常,之后在下游(70~90°E附近)向南运动,并在西伯利亚地区(60~100°E,50~70°N)下沉,使得西伯利亚高压增强,其东侧的北风异常导致东亚气温偏低。基于Nio3.4指数、北极温度指数,采用多元线性拟合所得到的2016年1月东亚气温的回报结果与观测气温之间的空间系数为0.71,表明2016年1月北极增暖以及热带中东太平洋的厄尔尼诺事件能够从一定程度上解释东亚气温偏低的现象。     

2015/2016年前冬至隆冬北半球中高纬度暖冷急转及环流特征初析

2015 年12月,北半球中纬度大部地区气温明显偏高,北美多地气温突破历史同期最高值。而2016年1月,北半球中纬度地区的气温迅速转为偏低,欧洲、北美、东亚等多地发生强寒潮、暴风雪等极端天气气候事件。本文结合再分析资料和台站观测资料,通过对大气环流异常的诊断分析,初步探讨了2015/2016年冬季北半球发生暖冷急转的环流特征及可能原因。分析指出,2016年1月初,北极涛动从正位相突然转为负位相,是造成北半球中纬度气温陡降的主要原因。中高纬度阻塞活动的交替建立和崩溃也加剧了气温变化的程度。此外,在厄尔尼诺年,赤道太平洋海温偏高,赤极温差增大,易造成海气系统的不稳定,再配合以全球变暖的年代际背景,通常会造成极端性灾害事件频发。