2008年夏季西北冰洋表层水浮游植物群落结构的色素表征及其对不同水团的响应

本文依托2008年夏季中国第三次北极科学考察航次,对西北冰洋海盆区和楚科奇海陆架营养盐及光合色素进行了测定和分析。根据海水理化性质将研究海区分为5个区,并使用CHEMTAX软件（Mackery et al.,1996）讨论了西北冰洋不同海区浮游植物群落组成结构及其与环境因子之间的关系。结果显示在楚科奇海陆架区,太平洋入流显著影响浮游植物生物量和群落结构。高营养盐Anadyr水团以及白令陆架水控制海域,表现出高Chl a且浮游植物以硅藻为主,相反,低营养盐如阿拉斯加沿岸流控制海域,Chl a生物量低且以微型,微微型浮游植物为主。在外陆架海区,海冰覆盖情况影响着水团的物理特征及营养盐浓度水平,相应地显著影响浮游植物群落结构。在海冰覆盖区域,硅藻生物量站到总Chl a生物量的75%以上;在靠近门捷列夫深海平原海区,受相对高盐的冰融水影响（MW-HS）,营养盐浓度和Chl a浓度相对海冰覆盖区略高,浮游植物结构中微型、微微型藻类比重增加,硅藻比例则降至33%;南加拿大海盆无冰海区（IfB）,表层水盐度最淡,营养盐浓度最低,相应地显示出低Chl a生物量,表明海冰消退,开阔大洋持续时间延长,将导致低生物量及激发更小型浮游植物的生长,并不有利于有机碳向深海的有效输出。     

辽河口海冰压缩强度基本特性分析

海冰的压缩强度是海冰最主要的力学特性.针对辽河口附近海域海冰的压缩强度指标,2014~2015年冬季于辽河口附近采样并进行室内测试.内容包括单轴压缩强度实验、侧限压缩强度实验、变尺寸压缩强度测试.实验表明辽河口海冰压缩强度受应变速率、卤水体积影响显著.侧限压缩实验要比单轴压缩实验所得结果略大.不同高宽比的试样在相同应变速率的前提下压缩强度变化不明显,尺寸影响不显著.     

基于CryoSat-2数据的海冰厚度估算算法比较

以北极为研究区,使用CryoSat-2数据,利用现有海冰厚度卫星测高研究中4种主流算法(Laxon03算法、Kurtz09算法、Yi11算法和Laxon13算法)分别对北冰洋海冰厚度进行估算,并将估算结果与研究区IceBridge机载激光测高冰厚数据进行了比较,探索各算法海冰厚度估算的差异,寻找最优的估算算法,为估算长时序海冰厚度提供基础和参考。结果表明,4种算法估算的海冰厚度空间分布较为一致,但不同算法估算的结果差异较大,可达0.476 m;4种算法估算结果大小依次为Laxon03算法、Yi11算法、Laxon13算法、Kurtz09算法;4种算法估算的平均海冰厚度差异,在北极波弗特海海域最大,其次是北极中心海域、格陵兰和挪威海;Laxon13算法估算结果相对于IceBridge观测结果与其他算法相比,具有最小的平均偏差和均方根误差,是卫星测高估算海冰厚度的最优算法。     

南极海冰密集度多源数据的交叉检验

通过研究交叉检验船测样点上的7种不同尺度的海冰密集度数据,发现相同时间和相同空间尺度的海冰密集度值吻合度最高,不同时间不同尺度的海冰密集度值的相关性较弱。由数据获取时间不同引起的密集度差异在高分辨率数据上体现明显。真实船测点与伪船测点之间的吻合度不高,受观测者主观因素、天气条件、影像处理质量和伪船测点提取方法的影响。虽然伪船测点方法在海冰边界研究中具有快速、大面积提取边界点的优势,但需要控制提取算法中的误差传播。     

南极海冰与气候

在极区,海冰的形成在海洋上部和大气下部之间构成了新的交界面,改变了大洋表面的辐射平衡和能量平衡,隔离了海洋与大气之间的热交换和水汽交换;海冰冻融过程影响着大洋温、盐流的形成和强度;海冰对南大洋和南极大陆气象、气候有重要的影响,在气候环境系统中起着重要的作用。南极海冰作用区约占南半球雪冰作用区面积的58%,约占地球表面积的3.58%。其中,一年生海冰约占南极海冰区分布面积的83%;其分布面积从夏末2月份最小时的3×106 km2左右,到9月份冬末最大时的18×106 km2左右,一年中季节变化幅度可达15×106 km2,季节变化率>500%。海冰分布区域的年际变化较大。南极海冰区是影响季节和年际全球气候环境变化的重要区域。当前,国际南极海冰与气候研究的核心问题是海冰物理过程和在海冰区的海洋—大气相互作用。结合目前承担的研究课题,对国际南极海冰与气候研究的前沿动态和相关的国际计划进行了综述。     

北极海冰的气候变化与20世纪90年代的突变

应用英国Had ley气候研究中心1968~2000年的1°×1°的北半球逐月海冰密集度资料,使用EOF分解等统计方法,探讨北极海冰的气候变化趋势、海冰的突变、海冰的季节持续性和各季的特色。结果表明:(1)自1968年以来,北极海冰的减小是北半球海冰变化的总趋势;海冰的趋势变化在海冰的年际总变化中占有相当重要的地位,可达50%左右。冬春季主要减少区域在格陵兰海、巴伦支海和白令海;夏秋季海冰减少是唯一趋势,中心在北冰洋边缘的喀拉海、拉普捷夫海、东西伯利亚海、楚科奇海、波弗特海。(2)20世纪80年代中后期北极海冰已出现减小趋势,在20世纪90年代,海冰又出现范围和面积的突然减少,中心在格陵兰海和巴伦支海;即海冰减少是加速的,其变化程度已远远超过一般的自然变化。(3)海冰有很好的季节持续性,有很强的隔季相关,也有较好的隔年相关;各季节海冰分布型之间有很好的联系,表现为海冰分布型的总体变化趋势是一致的,在海冰的减少中也体现了分布型的特征。     

北冰洋中央密集冰区海冰对太阳短波辐射能吸收的观测研究

太阳辐射能是海冰融化的最主要能源,基于在2008年8月21~27日北极加拿大海盆中部为期8天的冰站考察中海冰光学观测数据,研究了北冰洋中央密集冰区海冰吸收的太阳辐射能。通过现场直接观测,确定了海冰透射率、反照率、吸收率及其随冰厚的变化,得出海冰对太阳短波辐射的吸收率大约为到达冰面太阳辐射的16%,大部分被冰雪表面反射。为期3天的对太阳辐射的观测表明,虽然到达北冰洋中央密集冰区的太阳辐射能并不少,但由于云和雾覆盖的时间所占的比例很大,有将近57%被大气削弱,其余的又有77%左右被冰雪表面反射回太空,海冰吸收的热量只有10.2 W/m²,相当于每天融化2.6 mm的冰,1 m厚海冰全部融化需要380天,不足以为海冰融化提供足够的热量。因此北冰洋中央密集冰区终年被海冰覆盖,即使在北冰洋海冰面积骤减的现状下,那里的海冰密集度仍然接近100%。然而,文章的结果指出：大气中云和雾大幅度减少、积雪层融化、海冰厚度减小、融池的比例增加等因素都会大幅度增加海冰吸收的热量,未来这些过程的发生有可能导致北冰洋密集冰区的海冰快速融化。     

渤、黄海冬季海冰对大气环流及气候变化的响应

受全球气候变暖影响,渤、黄海冬季气候呈明显的变暖趋势。在1951-2010年共60年中,后30年较前30年,气温升高了1.6℃,升幅异常显著。与此相对应,渤、黄海冬季海冰的冰级下降了0.6级。渤、黄海冰情持续偏轻与全球气候变暖趋势相当一致。冬季渤、黄海气温异常是对全球大气环流变化的响应,直接受同期东亚大气环流制约。研究表明,渤海海冰和大气环流的关系是清楚的,这对预测渤、黄海海冰具有重要意义。     

表面粗糙对渤海海冰热红外辐射方向特征的影响研究

热红外遥感技术使大范围、快速地监测渤海海冰表面温度成为可能。然而,目前绝大多数遥感器都是小视场角的,只对海冰在某个方向上的辐射能量进行了测量。由于自然界的海冰大多数都是高低起伏的、不平坦的,如果近似地认为遥感像元尺度内各部分温度是相同的,有时会带来较大误差。在盛冰期的渤海辽东湾东岸固定冰区,分别用3D激光扫描仪、热红外成像仪和自计温度计测量了渤海海冰的表面形状、辐射亮温和真实温度。结果表明,由于海冰表面粗糙,会形成三维非同温像元。同时,也会导致传感器在粗糙海冰的各个部分的局部观测天顶角与整体观测天顶角有所不同,造成粗糙海冰与平整海冰的方向辐射特征有较大差异,平整海冰更接近理想平面,粗糙海冰更接近朗伯面。