大气环流优势模态对北极海冰变化的响应Ⅰ.北极涛动

利用美国冰雪中心海冰密集度数据,分析了1979-2012年北极海冰面积的时间变化特征,发现北极海冰具有显著的年代际变化特征,分别在1997和2007年前后存在两次年代际转型突变点,相应的大气环流优势模态——北极涛动(AO)也存在显著的时空变化。1979-1996年阶段海冰下降趋势较弱并以较强的年际振荡为主,AO模态较强且显示出低频振荡特征;1997-2006年阶段北极海冰快速减退趋势占优,同时伴随着较弱的年际振荡,AO模态减弱且振荡周期缩短;2007-2012年阶段海冰范围较快下降同时具有极强的年际振荡,方差变化是前两个阶段的2~3倍,AO不仅强度加强,空间结构也发生了变化,极涡中心分别向格陵兰岛和白令海峡一侧延伸,这种结构有利于极地冷空气入侵欧洲和北美。利用ECHAM5大气模式进行的数值试验结果也证实了较强振荡的海冰强迫对AO模态的改变具有决定作用。     

Contemporary rates of chemical denudation and atmospheric CO2 sequestration in glacier basins: an Arctic perspective

This paper presents new estimates of solute fluxes from five high Arctic glacier basins in Svalbard. These estimates are combined with data from two other glacier basins to assess the effectiveness of chemical denudation on Svalbard and to estimate rates of temporary (or transient) CO₂ drawdown. We use a solute provenance model to partition solutes into marine, aerosol, atmospheric and crustal components and to estimate their annual fluxes. Crustally derived solute fluxes are equivalent to a mean chemical denudation rate of 350 Σmeq⁺ m⁻² a⁻¹ for Svalbard (range: 160–560 Σmeq⁺ m⁻² a⁻¹), which lies within the global range of 94–4200 Σmeq⁺ m⁻² a⁻¹ for 21 glacier basins in the northern hemisphere, and is close to the continental average of 390 Σmeq⁺ m⁻² a⁻¹. Specific annual discharge is the most significant control upon chemical denudation in the glacierized basins, and basin lithology is an important secondary control, with carbonate‐rich and basaltic lithologies currently showing the greatest chemical denudation rates. Estimates of transient CO₂ drawdown are also directly associated with specific annual discharge and rock type. On Svalbard transient CO₂ drawdown lies in the range 110–3000 kg C km⁻² a⁻¹, whilst the range is 110–13000 kg C km⁻² a⁻¹ for the northern hemisphere glacial data set. Transient CO₂ drawdown is therefore usually low in the Svalbard basins unless carbonate or basalt rocks are abundant. The analysis shows that a large area of uncertainty in the transient CO₂ drawdown estimates exists due to the non‐stoichiometric release of solute during silicate hydrolysis. Silicate hydrolysis is particularly non‐stoichiometric in basins where the extent of glacierization is high, which is most probably an artefact of high flushing rates through ice‐marginal and subglacial environments where K‐feldspars are undergoing mechanical comminution. Copyright © 2000 John Wiley & Sons, Ltd.     

北极陆架沉积碳埋藏及其在全球碳循环中的作用

陆架边缘海有机碳的堆积速率比大洋高一个数量级 ,全球大约有 80 %以上的沉积有机碳埋藏于陆架地区。北极陆架是世界上最大的陆架 ,占全球陆架面积的 1 / 4 ,然而由于相关的工作较少 ,目前对北极沉积有机碳埋藏情况及其对全球的贡献还知之甚少。北极地区沉积有机碳埋藏主要取决于生物泵 ,而生物泵过程一个主要的限制因子是海冰的覆盖。近几十年来随着全球变暖 ,北极海冰覆盖面积正在快速减小。本文从北极沉积有机碳的来源、河流携带的沉积物输入、海冰覆盖率、营养盐来源等方面初步讨论了陆源输入和生物泵过程对沉积碳来源和埋藏时空变化的影响。结合两次北极考察的初步结果指出 ,全球变暖很可能使北极陆架边缘海成为沉积有机碳的高效汇区。     

加强极地国际合作研究和考察的契机--2007-2008国际极地年

国际极地科学界正在酝酿一个大型的国际极地考察与研究合作计划--2007-2008国际极地年计划(IPY)。本文分析了提出IPY的科学背景,译介了IPY计划制订小组公布计划框架的5个科学主题。根据对IPY科学主题的分析,认为本次IPY反映了公众对于极地环境发生快速变化的深度关切。高密度、新技术、多学科的国际合作考察与研究将成为本次IPY最显著的特点。2007-2008IPY将是我国极地考察与研究加强国际合作,迅速提升研究水平的一个难得的契机。     

基于遥感影像的北极海冰厚度和密集度分析方法

基于2003年7月至9月中国第二次北极科学考察所获取的大量海冰影像资料,完成了走航期间74.11°N-79.56°N,144.17°W-169.95°W范围内海冰厚度和密集度的提取。本文总结了从船侧录像中提取冰/雪厚度以及从航拍图像中提取冰密集度的方法,并描述了提高所取参数可靠性应采取的分析技术和现场调查的处理措施。本文方法具有一定的普适性,可以应用到渤海海冰和极地海冰的研究中。     

近30多年中国东北地区春季寒潮的年代际变化及其可能原因

利用1979~2011年中国东北地区119站气温观测数据,对东北春季寒潮的年代际变化特征进行了分析,并在此基础上通过分析大气环流及北极海冰的变化,对寒潮年代际变化的可能原因进行了探讨。结果表明,东北地区春季寒潮的频次及强度在20世纪80年代末和21世纪初均有明显年代际转折,即20世纪90年代寒潮频次减少而强度增加,21世纪初寒潮频次有所回升但强度减弱。北极新地岛地区海冰的变化可能是造成我国东北地区寒潮活动年代际变化的原因之一。20世纪90年代新地岛附近海冰迅速减少,地表温度明显升高,而高纬海平面气压偏低,此处冷空气不易南下,同时东亚大槽偏强,冷空气强度增加。21世纪初该区海冰减少趋势减缓,冷空气频次有所回升,强度减弱。     

NUMERICAL SIMULATIONS ON INFLUENCES OF VARIATION OF SEA ICE THICKNESS AND EXTENT ON ATMOSPHERIC CIRCULATION*

By using a 2-layer AGCM designed by Institute of Atmospheric Physics,Chinese Academy of Sciences.this paper investigates influences of thickness and extent variations in Arctic sea ice on the atmosphere circulation,particularly on climate variations in East Asia.The simulation results have indicated that sea ice thickness variation in the Arctic exhibits significant influences on simulation results,particularly on East Asian monsoon.A nearly reasonable distribution of sea ice thickness in the model leads directly to stronger winter and summer monsoon over East Asia.and improves the model's simulation results for Siberia high and Icelandic low in winter.On the other hand,sea ice thickness variation can excite a teleconnection wave train across Asian Continent,and in low latitudes,the wave propagates from the western Pacific across the equator to the eastern Pacific.In addition,the variation of sea ice thickness also influences summer convective activitiesover the low latitudes including South China Sea and around the Philippines.Effects of winter sea ice extents in the Barents Sea on atmospheric circulation in the following spring and summer are also significant.The simulation result shows that when winter sea ice extent in the target region is larger (smaller) than normal.(1)in the following spring (averaged from April to June).positive (negative) SLP anomalies occupy the northern central Pacific.which leads directly to weakened (deepened)Aleutian low.and further favors the light (heavy) sea ice condition in the Bering Sea:(2)in the following summer,thermal depression in Asian Continent is deepened (weakened).and the subtropical high in the northwestern Pacific shifts northward(southward) from its normal position and to be strengthened (weakened).     

北极地区盆地分类与油气资源分布规律

北极地区油气资源潜力大,且油气勘探开发尚处于初期,是未来国内外油气工业发展的重要战略领域。文中综合运用全球领先信息服务公司埃信华迈（IHS）和美国地质调查局（USGS）的最新资料及已有研究成果,对北极地区的盆地类型和油气资源分布规律展开研究。结果表明:北极地区至少发育35个沉积盆地,具体划分为裂谷盆地（5个）、被动大陆边缘盆地（16个）、克拉通盆地（5个）、前陆盆地（5个）和大洋盆地（4个）。裂谷盆地是北极地区油气最富集的盆地类型,发现油气探明和控制可采储量（简称2P储量）441.12×108 t油当量,占北极地区油气总储量的74.6%,其次为前陆盆地、被动大陆边缘盆地和克拉通盆地。北极地区大部分油气储于白垩系、侏罗系和二叠系的碎屑岩储集层,仅有小部分油气储于石炭系和泥盆系碳酸盐岩储集层,且不同国家、不同含油气盆地的主力储集层存在明显差异。北极地区的油气主要源自侏罗系和白垩系的烃源岩,三叠系和泥盆系烃源岩次之。此外,复合圈闭是北极地区油气藏的主要圈闭类型,其次是构造圈闭。北极地区盆地类型和油气宏观分布规律的研究将为中国石油公司在北极地区的长远发展奠定基础。      

基于无人机观测的北极冰面融池及冰面粗糙度信息提取方法研究

北极冰面融池对于研究北极海冰质量平衡、海洋混合层热收支和盐量收支等具有重要意义。为了获得准确的融池覆盖率,本研究提出了一种利用无人机进行北极海冰融池及冰面粗糙度信息提取的方法。在第7次中国北极科学考察期间,利用无人机获取加拿大海盆周边浮冰区冰面航拍影像,针对海冰航拍图像特殊性改进了基于暗原色先验的图像去雾算法,对拼接后的航拍图像进行融池识别,计算得到航拍区域的融池覆盖率。同时利用航拍影像三维建模得到海冰表面相对高程和冰面粗糙度,继而对融池覆盖率和海冰表面粗糙度分布规律进行研究。结果表明,在本次航拍区域,海冰粗糙度大的区域具有更多小面积的融池,而融透的、面积大的融池多出现在粗糙度小的平整冰区。