书海拾贝

快速变化中的北极海洋环境张占海著科学出版社出版2003年7-9月,由国家海洋局主持,国家海洋局极地考察办公室组织实施了中国第二次北极科学考察。考察队由"雪龙"号科学考察破冰船承载,前往北极洋加拿大海盆,考察了北纬80°以南的大范围海域,对北极海洋、海冰、大气进行了全面考察。     

Screening and molecular classification of low-temperature protease from Antarctic microorganism and its characterization

107 strains producing protease were screened from 260 strains of Antarctic psychrophilic bacteria, among which proteolytic activity of five strains was more than 45 U ml^-1. The 16S rRNA gcne sequences homology and phylogcnetic analysis of five Antarctic psychrophillc bacteria showed that NJ276, NJS-9, NJ16-70,NJ345 belonged tO the described genus Pseudoalteromonas and NJ341 belonged to the genus Colwellia. The growth and the protease characteristic of four Antarctic psychrophilic bacteria had been studied, and the result showed that the 6ptimal temperature for growth and protease-produeing of four strains was about 10℃. Their growth and protease-produeing were still high during incubatlng 2-5 days. The maximum proteolytic activity occurred at pH 9 for four Antarctic psychrophilic bacteria. The optimal temperature of protease action of both strains NJ276 and NJ5-9 was about 50℃, however, the optimal temperature of protease aetlon of both strains NJ341 and NJ345 was about 40 ℃, and their proteolytic activity under 0℃ exhibited nearly 30% of the maximum activity, but their thermal stabilities were weaker. These results indicated that proteases from NJ341 and NJ345 were low-temperature proteases.     

大洋钻探科学家引证北极气候变化的历史——《Nature》上刊载的重要发现

《Nature》2006年第1期刊载了大洋钻探科学家们2004年秋季完成的北冰洋大洋海底钻探在报告中的新发现,该报告由IODP研究项目支持,对采自接近北极的北冰洋海底之下430 m沉积物样品进行了分析,为了恢复沉积物中史前气候记录,研究团队需要管理3个破冰机来装备1个钻机,沉积物记录的恢复来自水深大约1 000 m的Lomonsov脊。IODP北冰洋岩心勘探(ACEX)科学家在《Na-ture》报道了他们的重要发现:●北冰洋冰证据的发现远早于先前认为的45Ma;●55 Ma时,北极的温度上升至亚热带的水平(约23℃);●49 Ma时,北极是绿色的,至少在夏季表层淡水和大量…     

1850—2100年北极阿拉斯加地区最大河冰厚度时空变化特征

在极地放大效应的影响下,北极气温以较全球平均更快的速度变暖,从而导致了北极冰冻圈系统的剧烈变化。河冰是北极冰冻圈系统的重要组成部分,是气候变化的敏感指示器,同时影响当地的生态、水文和多年冻土等。本研究利用Stefan方程,使用实测河冰厚度数据、CMIP6历史实验数据和四个未来情景(SSP126、SSP245、SSP370和SSP585)的1850—2100年近地表日气温数据,建立了阿拉斯加地区1850—2100年最大河冰厚度,并分析其时空变化特征。研究表明：阿拉斯加地区多年平均最大河冰厚度呈现南薄北厚的特点;在东西方向上,1850—2000年的平均最大冰厚呈现东薄西厚的特点,但未来100年在东西方向上无显著差异(P<0.05)。1850—2100年阿拉斯加地区最大河冰厚度整体上呈显著下降趋势。其中,1850—2014年下降速率为(-0.72±0.25) cm·(10a)^-1(P<0.05);随着社会脆弱性的加剧和辐射强迫的增强,2015—2100年阿拉斯加地区河冰减薄的速度明显增大,在SSP126、SSP245、SSP370和SSP585情景下分别为(...     

北极海冰融化与东亚春季降水量的联系

本文利用NCEP/NCAR等再分析资料和CAM5.4数值模式,研究了春季北极海冰融化面积对东亚降水量的影响及其可能的物理机制。观测和数值模拟结果均显示,与春季海冰融化相关的东亚地区降水量呈现明显增加的趋势,且异常中心位于中国南部-日本地区。500 hPa位势高度场表现为“-+-+”型波列结构,其中乌拉尔山和日本及其附近海洋上空为异常高压脊区,欧洲西部和贝加尔湖地区则为异常高空槽所控制。高融化面积年常伴随着极地西风急流增强,中纬度纬向西风减弱,有利于乌拉尔山地区反气旋性环流异常的维持和增强,进而触发乌拉尔山地区到西北太平洋地区的异常波列,引起贝加尔湖地区位势高度降低,东亚槽加深,受异常偏北气流的影响,南下冷空气活动频繁。日本及其附近的海洋上空位势高度增加,在异常偏东南气流的作用下,将西北太平洋地区的暖湿空气带到东亚地区。中国南部地区出现西风异常,引起东亚副热带急流增强,配合低空辐合高空辐散的大气异常环流,局地对流增强,导致东亚地区春季降水量增加。     

融冰期北极楚科奇海陆架中心区硅限制与来源补充

相对氮亏损(N:P约为7,小于16)的太平洋入流水携带的营养盐是支撑北冰洋上层生态系统的重要物质基础。海冰消退,光限制消失,楚科奇海陆架存在强烈的营养盐消耗与利用,广泛认为其表现为氮限制,因此该区域重点关注氮元素循环,对于硅元素的相关研究较少。本文基于2016年中国第七次北极科学考察和中国-俄罗斯首次联合北极科学考察两个同步进行的航次调查结果,全面展示了融冰期整个楚科奇海陆架区的营养盐分布格局。结果显示,硝酸盐和亚硝酸盐表层基本耗尽;硅酸盐表现为中心低,周围高,陆架中心区是强烈的硅限制区域,受到硅和氮的共同限制。沿着太平洋入流方向,S01、R01、LV77-01站位30 m以深硅酸盐浓度高于太平洋入流水端员,说明沉积物孔隙水向底层水释放硅酸盐,因此在浅水陆架区孔隙水可作为上层海洋硅酸盐的潜在来源。本研究结合文献数据计算得到楚科奇海陆架沉积物-水界面硅酸盐年通量为630.78 mmol·m^-2·a^-1,总量为3.75×10¹¹ mol·a^-1,是太平洋入流水所携带硅酸盐年通量的一半(6.59×10¹¹ mol·a^-1),表明沉积物孔隙水也是楚科奇海陆架硅酸盐的重要来源。     

前冬戴维斯海峡—巴芬湾区域海冰异常对中国东部春季极端降水频次的可能影响及预测价值

本文研究了前期冬季北极海冰与中国东部春季极端降水频次的联系及其可能机制,并进一步探讨了海冰异常信号对极端降水的预测价值。结果表明,前冬戴维斯海峡—巴芬湾区域海冰异常与中国东部春季极端降水频次经验正交分解第一模态(EOF1)之间存在密切联系。当前冬戴维斯海峡—巴芬湾区域海冰异常偏多时,冬季大气环流呈现出类北大西洋涛动(NAO)正位相的异常分布,并伴随经向的北大西洋三极型海温异常。该海温异常可以从冬季持续到春季,进而激发出从北大西洋到欧亚中纬度的纬向遥相关波列,在东亚地区引起气旋型环流异常。该气旋型环流异常会引起中国东部地区湿度显著增加,上升运动增强,从而为该地区极端降水的发生提供了有利的背景条件。相反,当前冬戴维斯海峡—巴芬湾区域海冰异常偏少时,其滞后引起的春季环流异常则不利于中国东部地区极端降水的发生。进一步的交叉检验结果表明,前冬戴维斯海峡—巴芬湾区域海冰异常信号对中国东部春季极端降水具有重要的预测价值。     

基于Sentinel-1卫星数据的北极西北航道通航适宜性分析

北极西北航道对北极资源开发与世界贸易格局有重要影响。针对当前西北航道通航适宜性时空变化分析研究中时空分辨率低、时效性差等问题,利用2015—2019年每年9月及2019年8月1日至9月20日的Sentinel-1 SAR数据,基于k均值非监督分类方法反演了十米级高空间分辨率海冰密集度。通过长时序宏观跟踪和短时序精细分析西北航道全线通航窗口,并以70%的海冰密集度作为阈值,测算了西北航道经过重要海湾及海峡累计不可通航的次数。结果表明：西北航道的航情随冰情而变,通航能力尚不稳定。具体来说,西北航道的冰情呈现东轻西重、南轻北重的格局,不可通航节点个数东少西多、南少北多。2018年9月西北航道通航情况最差,高于可通航阈值的海冰覆盖面积占总航道面积的35.24%,共有10个不可通航节点。2016年和2019年9月的通航情况较好,阿蒙森湾—科罗内申湾—毛德皇后湾—维多利亚海峡—富兰克林海峡—皮尔海峡—巴罗海峡—兰开斯特海峡段航道（航道C）可实现全线通航。进一步通过小尺度时间窗口研究发现,西北航道的最佳通航窗口为8月下旬至9月上旬,期间共出现3条全线通航的航道;最佳通航路线为航道C,其连续通航时间长达30天。     

北半球夏季中高纬度大气阻塞对北极海冰变化的影响

利用NCEP/NCAR再分析逐日500 h Pa高度场资料,对北半球夏季中高纬度大气阻塞特征进行统计分析,发现大气阻塞活动频率高的地区主要集中在白令海峡区域、鄂霍次克海区域、欧亚大陆区域及格陵兰区域。而通过NSIDC提供的卫星观测资料发现近30年夏季海冰容易减少的区域正好对应阻塞活动北部的高纬度地区。分别通过对以上4个区域有阻塞发生相对没有阻塞发生时的500 h Pa位势高度场、地面温度场、850 h Pa经向瞬变热通量输送和平流输送等异常变化场进行对比分析,结果发现夏季中高纬度阻塞频率的增加对海冰的减少有显著影响,主要体现在阻塞的发生发展可通过增加高纬度地面温度、对极地的热量输送和暖平流输送来加快海冰的融化。这种阻塞引起的热力作用在鄂霍次克海和欧亚大陆区域效果更为显著。     

Recent trends in winter temperature extremes in eastern China and their relationship with the Arctic Oscillation and ENSO

Interannual variations in the number of winter extreme warm and cold days over eastern China （EC） and their relationship with the Arctic Oscillation （AO） and E1 Nifio-Southern Oscillation （ENSO） were investigated using an updated temperature dataset comprising 542 Chinese stations during the period 1961- 2011. Results showed that the number of winter extreme warm （cold） days across EC experienced a significant increase （decrease） around the mid-1980s, which could be attributed to interdecadal variation of the East Asian Winter Monsoon （EAWM）. Probability distribution functions （PDFs） of winter temperature extremes in different phases of the AO and ENSO were estimated based on Generalized Extreme Value Distribution theory. Correlation analysis and the PDF technique consistently demonstrated that interannual variation of winter extreme cold days in the northern part of EC （NEC） is closely linked to the AO, while it is most strongly related to the ENSO in the southern part （SEC）. However, the number of winter extreme warm days across EC has little correlation with both AO and ENSO. Furthermore, results indicated that, whether before or after the mid-1980s shift, a significant connection existed between winter extreme cold days in NEC and the AO. However, a significant connection between winter extreme cold days in SEC and the ENSO was only found after the mid-1980s shift. These results highlight the different roles of the AO and ENSO in influencing winter temperature extremes in different parts of EC and in different periods, thus providing important clues for improving short-term climate prediction for winter temperature extremes.