青藏高原高寒草地植被覆盖度变化及其环境影响因子研究

青藏高原作为长江、黄河、雅鲁藏布江和恒河等河流的发源地与水源供给地,对中国及周边国家和地区的经济发展、生态平衡有着重要的社会、经济和生态意义。青藏高原在过去几十年里经历了显著的气候变暖,且增温幅度明显高于同纬度其他地区。气候变暖必然导致该地区的多年冻土与生态系统发生显著变化,进而对当地的生态环境、水文过程产生较大影响。为了更深入地认识青藏高原高寒草地的变化过程及其环境影响因子,本研究以野外实测数据、遥感数据、冻土分布数据、土壤水热以及气温降水资料为基础,分析了青藏高原高寒草地植被覆盖度变化的空间分布特征,并进一步探讨了环境因子在其变化过程中的作用,绘制了青藏高原高寒草地植被生长限制因子的空间分布图。     

泛北极地区多年冻土活动层厚度演变

深入理解泛北极地区多年冻土活动层厚度的演变, 对于全球碳通量模拟、气候变化预测及泛北极地区冻融风险评估具有重要意义。目前开展的泛北极地区多年冻土活动层厚度模拟与分析, 大多无法全覆盖或空间分辨率过低(25 km或是更大), 在景观尺度(公里级)上的多年冻土活动层厚度变化特征仍有待解析, 尤其是关键基础设施区的活动层厚度变化仍不清楚。本研究基于站点监测数据、MOD11B3地表温度数据、MCD12C1土地覆盖数据, 采用Stefan模型, 在公里级空间分辨率上模拟泛北极地区2001年—2017年多年冻土活动层厚度, 并解析泛北极地区及主要油气区多年冻土活动层厚度时空变化格局及主要原因。研究发现: 2001年—2017年泛北极地区约有78.4%的冻土区域多年冻土活动层厚度呈现增长趋势, 尽管全区多年平均的增长速率为0.22 cm/a (p<0.05), 但具有较强的时空差异性。显著增长区主要集中在加拿大西北部的落基山脉及劳伦琴高原一带以及俄罗斯中西伯利亚高原中部地区, 增加速率主要在0.5—1 cm/a;而减少区主要分布在加拿大的哈得孙湾沿岸平原、拉布拉多高原一带, 俄罗斯的东西伯利亚山地北部、中西伯利亚高原的北部、贝加尔湖以东区域和泰拉尔半岛一带。泛北极地区主要油气区多年冻土活动层厚度也以增加为主, 80%以上的油气区呈现增加趋势, 增长速率在0.1—0.7 cm/a。泛北极地区多年冻土活动层厚度变化与气温变化在空间上具有较好的一致性;积雪厚度与活动层厚度关系复杂;不同植被类型的多年冻土活动层厚度有所差异(林地>草地>稀树草原>灌丛), 且多年冻土活动层厚度变化与植被转化方向一致。该成果将有助于深入理解北半球高纬度多年冻土区冻融格局, 尤其可为冻土区的油气设施冻融风险识别与防控提供参考。     

巴芬湾西部和格陵兰岛东部大气经向热量输送协同变化对夏季北极海冰的影响

利用欧洲中心气候再分析资料和美国国家冰雪数据中心北极海冰面积资料,分析了夏季北极海冰面积与前期大气经向热量输送年际变化的联系。结果表明：6月北半球中高纬大气的经向热量输送以瞬变热量形式为主,其中巴芬湾西部（B区）和格陵兰岛东部（G区）是瞬变热量向极区传输的两个通道,二者之间存在反位相的协同变化,且这种协同变化与夏季北极海冰面积变化密切相关。可能的机制为：6月,AD、AO和NAO三种北极大气环流型能够引起巴芬湾西部和格陵兰岛东部瞬变热量输送的协同变化,这种协同变化通过涡旋动力作用激发夏季极区大气表现为AD异常,同时影响途经区域的气温,从而通过热动力作用影响夏季北极海冰。将向极区输送的热量称为暖输送,从极区输出的热量为冷输送,则上述两个区域的瞬变热量协同输送可分为三种情况：B暖G冷、B冷G暖、B和G均冷,而B和G均暖的情况十分罕见。当B区向极区输入、G区输出热量时,有利于太平洋扇区和喀拉海的海冰偏少;当G区输入、B区输出热量时,利于喀拉海和拉普捷夫海海冰偏少;当B区和G区均输出热量时,利于波佛特海南部、喀拉海和拉普捷夫海海冰偏多,反之则相反。     

微型近红外光谱仪测量北极积雪覆盖海冰内部太阳辐照度可行性研究

The extremely low temperature, high humidity and limited power supply pose considerable challenges when using spectrometers within the Arctic sea ice. The feasibility of using a miniature low-power near-infrared spectrometer module to measure solar radiation in Arctic sea ice environments was investigated in this study.Temperature and integration time dependences of the spectrometer module were examined over the entire target operating range of –50℃ to 30℃, well below the specified operating range of this spectrometer. Using these observations, a dark output prediction model was developed to represent dark output as a function of temperature and integration time. Temperature-induced biases in the saturation output and linear operating range of the spectrometer were also determined. Temperature and integration time dependences of the signal output were evaluated. Two signal output correction models were developed and compared, to convert the signal output at any temperature within the operating temperature range and integration time to that measured at the reference temperature and integration time. The overall performance of the spectrometer was evaluated by integrating it into a refined fiber optic spectrometry system and measuring solar irradiance distribution in the ice cover with thickness of 1.85 m in the Arctic during the 9th Chinese National Arctic Research Expedition. The general shape of the measured solar irradiance above the snow surface agreed well with that measured by other commercial oceanographic spectroradiometers. The measured optical properties of the sea ice were generally comparable to those of similar ice measured using other instruments. This approach provides a general framework for assessing the feasibility of using spectrometers for applications in cold environments.     

北极冰下水声通信中改进的最小均方/四次方直接自适应均衡器

本文提出了一种适用于北极冰下水声通信的最小均方/四次方直接自适应均衡器（LMS/F-DAE）。它能处理基带复信号,与LMS相比,具有更好的均衡效果。考虑到均衡器的稀疏特性,在其代价函数中加入自适应范数（AN）作为约束。它能根据均衡器系数的大小自适应变化：对于小系数,此约束项存在以加快收敛速度;对于大系数,此约束项不存在以减小均衡误差。利用第九次中国北极科学考察得到的实验数据验证AN-LMS/F-DAE的性能。结果表明,与传统的LMS/F-DAE相比,AN-LMS/F-DAE能提升均衡器的稀疏性且均衡性能更优。     

2010-2018年北极夏季中国北极科学考察航行期间被动微波遥感海冰密集度与船基目视观测资料的比较

为了更有效地将卫星数据应用于北极航行导航,被动微波（PM）产品的海冰密集度（SIC）与从中国北极科学考察中收集到的船基目视观测（OBS）资料进行了比较。在2010、2012、2014、2016和2018年的北极夏季总共收集了3667组目测数据。PM SIC取自基于SSMIS传感器的NASA-Team（NT）、Bootstrap（BT）以及Climate Data Record（CDR）算法和基于AMSR-E/AMSR-2传感器的BT、enhanced NT（NT2）以及ARTIST Sea Ice（ASI）算法。使用PM SIC的日算术平均值和OBS SIC的日加权平均值进行比较。比较了PM SIC和OBS SIC之间的相关系数,偏差和均方根偏差,包括总体趋势以及在轻度/普通/严重冰况下的情况。使用OBS数据,浮冰尺寸和冰厚对不同PM产品SIC反演的影响可以通过计算浮冰尺寸编码和冰厚的日加权平均值来评估。我们的结果显示相关系数的范围为0.89（AMSR-E/AMSR-2 NT2）到0.95（SSMIS NT）,偏差的范围为-3.96%（SSMIS NT）到12.05%（AMSR-E/AMSR-2）,均方根偏差的范围为10.81%（SSMIS NT）到20.15%（AMSR-E/AMSR-2 NT2）。浮冰尺寸对PM产品的SIC反演有显著的影响,大多数PM产品倾向于在小浮冰尺寸情况下低估SIC,而在大浮冰尺寸情况下高估SIC。超过30 cm的冰厚对于PM产品的SIC反演没有明显影响。总体来看,在北极夏季,SSMIS NT SIC与OBS SIC之间有着最好的一致性,而AMSR-E/AMSR-2 NT2 SIC与OBS SIC的一致性最差。     

ESI高影响论文揭示的北极自然科学研究特点

在全球气候持续变暖背景下,北极地区冻土退化、冰川退缩、海冰减少等导致了一系列的生态环境问题,同时也使得资源勘探开发与国际新航道开通成为可能,北极地区的重要性日益凸显.依据2009—2019年6月期间有关北极研究的408篇ESI高影响论文,对发文量、主要作者、研究机构、国家、研究方向等字段进行分析,从自然科学角度,宏观而...     

秦岭—淮河南北供暖格局变化及其影响因素

基于秦岭—淮河南北及其周边196个气象站点观测资料,构建实际和动态供暖指数,对中国南北过渡带供暖格局变化进行分析,并探讨冬季北极涛动（AO）异常与供暖效率的响应关系。结果表明：① 固定供暖策略下,1960-2016年秦岭—淮河南北实际供暖能耗偏高,呈现“南多北少,西低东高”的变化特征,且低纬度地区供暖需求下降信号早于高纬度;② 对比区域变暖前后,秦岭—淮河南北冬季供暖能耗1960-1990年和1990-2016年两阶段空间特征,发现“整体南高北低,北部东高西低”的格局并未发生变化,供暖南北波动界线依然维持在秦岭山脉—淮河平原中部;③ AO强弱波动与区域冬季供暖能耗具有明显的时空响应关系,是影响中国南北过渡带供暖格局变化的重要因素。当AO负相位时,除四川盆地和巫山山区之外,秦岭—淮河南北其他区域实际供暖能耗明显下降,特别是淮河平原和长江下游的过渡地带响应尤为明显,未来应该有针对性制定气候适应对策。     

北极地区地缘关系研究综述

论文检索了科学引文索引(Web of Science)和中国知网(CNKI)中北极地区地缘关系的相关文献,借助CiteSpace文献分析软件的关键词共现分析功能,系统综述了2000年以来国内外关于北极地区地缘关系的研究重点。从研究内容上看,国外研究主要关注主权政治、航道利用、资源管理和原住民权益等主体性议题,而国内则着重关注地缘政治、航道交通、资源经济和地区治理等参与性议题。就研究方法上看,国内外研究中定性与定量方法兼具,但仍以定性方法和描述性方法为主。随着北极地区的发展,研究方法和研究视角有待丰富,研究领域和研究深度亟需进一步拓展和加强。北极地区具有重要的战略意义,未来应结合现代技术,借鉴国际上的地区发展理论,开展北极地区的可持续发展研究和中国参与研究,并构建新时代北极地区地缘环境理论。     

基于GIS栅格操作方法模拟山地冰川长期变化

地理信息系统(Geographical Information System, GIS)具有强大的空间分析功能。GIS方法建立的模型,可以模拟北极多温冰川Austre Lovénbreen的长时间序列变化。研究发现, GIS方法可以快速有效地获取冰川的冰厚、主流线长度、冰川表面积和冰川体积,其中冰川体积的变化符合高次常函数变化规律;通过对比GIS方法与Elmer/Ice动力学方法模拟的结果, GIS方法对冰川体积的模拟,在十年至几十年的尺度上可行。GIS方法模拟冰川变化,可以快速定量分析冰川未来一定年限内的厚度、面积、体积、主流线长度等几何参数,简化了冰川变化分析研究的过程。