北极斯瓦尔巴群岛冰川流域可培养细菌的系统发育多样性及固氮菌初步研究

从北极斯瓦尔巴群岛冰川流域的上、中、下游采集了5种代表性土壤和冰川融水样品(MT、AT、TN、BT、MS),采用常规LB和严格无氮培养基低温培养方法,对其中的可培养细菌和潜在固氮细菌进行了总菌计数以及菌株的富集、分离与纯化。经菌落菌体形态观察、16S r RNA基因初步测序排重、固氮基因nif H的PCR检测,分别选取48株可培养分离细菌和31株潜在固氮菌进行了基于16S r RNA基因全序列测定的系统发育分析。目的是初步了解该特殊生境中可培养细菌(包括潜在固氮菌)的多样性及其分布状况,为进一步研究它们在此生境中的生态功能奠定基础。实验结果表明,可培养细菌在5个采集样品中的总菌数为BTTNATMT=MS,严格无氮培养基分离菌总菌数为BTATMTTNMS。48株可培养代表菌分属于Proteobacteria、Actinobacteria、Bacteroidetes、Firmicutes 4个门的7纲、14属之中,它们在5个样品中的多样性程度为BT(6纲、6属)MT(4纲、6属)AT、MS(均为3纲、3属)TN(2纲、3属),优势菌群主要分布在γ-proteobacteria纲的Pseudomonas属(20.8%,集中在AT、BT、MS样品中)和β-proteobacteria纲的Janthinobacterium属(35.4%,集中在MS样品中),表现出一定程度的系统发育多样性。潜在固氮菌实验结果表明,能在严格无氮培养基上生长且可检测到nif H的31株代表菌具有极为单一的系统发育多样性。其中90.32%菌株集中在γ-proteobacteria纲的Pseudomonas属,仅在MT和MS样品中有3株菌分布在α-proteobacteria纲的Rhizobium属、β-proteobacteria纲的Janthinobacterium属和Actinobacteria纲的Arthrobacter属,它们与分离自其他极端环境的相关标准菌株具有高度16S r RNA基因同源性。另外,本实验还发现有8株菌的16S r RNA基因序列与相关标准菌株的相似度低于98.50%,推测它们具有成为该特殊生境下新种的潜质。     

两株北极褐藻DNA条形码序列的记录

2012年第5次北极科学考察期间,分别在白令海海域和冰岛附近海域各采集到1株褐藻。描述了其形态学特征,并利用多种DNA条形码序列对其进行了分子鉴定。形态学和基于ITS2序列构建的系统进化树均表明白令海北部海域采集到的AE5-8为孔叶藻亚种Agarum clathratum subsp.Clathratum,这一亚种起源于日本北海道,经过阿拉斯加到北美的东西海岸都有分布。形态学特征及ITS序列和cox1序列均表明在冰岛附近海域采集到的AE5-12是瘤状囊叶藻(Ascophyllum nodosum),瘤状囊叶藻在北大西洋沿岸属于常见种,但是北太平洋海岸未见其分布的报道。     

北极巴伦支海和拉普捷夫海海冰中细菌和微藻的垂直分布

通过计算机图像测定系统测定、计算获得海冰细菌的大小、面积和碳含量,研究了北极巴伦支海和拉普捷夫海的浮冰中细菌大小、丰度和生物量的垂直分布及其与海冰微藻生物量的关系.细菌在冰心中是非均匀分布的,至少有两种不同分布类型:第一类有单一的丰度峰值,在冰心底部或在冰心中部;第二类有两个丰度峰值.海冰中细菌的丰度为0.4×105～36.7×105个/cm3.不同类型海冰中的细菌大小变化极大,在多年冰中,最大的细菌与叶绿素a最大值出现在同一层,而在一年冰中,细菌大小几乎没有垂直变化.整柱冰心的细菌生物量变化为19.2～79.2mg/cm2,细菌与海冰微藻生物量之比为0.43～10.00.对固定冰比较和研究的结果发现,海冰冰心中细菌大小、丰度和生物量的垂直分布差别极大.据此,分析了对目前海冰研究采样方法的局限性,并提出了规范采样方法的设想.     

长链烯酮及U37k值在北极海洋古温度的应用研究

在北极楚科奇海和白令海表层沉积物中检出长链烯酮化合物,研究结果表明楚科奇海和白令海沉积物中长链烯酮以C_37:3甲基酮占优势,C₃₇～C₃₉不饱和烯酮丰度变化顺序为C₃₇>C₃₈>C₃₉.根据∑C₃₇/∑C₃₈比值,所检出的长链烯酮母质生物主要是颗石藻(Emiliania huxleyi).应用U₃₇k和U₃₇k'标准校正关系式估算了表层海水古温度,其中U₃₇k'估算值为4.147～5.706℃(平均为5.092℃).     

东西伯利亚——波弗特海海冰多年代际变率及其与大西洋多年代际振荡的联系

基于哈得来中心（Hadley Centre）逐月的海表温度、海冰密集度资料以及美国国家环境预报中心/国家大气研究中心（NCEP/NCAR）的大气环流再分析资料,分析了1950—2020年秋季（8—10月）东西伯利亚—波弗特海（East Siberian-Beaufort,EsCB）海冰年代际变化的时空特征,并阐述了大西洋多年代际振荡（Atlantic Multidecadal Oscillation,AMO）对EsCB海冰年代际变率的可能调制作用。结果表明,EsCB是秋季北极海冰年代际变化最主要的区域,该区海冰密集度年代际变率可占其异常总方差的40%以上。进一步研究发现,AMO对秋季EsCB海冰存在明显的调制作用,在AMO正位相,北大西洋正海温异常激发向极传播的大气罗斯贝波列,有利于北极中部出现高压异常,相应的大气绝热下沉运动使得对流层低层出现明显的升温,从而有利于EsCB海冰的融化。与此同时,地表升温和EsCB海冰消融会引起局地云量的增多、大气向下长波辐射增大,这反过来又使得地表气温升高,这种地表气温-云-长波辐射的正反馈过程有利于年代际海冰信号的长时间维持。耦合模式的北大西洋“起搏...     

基于不同背景场的云内COSMIC掩星资料的偏差分析

利用2007-2009年Cloud Sat卫星云廓线雷达(nadir-pointing cloud profiling radar,CPR)资料,气象、电离层和气候卫星联合观测系统(Global Constellation Observing System for Meteorology,Ionosphere,and Climate,COSMIC)掩星资料,分析了不同类型云内COSMIC掩星资料与欧洲中期天气预报中心(European Centre for Medium-Range Weather Forecasts,ECMWF)和美国国家环境预报中心(National Centers for Environmental Prediction,NCEP)分析场之间的折射率偏差特征。COSMIC与ECMWF和NCEP之间的折射率偏差分别用Nbias^ECMWF和Nbias^NCEP表示。研究发现,Nbias^ECMWF在积云、层积云、高积云和高层云中的最大值分别为1.2%、0.2%、0.5%和0.2%,而Nbias^NC...     

基于AMSR-E遥感数据应用强度比参数确定多年冰的方法探讨

研究发现,AMSR-E的垂直极化的18.7 GHz(V18.7)和36.5 GHz(V36.5)的亮温比值在一年冰覆盖区域主要是相应频段的海冰微波发射率之比,而在多年冰覆盖区域受海冰微波发射率和海冰温度共同影响,并且海冰年龄越大亮温比值也越大。应用强度比参数可以比较好地确定冬季一年冰与多年冰之间的阈值,其中,在该阈值处,强度比梯度达到最大。该阈值呈现明显的季节性变化规律,在冬季阈值比较稳定,而在夏季受海水的影响变化范围比较大。应用强度比方法确定的多年冰范围,与NASA Team2(NT2)方法相比在大西洋扇区差异非常小;而在太平洋扇区出现比较大的差异。对比发现强度比法确定的多年冰范围一般大于NT2法。     

北极海冰消融情景下环北极国家利益争端的动态博弈建模技术

以气温升高为主要特征的全球气候变化,致使北极海冰持续融化,北极地区丰富的资源、便捷的航行通道、重要的战略地位以及军事价值逐渐凸显出来。北冰洋沿岸的美国、俄罗斯、加拿大、丹麦和挪威等国家纷纷加入到北极利益争夺的行列中。为模拟和评估环北极国家在利益追逐中的合作与冲突行为的演化,基于博弈论思想,构建了环北极五国博弈的动态争端模型,提出了物质收益、惩罚损失和名誉收益等三个机制,综合考虑了气候变化、物质收益、国家关系与国家威望、国际法律法规等因素对环北极五国行为的综合影响。针对当前环北极各国在北极问题上的合作与争端开展了动态博弈建模,并对北极海冰完全消融情景时环北极各国在多种不同合作模式下的争端情况进行了模拟预估与实验仿真。     

北极科学考察法律制度探析

北极在气候、资源、航道、科考等诸多领域对我国有着重要的现实和潜在价值,科考活动在资源争夺上的工具价值更是独一无二,同时,科考作为低敏感领域的活动也最容易开展合作。《联合国海洋法公约》和《斯匹次卑尔根群岛条约》是目前北极科考活动主要的法律规范。作为发展中大国,中国既有对北极科考的法律依据又有雄厚的科研实力。北极科考活动的拓展关涉中国在北极航道、渔业、投资等领域重要的国家利益,也有利于我国未来在北极事务中占有一席之地。因此,我国应进一步加大北极科考活动力度,参与北极科考活动法律规范的制定,进而提升我国在北极事务中的参与权和发言权。     

GNSS掩星探测大气的研究现状及进展

与传统的无线电探空、雷达探测等手段相比,GNSS掩星技术为大气探测提供了一个强有力的工具,其具有无校准、全天候、精度高、垂直分辨率高、全球均匀覆盖等特点。介绍了利用GNSS掩星技术获取地球大气温、压、湿等相关参数大小的研究现状。同时,提出了GNSS掩星技术在气候研究领域的发展方向,将拓宽GNSS掩星技术在全球气候变化研究中的应用。