极地研究

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晚白垩世以来白令海构造成因及大地构造演化

刘松峰, 杨楚鹏, 鞠东, 熊量莉, 李学杰

2021, 33 (1): 1-12. DOI: 10. 13679/j.jdyj.20200033

摘要 ( 56 )

PDF(8916KB) ( 22 )

白令海是西北太平洋最大的边缘海, 形成历史跨越整个新生代, 其构造成因和演化对西太平洋边缘海的研究具有重要意义。晚白垩世以来, 白令海处于北太平洋消减、北冰洋扩张和北美板块总体向西南运动的大地构造体系。通过总结白令海区域最新地球物理、岩石地球化学和年代学等方面的关键地质证据认为: (1)晚白垩世至早始新世, 古太平洋板块(库拉板块)沿白令海陆架边缘-阿拉斯加半岛南缘向北俯冲; (2)始新世, 太平洋板块转向导致俯冲跳跃至阿留申岛弧, 库拉板块残余形成阿留申海盆, 经历复杂的构造变形变质作用形成希尔绍夫海岭的雏形; (3)晚始新世至渐新世, 阿留申海盆向鲍尔斯海岭下俯冲形成鲍尔斯岛弧, 弧后扩张形成鲍尔斯海盆; (4)中新世, 太平洋板块斜向俯冲到阿留申岛弧之下, 形成右行走滑断裂, 发生板片撕裂软流圈上涌, 导致堪察加海盆打开。

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南极海域潮汐模型研究进展及精度评定

孙维康, 周兴华, 周东旭, 孙彦菲

2021, 33 (1): 13-26. DOI: 10. 13679/j.jdyj.20200061

摘要 ( 50 )

PDF(15200KB) ( 21 )

极地潮汐对海冰动力学和漂浮冰架的研究起着重要的作用。现有的海洋潮汐模型在浅海和极地海域的精度远低于开阔深海海域。本文总结了全球潮汐模型在南极海域的研究进展, 环南极海域潮汐模型的构建方法以及南极半岛(Antarctic Peninsula)、罗斯海(Ross Sea)海域、龙尼-菲尔希纳冰架(Filchner-Ronne Ice Shelf, FRIS)、威德尔海(Weddell Sea)海域、埃默里冰架(Amery Ice Shelf, AIS)5个典型区域的潮汐模型构建方法。评价了FES2014、TPXO9、CATS2008以及区域潮汐模型在南极海域的精度以及在南极半岛、罗斯海海域、威德尔海海域、埃默里冰架4个典型区域的精度。FES2014和AntPen模型在南极半岛区域模型精度较高, 和方根误差(Root Sum Squares, RSS)分别为8.61 cm和7.46 cm。TPXO9和RIS_Optimal模型在罗斯海海域精度较高, RSS分别为5.62 cm和6.21 cm, TPXO9模型在威德尔海海域以及埃默里冰架精度最高, RSS分别为18.33 cm和12.77 cm。

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东南极极记录冰川表面冰面湖变化监测

李青, 周春霞, 刘芮希, 郑雷

2021, 33 (1): 27-36. DOI: 10. 13679/j.jdyj.20200013

摘要 ( 25 )

PDF(15755KB) ( 180 )

南极冰盖表面冰面湖的形成和变化是衡量南极冰盖表面融化的重要指示器, 对研究全球气候系统具有重要意义。本文利用Landsat和Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection Radiometer (ASTER)光学数据, 对2000—2017年间的东南极极记录冰川地区的冰面湖进行长时序的变化监测, 分析其面积、深度和体积的年际和季节变化规律, 并结合中山站温度数据和Advanced Land Observing Satellite Digital Elevation Model (ALOS DEM)探讨冰面湖与气温、高程和地形之间的关系。结果表明 , 极记录冰川地区的冰面湖在每年12月前形成, 12月进入快速增长阶段, 其面积、深度和体积在次年1月中下旬均达到峰值; 冰面湖的面积、深度和体积的变化都呈现较好的一致性, 且冰面湖的变化与正积温密切相关; 92%的冰面湖分布在高程低于200 m的区域, 易形成于多条水流路径汇集处或水流路径密集处。

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基于船侧图像的北极太平洋扇区夏季海冰厚度时空变化研究

梅浩, 卢鹏, 王庆凯, 曹晓卫, 李志军

2021, 33 (1): 37-48. DOI: 10. 13679/j.jdyj.20200015

摘要 ( 22 )

PDF(9205KB) ( 28 )

基于2003—2018年中国第二次至第九次北极科考中获取的走航船基图像数据对北极夏季太平洋扇区沿航线平整冰厚度的时空变化进行了统计分析。结果显示太平洋扇区在夏季融冰期沿航线海冰厚度主要分布在10~280 cm区间, 各航次存在一定差异但海冰厚度均近似呈正态分布。8月上旬和中旬沿航线平均冰厚均以−2 cm·a⁻¹的梯度逐年减少。楚科奇海、波弗特海和北冰洋中央海域等各个子区域沿航线平均冰厚随年份线性减少的趋势均不显著。2°为间隔的不同纬度区间沿航线海冰厚度也近似呈正态分布, 但集中分布范围存在差异。8月上旬和下旬的沿航线平均冰厚分别以2 cm·deg⁻¹和5 cm·deg⁻¹的梯度随纬度线性增加, 北冰洋中央海域沿航线平均冰厚随纬度线性增加的趋势在各子区域中最为显著。

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南极菲尔德斯半岛表层土壤中多环芳烃分布特征、源解析及风险评价

刘昂, 公金文, 韩彬, 赵军, 郑立

2021, 33 (1): 49-57. DOI: 10. 13679/j.jdyj.20200025

摘要 ( 12 )

PDF(3331KB) ( 9 )

多环芳烃(Polycyclic Aromatic Hydrocarbons, PAHs)会在“全球蒸馏”效应(即“蚱蜢跳”效应)的作用下, 从低纬度地区转移到高纬度地区, 且有科学家在极区检测到PAHs的存在。本研究采用GC-MS技术对南极菲尔德斯半岛地区20个站点表层土壤中16种PAHs进行了分析, 考察了菲尔德斯半岛表层土壤中PAHs的分布特征。结果表明, 20个站点中∑₁₆PAHs含量范围为2.37~27.31 ng·g⁻¹(dw), 平均含量为9.82 ng·g⁻¹(dw)。2环和3环PAHs是此研究区域的主要PAHs。源解析综合分析结果表明, PAHs主要来源于石油源和石油燃烧源, 且一定程度上受到大气远距离传输的影响。风险评估表明, 研究区域处于低生态风险水平, 但潜在的环境毒性不能被忽视。因此, 研究南极菲尔德斯半岛表层土壤中PAHs分布特征、源解析及风险评价, 可以为该区域及南极其他地区污染控制和生态环境防治等提供科学依据, 对生态环境保护有着重要的意义。

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“雪龙2”号科考作业协同管理平台设计与实现

王硕仁, 陈清满, 张永正, 宋栋芳, 于化冰

2021, 33 (1): 58-70. DOI: 10. 13679/j.jdyj.20200027

摘要 ( 17 )

PDF(5141KB) ( 4 )

“科考作业协同管理平台”以国家极地战略需求为导向, 以“雪龙2”号极地科考破冰船为对象, 按照科考破冰船的航行与科考作业要求, 针对“科考协同作业”问题进行协同创新与应用研究, 切实提高我国极地科考能力水平。通过分析科考航次计划执行与管理活动, 提炼核心管理要素和业务流程, 在充分调查与梳理中国极地研究中心“业务化调查”历史文件的基础上, 采用统一建模语言UML (Unified Modeling Language)^[1], 总结和分析极地科考业务, 提出解决科考业务核心需求“协同作业”的业务架构设计, 并在此基础上提出管理平台的技术架构, 最终为实现极地科考破冰船科考任务的全过程管理奠定良好的基础。

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加拿大北极群岛区域西北航道海冰冰情长期时空变化特征研究

沈心仪, 张瑜, 陈长胜, 胡松

2021, 33 (1): 71-87. DOI: 10. 13679/j.jdyj.20200009

摘要 ( 16 )

PDF(18492KB) ( 12 )

加拿大北极群岛西北航道区域海冰冰情对西北航道的开通及航行安全有着显著的影响。本研究将西北航道分为南部、北部以及交汇区3个区域, 利用美国国家冰雪中心Bootstrap海冰密集度数据和CryoSat-2、CS2SMOS观测以及高分辨率北极海洋-海冰耦合模型(AO-FVCOM)的海冰厚度数据对1978年11月—2017年12月加拿大北极群岛区域西北航道海冰冰情长期时空特征进行研究, 并对南线和北线冰情进行评估。研究结果显示西北航道冬春季被高密集度的海冰覆盖, 夏秋季密集度较小, 呈现北高南低的分布特征; 北部、南部、以及交汇区域覆盖范围呈现减少趋势, 分别为–0.01×10⁵ km²·(10a)^–1[–0.77%·(10a)^–1]、–0.09×10⁵ km²·(10a)^–1[–3.50%·(10a)^–1]以及–0.12×10⁴ km²·(10a)^–1[–2.81%·(10a)^–1]; 海冰厚度在北部和南部区域呈现减小趋势, 分别为–0.25 m·(10a)^–1和–0.13 m·(10a)^–1。西北航道南线冰情优于北线, 海冰密集度、覆盖范围、厚度均小于北线。对影响海冰密集度和厚度的大气和海洋热力学因素进行分析发现, 研究区域的表面大气温度、海洋表层温度呈现上升趋势, 并和海冰密集度呈现显著负相关, 和北部、南部区域海冰厚度呈现显著负相关, 与交汇区域海冰厚度相关不显著。

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基于文献计量分析的南极海洋保护区研究动态研究

韦想云, 朱国平

2021, 33 (1): 88-98. DOI: 10. 13679/j.jdyj.20200023

摘要 ( 21 )

PDF(1878KB) ( 21 )

南大洋生物资源养护与区域治理一直为全球其他区域树立典范, 而南极海洋保护区(Antarctic Marine Protected Area, AMPA)自提出以来便受到了全球学者的广泛关注。为了更为全面地了解AMPA的研究状况和热点问题, 本研究以Web of Science核心数据库中有关AMPA的文献为样本, 融合CNKI数据库相关信息, 运用文献计量分析对1995年后AMPA研究状况进行了分析。结果表明, 自2015年以来涉及AMPA的文献数量增速较快, 研究学科交叉明显, 发文主要集中于极地海洋及生物学领域。澳大利亚、美国等为开展AMPA研究较为突出的国家。基于文献共被引聚类分析可知, 关于AMPA的研究涵盖8个类群, 分别是生态系统管理、景观制图、长期管理、空间分布、潜在性影响、海洋生物多样性养护、预防性空间保护和无冰区等。主要研究方向为管理学、环境科学和生态学以及计算机信息技术等。基于突变检测结果显示, 涉及AMPA研究的前沿热点方向包括管理学与AMPA研究的结合、环境科学与生态学研究的结合以及计算机信息技术与多年科考数据结合等。我国有关AMPA的研究主要集中在法律层面, 今后需进一步加强国际前沿热点方面的研究, 从而为AMPA的推进提供中国智慧, 甚至中国方案。

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南极冰盖地表能量平衡的研究进展

杨堤益 , 丁明虎, 邹小伟

2021, 33 (1): 99-114. DOI: 10. 13679/j.jdyj.20200014

摘要 ( 18 )

PDF(3748KB) ( 10 )

南极冰盖地表能量平衡研究, 是耦合冰冻圈、大气圈和水圈过程的基础之一, 对了解冰盖表面物质平衡过程、提升极地天气气候预报水平有着极其重要的意义。随着近年来极地观测水平的提升, 南极冰盖地表能量平衡研究取得了长足的进步, 特别是在辐射参数化和有效热传导系数模拟等方面。但在南极广袤的地域和多样的天气条件下, 已有的研究大都适用于局地环境, 限制了我们的模拟和预测能力。因此, 适用于极地特殊环境的传感器的研发、关键气候区的科学试验的开展和基础的气象站网建设, 能加深我们对冰/雪-气相互作用过程的理解, 进而改进已有的参数化方案, 应用于多圈层模式的耦合。

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快速变化中北冰洋CO2汇研究进展

赵德荣, 高众勇, 孙恒

2021, 33 (1): 115-127. DOI: 10. 13679/j.jdyj.20200068

摘要 ( 17 )

PDF(2251KB) ( 9 )

作为高纬度吸收CO₂重要海区之一, 北极气候和生态环境正发生快速变化, 这些变化使得北冰洋CO₂的源汇格局及相关过程发生相应改变, 并带来巨大的不确定性。表层海水CO₂分压(pCO₂)是评估CO₂源汇的重要参考指标, 其调控因子较为复杂, 特别是对于环境具有区域性显著差异的北冰洋。综合目前国内外对北冰洋碳汇的研究进展, 阐述了北冰洋pCO₂和CO₂源汇的空间分布特征、重要影响因素及其在北极快速变化过程中的关键作用, 同时提出预测未来变化的不确定性。由于北极快速变化, 北冰洋的海洋生物地球化学碳循环过程及机制变得更为复杂, 进而影响碳汇能力及CO₂源汇分布格局。根据目前的研究结果, 最近20年间, 随着海冰的快速退缩, 北冰洋已经逐渐增强为重要的CO₂汇, 最新的评估数值可高达180 TgC·a^–1(1 Tg=10¹² g), 其中楚科奇海陆架CO₂汇几乎占到整体的1/3。未来的快速变化中, 预测北冰洋碳汇将继续增强, 但受限于营养盐的补给、升温以及海水酸化效应, 其增长潜力低于预期。

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细菌抗冻蛋白研究进展及其应用潜力分析

高山惠, 廖丽, 胥义

2021, 33 (1): 128-138. DOI: 10. 13679/j.jdyj.20200046

摘要 ( 12 )

PDF(3532KB) ( 9 )

抗冻蛋白是一类在低温下抑制冰晶生长从而保护细胞免受冰晶伤害的特殊蛋白质。抗冻蛋白来源广泛, 包括鱼类、昆虫、植物、细菌、藻类和真菌等。相比动植物来源的抗冻蛋白, 目前针对细菌来源抗冻蛋白缺乏系统性综述与分析。因此重点描述了细菌来源抗冻蛋白的研究进展, 并以其中活性较高、研究较多的4个抗冻蛋白来源种属为代表, 详细介绍了细菌抗冻蛋白目前的研究现状、发展前景和应用潜力

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极地雪冰中高氯酸盐的研究进展

赵茜, 姜苏, 史贵涛, 孙波, 陈振楼

2021, 33 (1): 139-147. DOI: 10. 13679/j.jdyj.20200001

摘要 ( 12 )

PDF(2161KB) ( 8 )

环境中普遍存在着自然条件下产生的高氯酸盐(ClO₄^–), 其同位素组成的显著特征(如¹⁷O异常和/或³⁶Cl正值)表明这些ClO₄^–很可能来自于大气平流层且臭氧(O₃)参与了其形成过程。极地冰盖是保存大气来源ClO₄^–的天然档案, 能够提供大气来源ClO₄^–的含量、空间分布、长时间尺度内的变化序列及不同历史时期的来源等信息。这些信息对于明确人类活动对大气来源ClO₄^–的影响, 大气中产生ClO₄^–的机理, 以及大气中ClO₄^–的产量与大气化学、环境条件之间的关系具有重要意义。在总结了极地雪冰中ClO₄^–的来源、含量水平、时间变化序列及大气中产生ClO₄^–的机理等方面的研究进展之后, 提出今后应利用极地雪冰样品研究不同区域ClO₄^–的大气圈层(平流层、对流层)主要来源, 并开展雪冰中ClO₄^–的沉积后过程研究, 从而能够更好地理解ClO₄^–的大气化学过程, 并获取大气中ClO₄^–的产量及其变化的真实信息。

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环境DNA方法在北极地区海洋生物多样性研究中的应用潜力

王芮, 林龙山, 李海, 张然, 李渊

2021, 33 (1): 148-155. DOI: 10. 13679/j.jdyj.20200018

摘要 ( 28 )

PDF(308KB) ( 16 )

随着生物技术的发展, 环境DNA(environmental DNA, eDNA)方法被广泛应用到水生生物多样性研究中。与传统方法相比, eDNA方法具有灵敏度高、省时省力、对调查的生物对象无损伤等优点, 并可以快速地检测出调查区域内生物种类组成、稀有物种等。但目前eDNA方法在极地海洋生物多样性研究中的应用极少, 本文综述了国内外eDNA的研究现状, 分析了该方法的优点与缺点, 结合北极地区海洋鱼类生物多样性研究现状, 展望了eDNA方法在北极地区海洋鱼类生物多样性研究中的应用潜力以及可能面临的相关挑战。

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2013—2019年美国北极研究大科学计划实施进展

刘文浩, 郑军卫, 赵纪东, 杨宗喜

2021, 33 (1): 156-166. DOI: 10. 13679/j.jdyj.20200021

摘要 ( 8 )

PDF(414KB) ( 10 )

北极地区资源丰富, 战略意义重大。当前, 以美国为代表的许多国家都部署了大科学研究计划, 旨在为抢占未来北极地区战略先机奠定基础。掌握重点国家在北极地区的大科学计划对我国具有重要借鉴意义。为此, 以2013年以来美国发布的2个北极5年大科学计划(《2013—2017年北极研究计划》和《2017—2021年北极研究计划》)为例, 分析了其研究的主要内容和实施进展, 梳理了未来美国北极科学研究的目标和新兴方向, 总结了美国北极研究的主要特征,以期为我国北极地区研究部署提供借鉴。

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南大洋发展的热点展望——联合国海洋科学促进可持续发展十年(2021—2030): 南大洋区域性会议纪要

高咏卉, 李纪

2021, 33 (1): 167-169.

摘要 ( 16 )

PDF(230KB) ( 12 )

南大洋在全球热量循环、营养物质循环、生物地球化学和碳循环、海洋生产力和海平面调节等方面起到重要的作用, 对人类未来发展有着深远的影响。南大洋及其内在价值的保护是“联合国海洋科学促进可持续发展十年” (United Nations Decade of Ocean Science for Sustainable Development, 2021—2030, 以下简称“UN海洋十年”)的重要议题之一。2020年2月在美国加州圣地亚哥举行了第一届南大洋区域研讨会。来自11个国家的与会者作为海洋科学、政策、管理和科学传播等专业的代表, 主要围绕以下议题达成了共识。

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