极地研究杂志

极地研究杂志2023年第1期

• 东南极西福尔丘陵冰碛物中磁铁石英岩的识别与地质意义

  王晓虎,王伟,保红,刘晓春,胡健民,赵越,

  广袤的南极大陆发育丰富的岩石类型, 也蕴藏着丰富的自然资源。但南极大陆大部分地区常年被冰雪覆盖, 难以进行直接研究; 而散布在冰川周缘的冰碛物包含各种岩石类型, 携带丰富的冰下地质信息, 对理解南极大陆岩石组成、构造演化及成矿作用具有不可替代的作用。通过对东南极西福尔丘陵冰碛物研究, 识别出了两种磁铁石英岩(条带状铁建造的组成岩石, 简称BIF), 分别为浅暗红色富赤铁矿磁铁石英岩和浅灰色磁铁石英岩。浅暗红色富赤铁矿磁铁石英岩的石英条带和磁铁矿条带相间分布, 界线较为平直, 矿物组合主要包括石英、磁铁矿、赤铁矿、褐铁矿等, 含少量绢云母、磷灰石; 赤铁矿含量约3%, 分布在磁铁矿颗粒边缘或裂隙中, 或呈颗粒状分布于石英条带中。浅灰色磁铁石英岩的石英条带和磁铁矿条带相间分布, 条带边缘不平直, 矿物组合主要包括石英、磁铁矿、赤铁矿、褐铁矿, 含少量透辉石、透闪石、阳起石; 赤铁矿含量很少(＜1%), 分布在磁铁矿颗粒裂隙内, 或呈颗粒状分布于石英条带中。根据已有的结果初步推断东南极西福尔丘陵两种样式BIF具有相似的沉积环境, 属阿尔戈马型。BIF中赤铁矿可能是由磁铁矿经历了一定程度的氧化作用形成, 且赤铁矿形成时地球环境中氧气含量应处于上升过程。根据已有的资料推测, 西福尔丘陵BIF形成时代在25亿年前, 或可追溯至30亿年前, 其形成机理与环境有助于解释地球早期地质及环境演化规律, 值得将来深入研究。

• 增温对南极湖泊沉积物反硝化过程的影响

  蔡锐,马红梅,王东启,史贵涛,任名成,

  全球变暖导致的极地地区增温正深刻地改变着极地地区生态系统物质循环过程和速率。目前, 增温对南极地区湖泊沉积物氮循环关键过程的影响还鲜有报道。中国第29次南极科学考察期间在南极中山站附近选取了5个湖泊, 采集了1 处含企鹅粪土的湖泊沉积物(莫愁湖)和4处自然湖泊沉积物(团结湖、大明湖、米尔湖和玉珍湖), 利用样品瓶泥浆恒温培养法进行增温模拟, 设置低温(1℃)、中温(5℃)、高温(11℃)培养实验。结果表明, 低温条件下莫愁湖沉积物反硝化速率和反硝化潜势明显高于自然湖泊沉积物(277.37倍、244.13倍)。一定程度的增温促进了沉积物反硝化速率与反硝化潜势, 但过高温度也会抑制部分样点的反硝化速率与反硝化潜势。总体而言, 高温条件下自然湖泊沉积物平均反硝化速率分别是中、低温条件下的1.57倍、3.56倍, 反硝化潜势为1.91倍、6.31倍; 而含企鹅粪土湖泊沉积物反硝化速率为1.17倍、2.08倍, 反硝化潜势为0.72倍、1.01倍。增温对自然湖泊沉积物反硝化速率和潜势的影响高于莫愁湖沉积物, 但含企鹅粪的莫愁湖沉积物的反硝化速率和潜势具有更高的绝对增量。企鹅粪中较高的硝酸盐、铵盐、磷酸盐以及有机碳含量是莫愁湖具有很高的反硝化速率的主导因素。在全球变暖的背景下, 南极地区企鹅外源氮输入将加速湖泊沉积物氮循环。

• 利用重力地质法反演南极阿蒙森海海底地形

  袁寒箫,王永康,李杰,张化疑,唐秋华

  根据船测单波束数据和V30.1重力异常模型, 采用重力地质法(Gravity Geologic Method, GGM)反演得到南极阿蒙森海1'×1'分辨率海底地形。在精度分析中, 首先通过GGM反演模型与其他常用的水深模型对比, 验证了使用GGM水深模型所反演的南极阿蒙森海海底地形的整体精度最高; 然后, 分析了水深控制点数量和地形起伏度对反演精度的影响, 结果表明地形起伏对反演精度影响较大, 而通过增加水深控制点数量则能够提高反演精度; 最后, 对研究区域进行水深分区处理, 分析了密度差异常数与外界因素的关系, 得出密度差异常数也受地形起伏影响较大, 为此提出了一种基于水深分区计算局部区间最优密度差异常数的GGM法, 相比采用全局最优密度差异常数反演海底地形, 该方法使反演精度有了明显提高。

• 基于统计与动力相结合的南极夏季海冰跨季节预测

  王惠,李双林,刘娜,

  选取美国国家环境预测中心气候预测系统(CFS)第二版预测的南大洋(40oS—80oS)夏季海温、海洋性大陆地区(100oE—130oE, 10oN—15oS)春季海温以及南半球热带外(20oS—90oS)春季海平面气压3个预测因子, 利用奇异值分析的方法提取相关信息, 采用回归模型对南极夏季海冰场进行预测。从该模式对1983—2018年南极夏季海冰密集度异常值的回报效果看, 模型的预测技巧较CFS原始预测有显著的提高。对单格点上预测与实测的时间相关系数提高到0.76; 从交叉检验的结果来看, 预测技巧较CFS同样有显著提高; 从对南极海冰范围的预测来看, 该模型的预测效果最好, 明显优于CFS原始预测和持续性预测。这些结果表明, 该模型具有较高的预测性能。

• 应用风云三号D星微波数据估算北极海冰面积和边缘线的精度评估

  杨子健,王泽民,刘婷婷,

  风云三号D星搭载的微波成像仪(microwave radiation imager, MWRI)可提供被动微波数据以实现全北极尺度的海冰面积和海冰边缘线研究。基于MWRI数据获取北极海冰面积和海冰边缘线的相关研究较少, 且精度验证工作不足。使用基于6种算法的MWRI数据的海冰密集度结果, 提取北极的海冰面积和海冰边缘线, 将专用传感器微波成像仪/探测仪(special sensor microwave imager/sounder, SSMIS)和先进微波扫描辐射计(advanced microwave scanning radiometer 2, AMSR2)数据作为对比, 使用中分辨率成像光谱仪(Moderate-Resolution Imaging Spectroradiometer, MODIS)融合产品(2019年8月26日—12月31日)评估精度。结果表明, MWRI数据的海冰面积随时间变化的趋势与MODIS融合产品基本保持一致。MWRI提取的海冰边缘线相比SSMIS更接近MODIS融合产品获得的结果, 均方根误差约为20~30 km。这些差异主要和数据间时空分辨率有关。总之, MWRI具有较优的性能, 在北极海冰参数的监测研究中极具潜力。

• 2016/2017 年度夏季南设得兰群岛海域浮游动物群落结构及其与环境因子的关系

  王俊健,张晔,王延清,杨光,

  根据2016/2017年度南设得兰群岛海域夏季航次的浮游动物数据以及环境因子数据, 初步分析了浮游动物的群落组成、丰度、多样性以及与环境因子的关系。结果显示, 调查海域共检测出24种浮游动物物种(类群), 浮游动物群落总丰度为1095.51 ind∙m−3, 主要由尖角似哲水蚤、拟长腹剑水蚤、南极大磷虾以及南极纽鳃樽等组成。表层温度是对浮游动物分布影响较强的环境因子之一, 与上述的浮游动物优势物种的丰度均呈正相关。浮游动物的群落Shannon-Wiener多样性指数和Pielou均匀度指数与表层温度呈负相关关系。南大洋西南极海域近些年的显著升温可能会促进夏季南设得兰群岛海域优势浮游动物的增长, 进而导致群落的多样性及均匀度的下降。本研究将有利于深入探析南极磷虾重要渔区浮游动物的群落组成和优势物种分布, 并从基底生态学参数的角度为探究磷虾渔场的形成提供数据。

• 面向海洋科考调查的南极宇航员海海浪风险分析

  曹磊,王子珂,孟繁超,郭灿文,赵龙飞,

  海浪风险分析是保障海洋科考调查活动安全的重要手段, 现行海浪风险研究主要是面向沿海地区的海洋工程, 利用波浪极值统计分析技术推算重现期, 而海洋科考调查与海洋工程的波浪适应性区别较大, 故现有极值方法不适用于海洋科考调查活动。本文提出了一种面向海洋科考调查的海浪风险分析方法, 综合考虑了海浪事件危险性和海洋科考调查脆弱性, 构建多级海浪事件危险性评价指标体系, 研究海洋科考调查作业脆弱性分析方法, 构建海浪综合风险评估模型, 绘制形成海浪风险等级区划。该方法在南大洋宇航员海及其附近海域进行了应用验证, 提出的模型方法可以有效地评估海浪风险, 能为海洋科考调查站位设计、作业窗口期规划、航线规划等工作提供有效支撑。

• 《马德里议定书》的背景、发展与启示

  马金铎

  《马德里议定书》的出台背景、谈判过程与晚近发展反映了环境保护目标在南极国际治理中从无到有, 从边缘到中心的地位变化。从《南极矿产资源活动管理公约》到《马德里议定书》, 南极条约协商国在南极治理中的核心理念从资源利用转移至环境保护。历经六年具有“非正式外交”和“个人外交”特色的谈判, 《南极矿产资源活动管理公约》于1988年通过, 但其因受到联合国质疑、环保组织及南极条约非协商国的多方反对等因素而无法生效。1991年, 禁止南极矿产资源活动并建立了南极环境保护制度的《马德里议定书》通过, 标志着南极条约体系中环境保护目标的确立。2005年《马德里议定书》附件六通过, 其为南极环境保护制度设立了责任义务, 大大提升了各国进行南极科学考察活动的门槛, 但至今仍未生效。当下, 环境保护已经成为了南极国际治理的关键目标之一, 也是其核心议题与博弈工具。作为南极条约协商国与科考大国, 我国应尽快出台南极环境保护专门立法以落实条约义务, 并立足科学考察优势, 利用协商国地位和权利积极争取南极事务话语权, 以增强我国在南极的实质性存在, 维护我国南极权益并推动南极环境保护法律制度的完善。

• 2018年以来美国主流智库对中国北极政策及活动的认知及所提出的对策

  吴棋航

  在中美大国竞争背景下, 近年来北极问题在美国政府议程中的优先级日益凸显, 并引起美国主流智库的关注。准确把握美国主流智库对中国北极政策及活动的主要认知及应对策略, 对中国判断今后美国政府在北极地区的对华政策取向有重要作用。本文选取5家美国主流智库的10份代表性研究成果作为主要研究样本, 并挑选另外4家非美国智库的7份报告以拓宽研究角度。研究发现美国主流智库围绕中国北极活动的影响及意图进行了深入探讨, 重点关注了中俄北极合作, 对美国政府如何应对中国北极政策与活动提供了相关对策建议。总体来看, 美国主流智库认为中国的北极政策着眼长期博弈, 强调中国正通过经济、科考活动扩大在北极的影响力, 对中国北极活动造成影响的认识较为负面; 同时美国主流智库为拜登政府提供了包括遏制中国、分化中俄、强化自身和重塑联盟等4个方面的应对策略。

• 北极海冰厚度的热力学和动力学影响因素研究评述

  王昀,李雪薇,王今菲,于乐江,杨清华,

  全球变化背景下, 在过去的 40 年中, 北极海冰范围快速减少, 厚度显著变薄, 同时多年冰向一年冰转化, 这对区域乃至全球气候系统具有重要影响。海冰厚度作为气候变化的指示器, 在大气-海冰-海洋之间的物质和能量交换过程中起着重要作用。本文通过综述国内外北极海冰厚度影响因子的研究进展, 对影响北极海冰厚度的热力学和动力学过程进行了梳理和总结。在热力学方面, 海冰厚度会受到大气-海冰和海冰-海洋两个界面处的热通量影响, 其中, 大气-海冰热力学过程的影响因素包括冰面特征、气温、水汽、降雨/降雪和云量等, 主要通过海冰表面辐射收支和湍流热交换(感热和潜热)产生影响; 而海冰-海洋界面处的热通量作为海冰厚度的重要影响因素, 主要受太阳辐射对上层海洋的加热、风应力导致的垂向混合以及中低纬暖流输送的影响。在动力学方面, 海冰厚度变化主要通过风和海流的共同驱动引起海冰输运和海冰的形变。大尺度环流异常也会通过大气-海冰-海洋相互作用对北极冰厚的热力学和动力学过程产生显著影响。

• 北极冰雪表面能量平衡研究进展

  邹小伟,杨堤益,田彪,张雷,孙维君,李昭,丁明虎,

  北极地区冰/雪-大气相互作用的过程, 尤其是冰雪表面反照率的变化, 是制约我们认识北极地区气候系统快速变化的关键科学问题。目前已有的研究表明, 随着观测技术和方法的进步, 北极冰雪表面能量平衡研究取得了较大的进展, 但由于缺乏高质量、时空连续的观测试验数据, 大部分参数化方案、遥感及模式产品等在北极不同区域的适用性仍待评估。因此, 北极地区观测站点的加密、综合观测试验的开展和多源卫星遥感体系的进一步完善, 能为遥感卫星产品及复杂参数化方案在北极的评估验证提供数据支撑, 也可以揭示更多潜在的冰雪表面能量平衡相关的过程和机理, 加深对极地海-冰/雪-气相互作用的理解, 更好地服务于极地冰冻圈与气候变化研究。

• 极地冰区拖曳作业探索与实践

  夏寅月,陈清满,朱兵,丁峰,沈悦,廖周鑫,裴佳豪,陈际雨,

  极地海域作为海洋中极具战略地位和影响力的关键地区之一, 越来越受国内外科学研究的关注。拖曳作业是开展海洋调查的重要手段之一, 但在极地冰区开展拖曳作业往往受天气、海冰、调查装备类型等因素的影响, 此外还面临各种突发问题, 可能影响考察任务的顺利实施。我国极地考察在开展冰区拖曳作业中经历了从冰区边缘试探到密集浮冰区实践, 从结构简单的拖网采样到系统复杂的地球物理综合调查, 通过不断的探索试验, 积累了丰富的极地冰区考察实践经验。本文总结了我国在极地冰区开展拖曳作业中遇到的主要风险, 开展了深入的分析与探讨, 同时对比和借鉴国外的相关考察作业经验, 并针对性地提出改进措施和建议, 以期为今后在极地冰区开展相关调查作业提供参考和借鉴。

• 中国第12次北极科学考察队员医疗资料分析

  郝俊杰,陈建,

  为提高极地科学考察医疗保障水平, 对北极科学考察医疗预防和救治方案提出针对性建议, 本研究收集了搭乘“雪龙2”号极地考察船的中国第12次北极科学考察队员在航程中的医疗资料, 包括统计就诊人数、各种疾病和外伤例数、各系统疾病和外伤例数及构成比, 分析常见疾病和外伤的可能诱发因素。研究发现, 在79 d航程期间(2021年7月12日—9月28日), 100名中国第12次北极科学考察队员发生疾病和外伤并就诊的有76人(76%); 共诊治疾病和外伤143人次(不含复诊), 就诊例数前10的疾病和外伤依次为: 皮肤损伤、咽炎(并列第1)、软组织损伤、胃炎、上呼吸道感染、手足皲裂或脱皮、失眠、口腔溃疡、视疲劳、痛风、皮癣(并列第10); 根据发病系统和专科不同, 就诊例数依次为创伤与骨关节疾病、皮肤疾病、耳鼻喉疾病、消化系统疾病、呼吸系统疾病、口腔疾病、眼科疾病、神经心理疾病、代谢与内分泌疾病、心血管疾病、泌尿生殖系统疾病。为此, 建议进一步采取职业安全教育、加强安全防护和严格执行作业操作规范以及提高随队医生技能和加强远程医疗等措施。