科学研究
Polar Research
研究方向
极地冰雪与气候变化研究所围绕极地冰雪关键过程及其全球效应等前沿科学问题,重点开展以下方向研究:1)极地冰盖-冰架-冰川等冰冻圈要素与岩石圈、水圈、大气圈等的多圈层相互作用及其对全球海平面的影响;2)南北极海洋、海冰、大气过程及其全球联系;3)极地冰下水、沉积物、岩石中的冰盖演化和大陆地质过程;4)极地雪冰和高分辨率古气候记录重建。为支撑上述研究方向,研究所同时致力于研发适用于极地特殊环境的空-天-地-水下观/探测技术与装备体系。
目前,极地冰雪与气候变化研究所建有2个研究团队,分别是极地冰盖多圈层相互作用与气候变化研究团队和极地气-冰-海相互作用研究团队,在南极雷达冰川学、南极航空地球物理学、极地海冰物理学等研究方向具有优势。
代表性研究成果
南极冰穹A雷达冰川学观测及其冰盖演化研究:
过去近20年里,始终引领我国南极雷达冰川学的观测和研究,成功构建适用于南极冰盖深部探测的地面、航空和无人化观测平台,研制成功国内首套南极冰盖深部探测冰雷达系统,探测深度超过3000米,研制成功国内首套南极冰盖浅部高分辨率探测冰雷达系统,垂向分辨率达到15cm,为面向世界科技前沿的冰盖深部探测研究和面向国家重大需求的冰下地形测绘提供了重要的技术和平台保障。测绘了南极冰盖最高区域——Dome A区域的冰厚和冰下地形,揭示出甘伯采夫冰下山脉的早期山地冰川地貌特征,为南极冰盖起源与演化提供了重要依据,如证实南极冰盖在3400万年前在冰穹A区域起源、推断南极冰盖在1400万年前已达到当前规模等。在寻找地球上超过百万年最古老深冰芯研究方面,基于冰下探测,确定了冰穹A深冰芯钻探位置,推动了我国首个南极内陆科考站——昆仑站的建成,进一步结合冰盖模型,评估了冰穹A深冰芯的年代。相关成果发表Nature、Science Bulletin、The Cryosphere等期刊上,获海洋局海洋创新成果奖二等奖1项。
南极冰盖冰下探测与不稳定性研究:
2015年以来,完成我国首架南极考察固定翼飞机科考平台构建和航空科考体系运营建设。通过集成了航空冰雷达、重力、磁力、测高等的南极冰下探测科考系统,针对南极伊丽莎白公主地这一最大数据空白区的冰底环境和冰盖不稳定性、埃默里冰架几何特征和海底测深、冰脊B最古老深冰芯选址等多个重大科学研究前沿,成功完成5个年度的大范围航空科学观测,总测线长度近18万公里;编译生成空间分辨率达到500m的南极伊丽莎白公主地精细冰下地形数值高程模型,首次揭示了该地区的冰下地貌,发现大量对冰盖不稳定性有重要影响的地形特征,成果已被国际南极冰下地形制图计划Bedmap 3和Bedmachine Antarctica作为核心收录;通过航空磁法观测数据,使用热传导方程,计算了伊丽莎白公主地区域的等温居里面深度以及冰下地表热流,首次发现伊丽莎白公主地居里面整体上深度要比过去估计的要浅;在伊丽莎白公主地新发现4个冰下湖,其中位于冰盖中心位置的冰下湖,具备钻探获取冰下水进而研究冰下极端古老生命形态的重要价值。相关成果发表Earth System Science Data, Journal of Glaciology, IEEE JSTARS, Remote Sensing等期刊上,获专利和软件著作权多项。
北极海冰快速变化机制研究:
北极海冰是气候系统的重要组成部分,海冰快速减少使其物理性质发生了复杂的变化,给海冰预测预报带来极大的挑战。在国家重点研发计划,国家自然科学基金重点项目、面上项目和优秀青年基金,以及国家极地业务化专项的支持下,研究团队长期致力于“极地气-冰-海相互作用过程”研究,针对海冰模式参数化不完善的物理过程,聚焦北极海冰物质平衡与上层海洋的耦合机制,开展了精细化观测和机理研究,获得了多尺度物理过程新认识。主要研究成果包括1)研发了海冰-上层海洋物质与能量平衡一体化观测装备“北极海-冰-气无人冰站观测系统”,提升了对冰-海耦合过程的观测能力,创新地实施了浮标组网观测,观测方案支撑了MOSAiC北极国际计划,支持了北极航道适航性实船观测实验;2)从热力学和动力学角度系统地阐明了北极气-冰-海冰过程新机制,揭示了融池和夏季融冰对海冰物质平衡的影响,澄清了冰场形变对海-气能量交换的作用,观测到了海冰减少变薄对冰场强度的影响,阐明了海冰热力和动力学过程季节尺度的反馈机制,给出了基于融池演化过程的北极季节冰区和多年冰区海冰反照率的参数化方案。研究成果支持了高分辨率海冰模式的发展,支撑了北极航道适航性评估,引领我国北极海冰物理过程研究进入国际先进行列。研究团队近5年发表论文30余篇,其中JCR一区论文8篇;获得省部级科技奖励5项,其中第一完成单位1项。
研究队伍
极地冰盖多圈层相互作用与气候变化
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研究定位
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唐学远
/ 团队负责人
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马红梅
/ 团队成员
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郭井学
/ 团队成员
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崔祥斌
/ 团队成员
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姜苏
/ 团队成员
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胡正毅
/ 团队成员
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于乐江
/ 团队成员
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肖恩照
/ 团队成员
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戴海霞
/ 团队成员
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李霖
/ 团队成员