潘建明¹赵军¹李栋¹张海峰¹于培松¹张偲¹杨旭锋¹朱长凤¹ 胡佶¹扈传昱¹范高晶²韩正兵¹孙维萍¹陶柯宇¹蓝木盛²张海生¹

(¹自然资源部海洋生态系统动力学重点实验室, 自然资源部第二海洋研究所, 浙江 杭州 310012;
² 南极长城极地生态国家野外科学观测研究站, 中国极地研究中心(中国极地研究所), 上海 200136)

摘要  南极海洋生源要素格局及其生态环境效应研究是探讨全球气候变化、碳循环和生态系统相互作用的关键内容, 也是预测南大洋生态系统演化趋势的重要依据。中国自1984年首次南极科学考察以来, 已组织开展多年南大洋综合调查, 并依托“南北极环境综合考察与评估”和“南极重点海域对气候变化的响应与影响”等极地专项的实施, 聚焦南大洋生态系统演变及其环境调控等关键科学问题, 取得了一系列重要认识。本文总结了我国在南极海洋生源要素格局及其生态环境效应领域的相关研究进展, 特别是海洋生源要素循环与浮游生态系统、生源物质沉降通量及其季节变化以及上层海洋过程的沉积记录等方面的研究成果, 初步探讨了南极冰间湖生态过程及其对全球气候变化的响应, 并对我国未来南大洋生态环境调查研究提出了相关建议。

关键词  南极海洋 生源要素 生态环境 中国南极科学考察

doi: 10.13679/j.jdyj.20240033

基于同位素的极区海洋生物泵运转及机制研究

陈敏¹ 范玲芳¹ 王博^1,2 陈阳军^1,3 张润¹ 方仔铭¹ 杨伟锋¹ 郑敏芳¹ 陈梦雅¹

(¹厦门大学, 海洋与地球学院, 福建 厦门 361102;
²山东科技大学, 安全与环境工程学院, 山东 青岛 266590;
³江苏海洋大学, 海洋科学与水产学院, 江苏 连云港 222005)

摘要  生物泵是极区海洋净吸收大气CO2的重要路径之一, 也是连接海洋上层和底栖生态系统的关键环节。本文概述近10年来应用放射性核素和稳定同位素的独特指示功能, 系统地开展普里兹湾、阿蒙森海、宇航员海、白令海、楚科奇海和加拿大海盆等南北极海域生物泵运转规律及维系机制的研究, 探究了生物固碳、颗粒有机碳输出、有机物降解、营养盐再生和有机物埋藏等过程的动力学特征及空间变化规律, 揭示了淡水组分、颗粒物浓度和痕量营养盐Fe等环境因子对生物泵的影响。研究发现, 海冰融水、冰川融水/河水等淡水组分通过改变水体层化、光可获得性和营养盐供给等影响了生物固碳速率、Fe吸收速率和颗粒有机碳(POC)输出通量的空间变化; 有机物降解及硝化作用主导着营养盐再生过程; 南极底层水形成和颗粒物跨陆架输送影响生物泵的表-底耦合状况。同时, 面对未来气候变化和人类活动的双重压力, 亟待加强生物泵与食物网相互作用的研究, 以准确掌握极区海洋生态系统变化的规律及机制。

关键词  海洋生物泵  放射性核素  稳定同位素  南大洋  北冰洋

doi: 10.13679/j.jdyj.20240026

极地微生物资源研发现状及需求分析

廖丽¹ 单琰焱¹ 俞勇¹ 秦启龙² 李春阳³

(¹自然资源部极地科学重点实验室, 中国极地研究中心(中国极地研究所), 上海 200136;
²山东大学, 微生物技术国家重点实验室, 山东 青岛 266237;
³中国海洋大学, 海洋生命学院, 山东 青岛 266100)

摘要  极地因其极端的自然环境与相对的地理隔离, 进化出了独特而多样的微生物资源。极地微生物蕴藏了生命耐受极端环境的奥秘、承载了生物地球化学循环的重要使命, 其研究可为生命科学、地学、天体生物学等研究提供有价值的启示, 具有独特的科学研究意义。同时, 极地微生物所蕴含的新颖物种、基因与产物是极地自然资源的重要组成, 是可持续利用的重要战略资源, 对其开发利用具有现实的经济价值和社会效益。本研究基于详实的科学数据、文献报道、专利与案例分析等情况, 深入阐明了极地微生物研究的重要性, 总结了极地微生物研发趋势与需求, 并提出了相应的研发建议。本研究结果可为极地微生物资源相关研究、政策、项目等布局提供参考。

关键词  微生物资源  研发现状  开发利用  资源需求  极地

doi: 10.13679/j.jdyj.20240031

北极对流层大气能量变化特征及趋势

孔琳琳¹ 邹捍^2,3 周立波^2,3

(¹中国民用航空局, 空中交通管理局航空气象中心, 北京 100018;
²中国科学院大气物理研究所, 低层大气探测研究部, 北京 100029;
³中国科学院大气物理研究所, 大气边界层物理和大气化学国家重点实验室, 北京 100029)

摘要  在北极快速变化背景下, 北极对流层大气的温度和湿度不断增加, 提示北极对流层大气基本状态可能发生变化。作为大气基本状态的度量, 北极对流层大气能量是否发生变化, 以及发生何种变化, 是北极研究者关心的重要科学问题。本文基于对北极对流层大气地-气能量交换、侧边界能量交换和大气能量变化研究的简要回顾, 给出了北极对流层大气能量变化及趋势的物理图像和基本数据。以上研究表明, (1)北极下垫面向对流层大气的能量输送不断增加, 夏季中高纬度向北极对流层大气的能量输送也在增加, 从能量收支的角度提示北极对流层大气能量增加的可能性; (2)采用再分析资料的最新研究也表明, 近数十年来, 北极对流层大气能量不断增加, 大气基本状态正在发生显著的变化。

关键词  大气能量  地-气交换  能量输送  对流层  北极地区

doi: 10.13679/j.jdyj.20240039

南大洋人为二氧化碳的吸收、分布、储存与输运研究进展

张双^1,2,3 祁第¹ 吴瀛旭¹ 汪冰冰³ 陈立奇^1,2,3

(¹集美大学, 极地与海洋研究院, 福建 厦门 361021;
²自然资源部第三海洋研究所, 大气化学与全球变化重点实验室, 福建 厦门 361001;
³厦门大学, 海洋与地球学院, 福建 厦门 361102)

摘要  海洋吸收了工业化以来大约30%人为二氧化碳(简称人为碳, Anthropogenic carbon dioxide, Cant)而显著地影响了全球海洋碳源汇格局。据估计, 南大洋35°S以南区域吸碳潜力占全球大洋高达40%左右, 但该估计也被认为存在着很大的不确定性, 主要是因为缺乏对Cant在南大洋吸收、分布、储存和输运方面的系统性认知。本文基于国内外有关南大洋碳吸收和储存及输送等数据库和研究, 分别从海-气界面CO2通量角度和海洋内部Cant的分布、储存和输送等方面, 综述归纳了南大洋开阔大洋区及近岸区碳源汇格局的研究进展; 探究目前在南大洋碳汇模型与实测数据存在明显差距原因, 以及季节性冰区碳源汇强度估算不确定性较大的问题; 讨论了相关方法在人为碳计算中的优点与不足以及影响人为碳储量的主要输送机制。本文将有助于对南大洋海-气CO2通量、源汇格局变异以及输出过程的进一步了解, 以及更准确估算南大洋乃至全球海洋碳汇。

关键词  人为碳  碳汇  碳吸收和分布  输运与储存  南大洋

doi: 10.13679/j.jdyj.20240027

北冰洋欧亚大陆边缘表层沉积物全岩轻矿物组成
及其环境指示意义

张伟滨^1,2 赵嵩² 刘焱光^2,3

(¹中国海洋大学, 环境科学与工程学院, 山东 青岛 266100;
²自然资源部第一海洋研究所, 山东 青岛 266061;
³山东科技大学, 海洋科学与工程学院, 山东 青岛 266590)

摘要  北冰洋欧亚大陆边缘是海冰的主要生成区域, 由洋流、海冰和冰山输送的陆源碎屑沉积物是北冰洋沉积物的主要组成部分, 沉积物中矿物组成是揭示北冰洋物质来源、洋流模式的重要资料。本文基于前人应用X射线衍射法研究的441个北冰洋欧亚大陆边缘全岩轻矿物组成资料, 探索研究区全岩轻矿物来源及搬运分选模式。研究结果表明: (1)北冰洋欧亚大陆边缘的轻矿物以石英和长石为主, 石英具有多个特征源区并广泛分布于研究区各处; (2)长石族主要包括斜长石和钾长石, 表征了典型的火山物质输入, 是发育火成岩省和火山带的欧亚北极大陆特征矿物。斜长石通常由北极河流输送入海, 并通过海冰搬运到更远的地区, 因此其分布与穿极流的路径极其相似; (3)钾长石对应冰山搬运的粗颗粒物质, 其高值分布在欧亚大陆边缘, 与斜长石的解耦表明了其对区分不同的火山来源物质具有一定的意义; (4)白云石通常来自于北美源区, 方解石来源则更复杂, 可能包含了自生来源。以上研究结果有助于更全面理解北冰洋沉积物源-汇过程, 为厘清北冰洋欧亚大陆边缘沉积环境变化提供重要参考。

关键词  表层沉积物 全岩轻矿物 物质来源 北冰洋欧亚大陆边缘

doi: 10.13679/j.jdyj.20240038

南极罗斯海陆架区冰川-海洋-海底多圈层相互作用的探测研究现状

高金耀^1,2 陈焱琨¹ 董超¹ 李锐祥¹  刘同木¹  蔡晓仙^3,2  岳梅⁴  李娜²  王琦森¹

(¹自然资源部海洋环境探测与应用重点实验室,  广东 广州 510300;
²自然资源部第二海洋研究所, 浙江 杭州 310012;
³山东科技大学, 地球科学与工程学院,  山东 青岛 266000;
⁴中国地质调查局军民融合地质调查中心,  四川 成都 610036)

摘要  罗斯海陆架位于全球最大冰架——罗斯冰架与南太平洋之间, 有着南极最为活跃的冰川-海洋相互作用、冰川地质作用和海底构造岩浆活动, 对其进行冰川-海洋-海底多圈层相互作用的多学科探测研究可为南极, 乃至全球气候环境变化历史及其趋势的模拟研究提供有力的支持。本文围绕罗斯海冰盖历史和罗斯冰架现状, 分析总结了相关方面的探测研究现状和认识: (1)已有科学计划开展了陆架裂谷构造、火山岩浆活动和天然气水合物分布以及冰盖及冰架进退历史的探测研究, 但冰川进退与海底构造活动之间关系还鲜有研究; (2)陆架沉积层序、向外生长、内倾超深和三大冰蚀槽显示了强大的冰川地质作用, 但这种地形地貌的重塑作用模式还没有构建, 尤其是冰盖接地线控制陆架生长的机理有待解剖; (3)在陆架和海槽两个不同尺度上, 模拟显示存在西部冰融水净输出、东部绕极流暖水净输入的特点, 但这种流系的时空分布规律及其与冰架不稳定性之间的关系缺少观测研究; (4)已有冰架上地震仪和近岸水听器监测显示, 来自太平洋方向的地震、火山、海啸和风暴的机械作用不利于罗斯冰架的稳定性, 但缺乏展示动力传递和衰减规律的沿冰蚀槽、乃至陆架范围的声景监测。为此, 建议布设地学和海洋学综合观测断面, 开展宽频带地震和水听器的监测以深刻把握冰盖/冰架进退与裂谷构造活动、海气相互作用之间的关系, 并力求在底栖生物群落的发现和哺乳动物活动的监测上有所作为。

关键词  罗斯海 大陆架 罗斯冰架 冰蚀槽 水听器 海底地震仪

doi: 10.13679/j.jdyj.20240042

冰期旋回中南大洋与热带太平洋相互作用过程与机制

熊志方^{1, 2} 王家凯¹ 秦秉斌¹ 郭景腾¹ 李铁刚^{1, 2}

(¹自然资源部第一海洋研究所, 海洋地质与成矿作用重点实验室, 山东 青岛 266061;  
(²青岛海洋科技中心, 海洋地质过程与环境功能实验室, 山东 青岛 266237)

摘要  南大洋翻转环流推动南半球高低纬度之间水团的交换, 热带太平洋是全球水汽和热量的重要源区,推动着哈德利和沃克环流以及厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)等关键过程的发生。这些过程有效地将热量从热带地区传送至高纬度地区, 也在年际至年代际时间尺度上促进了南半球高低纬度之间大气环流的相互作用。热带太平洋与南大洋之间在冰期旋回中呈现出错综复杂的海洋与大气环流间的相互作用, 涉及物质、能量与水汽的交换, 对全球气候变化产生明显影响。迄今为止, 高纬冰芯和沉积岩心记录已深入地揭示了冰期旋回中受类ENSO过程影响出现南大洋海水温度和海冰与南极降雪等的演变过程。同时, 热带沉积岩心记录也显示在冰期旋回期间, 印度洋-太平洋暖池次表层的升温是南大洋积累的过剩热量, 通过浅层翻转环流向北, 经由亚热带环流向低纬度传输的结果。这些记录不仅支持南大洋流通性增强会影响低纬度大洋生物地球化学循环的观点, 同时也表明冰期旋回中, 印-太暖池升温引发的类ENSO式变化可能主导着热带太平洋大气环流模式, 并对南大洋地区的大气环流产生影响。然而, 由于目前在多时间尺度上与热带遥相关有关的古海洋记录有限, 使得目前对南大洋与热带太平洋相互作用过程和机制的理解与评估仍存在诸多不确定性。因此, 持续开展多指标环南极柱状沉积物的调查分析工作可以为热带遥相关气候模型提供更真实的环境变化参数, 从而减少这些不确定性。

关键词  类ENSO/SAM  大气桥梁 海洋隧道 热带遥相关 古海洋记录 南大洋 热带太平洋

doi: 10.13679/j.jdyj.20240055

中国南极陨石的收集、研究与展望

夏志鹏^{1, 2} 杨东亮¹ 王潇锐¹ 张川统^{1, 2} 陈宏毅^{1, 3} 缪秉魁^{1, 2}

(¹桂林理工大学, 行星地质演化广西高校重点实验室 陨石与行星物质研究中心, 广西 桂林 541000;
²桂林理工大学, 广西隐伏金属矿产勘查重点实验室, 广西 桂林 541000;
³桂林理工大学, 有色金属矿产勘查与资源高效利用省部共建协同创新中心, 广西 桂林 541004)

摘要  陨石不仅是地球与宇宙之间联系的纽带, 也是揭开太阳系历史、探索宇宙演化的关键钥匙。南极独特的地理条件和冰雪环境使其成为全球发现陨石最多的地区。自1998年在格罗夫山发现第一个陨石富集区以来, 中国已收集了12665块陨石, 在全球南极陨石收集数量中排名第三。本文概述了南极陨石发现历史, 揭示了冰盖上陨石富集的独特性, 集成了中国在格罗夫山陨石收集方面的成绩, 并探讨了陨石的分类工作和最新的研究进展。总结取得成就的同时, 也探索收集效率下降、富集区域限制和南极陨石自然“消失”等挑战和问题。最后, 面对行星科学的快速发展和中国南极秦岭站建成的大好时机, 本文提出了一些未来设想, 包括成立南极陨石考察队, 以秦岭站和中山站为后勤保障基地, 开展横贯南极山脉和查尔斯王子山陨石综合考察, 并加强南极陨石科研和科普的协同发展。

关键词  陨石 收集与富集区 格罗夫山 南极

doi: 10.13679/j.jdyj.20240041

中国极地科学与工程技术装备研发应用进展

王硕仁¹ 廖周鑫¹ 郭井学¹ 陈清满¹ 唐帅帅¹ 何剑锋^1,2,3

(¹自然资源部极地工程技术创新中心, 中国极地研究中心(中国极地研究所), 上海 200136;
²南极长城极地生态国家野外科学观测研究站, 上海 200136;
³浙江大学海洋研究院, 浙江大学海洋学院, 浙江 舟山 316000)

摘要  极地科学与工程技术装备在极地科技发展中扮演着重要的角色, 不仅关乎极地科学研究和资源利用, 还与国家的安全、国际地位以及可持续发展紧密相连。在科技不断进步和国际极地形势日趋复杂的背景下, 我国在极地科学与工程技术的研发应用发展显得尤为重要和迫切。本文全面回顾了我国极地考察40年来在科学探测技术装备和工程技术装备研发应用的发展历程和最新成果, 分析了我国极地工程技术装备发展现状与世界先进水平的差距和存在的问题。本文还重点针对我国在极地科研探测技术、重型破冰船技术、极地航空技术以及通讯导航技术等方面所存在的问题, 提出了推进极地重大工程和大科学计划、构建协同创新平台、加强关键技术创新研发、建设极地试验场、完善标准化技术体系以及推动产业化发展等的建议, 以期我国在极地科学与工程技术装备的研发应用发展上, 快速发展和逐步赶超世界先进水平, 更好地服务于我国的极地事业发展。

关键词  探测技术装备 工程技术装备 清洁能源 无人智能技术 极地

doi: 10.13679/j.jdyj.20240043

中国南极医学研究进展与展望

徐成丽^1,2

(¹中国医学科学院基础医学研究所, 极地医学联合实验室, 北京 100005;
²中国医学科学院, 环境与健康研究中心, 北京 100005)

摘要  南极是地球上气候环境最恶劣的地区之一, 人类在南极极端环境下如何生存与适应是南极医学研究的主要内容。本文重点综述了近20年我国南极医学研究及科考队员选拔研究和相关标准研制进展, 主要包括: (1)科考队员在南极越冬条件下, 易发生昼夜节律失同步和睡眠紊乱、免疫-神经-内分泌网络调节失衡、负性情绪增加等症状; (2)科考队员在南极内陆环境下, 易发生急性高原病、心肺功能降低、睡眠障碍、疲劳等负性情绪增加等症状; (3)血氧饱和度低、急性高原反应症状分度评分增加、心电传导阻滞、负性情绪增加等是筛查内陆科考预选队员低氧易感个体的敏感指标; (4)制定了目前极地医学唯一的国家行业标准《极地考察队员岗前体格检查要求》(HY/T236—2018), 为科学规范选拔队员提供了医学指导准则。今后应继续开展我国南极考察队员在极端环境下应激适应、代偿和损伤的生理病理变化及其机制研究, 为考察队员的选拔、适应、防护、站务管理和有关政策制定等提供科学建议。

关键词  南极医学 越冬 冰盖高原低氧 生理心理 适应 选拔

doi: 10.13679/j.jdyj.20240040

中国第40次南极科学考察简报

张北辰

(中国极地研究中心(中国极地研究所), 上海 200129)

       2023/2024年度实施的中国第40次南极科学考察围绕南极重点海域对气候变化的响应和影响等重大科学问题, 执行“五海五站”科学考察任务。考察队暨“雪龙”号、“雪龙2”号考察船于2023年11月1日从上海出发, 2024年4月上旬返回国内。考察队下设15个站、船、队, 由来自80余家单位的460余人组成。

中国南极秦岭站建设简报

祝贺1  魏福海2

(1中国建筑设计研究院有限公司, 北京 100044;
2中国极地研究中心(中国极地研究所), 上海 200136)

       2024年2月7日, 中国南极秦岭站开站, 成为继长城站、中山站之后我国的第3个南极考察常年站, 也是我国首个面向南大洋太平洋扇区的南极考察站。习近平总书记致信表示热烈祝贺, 向广大极地工作者致以诚挚问候和美好的新春祝福。

冰路征程——中国极地考察40周年成就展”简报

万建华

中国极地研究中心(中国极地研究所), 上海 200136

      2024年6月28日, 由自然资源部、新华社、中国国家博物馆共同主办, 自然资源部宣传教育中心和中国极地研究中心(中国极地研究所)联合承办的“冰路征程——中国极地考察40周年成就展”在中国国家博物馆正式面向公众展出。