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南极宇航员海夏季水文结构变化特征研究

海洋通报 2024年第1期43卷 21-34页

作者：李化李丙瑞郭晓嘉席颖陈超上海海洋大学海洋生态与环境学院上海201306 中国极地研究中心(中国极地研究所) 上海201209 太原理工大学电气与动力工程学院山西太原030002

本文基于中国南极考察(CHINARE37-38)在宇航员海获取的海洋综合站位观测数据,结合海冰密集度、WOA23和ERA5再分析资料等,分析了该海域主要水文结构及其变化特征。结果表明:宇航员海夏季水团包括南极表层水(分为夏季表层水与冬季残留水)... 详细信息

本文基于中国南极考察(CHINARE37-38)在宇航员海获取的海洋综合站位观测数据,结合海冰密集度、WOA23和ERA5再分析资料等,分析了该海域主要水文结构及其变化特征。结果表明:宇航员海夏季水团包括南极表层水(分为夏季表层水与冬季残留水)、绕极深层水、变性绕极深层水和南极底层水。夏季表层水均分布在表层50 m深度以浅,呈现出南冷北暖的趋势。66°S以南的冬季残留水最厚,最深可达200 m左右。绕极深层水向南侵入的趋势明显,CHINARE-38绕极深层水向上涌升的高度较CHINARE-37高出10~20 m。夏季表层水的高温高盐核心位于中心海域无冰区,因为无冰海域的表层海水长时间接收太阳短波辐射而温度较高。近岸海域因冰融水导致局部夏季表层水降温淡化。宇航员海中心海域海面风场维持低气压气旋式环流,次表层水体通过Ekman抽吸上升冷却表层暖水,导致表层与次表层水体混合加强,绕极深层水向南侵入并向上涌升。

关键词：宇航员海水团海冰密集度净热通量海面风场海平面气压

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中全新世以来南极宇航员海的古生产力演变

地学前缘 2022年第4期29卷 113-122页

作者：胡栟铫龙飞江韩喜彬张泳聪胡良明向波葛倩边叶萍成都理工大学沉积地质研究院四川成都610059 自然资源部海底科学重点实验室浙江杭州310012 自然资源部第二海洋研究所浙江杭州310012

本文通过对南极宇航员海ANT36-C4-05岩心的放射性核素^(210)Pb、AMS^(14)C测年、XRF岩心扫描、多参数物性扫描和主、微量元素的测试分析,重建了该海区中全新世(6500 Cal a BP)以来的古生产力演变及其制约因素。研究结果表明,中全新世以... 详细信息

本文通过对南极宇航员海ANT36-C4-05岩心的放射性核素^(210)Pb、AMS^(14)C测年、XRF岩心扫描、多参数物性扫描和主、微量元素的测试分析,重建了该海区中全新世(6500 Cal a BP)以来的古生产力演变及其制约因素。研究结果表明,中全新世以来宇航员海古生产力波动较强,其演变趋势与南极气温变化基本一致,受海冰范围变化制约较大。在6500~5200 Cal a BP期间宇航员海古生产力随着温度升高和海冰范围减小而快速上升;在5200~3350 Cal a BP期间宇航员海的古生产力处于高值期,波动较小;在3350~2000 Cal a BP期间随着温度降低和海冰范围的扩大,硅质、钙质生产力下降;在2000~0 Cal a BP期间古生产力水平变化复杂,变化程度相较于之前小。同时,中全新世以来宇航员海区沉积记录较好地反映了5500 Cal a BP冷事件、DACP冷事件、MWP暖期和LIA冷事件的气候变化,受冷、暖事件影响导致的古生产力的变化最为明显。

关键词：宇航员海古生产力气候变化沉积环境

基于CMIP6气候变化情景下南极小须鲸(Balaenoptera bonaerensis)在宇航员海栖息地变化分析

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海洋与湖沼 2023年第2期54卷 387-398页

作者：蔺诗颖赵亮刘璐璐冯建龙天津科技大学海洋与环境学院天津300457

南极小须鲸(Balaenopterabonaerensis)作为顶级捕食者,在南大洋生态系统中起着重要调节作用。目前对南极小须鲸的研究大多集中在捕食和季节性迁移上,在栖息地分布以及气候变化对栖息地影响方面研究亟待补充。基于MaxEnt模型和CMIP6的数... 详细信息

南极小须鲸(Balaenopterabonaerensis)作为顶级捕食者,在南大洋生态系统中起着重要调节作用。目前对南极小须鲸的研究大多集中在捕食和季节性迁移上,在栖息地分布以及气候变化对栖息地影响方面研究亟待补充。基于MaxEnt模型和CMIP6的数据,分析了当前情形以及不同排放情景下,到21世纪中期和21世纪末期宇航员海南极小须鲸栖息地的分布和变化。研究结果表明,南极小须鲸主要分布在宇航员海的东部,当前的高度适生区占整个区域的13.96%。深度、海冰密集度和混合层深度最小值是南极小须鲸分布的主要影响因子,三者的累积贡献为60.5%。气候变化情景下南极小须鲸栖息地呈现缩小的趋势。高排放情景下南极小须鲸的栖息地面积减小更快,从21世纪中期到末期这个时期南极小须鲸的栖息地面积减小速率比从当前到21世纪中期快。到本世纪中期,所有情景下的宇航员海东部仍存在南极小须鲸的栖息地;到本世纪末,中排放情景和高排放情景下的宇航员海已不适合南极小须鲸生存,海冰密集度的减小是造成这一现象的主要原因。

关键词：南极小须鲸气候变化宇航员海栖息地第六次国际耦合模式比较计划(CMIP6)

中全新世晚期以来南极宇航员海沉积物的稀土元素和Sr-Nd同位素特征及物源意义

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海洋学报 2023年第5期45卷 14-26页

作者：张泳聪胡良明孙曦韩喜彬龙飞江武文栋向波王逸卓葛倩边叶萍自然资源部海底科学重点实验室浙江杭州310012 自然资源部第二海洋研究所浙江杭州310012 成都理工大学沉积地质研究院四川成都610059 上海交通大学机械与动力工程学院上海200240

开展海洋沉积物物源研究,可以更好地认识其搬运机理与区域及全球物质循环的过程。通过对南极宇航员海ANT36-C4-05岩芯沉积物的稀土元素及Sr-Nd同位素的测试分析开展了沉积物物源研究,结果显示ANT36-C4-05岩芯沉积物的稀土元素平均含量... 详细信息

开展海洋沉积物物源研究,可以更好地认识其搬运机理与区域及全球物质循环的过程。通过对南极宇航员海ANT36-C4-05岩芯沉积物的稀土元素及Sr-Nd同位素的测试分析开展了沉积物物源研究,结果显示ANT36-C4-05岩芯沉积物的稀土元素平均含量相对较高,轻、重稀土分馏明显,87Sr/86Sr平均值相对偏高,εNd(0)平均值明显偏负。沉积物的稀土元素及Sr-Nd同位素特征指示中全新世晚期以来,宇航员海沉积物主要来自于东南极普里兹湾周边陆地及恩德比地一带的高级变质岩,这些碎屑物质一方面在冰-海作用下进入宇航员海,其中南极沿岸流与南极陆坡流在其运输过程中发挥了重要作用;同时,其还可能依靠发源于南极内陆高原的下降风完成从源区到研究区的输送过程。物源端元混合模型的结果表明,岩芯沉积物绝大部分(大于70%)来自于普里兹湾地区的变质岩,来自恩德比地物质的贡献相对较少。两个源区对宇航员海沉积物的贡献存在明显差异,这与地区之间冰川、洋流及风力的差异有关:与恩德比地相比,中山站一带的冰川规模较大,运动速度较快,其对基岩的侵蚀与搬运能力更强;发源于普里兹湾底层的南极底层水可能在普里兹湾-宇航员海的物质输送过程中发挥了一定的作用;普里兹湾地区是南极下降风较为强盛的地区之一,它可以将更多的风化碎屑吹向下风向的宇航员海。这些因素综合导致了宇航员海ANT36-C4-05岩芯沉积物主要来自于普里兹湾的特征。

关键词： REE Sr-Nd同位素宇航员海粉尘物源端元

南极夏季宇航员海浮游动物群落结构及其与环境因子的关系

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海洋与湖沼 2021年第4期52卷 925-935页

作者：牟文秀杨光郝锵徐志强李超伦中国科学院海洋研究所青岛266071 青岛海洋科学与技术试点国家实验室青岛266237 中国科学院大学北京100049 中国科学院海洋大科学研究中心青岛266071 自然资源部第二海洋研究所杭州310012

基于中国第36次南极科学考察期间(2019年12月至2020年1月)于南极宇航员海使用北太平洋网(0.5m~2,330μm)采集的浮游动物样品,对浮游动物的丰度、群落结构、优势种种群结构及其与环境因子之间的关系进行了研究。结果表明:2019/2020年南... 详细信息

基于中国第36次南极科学考察期间(2019年12月至2020年1月)于南极宇航员海使用北太平洋网(0.5m~2,330μm)采集的浮游动物样品,对浮游动物的丰度、群落结构、优势种种群结构及其与环境因子之间的关系进行了研究。结果表明:2019/2020年南极夏季宇航员海浮游动物总丰度在8.93—102.00 ind./m^(3)之间,最高丰度记录在宇航员海中部靠北区域,浮游动物主要由桡足类、磷虾、毛颚类、浮游被囊类等类群组成。调查海域桡足类丰度对浮游动物总丰度的贡献可达90%以上,其中、大中型桡足类Calanoides acutus, Metridia gerlachei, Calanus propinquus和Rhincalanus gigas分布广泛,而小型桡足类Oithona similis、Oithona frigida、Ctenocalanus citer、Oncaea conifera等在丰度上占比较高。通过聚类分析可将宇航员海浮游动物在区域上划分为5个群落,普里兹湾涡流、威德尔涡流、南极绕极流南界等物理海洋学过程是宇航员海浮游动物群落分布模式的主要控制因素。另外,生物环境匹配(Bio-env)分析显示,饵料(叶绿素a)也对该海区浮游动物的种群和群落结构具有重要影响。

关键词：群落结构浮游动物宇航员海南大洋

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宇航员海南极磷虾分布特征研究

海洋湖沼通报 2024年第3期 141-148页

作者：李旭王敬陆坤宇赵亮冯建龙天津科技大学海洋与环境学院

宇航员海磷虾分布特征研究以及磷虾适生区预测对于南极磷虾的利用、保护均具有重要意义。利用Krillbase磷虾分布数据以及全球海洋资料同化再分析系统（GLORYS）提供的海洋再分析数据，分析了宇航员海磷虾空间分布特征以及磷虾分布区域... 详细信息

宇航员海磷虾分布特征研究以及磷虾适生区预测对于南极磷虾的利用、保护均具有重要意义。利用Krillbase磷虾分布数据以及全球海洋资料同化再分析系统（GLORYS）提供的海洋再分析数据，分析了宇航员海磷虾空间分布特征以及磷虾分布区域海表面温度、海表面盐度、叶绿素、海冰的分布特点，在此基础上得到了宇航员海磷虾适生区的分布情况。结果显示在宇航员海，磷虾密度呈现南高北低，西高东低的特点，高密度区域集中在65°S以南恩德比地以西的近岸海域，宇航员海适合磷虾分布的海表面温度范围为-1.75℃～-1.25℃、盐度范围为33.9～34.1、叶绿素范围为0.28～0.36 mg·m-3、海冰密集度为0.67～0.81。在宇航员海磷虾适生区主要分布在65°S以南海域，分布呈现和岸线平行的特点。

关键词：宇航员海南极磷虾分布特征

南极宇航员海浮游动物群落结构及其被动沉降对碳通量的贡献

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南极宇航员海浮游动物群落结构及其被动沉降对碳通量的贡献

作者：牟文秀中国科学院大学(中国科学院海洋研究所)

学位级别：硕士

浮游动物是食物网中初级生产者与高级消费者之间的营养纽带,并且通过摄食、排粪、被动沉降等过程调节颗粒有机碳从表层向深海输送,因此,了解浮游动物的群落结构及其碳循环中的作用变得越来越重要。本研究基于中国第36次南极科学考察期间... 详细信息

浮游动物是食物网中初级生产者与高级消费者之间的营养纽带,并且通过摄食、排粪、被动沉降等过程调节颗粒有机碳从表层向深海输送,因此,了解浮游动物的群落结构及其碳循环中的作用变得越来越重要。本研究基于中国第36次南极科学考察期间(2019年12月至2020年1月)于南极宇航员海使用北太平洋网(网口0.5 m,筛绢孔径330μm)和Multinet网(网口0.5 m,筛绢孔径200μm)采集的浮游动物样品,对调查海域浮游动物的丰度、群落结构、优势种种群结构及其与环境因子之间的关系进行了研究,并探讨了宇航员海域夏季浮游动物被动沉降对碳通量的贡献。2019/2020年南极夏季宇航员海浮游动物主要由桡足类、磷虾、毛颚类、浮游被囊类等类群组成,其丰度在8.9-102.0 ind.m之间,最高丰度记录在宇航员海中部靠北区域。调查海域桡足类丰度对浮游动物总丰度的贡献可达90%以上,其中、大中型桡足类Calanoides acutus、Metridia gerlachei、Calanus propinquus和Rhincalanus gigas分布广泛,而小型桡足类Oithona similis、Oithona frigida、Ctenocalanus citer、Oncaea conifera等在数量上占比较高。通过聚类分析可将宇航员海浮游动物在区域上划分为5个群落,普里兹湾涡流、威德尔涡流、南极绕极流等水文动力过程是宇航员海浮游动物群落分布模式的主要控制因素,另外,Bio-env分析显示,饵料(叶绿素a)也对该海区浮游动物的种群和群落结构具有重要影响。在宇航员海域浮游动物垂直分布上,浮游动物可划分为上层、中层和深层等3个群落,上层群落主要由0-100 m水层样品组成,其浮游动物平均丰度为178.4ind.m,优势种为C.acutus、C.propinquus、M.gerlachei、R.gigas、O.similis、O.frigida、Oncaea antarctica等;中层群落主要由100-500 m水层样品组成,其浮游动物平均丰度为15.0 ind.m,优势种为O.conifera、Aetideopsis minor、Bathycalanus bradyi、Heterorhabdus autrinus、Paraeuchaeta antarctica;深层群落主要由500-1500 m水层采集的浮游动物样品组成,其浮游动物平均丰度为2.2ind.m,优势种为A.minor和B.bradyi。这种群落划分很大程度上归因于浮游动物优势物种丰度尤其是桡足类丰度的差异而不是浮游动物物种组成的变化,具有水深特异性的温度、盐度、叶绿素等环境因子是浮游动物垂向分布的关键影响因素。优势桡足类C.acutus、C.propinquus、R.gigas和M.gerlachei在各水层的自然死亡比例具有明显的物种差异,其中M.gerlachei在调查站位均未发现死亡个体,其它三个物种自然死亡比例随着水层的增加大体呈现增加的趋势,其中在中深层水体(500-1500 m)的自然死亡比例可达50%左右。宇航员海夏季浮游动物被动沉降在数量来源组成上主要由小型桡足类构成,在有机碳碳含量组成上主要由优势桡足类(C.acutus、C.propinquus和R.gigas)的残骸和蜕皮组成。夏季初期宇航员海浮游动物被动沉降对不同水层碳通量的贡献从表层水体(100-200m)的0.08%,增加到中深层水体的0.15%。

关键词：群落结构被动沉降浮游动物宇航员海南大洋

面向海洋科考调查的南极宇航员海海浪风险分析

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极地研究 2023年第1期35卷 72-82页

作者：曹磊王子珂孟繁超郭灿文赵龙飞国家海洋信息中心天津300171 自然资源部海洋信息技术创新中心天津300171

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... 详细信息

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。

关键词：海浪风险分析海洋科考调查南极宇航员海

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南极宇航员海水文结构及海洋混合研究

南极宇航员海水文结构及海洋混合研究

作者：李化上海海洋大学

学位级别：硕士

南极宇航员海(Cosmonaut Sea,32°E-62°E)位于南印度洋海域(IO,Indian Ocean,20°E-90°E),该海域位于威德尔-恩德比盆地,西部毗邻威德尔海,东北紧邻凯尔盖朗高台,东部是伊丽莎白公主海槽,南部沿岸突出地形安妮角。作为南极重要的边缘... 详细信息

南极宇航员海(Cosmonaut Sea,32°E-62°E)位于南印度洋海域(IO,Indian Ocean,20°E-90°E),该海域位于威德尔-恩德比盆地,西部毗邻威德尔海,东北紧邻凯尔盖朗高台,东部是伊丽莎白公主海槽,南部沿岸突出地形安妮角。作为南极重要的边缘海之一,宇航员海独特的物理环境对局地的渔业资源、生态环境以及气候变化等的影响具有重要的意义。宇航员海海域在物理过程上非常活跃,具有大规模的纬向和经向海洋环流模式,海冰的年度生消,广袤的冰间湖以及季节性表层水团转换。南极绕极流、南极陆坡流、威德尔海环流延伸体等主要环流和冰间湖生长消亡等物理过程会对局域海洋生态系统和渔业资源分布具有重要影响。目前对南极宇航员海的认知较为有限,这源于现场观测数据的匮乏。极地海洋水团、环流、物质能量交换过程及其与全球气候变化的互馈关系是国际极地科学研究的重点和难点之一。复杂的海洋环境给宇航员海提供的丰富渔业资源是众多研究关注的问题。因此,为了加深对南极宇航员海海域的全面认识,本文针对宇航员海的水文结构与海洋混合变化特征等展开研究,能基本呈现南极宇航员海海域主要水团分布、性质变化特征等,给在宇航员海开展的交叉性学科研究提供基础,具有至关重要的科学意义。本文基于2020-2022年度我国南极考察(CHINARE36-38)期间在宇航员海获取的水文观测数据,本文利用了2019年12月至2020年1月、2021年1月与2022年1月至2022年3月共3个航次的CTD资料和2022年中国第38次南极考察(CHINARE-38)在南极宇航员海布放的3个Argo浮标数据,通过对宇航员海水团性质分布、典型断面温盐垂直分布特征等进行分析,探讨了宇航员海水文结构的年际变化特征。并结合不莱梅大学提供的AMSR2海冰密集度数据、欧洲中期天气预报中心(ECWMF)提供的ERA5再分析数据(包括南极考察同期的短波辐射、长波辐射、感热、潜热、海平面气压、风场与风应力旋度的月平均场)和美国海洋资料中心(NDOC)的WOA23气候态温盐数据,分析宇航员海2021年及2022年净热通量变化、海平面气压及风场等海面强迫场对水文结构变化的影响。此外基于密度廓线计算了宇航员海海域混合层深度,基于Thorpe尺度方法湍流扩散系数与湍动能耗散率,分析了典型站位上的分布特征,探讨了海洋混合过程。得到的主要结论如下:根据夏季的现场观测CTD断面资料,宇航员海夏季水团包括南极表层水(分为夏季表层水与冬季残留水)、绕极深层水、变性绕极深层水和南极底层水,主要水团的结构、分布和性质空间变化明显。夏季海冰融化度最大,融冰、海气界面过程和太阳辐射等影响下,表层的冰融水扰动影响可以一直深入到次表层大约50m,次表层以上水团性质发生明显变性,表层温度整体上南冷北暖,CHINARE-38夏季表层水温度相对较高,可达1.21℃;次表层至中层广泛分布着低温的冬季残留水,CHINARE-37最低可达-1.91℃,CHINARE-38冬季残留水大量混合变暖,特别地东部低纬度海域基本没有冬季残留水的踪迹;陆坡陆架区冬季残留水更厚,最深可达400m左右,温度范围为-1.62℃--0.50℃。绕极深层水向南侵入的趋势明显,CHINARE-38绕极深层水向上涌升的高度较CHINARE-37高出10m-20m;CHINARE-38绕极深层水的核心温度比CHINARE-37高,东部海域南极底层水比西部南极底层水温度略高0.12℃。近岸处表层温度低于外海,温度范围为-1.2℃-1.25℃,近岸处盐度略低于开放海域,盐度范围为33.4-34.2,但陆架附近盐度增大;冬季水在近岸处较开放海域更厚,50°E断面上最低可达400m左右,温度范围为-1.62℃--0.50℃。结合Argo浮标剖面数据,表层水体温度性质随季节的不同变化明显,夏季2月的表层水温度最高,超过0.80℃,秋季4月的表层水温度降至0℃左右,冬季6月的表层水温度最冷可低至-1.91℃;冬季残留水的厚度与地理位置有关,西北海域较东南海域厚;中层绕极深层水的夏季与秋季核心温度较高,超过1.80℃,冬季则略低0.2℃;盐度未出现明显的季节性变化,夏季表层盐度最低。分析宇航员海净热通量变化、海平面气压及风场等海面强迫场对水文结构变化的影响。夏季宇航员海净热通量南高北低。整个海域夏季净热通量为正,持续获得热量,该海域的净热通量大约在50-150W/m;1月份内的净热通量高于2月份内的净热通量,表层混合增强;夏季表层水的高温高盐核心位于中心海域无冰区,因为无冰海域的表层海水长时间接收太阳短波辐射而温度较高;近岸海域因冰融水导致局部夏季表层水降温淡化;宇航员海中心海域存在低气压气旋式结构,且负的风应力旋度增强,次表层水体通过Ekman抽吸上升冷却表层暖水,表层与次表层混合加强,造成区域冬季残留水偏暖;绕极深层水的涌升高度在时间尺度上没有明显差异,基本稳定在100m附近的

关键词：南极宇航员海水文结构海洋混合