基于GLORYS12V1再分析数据的楚科奇陆架区流场季节变化特征分析

楚科奇海是北太平洋海水进入北冰洋的唯一通道,为更好地了解北太平洋入流水在陆架区流场的季节变化特征,本文基于1993~2020年的GLORYS12V1再分析数据,对楚科奇陆架区流场的空间分布和关键通道断面流场季节变化特征进行了分析。气候态平均结果显示,太平洋入流水通过白令海峡进入楚科奇海后主要由汉娜德海谷、中央水道、巴罗峡谷和德朗海峡断面流出陆架,四支路径的流量占白令海峡入流的比例分别为50.3%、25%、16%和6.9%。季节变化结果显示,白令海峡和德朗海峡断面流量的月变化在5月达最大,其余断面则在7月达峰值。德朗海峡断面西侧东南向沿岸流在秋季最强。5 m和30 m流速的联合经验正交函数分解的模态较为类似,体现了垂向结构的一致性。第一模态的空间分布显示整个研究区域均为同位相分布,且四支主要路径上呈现高值,其时间序列在冬夏半年呈反位相变化。第二模态主要体现陆架区西侧西伯利亚沿岸流场的上下半年呈反位相变化。将各断面的流量序列分解为与风相关的部分和非风因素相关的部分进行分析发现,气候态平均流量除德朗海峡处风起主要贡献外,其余断面均为非风因素对流量起正贡献而风起负贡献,非风因素引起的流量达0.23×10^(6)~1.33×10^(6) m^(3)/s,不过风和非风因素对各断面季节变化特征的影响并不一致。气压场和风场季节变化的分析结果显示,夏冬季波弗特高压和阿留申低压之间气压差的变化导致了东北风强度变化,进而影响了楚科奇陆架中心区冬/夏半年北向流的弱/强。而春秋季主要分别是波弗特高压和阿留申低压的东西位置变化对西伯利亚沿岸的流场产生影响。

楚科奇陆架海域夏季温度年际变化特征

【目的】研究楚科奇海陆架区夏季(8—10月)温度年际变化。【方法】利用GLORYS12V1再分析数据,并结合海表热通量及断面侧向热通量数据,分析楚科奇海温度年际变化及其与海表热通量和侧向热通量的关系。【结果与结论】楚科奇海东南海域温度最高,约8℃;北部和西部海域多低于3℃;1993—2020年5、29、47 m以及50 m以浅温度的线性增加趋势为0.03~0.07℃/a,且表现出年际变化特征;经验正交函数分解结果显示,各层第一模态均表现出整个研究区域为同位相变化,且各层温度变化具有较大的区域不同;热收支分析结果显示,该时期短波辐射和白令海峡热输送是两个主要热量输入量,影响温度年际变化,而长波辐射、潜热通量以及通过东侧和北侧断面的热量为主要的热量输出量。线性回归分析得出楚科奇海热通量的变化与8—10月平均温度之间的定量关系,可为更好地表征和预测楚科奇海温度变化特征提供参考。

北极楚科奇海北部特征水团对浮游植物空间分布的调控

通过楚科奇海北部–加拿大海盆西侧交接地带的生态调查,我们发现0~150 m海域水体中以融冰水(MW,0~20 m)、白令海夏季水(sBSW)和阿拉斯加沿岸流(ACW)等水团为主。水温和营养盐变化与水团息息相关,物理–生化的耦合作用进一步影响了浮游植物分布和群落结构。叶绿素a浓度最大值多位于约50 m深、富含营养盐的sBSW和ACW暖水团中。sBSW和ACW中分别以小型(占比约74%)和微微型(占比约65%)浮游植物为主。藻华初期,溶解无机氮(DIN)虽呈相对限制状态,但仍高于浮游植物生长所需阈值。双单元混合模型显示:浮游植物对氮去除明显,氮吸收量与叶绿素a浓度呈正比,且在温度略高的ACW水团中氮吸收量高于sBSW水团。在北极变暖、波弗特流涡增强以及ACW和sBSW营养盐补给下,该区域的浮游植物的叶绿素a浓度(均值:(0.327±0.163)mg/m^(3),范围:0.04~0.69 mg/m^(3))与历史数据相比有所提高。这将增加北极海区的碳吸收通量,有利于其作为碳汇区的发展。

楚科奇海和白令海浮游植物的种类组成与分布

根据 1 999年 7月至 8月我国首次北极科学考察期间“雪龙”号考察船在楚科奇海 ( 66°0 .3′N75°1 8.6′N ,1 5 3°36.5′W 1 74°5 9.5′W )和白令海 ( 5 5°5 9.8′N66°0 .3′N ,1 73°2 1 .1′E1 75°5 3.9′W)采集的 5 1份网采样品和 2 4份水采样品 ,鉴定浮游植物 3个门类 38属 1 2 1种 (含变种和变型 ) ,都是真核藻类。其中楚科奇海有 33属 1 0 3种 ,白令海有 2 5属 71种 ,两海区共有种 49种。这些种类可分为 4个生态类群 :( 1 )北极类群 ;( 2 )北极、亚北极北方类群 ;( 3)北方温带类群 ;( 4 )世界性广温类群等。主要优势种有楚科奇海的格鲁菱形藻 (Nitzschiagrunowii)、诺登海链藻(Thalassiosiranordenskioldi)和聚生角毛藻 (Chaetocerossocialis)等和白令海的西氏细齿状藻(Denticulaseminae)、柔弱菱形藻 (Nitzschiadilicatissima)、成列菱形藻 (N .seriata)和长海毛藻(Thalassiothrixlongissima)等。楚克奇海浮游植物的平均丰度 ( 8.32× 1 0 7个 /m3)远高于白令海( 1 .5 8× 1 0 6个 /m3)。文中还讨论了调查区浮游植物的分布特点及其与环境的关系。

楚科奇海及其海台区粒度分级叶绿素a与初级生产力

2003年夏季中国第二次北极科学考察期间,在楚科奇海及其海台区进行了叶绿素a浓度与初级生产力的现场观测。结果表明,观测海区叶绿素a浓度范围为0.009～30.390μg/dm3。表层浓度为0.050～4.644μg/dm3,平均值为(0.875±0.981)μg/dm3;陆架区次表层和底层的浓度高于表层,海台区深层水的浓度较低,200m层的浓度为(0.015±0.007)μg/dm3。水柱平均叶绿素a浓度区域性特征明显,陆架区高于海台区。R断面进行3趟重复观测,平均叶绿素a浓度分别为(2.564±1.496)μg/dm3,(1.329±0.882)μg/dm3和(0.965±0.623)μg/dm3,浓度呈下降趋势。观测站潜在初级生产力为0.263～4.186mgC/(m.3h),陆架区平均潜在初级生产力((2.305±1.493)mgC/(m.3h))比海台区((0.527±0.374)mgC/(m.3h))高近4倍。平均同化数为(1.22±1.14)mgC/(mgChla.h)。观测区细胞粒径>20μm的小型浮游生物对总叶绿素a浓度和初级生产力的贡献率分别为63.13%和65.16%,细胞粒径2.0～20μm的微型浮游生物和细胞粒径<2.0μm的微微型浮游生物对总叶绿素a和初级生产力的贡献率相差甚小,其对总叶绿素a浓度的贡献率分别为19.18%和17.69%,对总初级生产力的贡献率分别为20.11%和14.73%。

白令海和楚科奇海表层沉积硅藻分布特征

对中国第二次和第三次北极科学考察在白令海和楚科奇海获取的部分表层沉积物样品进行了详细的硅藻分析,旨在了解白令海和楚科奇海表层沉积硅藻的主要分布情况。研究发现海冰对北极硅藻有着显著的影响,在最小冰边缘线以北海域,由于常年被海冰覆盖,表层沉积物中的硅藻数量极少甚至缺失,而在此范围以南海域,硅藻含量则甚为丰富。白令海和楚科奇海表层沉积物中最主要的硅藻种类及组合有:角毛藻休眠孢子(Chaetoceros restingspores)、海冰硅藻组合(以Fragilariopsis oceanica和Fragilariopsis cylindrus为代表)、极地硅藻组合(优势种有Bacterosi-ra bathyomphla,Thalassiosira antarctic v.borealis及其休眠孢子)、沿岸底栖硅藻组合(主要有Paralia sulcata和Delphe-neis surirella)、诺氏海链藻(Thalassiosira nordenskioeldii)和塞米新细齿藻(Neodenticula seminae)等。上述硅藻种类及组合具有显著的空间分布差异性,并与现代海洋环境因素密切相关,因此对于白令海和楚科奇海古海洋环境研究具有重要意义。

楚科奇海与白令海表层沉积中的钙质和硅质微体化石研究

通过对北冰洋楚科奇海和白令海 41个表层沉积样品中的有孔虫、介形类等钙质微体化石和硅藻、放射虫、海绵骨针等硅质微体化石的定量分析 ,发现表层沉积中浮游有孔虫几乎缺失 ,这可能与该区表层生产力相对低、碳酸盐溶解作用较强有关 ,而底栖有孔虫和硅质微体化石的丰度分布则明显受表层沉积物类型、表层初级生物生产力和碳酸盐溶解作用所控制。其中 ,北冰洋楚科奇海陆架区有孔虫丰度和分异度低 ,含少量浅水介形类 ,放射虫在陆架浅水区缺失 ,但含有较多硅藻和海绵骨针等其它硅质微体化石 ,反映该区由于海冰、表层海水温度较冷而导致表层初级生产力相对低。白令海陆坡区底栖有孔虫丰度比楚科奇海高一个数量级 ,底栖有孔虫分异度也相对高 ,硅藻、放射虫、海绵骨针等硅质微体化石的丰度与钙质化石一样 ,其丰度比楚科奇海明显高 ,反映表层初级生产力相对高。根据白令海陆坡区底栖有孔虫和硅质微体化石丰度、底栖有孔虫胶结质壳比值的水深变化 ,推测该区碳酸盐溶跃层和补偿深度 (CCD)相对浅 ,分别位于水深 2 0 0 0 m和 380 0

白令海和楚科奇海水文特征和水团结构的初步分析

根据我国首次北极科学考察所获 CTD资料 ,分析了白令海和楚科奇海的水文特征和水团结构。研究表明 :(1 )该两海域温、盐度的分布有着明显的区域性差异。楚科奇海的温、盐度普遍低于白令海。 (2 )夏季 ,白令海大部分水域温度垂直分布的突出特点是 :在 2 0 m和 2 5 0 m间存在温度低于 3°C的中层冷水。 (3 )在楚科奇海北纬 70°以北海域 ,不论是水温或盐度皆明显减小 ,从而在此区域形成强的温、盐度锋带。 (4)在白令海存在三种水团 。

北极楚科奇海海冰面积多年变化的研究

北极气候系统正在发生显著变化，其中，海冰面积和厚度的减小是其最主要的特征．楚科奇海是海冰面积变化最有代表性的区域．文章利用积累了9a的高分辨率海冰分布数据研究海冰面积的多年变化特征．结果表明，各年的冰情有显著的季节内变化，海冰面积距平曲线体现了不同时期海冰面积变化的动态过程．在1997～2005年间，楚科奇海海冰面积经历了轻（1997年）—重（2000-2001年）—轻（2002-2005年）的变化过程．9a的数据总体上体现了海冰面积减小的趋势，2005年的冰情呈现了历史新低．每年融冰期的长短与冰情轻重有密切的关系，冰轻年份融冰开始时间早，冻结结束时间晚．各年海冰面积最小值发生在9月下旬至10月初，各个年份海冰最小面积差别很大．有的年份只有4％，而重冰年可以大于50％．文章采用4个重要参数表达海冰多年变化．其中海冰面积指数反映了当年总体平均的海冰面积距平；海冰最小面积反映了融冰期海冰的极限情况；上一个冬季的气温积温也与翌年海冰面积有良好的关联；分析了风场对海冰的影响，表明风场在融冰期能够在短时间内改变海冰的覆盖面积．

西北冰洋楚科奇海台P31孔晚第四纪的陆源沉积物记录及其古海洋与古气候意义

通过对北冰洋西部楚科奇海台P31孔沉积物进行岩性特征和颜色旋回分析、XRF元素扫描、AMS14 C测年、有孔虫丰度统计、筏冰碎屑(IRD)(>250和>154μm)含量分析以及粒度组成的综合研究,建立了该孔的地层年代框架,其沉积物被划分为MIS 3-MIS 1的沉积序列。自MIS 3以来,楚科奇海台P31孔可以识别出5个IRD事件,它们分别出现在晚MIS 1、MIS 2和早中MIS 3期。这些IRD主要被来自加拿大北极群岛的冰山或者大块冰所携带,随波弗特环流搬运至楚科奇海台并卸载到海底,这不仅反映了晚第四纪冰期-间冰期旋回中北美冰盖的崩塌事件,还反映了波弗特环流的变化历史。粒度组分变化表明,细砂级组分主要来自于冰山或大冰块的搬运,因为其高值对应于IRD的高值,粉砂级组分可能主要来自于海冰的搬运,而黏土级组分主要由波弗特环流和雾状层所搬运。两个敏感组分(5～13和110～176μm)含量的变化呈现明显对称性分布,后者的变化对应于IRD的变化,前者可能指示了物源和沉积作用后期的影响。该孔MIS3-MIS1的沉积速率分别为2.2、0.16和1.6cm/ka,平均沉积速率约为1.2cm/ka。与北冰洋其他海区沉积速率资料对比显示,海冰边缘地区沉积速率较高,而永久性海冰覆盖区沉积速率低较。水深越浅,越靠近陆架物源区,沉积速率越高,纬度越高的门捷列夫-阿尔法脊和加拿大海盆区,沉积速率越低。

夏季楚科奇海浮游动物的生态特征

根据中国首次北极科学考察的资料 ,分析了楚科奇海浮游动物的物种和生态类群以及群落结构的多样性 ,报道了浮游动物不同群落的地理位置 ,生态属性及其主要种的差异 ,阐述了浮游动物数量的平面和垂直分布特征以及各主要类别的百分组成 ,探讨了本区浮游动物分布特征与环境因子的相关性 ,同时还就本区浮游动物的物种多样性和生物量等指标与相关海区进行比较。结果表明 ,在已记录的 84种浮游动物中 ,4种生态类群同时共存 ,它们以差异悬殊的数量比分别在测区 70°N以南和以北浅水区以及东北部深水区形成 3个生态属性各异的群落结构 ,其分布状况可与测区内不同海流、水团的动态相互佐证。在平面分布上 ,总生物量呈深水区低、浅水区高 ,尤以浅水区南端最高的分布格局 ,在垂直方向上 ,傍晚深水区总生物量高值层出现于 2 0 0 m以浅 ,尤以 5 0 - 0 m层最高 ,2 0 0 m以深逐层下降 ,而物种多样性则由浅到深逐层增加 ,但 80 0 -5 0 0 m层略有减少。与相邻的中、低纬度的海域相比 ,本区浮游动物总生物量均值明显较高 ,但物种多样性却明显贫乏 ,此外 。

楚科奇海海冰周年变化特征及其主要关联因素

利用1999年美国国家冰雪资料中心的各种卫星遥感综合分析数据对楚科奇海海冰周年变化进行详细分析,将全年的海冰变化过程分成密集冰封期、东岸融化期、单湾结构期、双湾结构期、三湾结构期、全线北撤期、南进封闭期、全面冻结期8个阶段。海冰冻结期仅2个月,海冰融化期持续4～5个月,说明融冰过程的吸热是个漫长的过程。太平洋与北冰洋海面高度差形成的正压压强梯度力是白令海水进入北冰洋的主要动力,白令海水进入冰下形成的暖水海冰边缘区是海冰融化的重要机制。白令海水在楚科奇海扩散过程受到海底地形产生的Taylor柱效应的显著影响,使其产生绕过浅滩,沿海谷流动,在海谷的方向上输送更多的水体和热量的现象,形成海冰融化的湾状结构。楚科奇海的局地风场也是海冰形态变化的重要因素之一。局地风场在冬季阻碍白令海水的入流,而在夏季促进白令海水的入流。

楚科奇海及白令海大型底栖生物初步研究

1999年夏季在楚科奇海、白令海采用 30cm× 30cm箱式取样器 ,取得 16个站位大型底栖生物定量样品。经分析研究有大型底栖生物 92科 16 4种 ,其中多毛类、软体动物和甲壳动物种数最多 ,占总种数的 88.4 1% ,三者构成北极楚科奇海和白令海大型底栖生物的主要类群。优势种有独毛虫属一种 (Tharyxsp .)、齿吻沙蚕属一种(Nephtyssp .)、囊叶齿吻沙蚕 (Nephtyscaeca)、平滑胡桃蛤 (Ennuculatenuis)、短吻状蛤 (Nuculanapernulapernu loides)、拟猛钩虾属一种 (Harpiniopsissp .)、日本沙钩虾 (Byblisjaponicus)和萨氏真蛇尾 (Ophiurasarsii)等。楚科奇海和白令海大型底栖生物平均生物量为 111.83g/m2 ,平均栖息密度为 2 5 38个 /m2 。生物量和栖息密度均以多毛类和软体动物占多数。楚科奇海和白令海大型底栖生物有 5个群落类型 :I .梯额虫 (Scalibregmainflatum )紫轮参(Polycheirarufescens) -结栉盖蛇尾 (Stegophiuranodosa)群落 ,Ⅱ .拟单指虫 (Cossurellasp .) -平滑胡桃蛤 -鳞甲钩虾 (Lepidepecreumsp .)群落 ,Ⅲ .缩头竹节虫 (Maldanesarai) -葛氏希泊钩虾 (Hippomedongorbunovi) -萨氏真蛇尾群落 ,Ⅳ .齿吻沙蚕 (Nephtyssp .) -平滑胡桃蛤 -日本沙钩虾 -戈芬星虫 (Golfingiasp .)群落和白令海群落 ,即?

楚科奇海盆M04柱晚更新世以来沉积古环境记录

对"中国第五次北极科考"采自楚科奇海盆的M04柱进行粒度、冰筏碎屑、黏土矿物、岩心XRF扫描、沉积物颜色分析,初步建立了楚科奇海盆晚更新世MIS4期以来的沉积地层框架。MIS4期以来,楚科奇海盆M04柱沉积物粒度和黏土矿物组成具有明显的冰期/间冰期变化特征,冰期沉积物粒度分布以双峰态为主,由洋流搬运和海冰搬运沉积组分组成,伊利石含量高、高岭石含量低;间冰期沉积物具有三峰态粒度分布特征,由海冰搬运、洋流搬运和冰山搬运沉积组分组成,伊利石含量低、高岭石含量高。通过M04柱黏土矿物组合类型与北冰洋边缘海盆的表层沉积物黏土矿物组合类型对比表明,晚更新世以来楚科奇海盆沉积环境发生显著变化:温暖的间冰期受波弗特涡流驱动,波弗特海为研究区的物源输入提供了主要贡献;寒冷的冰期表层环流呈反向输运,细颗粒物源碎屑以东西伯利亚海的输入为主。

楚科奇海与白令海海洋地质研究进展

1999年7月～1999年9月我国进行了首次北极科学考察 ,实现了北极地区海洋地质研究零的突破。这次考察取得了大量的沉积物样品 ,同时还获得了第一手现场资料。简要介绍了沉积物特性、分布特征 ,分析了沉积物的物质来源、沉积环境 。

夏季北冰洋楚科奇海微微型、微型浮游植物和细菌的丰度分布特征及其与水团的关系

利用2008年中国第三次北极科学考察的机会,分析夏季楚科奇海微微型、微型浮游植物和细菌丰度的分布特征,并探讨它们与楚科奇海水团之间的关系。结果表明:与北冰洋的其他海域相比,楚科奇海的微型浮游植物丰度相对较高(0.03—10.23×103cells·mL-1),微微型浮游植物则大致相同(0.01—2.21×103cells·mL-1),而浮游细菌丰度明显较高(0.21—9.61×106cells·mL-1)。白令海陆架水与海冰融化混合水和阿纳德尔水浮游植物群落结构不同,夏季随着太平洋水入流水对楚科奇海的日益影响,其水体本身的群落结构可能被外来群落替代。

北极楚科奇海、白令海上空大气气溶胶铅浓度及同位素研究

北极楚科奇海大气气溶胶中铅浓度为 0 1 7～ 0 96ng·m-3,平均值为 0 4 6± 0 2 7ng·m-3.气溶胶铅同位素地球化学示踪和铅的富集因子计算 ,揭示北极楚科奇海和白令海上空大气中的铅可能主要由两个端元组分混合而成 ,这两个端元一是来自北美如美国和加拿大具高同位素比值的工业释放铅 ,另一个是源于俄罗斯及其远东如立陶宛、乌克兰、阿塞拜疆、哈萨克斯坦、蒙古和亚洲如日本、韩国、中国和越南 .铅的总沉降通量计算表明 ,北极楚科奇海和白令海铅的入海通量平均值为 0 0 2mg·m-2 ·a-1 ,与南太平洋相当 ,略低于北印度洋和南大西洋 ,大大低于波罗的海、北海。

楚科奇海浮冰区夏季短期颗粒有机物通量及其主要组分

中国首次北极科学考察期间 ,于 8月 2 0— 2 3日在楚科奇海浮冰区联合冰站实施了为期 4天的短期颗粒有机物通量研究。结果显示真光层的颗粒有机碳通量为 1 .582mgCm- 2 day- 1 ,2 2 0m深层为 1 .339mgCm- 2 day- 1 ,而相应的沉降颗粒物总通量分别高达 8.788和 1 0 .30 3mgm- 2 day- 1 。显示北极浮冰区的夏季融冰季节后期 ,颗粒有机碳通量的水平较低。与颗粒有机碳通量水平相似 ,生源硅和活性磷的通量水平也较低。对硅藻通量组份的分析表明 ,真光层沉降硅藻的优势种为Nitzschiacf.seriata、Naviculaglacialis和Melosirasp .,而 2 2 0m层则Lepto cylindrussp .占绝对优势 ,其丰度数量百分比均超过 70 %。硅藻碳通量的绝对值较低 ,为0 .1 0 7— 0 .1 1 3mgCm- 2 day- 1 。然而 ,真光层大型桡足类的碳估算值高达 1 0 8.67mgCm- 2day- 1 ,占浮游动物总碳量的 95 .3 % ,大型浮游动物的表观碳通量高于浮游植物碳通量 2— 3个数量级 ,显示楚科奇海夏季融冰期高浮游动物碳量、低浮游植物碳量的特点。但浮游动物表观碳量高的主要原因与浮游动物的昼夜垂直运动有关 。