南极半岛周边海域南极磷虾栖息地适应性

南极磷虾作为南极生态系统中的关键物种,其栖息地适应性研究对可持续利用磷虾资源和了解南大洋生态系统均有重要作用。然而,不同的模型算法会导致估算的磷虾栖息地适宜性出现较大的偏差。为了探索构建磷虾栖息地指数模型的合适方法,实验利用海表温度(sea surface temperature,SST)、海平面高度(sea surface height,SSH)、海表面叶绿素(sea surface chlorophyll,SSC)、海冰密集度(sea ice concentration,SIC)等环境因子,分别采用神经网络拟合和一元非线性拟合方法,并结合最小值法、最大值法、连乘法、算术平均法、几何平均法、加权算术平均法等算法构建磷虾栖息地适宜性指数(habitat suitability index,HSI)模型。结果显示,神经网络模型预报结果更符合磷虾实际栖息分布情况,而一元非线性拟合预测结果较为连续。最大值法和最小值法计算结果差异较大,容易引进较大的误差。连乘法的预测效果较好,算术平均法、几何平均法和加权算术平均法的预测结果相似,且较为稳定。研究表明,神经网络模型是构建南极磷虾HSI模型的合适方法。此外,使用连乘法和加权算术平均法等算法能够提高模型预测结果的准确性和稳定性,而最大值法和最小值法要慎重使用。本研究的方法和结论有助于评估类似物种在栖息地方面的适宜性,对未来磷虾资源的评估和南极生态系统管理具有启示意义。同时,该研究也为其他生态学领域中栖息地适宜性研究提供参考。

南极半岛地区GPS坐标时间序列噪声分析及形变模式初探

有色噪声广泛存在于各种连续GPS站坐标时间序列,对GPS时间序列分析有重要影响.利用GAMIT/GLOBK软件解算了南极半岛地区8个GPS测站2010—2014年的实测数据,对坐标时间序列使用主分量分析法(PCA)进行了空间滤波,利用CATS软件估计了不同噪声模型下和空间滤波前后的噪声量级、站坐标时间序列参数及其不确定度,最后对南极半岛地区水平和垂向的形变模式进行了分析和讨论.结果表明,南极半岛地区GPS时间序列不仅存在白噪声,还存在较大量级的闪烁噪声,部分测站E方向在滤波前可能存在随机游走噪声;空间滤波能够有效降低这三种噪声的量级,从而有效减小线性项和周期项估计的不确定度;南极半岛地区在水平方向主要表现为板块运动,还可能存在局部性构造运动;在垂直方向上由冰川均衡调整(Glacial Isostatic Adjustment,GIA)因素引起的抬升较小,主要表现为现今冰雪质量损失引起的弹性抬升运动.

顾及共性误差的南极半岛地区连续GPS站坐标时间序列分析

共性误差是区域连续GPS网络中存在的一种与时空相关的主要误差源.对区域网络使用空间滤波能够有效减小这种误差并改善坐标时间序列的精度.本文使用GAMIT/GLOBK 10.5软件解算南极半岛区域11个GPS测站2010—2014的数据,各测站独立估计的单天解组成坐标时间序列.利用堆栈法(stacking)、主分量分析法(principal component analysis,简称PCA)和Karhunen-Loeve展开法(KLE)对其进行空间滤波,在利用PCA和KLE方法进行空间滤波时,使用前两个主分量作为共有模式分量.结果表明:三种方法均能有效提取南极半岛区域共性误差,PCA方法的滤波效果明显优于stacking方法,略微优于KLE方法;空间滤波能够有效减小残差时间序列的振幅、功率和RMS;对坐标时间序列进行空间滤波能够有效降低其线性项和周期项误差,从而提高线性项和周期项估计的精度.共性误差的谱分析结果显示在U方向上存在9.4天、13.7天等短周期的信号,推测共性误差组成成分中可能含有与海潮相关的误差源.

基于独立分量分析的南极半岛GNSS网区域滤波

高精度GNSS速度场是研究地壳垂向运动及板块运动的基础,能够为冰川均衡调整(Glacial Isostatic Adjustment,GIA)的建模提供外部检核和新的约束.共性误差(Common Mode Error,CME)是区域连续GNSS时间序列中存在的一种与时空相关的主要误差源,通过空间滤波可有效的降低共性误差的影响,提高坐标时间序列的精度.目前广泛采用的主分量分析法(Principal Component Analysis,PCA),基于二阶统计量(方差和协方差)进行处理,没有充分利用CME高阶统计信息.而独立分量分析ICA(Independent Component Analysis),引入高阶统计量,能够分离出统计独立的非高斯信号.以南极半岛地区的15个GNSS站点为例,由于某些站点存在强烈的局部效应,因此引入了因子分析法首先对异常站进行剔除,然后对比分析了PCA和ICA方法在南极半岛地区区域滤波结果.结果显示,ICA的滤波效果要优于PCA,ICA滤波前后E、N、U三个方向RMS平均降低44.69%、26.94%、34.87%,不确定度分别降低37.43%,44.58%,55.86%,有效的降低了GNSS残差序列的发散性和速度的不确定度.

南极半岛地区气温与南极海冰涛动、ENSO的联系

使用南极半岛Orcadas等台站的气温多年观测资料 ,分析了南极半岛气温和周围海冰以及ENSO的初步联系。结果表明 ,南极半岛地区的气温变化可以反映南极海冰涛动的变化特征 :气温距平和南极半岛附近海冰距平存在密切的负相关 ,和罗斯海外围区域的海冰距平存在正相关关系 ,能够较好地反映出南极半岛气温与南极海冰涛动以及ENSO之间的紧密联系。当南极半岛地区气温偏低 (高 )时 ,南极半岛周围海冰偏多 (少 ) ,罗斯海外围海冰偏少 (多 ) ,赤道中东太平洋海温偏高 (低 ) ,可能出现ElNino(LaNina)。另外 ,南极半岛当年 1 0月的气温距平对预测次年

南极半岛东北部海域表层沉积物稀土元素特征及物源指示意义

通过对南极半岛东北部海域36个表层沉积物样品的稀土元素分析发现：（1）研究区表层沉积物中稀土元素总量（REE）的分布范围为（45.47~183.60）×10-6,平均值为91.36×10-6;稀土元素含量的高低与铝硅酸盐黏土成正比,与生物硅含量成反比;（2）大致以象岛至南极半岛北部的茹安维尔岛为界,研究区西部的布兰斯菲尔德海峡及南设得兰群岛北部岛架-岛坡沉积物稀土含量较低,稀土元素页岩标准化模式与长城站周边土壤/湖泊沉积物、火山岩相一致,表现为重稀土相对富集,铕正异常明显,Sm/Nd分子比值大,推断该区沉积物主要来源于南设德兰群岛中-新生代火山岩分布区与现代火山活动区;（3）研究区东部鲍威尔海盆、南奥克尼群岛岛架和南斯科舍海脊区沉积物稀土元素的页岩标准化配分模式表现为平坦型,轻稀土明显抬升,铕正异常不显著,Sm/Nd分子比值小,稀土元素含量受沉积物中黏土组分含量、硅质生物组分等制约,推断沉积物陆源碎屑主要来源于威德尔海西部和南部,局部受南奥尼克群岛、南斯科舍海脊和南设德兰群岛物质的影响,沉积物的搬运主要受冰筏和海流制约。

2011/2012年夏季南极半岛北端周边海域的水团与水交换

通过分析中国第28次南极科学考察队于2011年12月至2012年1月在南极半岛北端周边海域获得的5条断面观测温盐剖面数据,进一步认识了该海域的水团组成和水交换情况。观测区域南部的鲍威尔海盆及周边深海区,可以观测到保持了较显著高温核心的威德尔深层水、密度大于28.27 kg·m-3的威德尔海深层水以及温度低于-0.7℃的威德尔海底层水。周边陆坡上的威德尔深层水则表现出因与周围水体发生混合而核心性质减弱的特征。在菲利普海岭、埃斯佩里兹海槽等复杂地形处,观测到的对应于威德尔深层水深度的混合与热盐入侵过程更为显著。威德尔深层水能够到达南设得兰群岛以北的象岛东北面海域,但是高盐核心加深至1 500 db,上覆的温暖水体温度基本不变,但盐度随深度显著增大,表明威德尔深层水经历了不同的路径和变性过程。布兰斯菲尔德海峡中没有绕极深层水大规模侵入的迹象,但是乔治王岛周边陆架上可能存在涡旋等中尺度过程,会影响德雷克海峡与布兰斯菲尔德海峡之间的水交换。

南极半岛东北海域表层沉积有机质来源及其沉积环境

采用气相色谱-质谱技术对南极半岛东北海域海底表层沉积物的总有机碳、有机质碳同位素(δ13 Corg)和生物标志化合物等进行了测试分析。研究区表层沉积物总有机碳TOC平均值高于现代深海沉积物中的平均含量。δ13 Corg的变化说明该海域有机碳来源呈海洋水生生物来源和陆源混合的特征。正构烷烃的峰型分布、主峰碳、饱和烃轻重比C-21/C+22和(C21+C22)/(C28+C29)、甾烷组合和藿烷组合证实研究区西部表层沉积物有机质来源以陆源高等植物为主,其陆源可能来自于附近的南极半岛和南舍得兰群岛;研究区东部表层沉积物有机质来源偏以海源为主,且以低等浮游生物、藻类及细菌生物等海源输入为主。碳优势指数(Carbon preference index,CPI)、奇偶优势指数(Odd-even Predominance,OEP)和甾烷C29ααα20S/(20S+20R)比值显示研究区D1-7站位和D5-9沉积物有机质演化程度较高,D5-2和D2-4站位的有机质演化程度低,其他站位介于中间状态。饱和烃中姥鲛烷、植烷及其比值(Pr/Ph)等组合显示研究区西部以氧化-弱还原的沉积环境为主,其可能是受高温低盐别林斯高晋海水流和附近火山喷发的影响所致;研究区东部以还原—强还原沉积环境为主,可能是受低温高盐的威德尔底层水(WSBW)和威德尔海深层水(WSDW)影响所致。

南极半岛近百年气温的年代际振荡

利用南极半岛及邻近地区(30°～70°W,50°S以南)气象观测资料较好的12个站,建立了该地区近百年的气温距平序列.结果表明:1)近百年南极半岛气温有3个跃变点,分别在1919—1923年1947—1953年和1976—1982年之间,两个跃变点之间的稳定气候阶段的平均长度约30a左右;2)各阶段平均气温成阶梯式的上升,近百年年气温增加了0 730℃,但增温幅度各季不同:冬季最大,夏季最小;3)南极半岛年冰密集度指数倾向率为-0 2053·(10a)-1,而且夏半年(12～翌年5月)比冬半年(6～11月)大;4)南极半岛温度与它的冰密集度指数呈反相关,夏季、秋季和年的相关系数都超过了5%信度.

南极半岛周边海域表层沉积物粒度分布特征及其环境指示意义

基于南极半岛周边海域表层沉积物调查以及收集的资料,并通过分析表层沉积物粒度数据研究沉积物类型和分布特征,探讨沉积物的变化规律。南极半岛周边海域的沉积物类型比较丰富,主要分为四大类:砾质、砂质、粉砂质以及泥质沉积物;根据不同的水深和地貌单元可分为陆架(或岛架)碎屑沉积物、陆坡(或岛坡)沉积物和深海沉积物。研究区沉积物属于冰海沉积物,并可划分为残副冰碛物和混合副冰碛物。沉积物的搬运介质以冰川、冰筏为主,海流对沉积物的影响较为明显,沉积物类型随地形变化而呈有规律的分布。

南极半岛附近海域与南海北部海域多道地震资料对比分析

在中国第33次南极科学考察中,自然资源部中国地质调查局下属的广州海洋地质调查局"海洋六号"船于2016年12月到2017年2月在南极半岛南设得兰海沟海域获得了1 400多km的高分辨率多道地震资料。这是我国首次在南极海域获得高分辨率多道地震资料,是一次艰辛的探索和尝试。在出航南极之前,为了保证采集设备的稳定和取得合理的采集参数,"海洋六号"船在我国南海北部海域多次对采集设备和采集参数进行了检测和试验,获得了多条高分辨率多道地震资料。通过对比南极半岛附近海域和南海北部海域的地震资料,在相同采集设备和采集参数的情况下,表现出了明显不同的特征。

南极半岛中新生代构造岩浆演化及与南美巴塔哥尼亚对比

为了解南极半岛中新生代构造岩浆演化及其与南美巴塔哥尼亚的关系,本文综述了南极半岛岩浆岩的分布、时代、岩石成因、构造环境以及巴塔哥尼亚的地质历史。南极半岛可划分出东部冈瓦纳、中部岩浆弧和西部增生杂岩的3个构造域,古生代岩浆作用仅局部出现在东部和中部构造域,而中新生代岩浆作用形成的火山岩和侵入岩构成了中部岩浆弧的主体,并且随时间在南极半岛从东南向西北逐渐迁移、在南设得兰群岛从西南向东北逐渐迁移。南极半岛中新生代的构造演化包括了各构造域在侏罗纪汇聚前的大洋俯冲和岛弧增生、早白垩世各构造域初始汇聚和构造剥蚀、白垩纪中期碰撞造山、晚白垩世-早新生代（~50Ma之前）乔治六世海峡的形成以及~4Ma布兰斯菲尔德海峡弧后盆地的打开。南极半岛与巴塔哥尼亚的地质对比表明,两地区至少在白垩纪以前是相连的。

南极半岛屈韦维尔岛白垩纪中期火山岩浆作用及其构造指示:锆石U-Pb年代学和Hf同位素制约

南极半岛长期以来位于冈瓦纳古陆的西缘,是冈瓦纳古陆最后裂解的发生地。南极半岛内出露有大量的中新生代火成岩,关于其成岩期次、源区性质以及产出的动力学背景等尚存争议,从而影响到对南极半岛构造演化的认识。本文报道了南极半岛中部构造域屈韦维尔岛地区出露的安山质火山岩、闪长玢岩脉及其中闪长岩捕掳体的LA-MC-ICP-MS锆石UPb年代学和Hf同位素分析数据。其中含角砾安山质熔岩、安山质火山角砾岩、中粒闪长岩捕虏体和闪长玢岩脉4件样品的锆石U-Pb测年结果分别为103.3±1.7Ma、101.9±1.8Ma、92.0±1.2Ma和85.7±07Ma,表明该岛在白垩纪中期存在三幕火山岩浆作用事件:第一幕约为102Ma发生的强烈火山喷发;第二幕约为92Ma的闪长岩侵入作用;第三幕约为86Ma的闪长玢岩体侵入作用。锆石的Hf同位素原位分析结果表明,主要测点的εHf(t)值在+2.5^+7.9之间,平均值为+4.4,其一阶段Hf模式年龄为505~678Ma,表明白垩纪中期出露的火成岩可能由新元古代-寒武纪的亏损地幔物质部分熔融所形成。结合前人研究成果,得出本岛出露的火成岩形成于冈瓦纳古陆裂解过程所伴生的俯冲岛弧环境中,是构成南极半岛中部岩浆弧构造域的主体岩性之一。

南极半岛东北部海域碎屑矿物特征与物源分析

基于南极半岛东北部海域15个表层碎屑沉积物样品和1个柱状样的碎屑矿物学分析,对该区的沉积环境与物质来源进行了相关分析。结果显示,该区碎屑矿物共有31种,其中,重矿物19种,以石榴子石、紫苏辉石、绿帘石、普通角闪石为主;轻矿物12种,以石英、斜长石、火山玻璃(褐色、无色)为主。根据矿物组合分布特征,研究区可以划分为2个碎屑物沉积区:Ⅰ区为辉石-磁铁矿-火山玻璃型,主要物质来源为南设得兰群岛及南极半岛北段火山岩与火山喷发物,冰川为其主要搬运介质和动力来源;Ⅱ区为石榴子石-绿帘石-角闪石-石英型,南奥克尼群岛物质、南极绕极环流搬运南极半岛及其附近岛屿的物质对该区沉积物均有贡献。

南极半岛邻近海域南极大磷虾(Euphausia superba Dana)的数量组成和分布

根据2010年1月23日-2月13日在南极南设得兰群岛和南奥克尼群岛邻近海域渔场采集的南极大磷虾(Euphausia superba Dana)样品,分析了南极大磷虾数量、个体体长分布和发育期组成等种群结构特点。样品由330μm和500μm浮游生物网垂直拖网和表层水平拖网两种采集方式所获。结果显示,采集样中,南奥克尼群岛水域的南极大磷虾平均密度为1.92 ind/m3,高于南设得兰群岛水域的相应值(0.35 ind/m3);出现的南极大磷虾个体发育期包括CI至CIII期原蚤状幼体、FI至FIV期和FVI期蚤状幼体、未成体、成体(包括雌体和雄体);各发育期个体中,原蚤状幼体数量较多;原蚤状幼体、蚤状幼体、未成体及成体的体长范围(平均体长)分别为1.76–4.96 mm(3.48 mm)、3.95–14.80 mm(5.96 mm)、16.87–39.85 mm(36.10 mm)、40.00–58.96 mm(43.94 mm)。CIII期原蚤状幼体和FI期蚤状幼体的生长率较高。推测,南奥克尼群岛水域南极大磷虾生殖季节始于9月末,集中出现在12月中上旬;而南设得兰群岛生殖季节应早于上述水域。比较两种采集方式,南极大磷虾在水平网中的出现频率和个体出现数量均高于垂直网采集样的相应值,建议传统垂直拖网与水平拖网两种采样方式有效结合,可促进更全面了解大磷虾水平分布和种群结构特点。

南极半岛周边水域南极磷虾渔场特征分析

为了解南极半岛周边水域内南极磷虾(以下简称磷虾)拖网渔场的特征,基于2013年1月至2019年5月"福荣海"轮在南极半岛周边水域的生产数据,分析了水域内磷虾中心渔场年际空间分布和生产特征。结果表明,南极半岛周边水域内磷虾拖网渔场主要分布于布兰斯菲尔德海峡(Bransfield Strait)、乔治王岛(King George Island)和斯诺岛(Snow Island)3个区域;其中布兰斯菲尔德海峡内是历年磷虾生产最稳定的区域,尤以海峡中部靠近南极半岛一侧水域(58°~60°W、63°~64°S)的作业天数和年产量占比最高;乔治王岛和斯诺岛区域的作业天数和年产量占比较低,且主要分布在岛屿周边近岸水域;布兰斯菲尔德海峡内区域、乔治王岛区域和斯诺岛区域的历年产量占比分别为60.00%~99.97%、0.03%~21.15%和0.01%~17.25%,历年作业天数占比分别为61.76%~98.75%、1.25%~28.68%和0.84%~16.67%。布兰斯菲尔德海峡内渔场的生产主要在3—5月,日产量主要为150 t以下;乔治王岛区域生产主要在1月份,日产量以150 t以下为主;斯诺岛区域的日产量在3月份较高,主要以150~250 t为主。各年度的连续生产期分布区域以布兰斯菲尔德海峡中部水域为主;各日产量区间的生产日历年主要分布在布兰斯菲尔德海峡中部,各日单位小时产量生产日也呈现逐渐集中到布兰斯菲尔德海峡的趋势;各级别亚渔场历年主要分布区域均在布兰斯菲尔德海峡内。

基于广义可加模型研究时间和环境因子对南极半岛北部南极磷虾渔场的影响

基于南极海洋生物资源养护委员会（CCAMLR）统计公报（Statistical Bulletin,Volume 23）提供的数据,利用广义可加模型（generalized additive model,GAM）,实验对1998—2009年南极半岛北部（CCAMLR 48.1、48.2和48.3小区）内的南极磷虾渔场时空分布及其与环境因子（表温和叶绿素a浓度）之间的关系进行了研究。结果表明,模型对3个小区的单位捕捞努力量渔获量（catch per unit fishing effort,CPUE）总偏差解释率分别为51.11%、69.25%和65.82%,其中各小区贡献最大的因子均为月份。1998—2009年期间,3个小区内各年平均CPUE保持相对稳定。48.1小区各年间平均CPUE值变化最小,而48.3小区则较48.2小区大。3个小区之间及48.2小区和48.3小区内年均CPUE差异不明显,而48.1小区内平均CPUE则存在显著性年份差异。从CPUE月均变化可以看出,3个小区均呈单峰分布,48.1~48.3小区的峰值分别出现在4月、5月和6月。3个小区之间平均CPUE月变化不显著,但各区内平均CPUE则存在显著的月变化。48.1~48.3小区南极磷虾渔场的适宜表温范围分别为–3~2℃、–2~2℃和0~5℃,但CPUE主要分别集中在表温–2~1℃、–1~0℃和1℃左右以及0.8~2.4℃范围内。48.1小区（53%）、48.2小区（39%）和48.3小区（51%）3个小区较大比例的CPUE值处于叶绿素a浓度为0~0.2 mg/m3的范围内。

南极半岛西北部海区重矿物及其中稀土、微量元素的统计分析

对南极半岛西北部海区表层沉积物中的重矿及其中稀土、微量元素的定量资料进行了统计分析。Q型因子分析结果得出调查区重矿物组合的因子模式,它们主要受物源和海流的控制。R型群分析把22种元素划分为3群和9个亚群。元素的分群现象显示了元素与岩石在成因上的专属关系,而亚群则反映了元素地球化学习性的差异及元素共生组合或伴生关系。讨论了元素亚与重矿物组合类型的关系。

南极半岛西侧别林斯高晋海陆缘含水合物系统及资源潜力

以别林斯高晋海陆缘地质环境、天然气水合物存在标志如BSR为线索,认为南极半岛别林斯高晋海陆隆上快速堆积体具有天然气水合物成藏的良好环境。根据ODP太平洋钻探计划178航次的钻孔、地震剖面等数据,从沉积、气源、热流场、成藏关键时间分析研究区域含天然气水合物的成藏条件,通过研究区天然气水合物综合异常图及综合成藏系统表,预测南极半岛别林斯高晋海陆缘天然气水合物成藏区域在陆隆快速堆积体7上,研究区的天然气水合物可能成藏的区域在地层单元I和II,年龄应是全新世到上新世晚期(0~2.1Ma)。运用体积法对其天然气水合物资源量进行计算,预测资源量较大,为今后南极区域天然气水合物的调查研究提供参考。

南极半岛地区地震勒夫波群速度与岩石圈结构

本文依据南极智利贝纳尔多奥伊金斯将军站的来自南桑德韦奇群岛的Ｍｓ＝６．４级地震面波资料，采用最新的适配滤波频时分析技术和网格频散反演方法，计算了南极半岛地区的勒夫波群速度频散，并获得了该区岩石圈结构模型。结果表明，西南极南极半岛地区地壳为成层结构，可分为三层，其分层厚度分别为５ｋｍ、８ｋｍ和１０ｋｍ。地壳厚度为２３ｋｍ，上地幔顶部速度为５．３２ｋｍ／ｓ。在深度５３ｋｍ以下，地幔介质中速度逐步降低为５．１１ｋｍ／ｓ和４．９ｋｍ／ｓ，最低值达４．８ｋｍ／ｓ，可以推断南极地幔亦为成层结构。