极地系统变化及其影响与适应新认识

地球北极和南极部分地区正在经历着以变暖和冰冻圈退缩为主要特征的显著变化,不仅深刻影响着当地生态环境和社会经济,而且具有半球乃至全球效应。IPCC在2019年9月发布的《气候变化中的海洋和冰冻圈特别报告》(SROCC)第三章对极地系统变化及其影响与适应做了系统评估,主要呈现了IPCC第五次评估报告(AR5)之后极地冰冻圈、海洋、生态和社会系统相互作用的最新科学认知,探讨了降低脆弱性和风险、增强适应性和恢复力的路径。文中对SROCC第三章进行扼要解读,主要内容包括:(1)极地海洋、海冰、积雪/冻土/淡水冰、冰盖与冰川等极地系统要素过去和未来变化及其影响以及极地与中低纬度天气气候之间的关联;(2)人类响应极地系统变化的策略和不足以及应对未来变化的不确定性;(3)当前加强极地恢复力建设的主要行动及其实施进展。

极地系统科学考察——大科学系统工程管理探索

人与地球系统之间的相互作用已成为全球变化的重要驱动力 ,极地系统是感应全球变化的放大器和指示器 ,极地系统科学进入了一个大科学研究时代。极地系统科学不但是一门研究极地系统对全球变化的响应与反馈作用中运转的机制、规律和控制这些变化的机理 ,并为区域复杂性及其对全球变化预测提供科学基础的科学 ,同时也是一门高新技术应用和人类认识自然活动并科学管理极地系统的系统工程学。 2 0年来 ,中国科学家对极地系统复杂性有了深入的认识 ,对极地科学考察管理也进行了有益的探索。

考虑极地船舶航行风险的A^(*)路径规划算法

传统A^(*)算法没有考虑海冰带来的航行风险因素,无法直接应用于北极船舶路径规划。针对这一问题,引入极地航行限制评估风险指标系统(POLARIS)风险模型,通过分析网格化的海冰密集度和海冰厚度数据,建立北极通航风险模型,制作航行风险地图,从添加风险损失函数和优化启发函数两个方面改进传统A^(*)算法,提出Risk-A^(*)路径规划算法,实现风险和效率不同偏好下的最优航线规划。仿真结果表明:Risk-A^(*)路径规划算法在航线长度、穿过风险水域的数量等方面与传统算法相比具有较大的优势,可为船舶北极航行提供安全高效的路径。

中国极地科学数据库系统的研究与建立 I.数据资源的组织以及元数据与数据集的关系研究

在中国极地科学数据库系统项目建设过程中 ,通过对极地科学数据管理现状以及数据分布情况、数据类型等因素进行分析 ,提出数据资源的组织及其表达形式两个关键问题 ,并进行了研究与探讨。结果表明 ,用户对数据共享的持续需求、顺达的行政支持、明确易行的技术要求以及稳定的经费支持是解决数据资源组织问题的关键 ,在项目实施过程中 ,涉及到数据资源组织问题的解决措施都是立足于对上述 4个方面的思考。针对数据的表达形式问题 ,在数据库系统设计中 ,数据的表达形式研究包括了用户需求分析、数据库结构设计等环节。将基础数据表示为数据集和数据说明 (元数据 ) ,后者通过标准化、格式化后作为元数据库与前者 (数据库 )关联。同时 ,将元数据库从纯粹的数据说明集合扩展成数据库的搜索引擎。在实际开发过程中 ,运用上述设计思路解决了极地科学数据种类多、零散。

北半球10hPa极地涡旋环流指数定义及分析

利用NCEP/NCAR再分析值10 hPa月平均高度场资料定义和计算了1948—2007年北半球10hPa极地涡旋的强度指数（P）、面积指数（S）和中心位置指数（λc,φc）。用它们分析了北半球10 hPa极地涡旋的季节变化和年际异常规律,研究了它们与全球增暖、臭氧（O3）异常和极地涛动（AO）的关系。结果表明：（1）北半球10 hPa层高纬6～8月为反气旋（A）控制;9月～3月为气旋（C）控制。春季环流转型（C→A）缓慢;秋季转型（A→C）迅速。（2）P、S异常的年际变化具有同步性,故异常分析仅取P进行。隆冬（1月）P的异常主要表现为年际尺度（10年以下周期）振荡,不存在明显的年代际变化;盛夏（7月）极地反气旋强度年代际变化显著。（3）隆冬极地气旋中心位置的异常明显大于盛夏反气旋。（4）极区中平流层平均气温的演变1、7月迥异,但它们与P的演变同步;与全球增暖趋势无显著相关,但7月P与O3异常有显著正相关。（5）隆冬（1月）10 hPa气旋强度指数P与极地涛动指数AO存在显著正相关,故可用10 hPa↑～P′表示AO。

极地船舶装备的设计与发展

极地的科学考察对于研究极区生态多样性、世界气候变化、极地资源勘探等领域都有重要的作用。极地船舶及装备是进行极地科考的重要工具,目前有关极地开发设备的研究较为欠缺,因此极地科考也面临着许多阻力与困难。本文从极区环境的大背景出发,针对极地船舶设计(破冰船)与极地装备研发两个方面进行研究分析,可以为今后极地船舶装备研发提供帮助。

北极航线的海冰风险计算与航段安全评估

为保障船舶在北极航线的航行安全,研究基于多源冰情数据的海冰风险评估流程。根据海冰密集度、海冰厚度、海冰类型等遥感冰情数据,基于极地操作限制评估风险指数系统(Polar Operational Limit Assessment Risk Indexing System,POLARIS)改进不同冰级船舶的海冰风险指数计算方法,建立北极航线的航段安全评估模型,以呈现北极海冰对不同冰级船舶和不同航段的危险程度。结果表明:该流程能够融合多源冰情数据,反映不同冰级船舶在某一位置点的海冰风险数值,全面显示北极航线上各航段的海冰风险程度。研究成果可为北极航行的船舶操作与航线优化提供参考。

中国海洋生态学的发展和展望

本文结合国际海洋生态学的研究历史,回顾了中国海洋生态学的发展历程。从海洋生物多样性、海洋生物生产力、海洋生态灾害以及大洋和极地研究等方面,总结了70年来中国在海洋生态学领域取得的成就。同时,指出了目前中国在此领域存在的问题、今后的发展方向和重点,为促进中国海洋生态学学科的发展和海洋生态文明建设具有重要指导意义。

北极Abisko:神秘的生命乐章

对瑞典最北端、深入北极圈200km的Abisko地区进行科学考察和国际合作研究,介绍了Abisko地区特殊的动植物区系和生态系统的特点,以及中国的北极科学研究.

考虑多风险因素的北极东北航道航线规划

为保障船舶极地航行的安全性和经济性,提出一种综合考虑水深、海冰密集度及海冰厚度等多风险因素的航线规划方法。首先,对于全局航线规划,采用极地操作限制评估风险指数系统(POLARIS)计算北极安全水深区域的风险指数结果(RIO),将风险等级重新分类赋值为风险成本,采用地理信息系统(GIS)最低成本路径分析法生成的安全水深区域最低风险成本航线作为全局推荐航线。其次,提取航线各风险等级的栅格比例进行航线可行性评估。最后,考虑船舶航行时复杂多变冰情条件下船冰碰撞风险,结合国际船级社协会(IACS)极地级船舶操作限制对照表,针对全局航线沿途大于极地操作限制船舶航行最大海冰厚度的区域,采用融合改进A*与动态窗口法(DWA)进行局部航线规划。对采取不同风险因素的全局及局部航线比较分析表明:本文规划的全局航线在避免搁浅的同时航行风险最低;船舶沿局部规划航线航行时能够针对阻塞航道的新生冰进行避碰。

冰冻圈人文社会学的重要视角:功能与服务

冰冻圈与人类社会(人类圈)息息相关,随着全球变暖和冰冻圈普遍退缩,冰冻圈对人类社会的致利和致灾效应均在发生深刻的变化:一方面,冰冻圈灾害以频发的极端事件加剧呈现;另一方面,冰冻圈服务能力整体将不断减弱乃至丧失。文章在介绍冰冻圈核心区及其主要影响区域的人文社会特征基础上,对冰冻圈功能与服务及其价值理论进行论述,并以全球高山“水塔”的重要性和极地系统变化为例阐述冰冻圈功能和服务变化及其影响,最后进一步讨论了提升冰冻圈影响区社会生态-系统恢复力的路径。