东西伯利亚——波弗特海海冰多年代际变率及其与大西洋多年代际振荡的联系

基于哈得来中心(Hadley Centre)逐月的海表温度、海冰密集度资料以及美国国家环境预报中心/国家大气研究中心(NCEP/NCAR)的大气环流再分析资料,分析了1950—2020年秋季(8—10月)东西伯利亚—波弗特海(East Siberian-Beaufort,EsCB)海冰年代际变化的时空特征,并阐述了大西洋多年代际振荡(Atlantic Multidecadal Oscillation,AMO)对EsCB海冰年代际变率的可能调制作用。结果表明,EsCB是秋季北极海冰年代际变化最主要的区域,该区海冰密集度年代际变率可占其异常总方差的40%以上。进一步研究发现,AMO对秋季EsCB海冰存在明显的调制作用,在AMO正位相,北大西洋正海温异常激发向极传播的大气罗斯贝波列,有利于北极中部出现高压异常,相应的大气绝热下沉运动使得对流层低层出现明显的升温,从而有利于EsCB海冰的融化。与此同时,地表升温和EsCB海冰消融会引起局地云量的增多、大气向下长波辐射增大,这反过来又使得地表气温升高,这种地表气温-云-长波辐射的正反馈过程有利于年代际海冰信号的长时间维持。耦合模式的北大西洋“起搏器”试验可以很好地再现观测中AMO调制EsCB秋季海冰的物理过程,进一步佐证了本研究的结论。

基于海冰密集度遥感数据的波弗特海海冰时空变化研究

采用美国冰雪数据中心(NSIDC)的日尺度与月尺度海冰密集度数据,将海冰密集度为15%作为阈值确定海冰外缘线位置,提取波弗特海海域的海冰外缘线,计算波弗特海的海冰密集度、海冰范围与海冰面积,然后通过海冰范围与海冰外缘线的年际变化与季节变化来分析波弗特海海冰外缘线退缩的时空变化特征与趋势。实验结果表明,1978—2015年波弗特海的海冰密集度、海冰范围与海冰面积整体变化趋势一致,减少趋势显著。37年来,海冰密集度平均每年减少约0.3%,海冰范围平均每年减少3 235 km2,海冰面积平均每年减少5 084 km2。海冰密集度在1979—1996年无明显减少趋势,1996—2015年减少趋势明显。波弗特海海冰范围一般在9月达到最小值,在11月至次年5月维持在最大值(全冰覆盖状态);海冰面积一般在9月达到最小值,在12月或者1月达到最大值。海冰范围最小值出现时间有延迟的趋势,全冰覆盖状态具有起始时间越来越晚、终止时间越来越早、持续时间越来越短的趋势,平均持续天数为212 d。

基于CryoSat-2数据反演2011～2017年波弗特海海冰厚度变化

利用CryoSat-2卫星测高数据反演波弗特海的海冰厚度,并利用2010~2013年10月份仰视声呐(ULS)和2011年冰桥计划(IceBridge)数据对结果进行精度评估。结果表明,测高反演的海冰吃水深度与ULS吃水深度差值的最大值和标准差分别为14 cm和4 cm;测高反演的海冰厚度与冰桥计划海冰厚度差值的平均值和标准差分别为2.7 cm和65.7 cm,优于Laxon(2013)研究结果(分别优化2.1 cm和6.6 cm)。在此基础上,研究2011~2017年波弗特海夏冬两季的海冰厚度变化,发现二者具有类似的分布特征,且冬季3月海冰覆盖范围更广,厚度更大;进一步分析2011~2017年3月份冬季海冰厚度年际变化,发现其呈整体下降趋势,且2012年最小,2014年最大。

加拿大波弗特海Tarsiut人工岛的设计和施工

本文主要概述影响加拿大波弗特海Tarsist人工岛设计和施工的主要因素，旨在提供人工岛设计和施工的基本原则．

波弗特海陆架上丘状体的形成及其与水合物分解的关系

北极陆架现在正经历灾难性的温度变化，这要归因于与全新世海平面上升有关的持续性气候变暖。全新世海侵期间，温度相对较高的暖水淹没了寒冷的北极陆架永久冻土带。超过10℃的热脉冲仍然不断地向海底的沉积物中扩散，并可能引起水合物和永久冻土的分解。对北冰洋海底气体喷口的搜寻集中在波弗特海陆架的丘状体（PLF）上，因为它们可能是气体水合物分解的直接证据。来自八个丘状体上的振动取心样品显示甲烷浓度较高。无人遥控潜水器（ROV）观察证实了富含甲烷气体的气泡流来源于丘状体的冠部。我们提出了一个丘状体形成的模式，认为丘状体的形成与水合物分解引起的气体压力有关。

波弗特海2019年夏季海冰极端低值成因研究

波弗特海海冰的剧烈变化对区域内生态系统以及经济活动具有重要影响。基于美国国家冰雪数据中心发布的海冰密集度数据,本文对2019年波弗特海夏季海冰面积出现极端低值的机制进行了探讨。2019年融冰季(5-9月)海冰覆盖面积为1.38×10^(5) km^(2),远低于1998-2020年平均面积2.28×10^(5) km^(2),统计2019年前秋(2018年10-12月)和前冬季节(2019年1-4月)海冰覆盖面积,发现其与1998-2019年多年平均结果无显著差异;先前季节的海冰冰况不是造成极端低值事件的主要原因。综合海冰漂移场、海冰厚度、10 m风场以及海表面净热通量数据发现,2019年5月份海冰面积减小2.33×10^(5) km^(2),是1998年以来5月海冰损失量最大的年份,占融冰季节海冰面积减小量的62%。与1998年、2008年、2012年以及2016年波弗特海夏季发生海冰覆盖面积极端低值现象的机制不同,不断减小的海冰厚度以及2019年5月异常强的风场,促使海冰快速向外输出,波弗特海南部5月16日就形成开阔水域;伴随着异常高的海表面净热通量使得海冰更多地融化,造成了2019年夏季海冰的异常现象。随着海冰厚度的不断变薄,海冰对风场的响应越来越强,海冰消退时间不断提前,波弗特海夏季海冰的极端低值现象可能更为频繁地出现。

加拿大波弗特海人工岛的挖掘和建造

介绍建造波弗特人工岛的建设者的观点叙述各种不同建造方法，这些方法的共同之处是用挖掘设备建造水下平台和在水线部位安放沉箱．还讨论本地条件和由此而来的后勤学．最后给出将来的天气预测．

波弗特海沉箱人工岛

本文主要介绍加拿大波弗特海沉箱入工岛的发展，概述建造沉籍人工岛的土木设计依据．

波弗特海沉箱式人工岛的建设

文章介绍了沉箱式人工岛的发展过程和圈闭结构的重要性，讨论了人工岛的设计要求和原则，研究了沉箱式人工岛与波弗特海其它近海结构的联系，叙述了沉箱式人工岛的基本结构和机械特点及操作系统．文章最后阐述了沉箱式人工岛在波弗特海石油勘探开发中的作用．

波弗特海大陆边缘之下与气体水合物相关的BSR地震研究

位于阿拉斯加北部波弗特海上陆坡海底之下300－700m处有一强的似海底反射层（BSR），与上覆的气体水合物和下覆的天然气及孔隙水之间的相界面对应。世界各地BSRs具有类似的成因，这里通常解释为含本水合物碎屑沉积物之底界，下覆沉积物内可能有或没有游离气。令人惊奇的是，对这些强反向起因知之甚少。在这篇论文里，通过对合成的BSR振幅和波形（随震源－检波器偏移距变化）与穿越波弗特海发育较好的BSR多道地震反射资料比较，分析产生BSRs的物性差异。为了区分BSR之下是否有游离气，需要补充近垂直入射资料和叠前偏移资料。对振幅随偏移距变化（AVO）的分析暗示出：BSR的产生主要是由于BSR之下碎屑沉积物内存在游离气。据垂直入射合成地震记录，估计游离气带厚度薄于11－16m。若气体浓度深度而减少，则游离气带厚度可能大于16m。据AVO模拟，初估BSR之上沉积物内气体水合物饱和度不足孔隙体积的10％。

利用多源遥感数据识别波弗特海冰间水道

采用MODIS可见光反射率、热红外亮温和RadarSat-2双极化后向散射等多源数据,通过建立决策树综合判断来识别波弗特海域冬季的冰间水道及其内部冰型,并进行精度评价。研究发现,MODIS热红外只能粗略提取冰间水道轮廓;而高分辨率的RadarSat-2影像可以提供更多海冰类型信息,但是不同冰型的后向散射信号有重叠,影响水道提取的精度。研究结合多源数据建立决策树,综合极化后向散射和表面温度等参数来判断海冰类型,从而识别不同发育阶段的冰间水道。该方法的识别精度优于单变量方法。高分辨率Sentinel-2光学影像验证了不同阶段冰间水道的顺序分布。多源数据的应用有助于更准确地计算水道区域的海-气热通量和产冰量,同时为船只导航提供更详细的冰情信息。

Impacts of the extratropical North Pacific on boreal summer Arctic circulation

北极夏季大气环流的一个显着特征是以北冰洋为中心的异常反气旋环流,与北极增暖存在紧密的联系.先前的研究已将其形成的潜在机制与早春欧亚融雪,热带太平洋海表温度异常联系起来.本研究发现北极夏季反气旋环流异常与春季副热带北太平洋海表温度异常(SSTA)存在显着联系,表明副热带北太平洋与北极之间存在遥相关.该SSTA的特点是北太平洋中纬度地区有暖的SSTA,,周围有明显的冷SSTA,类似于太平洋年代际振荡(PDO)的负位相,但热带地区没有明显的信号(本研究称之为类负位相PDO),5月份,这种类负位相PDO可以激发从白令海传播到北极的罗斯贝波,导致北极出现反气旋环流异常.这种反气旋环流异常可以持续到夏季.同时,这种类负位相PDO的SSTA可以持续到夏季,并在夏季引起白令海上空的低压异常.这种低层的低压异常会导致异常的上升运动,并引起高层的辐散异常,从而进一步加剧夏季北极对流层上层的反气旋环流异常。这种反气旋环流异常可迫使北极上空出现异常绝热下沉运动,导致北极出现显著的绝热加热.于是,北极上空出现显著的暖异常,其暖中心位于北极对流层中部。数值模拟试验证实了5月份类负位相PDO的SSTA与夏季北极反气旋环流异常之间的联系.

北极楚科奇海及其附近海域海底底栖贝类遗壳分布

对采自北极的23个站的底栖贝类遗壳进行鉴定,结果表明这些贝类遗壳计有17个种,其中双壳纲13种,腹足纲4种.根据鉴定到种的13个种可将所鉴定的软体动物分为两个区系:北极和环北极寒温带种,它们是Astarte montagui,Liocyma fluctusa,Macoma calcarea,M.moesta alas-kana,Mya pseudoarenaria,Nuculana pernula,N.radiata,Nucula bellotii,Serripes groenlan-dicus和Turritella polaris,共计10种,它们是北极水域软体动物区系组成中的主要成分;北极北太平洋寒温带种,它们是Argobuccinum oregonense,Cyclocardia crebricostata和Trichotropis cor-onata有3种.根据食性又可将它们分成滤食性、肉食性和碎食性三种,其中摄食沉积物中有机碎屑的碎食性种类占优势,包括双壳类中的Macoma calcarea,M.moesta alaskana,Macomasp.,Nuculana pernula,N.radiata,Nucula bellotii,和腹足类的Trichotropis coronata,共计7种,它们不仅种类多,丰度高,而且在调查区的分布同细颗粒的沉积物有密切关系.

基于卫星图像的北极浮冰大小分布特征分析

随着全球气候变暖,海冰厚度逐渐变小,海冰面积逐渐缩小,开阔海域的面积越来越大,北极地区海冰也越来越容易受到海浪的侵袭导致浮冰发生破碎,加速海冰融化。因此在全球气候变暖的环境下,分析浮冰大小分布特征,对于研究北极海区的动量和热量收支有着重要意义,同时有助于改进现有的海冰模型。文中基于3种不同空间分辨率的卫星图像,利用限制增长法分析了2014年夏秋季转化季节波弗特海和楚科奇海的浮冰大小分布特征,所用的卫星图像包括Medea图像,RADARSAT-2图像以及Landsat 8图像,3种图像的空间分辨率分别为1 m,15 m和100 m。不同的空间分辨率为研究浮冰大小总体分布特征提供了一个广泛的数据基础,能够更充分地研究不同尺寸的浮冰大小分布。采用的限制增长法,能够自动识别并提取出浮冰,最终得到浮冰大小分布特征满足幂律分布形式,幂指数的范围在0.8~1.91之间,较大的浮冰对应的幂指数也相应较大,且随着远离海冰边界的距离,幂指数有增大的趋势。处于在夏秋转换季节,部分浮冰开始发生冻结,小尺度浮冰数量逐渐减少。

基于卫星图像的北极冰间水道形态学特征分析

随着全球气候变暖,北极海冰面积逐渐减小,冰厚逐渐变薄,海冰在海浪的影响下会变得很脆弱,容易断裂形成裂缝,更易形成冰间水道,有助于北极航道的通航。同时,冰间水道是极地地区海洋与大气之间热量与动量交换的重要通道之一,因此在全球气候变暖的背景下,分析冰间水道的形态学特征,对于研究北极海区的动量和热量收支以及预测航道通航具有重要意义。文中利用Hilditch的冰间水道骨架技术,基于Landsat8的图像数据,分析了9月楚科奇海和波弗特海附近冰间水道倾角、长度和冰间水道距离等冰间水道的分布特征。结果表明,此时冰间水道倾角的分布集中在74°～114°之间,冰间水道长度和距离变化范围较大,分别在2～3 km和50～220 m之间。