北冰洋海洋酸化和碳循环的研究进展

海洋响应大气CO_2升高,引起海水pH和碳酸钙饱和度下降,这一过程称为海洋酸化.海洋酸化可能会对海洋生物和生态系统造成严重危害.在过去的20年中,全球气候变化引起北冰洋发生一系列快速变化,包括:海表温度上升、海冰快速后退、太平洋入流水增多、北冰洋和大气环流异常、淡水储量增加、初级生产力变异等.全球气候变化所诱发的北极快速变化预计将放大北冰洋海洋酸化,通过CO_2吸收和碳输送,北冰洋在响应气候变化较其他大洋更快速和显著.本文以北冰洋近岸碳吸收和碳封存研究,海盆区域表层海水p CO_2变异机理研究,20年来西北冰洋的酸化水体扩张现象为主线,综述了北冰洋快速融冰背景下的区域碳循环研究进展,并分析了其酸化水体增长与过去20年的环境和气候变化之间的联系.     

北极的海域、气候和四季

虽然同为极地，北极和南极却有一点可谓天壤之别：南极有一块大陆，北极却只是一片海洋。这片海洋叫北冰洋。北冰洋面积１４７５方平方公里，约占世界海洋总面积的４１％。北冰洋按自然地理特点可分为北欧海域和北极海域两大部分。北冰洋海域的表层，广覆着海冰；冬季海冰最大的覆盖面积约占北冰洋总面积的３／４，即使在暖季，海冰覆盖面积最小时也近一半。北冰洋还分布有冰山和冰岛，它们是由各岛屿上的冰川、冰盖及冰棚滑落入海而成。其中的冰岛表面较平坦，面积较大的可达６００－７００平方公里；厚３０－５０米，露出水面１０－１２米…     

海冰不存，生命焉附

由于气候变化的影响,北冰洋的海冰正在消退。根据美国宇航局（NASA）2009年的观测数据预测,如果全球变暖不能及早“刹车”,20年之后北冰洋将无冰覆盖。对于远洋运输、石油勘探等产业而言,这或许是个好消息,但对于习惯了冰天雪地的北极生物而言,这却是一场灾难。看上去,北冰洋正变得干疮百孔,人们想象中的北极,也正变得面目全非……     

北极海冰消退及其主要驱动机制

极地海冰在全球气候变化中扮演着重要角色。在全球变暖背景下,北极海冰正在以过去千年来所未有的速率消退,预计到21世纪中叶或更早,北极海域将面临夏季无冰的状况。北极海冰减少不仅改变北极地区的生态和环境,还通过大尺度的海气环流影响中纬度地区,甚至是全球的天气和气候。文章简要介绍了北极海冰消退的特征和主要驱动机制,并对未来北 极海冰消退机理研究进行了展望。     

北极海冰消退及其主要驱动机制

极地海冰在全球气候变化中扮演着重要角色。在全球变暖背景下,北极海冰正在以过去千年来所未有的速率消退,预计到21世纪中叶或更早,北极海域将面临夏季无冰的状况。北极海冰减少不仅改变北极地区的生态和环境,还通过大尺度的海气环流影响中纬度地区,甚至是全球的天气和气候。文章简要介绍了北极海冰消退的特征和主要驱动机制,并对未来北 极海冰消退机理研究进行了展望。     

破冰之旅：北冰洋今昔谈

2004年,综合大洋钻探IODP 302航次在北冰洋的深海钻探发现：五千万年前的北冰洋曾是个亚热带淡水湖泊,沉积物具有优越的生油条件。2007年俄罗斯“和平－1”号深潜器将俄国旗插到北极的四千米深海海底,引起了北冰洋资源归属的国际之争。这些“破冰之旅”是在北冰洋海冰迅速减少的全球变暖背景下进行的,使得“西北航道”开启的前景逐渐逼近,北冰洋的国际竞争正在升温。     

北冰洋马克洛夫海盆现代浮游有孔虫深度分布及其生态与氧碳同位素特征

北极地区对气候变化极为敏感,并通过海冰覆盖程度体现非常明显的放大效应.过去几十年的观察证明,北冰洋海冰正在加速后退和变薄,对全球气候的反馈和影响已成为当前气候变化研究的重大课题.浮游有孔虫钙质壳作为远洋沉积物的主要组成成分,也是古海洋重建的重要工具,但北冰洋海区因材料所限研究程度很低.本次工作通过对中国第4次北极考察在北冰洋马克洛夫海盆(Makarov Basin)浮游拖网取得的现代有孔虫样品的分析,解释现代浮游有孔虫组合及其稳定同位素组成所传达的生态信息,并建立主要属种分布与环境之间的相关关系.获得如下认识:(1)马克洛夫海盆150μm的浮游有孔虫组合以极地种Neogloboquadrina pachyderma(sinistral coiling)占绝对优势;(2)浮游有孔虫主要生活在水深50~100 m的上部盐跃层中,其次是100~200 m水层;(3)盐跃层中温度的变化会影响到浮游有孔虫的绝对丰度和在水柱中的分布,盐跃层更暖的环境更有利于浮游有孔虫的发育;(4)在100~200 m水深间隔,N.pachyderma(sin.)壳体较轻的?18O值(2.11‰)应与海冰冻结时析出的轻同位素卤水有关,而水深50~100 m处较重的?18O值(1.68‰~2.68‰,平均2.27‰)可能是受表层海冰融化形成的含较重氧同位素的低盐水影响.     

北极海冰 正在变薄

正北极的海冰一年四季正在悄然变化着,海冰覆盖的总面积呈逐年减少之势。这有可能是数百万年来我们星球发生的最为深刻的改变。在我们地球的顶点——北极,改变正在悄然地发生:春季快速跳过,这成为北极年度循环的一个关键时刻。北极的海冰覆盖面积每一年都在3月达到它的最大值,然后随着温度的升高而逐渐融化缩小。     

冰上的北极熊

2063年8月的一天,北极熊保护部队的一名飞行员正在进行飞行准备.一架载有12吨北极熊口粮的直升机将从加拿大高北极省份努纳武特地区的伊魁特市出发,飞往荒芜的巴芬岛东海岸,然后在那里将这些粮食卸下来,用以饲喂饥饿的北极熊——那里大约有100头正忍饥挨饿的北极熊.根据海冰融化记录,应该是从2月份开始,它们就已被困在浮冰上了.海冰是海水变冷时结成的冰.由于海水不是纯净的水,海水结冰的温度是-1.8℃,海冰对高纬度地区以至极地地区的水文、热力循环、洋流和生态系统都有着重大的影响.     

秋-冬季节北极海冰对冬季西伯利亚高压的影响

冬季西伯利亚高压强度与前期秋到冬季北冰洋东部、欧亚大陆北部边缘海区海冰密集度呈现显著的负相关关系. 研究结果显示, 秋冬季北冰洋海冰密集度与同期海表温度异常可导致冬季西伯利亚高压与欧亚大陆中高纬度及东亚的地表气温异常. 数值试验结果进一步证实该结论, 并且所有的数值试验结果一致表明, 较低的海冰密集度能导致欧亚大陆中高纬度地表温度负异常. 本文提出了一种机制来解释秋冬季北极海冰密集度和冬季西伯利亚高压的联系. 9 月份海冰密集度为预测冬季西伯利亚高压提供了一个潜在的前期信号, 而若由单纯的热带海温异常则不能预测冬季西伯利亚高压强度. 在近20 年来(1990~2009 年)冬季西伯利亚高压呈现增强的趋势, 并伴随着亚洲大陆中高纬度地表温度的降温趋势, 从而导致近年来东亚严冬频发. 最后, 讨论了冬季西伯利亚高压和地表气温短期趋势的成因.     

北极格陵兰科学考察

第一次进入北极格陵兰地区考察,笔者密切关注全球气候变暖对北极格陵兰冰雪的影响,格陵兰西海岸和斯瓦尔巴德群岛自然环境的异同。考察研究表明,全球气候变暖对北极格陵兰冰盖西部影响很大：冰盖融化形成的天蓝色冰湖比比皆是,冰川退缩显著,在峡湾中的冰川退缩后形成了奇特的冰山群。这些现象警示我们,在全球变暖的大背景下,人类一定要自律,尽量减少排放各种温室气体,切忌火上浇油,尽可能地为人类应变气候灾变赢得时间。另外,北极格陵兰西海岸和北极斯瓦尔巴德群岛的自然环境相似,由于受海洋暖流的影响,在冰雪世界中镶嵌着色彩缤纷的绿洲。     

极地大气科学考察与全球变化研究

南极和北极是地球上的气候敏感地区,也是多个国际计划研究全球气候变化的关键地区。极地包含了大气、海洋、陆地、冰雪和生物等多圈层相互作用的全部过程,在全球气候的形成和变化中有重要的作用。极地大气科学考察与研究是极地科学研究的重要组成部分。到2008年初,我国自主组织了24次南极考察,2次北冰洋考察和4次北极站考察;建成了南极长城站、中山站和北极黄河站,并在南极冰盖设置了5个无人自动气象站;开展了有关极地大气科学与全球变化的研究。在南北极地区,进一步加强国际合作,继续监测包括近地面温度在内的大气要素的变化,提高极地气象业务水平;拓展极地气象业务和大气科学考察研究领域,积极获取气候代用资料;进一步量化和认识极地在全球变化中的作用,及其对我国天气气候和国民经济可持续发展的影响;建立完善极地大气科学研究体系,提高极地大气科学研究水平,仍是我国极地大气科学与全球变化研究的重要内容之一。     

北极研究，从梦想走向辉煌

走向南极和北极,是多少代中国人的两大梦想。1984年,中国第一次南极考察,将走向南极的梦想变成现实,并延续成长达28年的美丽画卷。然而,虽然北极距离中国更近,但走向北极的梦想实现起来要困难得多,北极科学考察的起步整整晚了11年。今天中国的北极研究与南极研究一样,正在走向辉煌。     

山地水土要素耦合效应及土地利用的优化配置

针对已有水土要素的耦合研究多强调水土资源的匹配及其对资源开发的影响,而较少关注水分的有效性和土壤养分对生态过程的影响,论文提出了“格局-效应-土地利用优化”的水土耦合研究框架,以水、土要素和其他环境因素的综合作用为基础,在同时考虑经济、社会和生态因素的约束下,对土地利用优化配置过程中的不确定性和风险性进行评估,并考虑土壤、坡度、土壤水、温度等约束因子,协调生态系统服务的权衡关系,对山地垂直带土地利用方式进行优化,提出 水土资源高效利用和生态系统服务提升的途径,为变化环境下的生态功能保育提供科学依据。最后,对水土要素耦合的生态与环境效应及土地利用优化配置的优先研究方向给出建议。     

生物多样性丧失机制研究进展

生物多样性是地球上所有生命形式的总称,包括物种多样性、遗传多样性以及生态系统多样性.其中,物种多样性是核心,它既体现了生物与环境之间的复杂关系,又体现了生物资源的丰富性;物种的保护是生物多样性保护的主要内容.生态系统内的物质循环和能量流动是通过许多错综复杂的食物链和食物网完成的,而动物有机体在此过程中起关键作用.因此,物种多样性,特别是动物种类多样性将直接影响整个生态系统的功能.然而,随着世界人口的持续增长和经济全球化的快速发展,人类社会对地球上的生物多样性造成了愈来愈显著的影响,在这一过程中产生的诸如栖息地丧失与破碎化、过度利用、环境污染、气候变化等现象已对物种的生存产生了严重威胁.本文以生物多样性丧失为主线,回顾了近10多年来在该方向的主要进展,重点关注人类活动对物种多样性的影响,分析了生物多样性丧失的主要原因、特征及其危害,介绍了生物多样性研究的最新方法,并根据我国生物多样性的现状提出了未来生物多样性研究中需要重点关注的科学问题.     

生态系统服务与生态安全*

生态安全是可持续发展的保障,而生态系统服务是生态安全的表征。生态安全是在保持生态系统功能正常发展的基础上保证人类福祉的状态。随着人口的迅速增长和社会经济的快速发展,对生态系统服务的需求急剧增加,生态系统服务出现退化趋势。目前,生态系统服务的退化已成为严重制约中国社会经济可持续发展的重要因素。探讨生态系统服务与生态安全的关系是当前一项十分迫切的研究任务。笔者系统地分析了生态安全的内涵,探讨了生态系统服务与生态安全的关系及生态安全评价的核心问题。     

近期气候变化研究的一些最新进展

气候变化是当前国际上的热点问题之一,尤其是IPCC-AR4以来的全球气候及其影响如何变化更为引人瞩目.本文综述了近年在Science和Nature等国际杂志上刊登的涉及全球气候变化研究如辐射强迫、温室气体、气溶胶、海水和海平面、温度和降水、南北极地区等的最新研究成果和研究动态,对全球变化及其相关学科的研究以及即将发布的IPCC第五次评估报告具有重要的参考价值.     

景观格局与生态过程的关系及其对生态系统服务的影响*

景观格局与生态过程是景观生态学研究的核心内容,两者相互作用,呈现出一定的景观功能,构成生态系统服务的主体。由于人类对自然资源和环境影响的加剧,生态系统面临着严峻的考验,呈现出结构性破坏和功能紊乱的特点。笔者对景观格局与生态过程的耦合及其与生态系统服务的关系进行了论述,并对其在生态系统管理中的应用进行了探讨。