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第1章 绪论1

1.1 北极科学考察进展和意义2

1.1.1 北极科学考察进展2

1.1.2 北极科学研究意义4

1.2 北极变化研究的关键科学问题6

1.2.1 北极地区增温6

1.2.2 北冰洋海冰的变薄和退缩6

1.2.3 北极涛动与北大西洋涛动6

1.2.4 北冰洋及其交换海区中上层海水淡化7

1.2.5 北冰洋中上层海水暖化7

1.2.6 北极地区海域CO2汇的增强7

1.2.8 海洋地质过程与北极环境变化8

1.2.7 北极地区臭氧耗损和紫外线辐射增加8

1.3 中国首次北极科学考察9

1.3.1 考察概况9

1.3.2 考察科学目标和内容9

1.4 西北冰洋和白令海海洋环境和海气相互作用研究进展21

1.4.1 楚科奇海及其邻近海域海洋与海冰过程21

1.4.2 北冰洋夏季大气边界层海-冰-气过程23

1.4.3 北冰洋碳的生物地球化学循环24

1.4.4 海洋沉积过程26

1.4.5 北冰洋生态系统和生态特征调查26

1.4.6 北极地区主要污染物质来源和判别27

1.4.7 海洋生物技术研究27

1.5.1 21世纪北极科学考察研究的主要科学问题29

1.5 21世纪北极科学研究展望29

1.5.2 围绕北极地区的主要国际研究计划30

第2章 楚科奇海的水文结构及其与白令海的水体交换33

2.1 白令海的水团结构及环流特征34

2.1.1 阿留申海盆温盐特征35

2.1.2 白令海环流特征39

2.1.3 白令海的水团性质及分布结构42

2.1.4 小结44

2.2 楚科奇海170°W剖面的海水结构和热量的季节内变化44

2.2.1 温度、盐度和水团分布与变化特征46

2.2.2 海水热平衡及热含量变化51

2.2.4 小结54

2.3.1 楚科奇海台的地貌与水文基本特征55

2.3 楚科奇海台及其周边海域中层水增暖特征55

2.3.2 楚科奇海台内外的温度和盐度分布及其差异57

2.3.3 北极中层水增暖特征59

2.3.4 北极各水层的增暖状况61

2.3.5 小结62

2.4 海冰边缘区海水温盐结构及其形成机理63

2.4.2 海冰边缘区的温度和盐度特征66

2.4.3 冰下海水温度结构的理论分析67

2.4.4 小结70

2.5 北极破碎浮冰区热通量的研究70

2.5.1 热通量的计算方法71

2.5.2 观测期间表面热通量的特征72

2.5.3 破碎冰区海气间热通量73

2.5.4 小结75

2.6.1 海冰密集度的计算76

2.6 从航拍图像中提取北极海冰形态信息76

2.6.2 海冰其他参数的计算78

2.6.3 小结79

2.7 北冰洋与白令海水体交换的示踪研究79

2.7.1 楚科奇海海水18O的分布特征80

2.7.2 北冰洋淡水分布模式83

2.7.3 北冰洋水团组成及其分布84

2.7.4 加拿大海盆“上跃层水”的形成机制88

2.7.5 楚科奇海、白令海和西北太平洋边缘海表层水铀系同位素的分布89

2.7.6 小结91

第3章 北冰洋夏季海气相互作用与大气物理过程93

3.1.1 海冰分布特征94

3.1 北冰洋夏季海冰特征与过程94

3.1.2 海冰结构96

3.1.3 夏季海冰融化过程98

3.1.4 小结99

3.2 北极夏季海冰厚度和海冰形态特征99

3.2.1 探测区域和方法100

3.2.2 雷达波探测海冰厚度的可行性100

3.2.3 海冰下表面形态特征与海冰类型识别102

3.2.4 多年海冰上表面和下表面有效面积差异分析102

3.2.5 小结103

3.3 北极上空的大气结构分析104

3.3.1 北极大气结构探测仪器104

3.3.2 楚科奇海大气边界层逆温106

3.3.3 北冰洋夏季不同海域湍流输送参数108

3.4.1 观测概况和资料111

3.4 北冰洋浮冰区近地层热量交换参数的估算111

3.4.2 北冰洋浮冰区的气象要素特征112

3.4.3 模拟与观测结果的比较114

3.4.4 北冰洋浮冰和开阔海面上的能量交换116

3.4.5 湍流交换参数118

3.4.6 小结119

3.5 北极地区的海雾119

3.6 北极楚科奇海上空的臭氧垂直分布122

3.6.1 探测资料处理122

3.6.2 臭氧垂直变化特征123

3.7 考察航线上氟利昂和甲烷浓度的分布特征125

3.7.1 采样方法和样品描述125

3.7.3 甲烷浓度的分布特征126

3.7.2 氟利昂浓度的分布特征126

3.8 北极考察航线大气气溶胶化学组成127

3.8.1 样品采集与测试128

3.8.2 气溶胶中元素含量及其分布特征128

3.8.3 大气气溶胶中元素来源的综合判定129

3.8.4 大气中微量元素的入海通量135

3.8.5 小结136

3.9 考察航线上地面臭氧和紫外UV-B的分布特征136

3.9.1 地面臭氧平均变化137

3.9.2 地面臭氧浓度的平均日变化138

3.9.3 UV-B平均辐照度及其日变化138

3.9.4 小结140

第4章 北冰洋碳的生物地球化学141

4.1 水化学要素含量与分布142

4.1.3 白令海营养盐之间的相互关系143

4.1.2 白令海营养盐含量与分布143

4.1.1 分析方法143

4.1.4 白令海［NO］、［PO］的分布145

4.1.5 pH的分布146

4.1.6 海水总碱度的分布148

4.2 北冰洋CO2的源汇分布及其海-气通量151

4.2.1 分析方法152

4.2.2 北冰洋二氧化碳分压的分布153

4.2.3 二氧化碳分压与温度的关系153

4.2.4 海-气CO2通量的估算154

4.3 白令海盆二氧化碳分压的分布特征及其影响因素156

4.3.1 数据处理方法156

4.3.2 氧化碳分压和与叶绿素空间变化及其pH值的关系157

4.3.3 白令陆坡流对白令海盆pCO2分布的影响158

4.3.4 小结159

4.4 北太平洋亚北极水对北极碳汇的影响159

4.4.1 白令海与楚科奇海在北太平洋与西北冰洋水交换中的重要作用159

4.4.2 北太平洋亚北极水对北冰洋影响研究现状160

4.4.3 白令海盆对西北冰洋pCO2分布的影响160

4.4.4 北冰洋的断面研究161

4.4.5 白令海及楚科奇海pCO2及pH值的分布161

4.4.6 亚北极北太平洋水对北极碳汇的意义162

4.4.7 小结162

4.5 有机碳的生物地球化学特征163

4.5.1 样品采集与分析163

4.5.2 北冰洋、白令海POC、DOC含量164

4.5.3 POC、DOC的分布164

4.5.4 POC、DOC的垂直分布167

4.5.5 DOC、POC的断面分布168

4.6 生物生产力特征170

4.6.1 样品采集与分析170

4.6.2 初级生产力171

4.6.3 细菌生产力的分布特征172

4.6.4 小结173

4.7 真光层颗粒动力学与颗粒有机碳输出通量173

4.7.1 北冰洋、白令海(234Th/238U)A.R.的垂直分布174

4.7.2 溶解态、颗粒态234Th停留时间174

4.7.3 真光层颗粒有机碳输出通量与ThE比值174

4.7.6 碳的生物地球化学循环路径175

4.8 北冰洋浮冰区颗粒有机物通量及其主要组分175

4.7.5 楚科奇陆架有机碳的埋藏速率175

4.7.4 POC停留时间175

4.8.1 材料和方法176

4.8.2 光量子剖面及真光层深度177

4.8.3 颗粒物质通量177

4.8.4 硅藻通量178

4.8.5 生物颗粒组分及其碳量估算178

4.8.6 小结179

第5章 北冰洋沉积物组成与古环境181

5.1 北极地区的地质环境特征182

5.1.1 区域地质182

5.1.2 研究区的重力测定183

5.2 沉积物样品的采集与分析184

5.2.1 样品的采集185

5.2.2 样品的颜色与气味185

5.2.3 样品的粒度特征187

5.2.5 沉积物中的生物及贝类遗壳分布190

5.2.6 沉积物中SRB，GAB的分布状态190

5.3 沉积物元素地球化学特征192

5.3.1 样品的分析192

5.3.2 常量元素的含量及其分布193

5.3.3 非金属元素的含量及其分布200

5.3.4 微量元素的含量及其分布201

5.3.5 稀土元素的含量及其分布203

5.3.6 元素的相关分析205

5.3.7 元素的组合特征及空间分布205

5.3.8 沉积物地球化学研究展望206

5.4.1 材料和方法207

5.4 沉积物的沉积速率及其沉积物通量207

5.4.2 Pb-Po法208

5.4.3 210Pbex法(1)209

5.4.4 210Pbex法(2)210

5.5 沉积物中微体化石丰度及其环境意义211

5.5.1 材料和分析方法211

5.5.2 微体古生物丰度212

5.5.3 微体化石分布与环境因子212

5.5.4 小结215

5.6 有机地球化学指标及其环境意义216

5.6.1 材料与方法216

5.6.2 长链烯酮及Uk37值与北极海洋古温度217

5.6.3 正构烷烃的组合特征与北极古沉积环境的研究219

5.6.4 小结225

第6章 生物群落结构和生态环境特征227

6.1 楚科奇海和白令海海洋微生物的生态特征228

6.1.1 海洋微生物总量及其与温盐要素的关系229

6.1.2 海洋细菌丰度和生物量232

6.1.3 楚科奇海和白令海海洋细菌的分布236

6.1.4 白令海蓝细菌分布特征240

6.2 楚科奇海和白令海海洋微生物的生理生化特性244

6.2.1 海洋细菌的低温生长特性245

6.2.2 海洋细菌对碳源物质的利用245

6.2.3 楚科奇海和白令海海洋微生物的分离、纯化和保藏246

6.2.4 蛋白酶产生菌的初步筛选及其生理生化特征研究246

6.2.5 纤维素酶产生菌的初步筛选及其生理生化特征研究248

6.2.7 其他活性菌株的初步筛选251

6.3 北极海洋微生物的系统发育分析251

6.2.6 具抗肿瘤活性的北极海洋细菌的初步筛选251

6.3.1 北极海洋细菌的分子鉴定252

6.3.2 北极细菌系统发育分析254

6.4 楚科奇海和白令海浮游生物生态学的基本特征分析254

6.4.1 楚科奇海和白令海浮游植物的种类组成与分布255

6.4.2 楚科奇海和白令海浮游动物的基本生态特征261

6.5 白令海和楚科奇海的底栖动物279

6.5.1 白令海和楚科奇海的小型底栖动物280

6.5.2 北极海洋大型底栖生物285

6.6 白令海狭鳕渔业资源291

6.6.1 调查海区292

6.6.2 调查方法292

6.6.3 狭鳕的水平、垂直分布294

参考文献·英汉缩略语词汇299