北極考察

1882～1883年和1932～1933年兩次國際極年的重點在北極地區，考察和觀測氣象、氣候、地球物理、北極光、海洋生物、海冰等。以後進行的國際合作研究有白令海大陸架過程和資源研究計劃(PROBES)、南森漂流站計劃(NDS)等。第二次世界大戰以後，隨着北極地區石油、天然氣、煤、鐵、金、金剛石、磷灰石等豐富礦產資源的開發，凍土和極地工程、生態與環境成為研究重點。

北極考察主要內容：

①北極冰蓋在世界熱量平衡和水、氣循環中的作用；

②北極光、無線電傳播異常和高層大氣中的能量粒子與磁力線的關係；

③生態環境與生物資源保護。1988年北冰洋沿岸國家的科學家會聚聖彼得堡，共商北極科學研究計劃。1990年國際北極科學委員會(IASC)成立，成員由8個北冰洋沿岸國家（美國、加拿大、俄羅斯、挪威、瑞典、丹麥、芬蘭和冰島）增加到16個。IASC的秘書處設在挪威奧斯陸。中國於1996年參加IASC，逐步開展北極考察與研究。全球海冰佔大洋麪積的7%，而北極海冰面積佔北冰洋的97%（冬季）和90%（夏季），佔全球海冰的30%。海氣之間的熱量、動量和物質交換的變化，明顯影響極地中低雲系的發展。它的時空變化是北半球高緯度氣候擾動的一個誘發因子。因此，北極海冰在全球（尤其是北半球）氣候系統中的作用一直受各國關注，北極海冰和格陵蘭冰蓋又是北極研究的重點。北冰洋麪積約1 475萬平方千米，幾乎終年為海冰覆蓋。在北冰洋與大西洋、太平洋無冰區之間存在一個海冰過渡帶，海冰的空間變化集中發生在這個過渡帶內。海冰的時間變化尺度從數月到數年，以季節變化最為顯著。北冰洋邊緣海域海冰的年際變化大，尤其是北大西洋10年尺度的海冰。不同海域表面的反照率相差很大，以6月最懸殊，北冰洋中心海域高達0.74，邊緣海域僅為0.58。

海冰在氣候系統中的重要性在於其對海水密度和鹽度層結構的影響。由於凍結温度下的海水不穩定，會產生垂向對流。高緯度海洋密度層結構受鹽層結構控制，海水鹽度的微小變化都能顯著影響垂直環流的發展。凍結和消融是海水鹽度大規模的分餾過程。凍結時，海水2/3以上的鹽分被排出，冰層下面的海水鹽度急劇升高，高鹽度海水隨之下沉，引起垂直環流。北冰洋每年約有3 000立方千米的海冰在北冰洋凍結和消融，海冰總量達1.73萬立方千米，佔北冰洋流域淡水總量的20%以上。每年通過東格陵蘭洋流排泄到北大西洋的北極海冰達2 800立方千米，它對維持北冰洋和北大西洋的淡水平衡至關重要。因此，海冰的凍融過程是影響鹽層結構的重要機制。北冰洋海冰向格陵蘭海和冰島海迴旋區的瀉泄量一旦發生變化，就可能引起鹽層結構突變，海水對流活動改變，甚至停止，導致北極地區氣候與環境的重大波動。

温度、鹽度和氣壓梯度場是驅動大洋環流的3個主要因素。北大西洋北部的海水鹽度比北太平洋北部高得多，成為北半球大洋深水的主要形成區。北大西洋副極地下沉海水被南來的表層暖水所補償，構成南北傳輸的大洋熱鹽環流，稱為北大西洋熱輸送帶。熱鹽環流強度的變化會改變赤道向北冰洋的熱量輸送，從而導致北大西洋甚至北半球的氣候變化。而北極海冰和其他淡水瀉泄量的變化可以引起北大西洋垂直環流的震盪，從而導致海洋熱鹽環流減弱甚至停止，氣候突然轉冷。石油天然氣資源　北冰洋陸架是世界上最寬廣的陸架區，水深較淺。陸架區賦存着豐富的石油和天然氣資源。美國阿拉斯加的普拉德霍灣油田從20世紀80年代投產以來，年產量一直保持在800萬～1 200萬噸。俄羅斯西伯利亞的北冰洋大陸架更為寬廣，石油和天然氣的賦存條件更好，潛在的油氣資源更豐富。

1993年，中國科學院與挪威北極研究所和斯瓦爾巴德大學合作，進行北極斯瓦爾巴羣島天氣、氣候、大氣物理和冰川研究。中國科學院和加拿大合作，開展了加拿大北極地區凍土水文和凍土環境變化研究。1994～2000年，中國科學院和美國阿拉斯加北坡自治區合作，進行北極苔原帶海陸相互作用、現代環境過程和巴羅地區氣候與環境變化研究；北極露脊鯨和海洋生態系統研究。1995年，中國以民間組織形式進行首次北極探險考察。考察內容包括雪冰化學、海洋物理、海洋化學、陸地和海洋生物、環境遙感監測等。1999年，中國首次派出國家北極考察隊，乘“雪龍”號破冰船，在北太平洋—白令海—波弗特海進行大規模綜合科學考察。來自俄羅斯、日本、韓國以及中國香港和台灣的科學家參加了這次考察。

三個主要研究項目是：

①北極地區在全球變化中的作用以及對中國氣候的影響；

②北冰洋與北太平洋水團交換對北太平洋環流的變異影響；

③北冰洋臨近海域的生態系統、生物資源，以及對中國漁業發展的影響。2002年，中國民間考察隊在斯瓦爾巴羣島進行氣象、冰川、生物、環境變化等的考察，並建立一個小型考察站。此外，中國科學家從20世紀80年代開始，對北極海冰面積變化與中國氣温和降水的關係進行了研究。結果表明：北極海冰變化對中國氣候影響明顯，在中國北方尤為顯著。

1991～1995年，國際北極科學委員會確定6個研究重點。

①紫外輻射(UVB)對北極地區的影響。北極地區是世界上平流層臭氧減少最迅速的地區之一。1979年以來，北半球中緯地區臭氧總量每10年減少4%，高緯地區每10年減少10%。臭氧層減薄引起的紫外輻射增強，對生物圈和人體健康可能造成重要影響。一般説來，臭氧總量減少1%，紫外輻射強度將增加2%。

②巴倫支海區域的累積影響。巴倫支海位於北歐大陸以北，斯瓦爾巴羣島和新地島之間，是北極洋流與大西洋熱量、能量交換的重要海域。1994年國際北極科學委員會將巴倫支海列為重點研究區域。研究計劃的總目標是確定全球變化對該區文化、社會經濟的影響程度。

③白令海區域的累積影響。該區域包括白令海峽、楚科奇海，以及北太平洋北部，是北冰洋與太平洋熱量、能量交換的另一通道。觀測的氣候變化資料表明，白令海、北太平洋、阿拉斯加是評估氣候變化對北極地區影響特別重要的區域。

④北極冰川和冰蓋的物質平衡。北冰洋四周的小冰川數量眾多。氣温升高，大量冰融水瀉入北冰洋，除了影響海面上升外，還會強烈影響表層海水的鹽度和温度。北大西洋受的影響最明顯。該項目目標之一就是做出一個最佳耦合模型，來評估冰蓋–海洋–大氣間反饋的幅度。

⑤陸地生態系統及其對氣候變化的反饋。北極地區是世界最大的野生生物區。陸地生態系統也是北極地區250萬當地居民的基本資源。那裏擁有數量巨大的生物種羣，它們與大氣間的相互作用對全球氣候系統有重要影響。雪、冰和苔原植被的高反照率，大氣中碳在北極土壤有機質中的富集，以及雪冰融水流入北冰洋，均對地球的冷卻產生影響。北極地區氣候變化的幅度比全球平均高2～3倍，北極生態系統對這種變化極為敏感，因為那裏的生物生長慢、物種少、不易恢復。關鍵的問題有：地表能量與水平衡反饋；生態系統結構的影響與反饋，碳、營養物質的循環與儲存；微量氣體通量的反饋；種羣和生物量的再分佈以及生物多樣性變化過程與量級。

⑥北極海洋、海岸、河流系統。北冰洋擁有地球上最大的陸架區，眾多河流匯入陸架區海洋，影響海冰範圍和沉積環境。河流是北冰洋的主要營養源，陸架區是主要的碳匯，海冰區是改變地球氣候系統的重要樞紐。海岸帶是陸地–海洋通量（包括污染物）的邊界過濾器，90%以上的物質沉積在海岸帶。北極陸地和淺海區擁有廣袤的厚度達500米的凍土區。人類活動對北極海岸帶生態系統的影響極為明顯，北冰洋海運航道的利用和石油、天然氣的開發，形成新的自然和人類活動的相互作用。這些需要重點評估，評估結果將構成對北極海岸環境綜合管理的科學基礎。

黃秉維,鄭度,趙名茶.現代自然地理:第十二章.北京:科學出版社,1999. ^[1]