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北极地区通常是指北极圈(66°33′N)以北的区域,包括北
冰洋的绝大部分水域、格陵兰岛、冰岛等岛屿以及欧亚大陆、北
美大陆的北部地区,总面积约2100万km(平方),其中陆地近80
0万km(平方)。也有学者以最热月陆地10℃等温线、海域5℃等
温线作为北极地区的南界,总面积约2700万km(平方),其中陆
地近1200万km(平方)。
北极地区的土著居民是因纽特人,总人口近500万,包括拉普
人等19个分支,主要分布在北冰洋沿岸,属蒙古利亚人种。
北极是全球气候变化的“启动器”之一,海冰、洋流和气团
的变动直接导致全球变化或异常跳跃。北极地区广达1300万平方
公里的苔原带,是全球最大的固碳地,近200年来该带北缩300-
480公里,已使大量的固碳氧化进入大气层,加剧了温室效应的节
奏。近100年来,北极苔原带平均升温2-4℃,已对周边地区产生
难以估量的影响,北极脆弱易变的自然环境,使其成为全球变化
重要的“指示器”。极光、哨声、磁暴等太空对地球的作用信息
,只有在极区才可捕捉,不仅是为日地关系研究而且也为空间科
学提供了天然的“实验场”。人类历史上三次大规模的挺进北极
,不仅形成独特的冰雪文明,而且也提供了的人与自然相互作用
的典型样板,尤其在人类面临生存与发展这一共同命题的今天,
探索解析北极人地关系更显其重要。北极酸雨和烟雾等环境污染
已开始向中低纬区扩散,我国也已受其侵害,研究其集散机制和
路径可为我国二十一世纪生存环境调整提供科学依据。
北极丰富的自然资源,将是新世纪重要的资源尤其是能源基
地,而对北极资源的开发必然产生诸多环境问题,研究环境的脆
弱性,制订科学合理的开采计划,已成为全球人类共同关心的问
题。
国际北极科学研究已有上百年历史,几乎涉及到全部的学科
领域,在此过程中,我国已有少数科学家通过各种形式参予了部
分考察研究项目,然而我国正式组队的考察则始于1995年。1993
年3月10日,由中国地理学会等七个全国性学会发起,经中国科协
批准成立了“中国北极科学考察筹备组”,6月24日,孙枢、周秀
骥、马宗晋、陈运泰等科学院院士和有关极地专家,全面论证了
筹备组提出的《北极科学考察与全球变化断面研究的计划与设想
》,并一致同意将其作为中国北极科考的长远规划,其宗旨是开
展北极与全球变化研究,为我国二十一世纪生存环境的调整提供
科学依据,1994年2月24日-26日,筹备组召开了首届中国北极科
学考察研讨会,孙鸿烈、周秀骥、马杏垣、李廷栋等科学院院士
和有关极地专家,审查通过了《中国北极科学考察的优先领域和
重点项目》,拟定了1995年和1996年两阶段科考的路线、项目和
实施方案,在此基础上,经有关研究机构和学术团体的反复蕴酿
,形成了首次北极点科学考察队的工作内容和执行计划,即围绕
全球变化这一核心,开展冰雪、海洋、环境、遥感遥测、生物生
态等项研究,所有课题都是在大量分析国外同类研究成果的基础
上提出的,并不苟求面面俱到,而是着眼于现有条件下可能孕育
的生长点。
1995年1月19日-27日,在东北松花江冰面上开展了封闭模拟
训练,检验了所有预备队员的身心状态及仪器设备的可操作性,
之后不同层次的论证会详细审查了课题的实施方案及承担人员的
能力,经主管部门批准,完成了组队。中国首次北极点科学考察
是由中国科协主持,中国科学院组织的大型境外科考活动,以政
府支持、民间集资方式运作,得到了新闻界、科学界和企业界的
大力支持和广泛参与,科考队由25名队员组成,除1人来自香港外
,其余分别来自全国七大部委、涉及18个单位。
1995年3月31日,全体队员离境,经美国赴加拿大哈德逊湾开
展负重滑雪和驾狗拉雪橇训练。4月22日7名科考队员由设在加拿
大北极群岛孔沃利斯岛上的雷索柳特基地(74°N)出发,沿西经
80°的冰面自88°N向北极点进发,跨越了波弗特海环流区和贯极
点洋流带这两大北冰洋的重要系统,于北京时间5月6日上午10点
55分到达北极点。共采集各类样品542号,取得观测数据上万组,
拍摄典型样点图象上千幅,还有大量的文字和电视记录资料。这
次科考任务的圆满完成,填补了我国自然科学研究地域上的空白
,证明中国科学家有能力深入北冰洋腹地开展科考观测和取样,
部分科研成果及野外执行情况已提交1995年12月21日在美国召开
的第二届国际北极科学大会,为我国加入国际北极科学委员会奠
定了基础。不久后,首次远征北极点科学考察活动使近400名中国
科学院和中国工程院院士联合评选为1995年中国十大科技新闻之
首。
此次考察期间,开展的雪冰化学研究,在亚北极地区开始不
等间隔的布置点位,自北纬88度至北极点以10km间隔等距布设点
位,在每一点位进行雪坑观察采样、海冰钻芯以及气象要素观测
工作。在实验室分析的基础上,初步查明了北冰洋表层雪冰中化
学元素的组成特征及其环境意义;与亚北极地区表层雪冰化学成
分的对比表明,现代环境污染不仅在亚北极地区和北冰洋腹地有
较高浓度的集聚,而且呈现逐年上升的趋势;雪冰中储存的环境
信息还表明,近年北极地区气温有不断升高的现象;与南极地区
的表层雪冰研究结论相比,北极地区不但表露出人工环境要素扰
断自然过程的现象,而且还存在对人类活动敏感度降低的特征。
由于此次考察海域均被浮冰覆盖,传统的海洋学研究只能依
靠站位钻冰实现,共布设测站5个,同时在北纬82°和北纬84°各
布设测站1个。每一测站以100组/m的数据密度进行温盐深观测,
以100-500组/m的数据密度观测海水的流速和流向,以0m、30m、
100m和200m的间隔采集水样,初步揭示了Beaufort涡旋区流场的
分层特征、断面特征、剪切特性和水体平衡;较全面的了解了该
区的温盐特征,对水系和水团范围进行了划分;研究了海洋微循
环及其垂直稳定度和对流特征;水体营养元素和化学元素的分析
,揭示了该区重金属元素和营养物质的分布特征;水体化学元素
对北冰洋环境具有重要的示踪意义。极冰动力学的研究主要包括
冰漂移和冰厚度两方面,利用每晚宿营和早晨出发前的重复位置
测量,确定海冰在观测期间的平均拉格朗日的漂移,研究表明在
北纬89°附近跨极点洋流和Beaufort海涡流交汇区,海冰的漂移
速度最大;海冰厚度采用小尺度观测和大尺度观测相结合的方法
,在百米范围内离中心点1-10m的距离密集观测,而大范围则以
小尺度观测为基础用算术平均的方法求算;基本掌握了极点附近
海冰漂移规律、冰厚分布及其与历年的差异,配合海洋学研究,
探讨了北冰洋海水与海冰的热力学过程。
考察队还在北冰洋沿岸区调查各自然地理要素的特征,采集
各类沉积物剖面和树木年轮样品,收集有关观测台站的资料,结
合实验室分析,全面认识该地区的自然环境结构和演变过程;在
北冰洋区域,记录每日的气象要素,采集表层冰雪样品,分析人
类活动对极地海洋的影响;收集大气气溶胶样品,分析不同地带
气溶胶的特征;不同地理单元中重金属元素的组成反映了第二次
世界大战以来全球工业发展对北极地区环境的影响强度及其变化
过程;寒区环境自净能力存在明显的地带性差异,这将是极区持
续发展中值得特别关注的问题;沉积物研究表明,近代北极地区
的气候有逐渐变干暖的趋向;与其它地区相比,北美北极区似乎
有时段上的超前性和变幅上的放大性特征,是全球变化重要的预
警区。
考察队调查了苔原带和苔原-荒漠过渡带的生物群落组成及
其地理分布,测量了植物群落的CO2代谢量;监测生态环境因子的
近期变化;进行土壤样方调查,采集各类土壤样品,分析极端环
境下的地球化学过程;不同地带生物多样性与生态环境因子的调
查研究,揭示了极地地区生态环境因子之间的相关性;极地生物
多样性信息库的建立,为生态系统的研究提供了基础。
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