极地冰钻关键技术研究进展

极地冰钻技术是获取冰芯，研究冰盖-冰架-海洋相互作用，以及获取极地冰下基岩与冰下水环境样品，开展冰下环境探测的重要手段。目前极地冰钻技术的难点与前沿主要包括深冰芯钻探、冰架热水钻、冰下基岩钻和冰下水环境采样与观测技术。本文针对以上4个极地冰钻关键技术，对国内外相关技术的研究进展与项目开展情况进行了总结与梳理。综合来看，虽然我国开展极地钻探技术研究起步较晚，但随着我国极地战略不断推进，我国的极地冰钻关键技术与装备的研究正持续向着赶超极地钻探强国方向迈进，这必将为我国的极地科学研究提供强有力的技术支撑。     

西藏羌北高原多格错仁盐湖中更新世晚期以来的环境演化记录

通过对西藏藏北高原多格错仁盐湖湖岸3101cm高度剖面进行地形地貌、地层沉积特征、矿物学特征及粒度、频率磁化率等气候环境变化指标的分析研究发现，整个剖面反映出大致6个较大的气候变化过程：233. 3kaBP～223. 5kaBP气候波动较大，总体趋势气候趋于干冷，期间出现过两次较温暖气候，之后气候逐渐变冷；在223. 5kaBP～213. 6kaBP总体变化为气温大幅度上升，但在期间有一次较大的相对冷干过程；213. 6kaBP～170kaBP之间总体变化气候趋于变冷，中间有2次明显的气候变暖湿过程及两次冷干过程；170kaBP～117. 1kaBP气候转为明显湿热；117. 1kaBP～75. 6kaBP气候变化趋势明显降低；75. 6kaBP～56. 7kaBP气候又明显上升达到湿热状态。以上气候波动规律与极地冰芯记录及深海氧同位素记录的古气候波动规律有很好的一致性，同时本盐湖区与柴达木盆地察尔汗盐湖区的CH0310钻孔及青海湖南岸二郎剑阶地的 QH 86钻孔所揭示的中更新世晚期以来的气候变化的分析对比，发现西藏羌北的多格错仁盐湖区与青海的察尔汗盐湖区及青海湖湖区在更新世中晚期以来的气候环境变迁存在极好的可比性，说明青藏高原的气候演化在中晚更新世以来基本具有一致性，在时间上的微小超前与滞后具有区域上的细微变化，说明气候变迁在不同的区域又具有各自的独特性。     

极地低压对费拉姆海峡大西洋入流水天气尺度变化的影响

The Atlantic inflow in the Fram Strait(78°50′N) has synoptic scale variability based on an array of moorings over the period of 1998–2010. The synoptic scale variability of Atlantic inflow, whose significant cycle is 3–16 d, occurs mainly in winter and spring(from January to April) and is related with polar lows in the Barents Sea. On the synoptic scale, the enhancement(weakening) of Atlantic inflow in the Fram Strait is accompanied by less(more)polar lows in the Barents Sea. Wind stress curl induced by polar lows in the Barents Sea causes Ekman-transport,leads to decrease of sea surface height in the Barents Sea, due to geostrophic adjustment, further induces a cyclonic circulation anomaly around the Barents Sea, and causes the weakening of the Atlantic inflow in the Fram Strait. Our results highlight the importance of polar lows in forcing the Atlantic inflow in the Fram Strait and can help us to further understand the effect of Atlantic warm water on the change of the Arctic Ocean.     

极地地区北斗三号单点定位精度分析

为分析BDS-3在极地地区的定位精度,选取两极地区10个MGEX站连续7 d的观测数据进行SPP和PPP实验。结果表明,BDS-3在两极地区可见卫星数及PDOP基本一致,平均可见卫星数约为9颗,PDOP约为2.3。BDS-3各频点间定位精度相差不大,南极地区SPP定位精度略优于北极,特别是U方向。北极地区E、N、U方向定位精度分别优于1 m、1 m和5 m,南极地区E、N、U方向定位精度分别优于1 m、1 m和2 m。BDS-3在两极地区PPP定位精度相当,与GPS定位精度基本一致,各频点组合定位精度在E、N、U方向均优于2 cm。     

广州地铁五号线第三方水平位移监测的实践

通过广州地铁五号线土建施工第三方监测实践,介绍并分析TCA2003智能型全站仪在极坐标法水平位移监测中的适用性,提出平面位移量的计算方法,总结了第三方水平位移监测的方法和技术要点。     

Record Arctic Ozone Loss in Spring 2020 is Likely Caused by North Pacific Warm Sea Surface Temperature Anomalies

Record ozone loss was observed in the Arctic stratosphere in spring 2020. This study aims to determine what caused the extreme Arctic ozone loss. Observations and simulation results are examined in order to show that the extreme Arctic ozone loss was likely caused by record-high sea surface temperatures(SSTs) in the North Pacific. It is found that the record Arctic ozone loss was associated with the extremely cold and persistent stratospheric polar vortex over February–April, and the extremely cold vortex was a result of anomalously weak planetary wave activity. Further analysis reveals that the weak wave activity can be traced to anomalously warm SSTs in the North Pacific. Both observations and simulations show that warm SST anomalies in the North Pacific could have caused the weakening of wavenumber-1 wave activity, colder Arctic vortex, and lower Arctic ozone. These results suggest that for the present-day level of ozone-depleting substances, severe Arctic ozone loss could form again, as long as certain dynamic conditions are satisfied.     

美国极地钻探科学目标分析与钻探技术进展

极地钻探是获取极地冰层或冰下环境样品和在极地冰层或冰下布放科学观测仪器的最直接方法,是开展极地科学研究的必要技术手段。美国是开展极地钻探较早的国家之一,也是极地钻探强国。相比美国,我国极地钻探技术尚处于起步阶段。本文以《美国冰钻委员会长期科学规划2021-2031》为基础,结合其官方网站和相关文献资料,梳理了美国极地钻探科学目标和极地钻探技术现状,并简要介绍了过去10年美国极地钻探的现场工作情况及其在未来3年的工作计划,以期为我国极地钻探发展提供参考。     

The cause of the spring strengthening of the Antarctic polar vortex

The stratospheric polar vortex strengthening from late winter to spring plays a crucial role in polar ozone depletion. The Arctic polar vortex reaches its peak intensity in mid-winter, whereas the Antarctic vortex usually strengthens in early spring. As a result, the strong ozone depletion is observed every year over the Antarctic, while over the Arctic short-term ozone loss occasionally occurs in late winter or early spring. However, the cause of such a difference in the life cycles of the Arctic and Antarctic polar vortices is still not completely clear. Based on the ERA-Interim reanalysis data, we show a high agreement between the seasonal variations of temperature in the subtropical lower stratosphere and zonal wind in the subpolar and polar lower stratosphere in the Southern Hemisphere. Thus, the spring strengthening of the Antarctic polar vortex can occur due to the seasonal temperature increase in the subtropical lower stratosphere in this period.     

利用GOCE模拟观测反演重力场的Torus法

在介绍Torus方法反演地球重力场模型的基本原理和方法的基础上,基于圆环面上均匀分布的卫星引力梯度模拟观测值解算了200阶次的地球重力场模型,在无误差情况下,Torus方法解算模型的阶误差RMS小于10-16,验证了该方法的严密性。利用61dGOCE卫星轨道上无误差的模拟引力梯度观测值解算了200阶次的地球重力场模型,分析了格网化误差、极空白对解算精度的影响,迭代3次后,在不考虑低次系数情况下,模型的大地水准面阶误差和累积误差均较小,最大值仅为0.022mm和0.099mm。在沿轨卫星引力梯度模拟数据中加入5mE/Hz1/2的白噪声,基于Torus方法和空域最小二乘法解算了200阶次的地球重力场模型,Torus方法的精度略低于空域最小二乘法的精度,在不考虑低次项的情况下,两种方法解算模型的大地水准面阶误差最大值分别为1.58cm和1.45cm,累积误差最大值分别为6.37cm和5.55cm。但由于采用了二维快速傅里叶技术和块对角最小二乘法,极大地提高了计算效率。本文数值结果说明Torus方法是一种独立有效的方法,可用于GOCE任务海量卫星引力梯度观测值反演重力场的快速解算。     

基于动态极坐标参数化的遥感影像匹配方法

图像匹配作为三维重建至关重要的环节,其精度直接影响了平差优化、正射校正等模块的精度。对于城镇、农场等特征密集型区域,特征距离小,相似性强,易于匹配图像;而针对草地、沙漠等特征不明显区域,特征距离大,如果使用特征点匹配的方法,严格阈值下难以获得足够数量的匹配对,放宽阈值又将引入较多误匹配对,这也是导致稀疏点云不够均匀的原因之一。在此场景下,本文提出了基于动态极坐标参数化的无人机正视影像匹配算法,首先对图像做极坐标参数变化,采用动态策略解决极轴方向采样不均匀的问题,使用最小二乘法对得到的极坐标影像对做位移方向上的匹配,匹配后得到的旋转量和平移量,将该结果和SIFT算法的结果做比较。本文设计了2组实验,即参数已知的解算实验和参数未知的解算实验,且每组实验进行3次。在同等配置的计算机上,对两张7360像素×5400像素,32位的影像,本文方法的位姿解算时间相比SIFT的时间减少约57%,二者求得的位姿差通常小于1%。结论表明二者的结果在精度上表现相当,在时间上明显优于SIFT算法,具有实际的应用价值。