交大要闻
探秘秋季南极普里兹湾,上海交大海洋学院团队满载而归
5月18日,“雪龙2”号极地科考破冰船返回国内抵达上海,标志着中国第42次南极考察圆满结束。此前的4月27日,“雪龙2”号抵达澳大利亚霍巴特,标志着我国首次在南极普里兹湾海域开展的秋季南大洋综合调查正式收官,为我国极地科考事业再添浓墨重彩的一笔。

上海交通大学海洋学院院长周朦教授担任航次首席科学家顾问,张召儒教授担任航次首席科学家顾问助理,冯媛媛副教授、欧阳张弦副教授、曾聪副研究员、朱一无高级工程师、葛云骢博士后参与了航次考察,以专业力量为科考任务保驾护航,彰显了交大海洋学科的硬核实力。
航次接力,完善南极秋季观测布局
2025年,中国极地研究中心与上海交大共同谋划发起的中国第41次南极科学考察罗斯海联合航次顺利开展。罗斯海作为各国南极边缘海研究的热点区域,是南极底层水的重要生成地,对全球热盐环流与气候影响深远,同时也是南大洋生物生产力最高的区域之一,是深海有机碳埋藏的热点区域。海洋学院10名师生参与该航次,顺利完成调查任务,为全面认知南极边缘海生物地球化学循环提供了重要观测数据。
普里兹湾位于埃默里冰架前缘,是南极冰盖、海洋与大气相互作用极为强烈的区域,也是南极底层水形成的重要海区。受极寒气候与复杂海况的双重制约,该区域南极秋季观测数据长期处于极度匮乏状态,成为全球南极研究领域的“认知盲区”。本次普里兹湾秋季联合航次的成功开展,与罗斯海秋季联合航次形成有效呼应、双向互补,进一步完善了我国南极边缘海多季节、多区域、多维度的系统性科考布局,推动我国南极科考从“夏季观测”向“四季覆盖”稳步迈进。

本次普里兹湾秋季联合航次作为中国第42次南极考察的重要组成部分,汇聚了中国、澳大利亚、美国、韩国、比利时、印度等6个国家、19个研究机构的97名极地科考队员,是一次高水平、国际化的联合科考行动。航次紧扣三大核心科学问题,在普里兹湾海域历时23天,圆满完成40个站位的综合调查,覆盖普里兹湾戴维斯冰间湖、麦肯斯冰间湖、绕极深层水暖入流区和高密度陆架水出流区等关键海域,成功突破海况、天气与技术条件的多重限制,有效填补了我国在该海域秋季观测的空白,为后续相关研究奠定了坚实基础。
交大力量,万里征途不负此行
在本次普里兹湾航次中,上海交通大学海洋学院科研团队深耕各自研究领域,严谨务实、协同发力,圆满完成各项调查任务,用专业素养与科研实力助力航次任务落地推进,交出了一份亮眼的“科考答卷”,充分展现了交大科研工作者的责任与担当。

周朦院长(左一)正在参与尾甲板拖网作业
周朦院长是学院极地科学研究的总设计师与领航者,也是中国南极秋冬季考察航次的重要发起人。此次以航次首席科学家顾问的身份,为航次成功开展提供了关键引领。他立足国家极地科考需求,结合国际研究前沿,从任务规划、技术路线设计到现场工作协调、科研方向把控,全程深度参与,凭借丰富的极地科考经验和全局视野,助力航次各项任务有序推进。同时,他始终注重学院人才队伍建设,构建了老中青相结合的可持续研究梯队,全面布局极地海洋动力学、生物地球化学、极地生态学等核心学科方向,着力培养高素质极地科考与科研人才。此次带领团队参与航次,既是科研实践的重要探索,也是对青年科研工作者的实战培养与历练,为我国极地科研事业储备后备力量。

张召儒教授在指挥投弃式CTD下放
张召儒教授担任本航次的首席科学家顾问助理和物理海洋观测组组长,参与航次任务的规划和现场工作协调,同时承担CTD的下放采样、数据处理工作以及南大洋中尺度涡断面投弃式XCTD和XBT的布放。冰间湖的海-冰-气耦合过程及其对南极底层水源水团——高密度陆架水(DSW)生成的驱动作用及对生态系统的影响是张召儒近年来研究关注的重点,相关研究发表于Nature Communications、Geophysical Research Letter和Cryopshere等期刊。与罗斯海秋季航次相比,普里兹湾秋季航次中张召儒开展了针对两个受不同动力过程调控的冰间湖——东侧戴维斯冰间湖和西南侧麦肯斯冰间湖的对比研究。前者受到绕极深层暖水入侵的显著影响,后者位于东南极最大冰架——埃默里冰架前缘,处于冰架融水出流区。通过分析CTD观测数据,戴维斯和麦肯斯冰间湖深层存在高密度陆架水厚度的差异,两个冰间湖分别存在绕极深层暖水入侵和冰架融水出流的信号。戴维斯冰间湖设置的气旋发生前后的重访站,为研究气旋导致的风场、气温变化及其对冰间湖产冰和对流过程的影响提供了重要机遇。团队前期已基于高分辨率冰-海耦合模式对普里兹湾气旋过境及其对冰间湖产冰、深对流和底层水形成的影响开展了研究,本航次的观测结果将为深入揭示这一过程提供观测数据支撑。在麦肯斯冰间湖观测时,正值下降风发展期间,海面上呈现强烈的海-气热交换现象,在此区域设置的时间序列站观测为捕捉下降风发展期间的冰间湖气-冰-海耦合过程提供了机遇,团队将进一步针对下降风期间的冰间湖过程变化开展数据分析和研究。

欧阳张弦副教授在处理航次获取的溶解无机碳样品
欧阳张弦副教授曾多次参与国内外北极海洋科学考察航次,具有较丰富的极地航次现场作业经验,本航次是他将科研足迹由北极延伸至南极普里兹湾的重要实践。依托“雪龙2”号先进科考平台,他在东南极普里兹湾及邻近南大洋海区开展高分辨率走航海-气CO₂观测和水体无机碳体系采样,试图追踪一条从海表通向深海的碳封存路径:当海冰形成、海水冷却增盐并转化为高密度水下沉时,海洋中的无机碳是否也会被一同带入深层,进而参与南极底层水形成和全球深海碳储库的维持?由于秋冬季海冰覆盖范围迅速扩大、海况和冰情复杂多变,长期以来该季节的海洋碳循环原位观测资料十分稀缺。此次航次中,课题组利用船载走航式pCO₂自动分析系统,连续获取表层海水与大气CO₂分压数据,并同步记录温度、盐度、溶解氧和气象参数,精准刻画了南大洋秋冬季海-气CO₂交换的空间格局。在普里兹湾冰间湖站位和多个关键观测断面,课题组进一步开展CTD剖面采水,系统采集DIC、总碱度及δ¹³C-DIC等海水无机碳参数样品,形成了普里兹湾秋冬季水体碳酸盐体系的重要观测数据集。这批样品和数据将与温盐、营养盐、溶解氧等多学科资料深度结合,用于解析海冰生成、陆架高密度水形成和水团输运对碳循环的调控作用,进一步评估随南极底层水下沉进入深海的碳输运和封存潜力。这也为深入认识南极边缘海碳循环过程及其对气候变化的响应提供了重要支撑。

冯媛媛副教授在测量航次获取的叶绿素浓度数据
这是冯媛媛副教授的第五个南极航次,也是她第二次参与秋冬联合航次,却是首次抵达普里兹湾开展研究。她是长期深耕极地浮游植物生态研究的专家,先后参加过美国自然科学基金委和中国第40次、41次和42次南极科学考察航次及北极黄河站野外观测,围绕极地浮游植物的分布特征、生存策略及对气候变化的响应等方向开展系统性研究,已产出一系列高水平科研成果。南极秋冬季以持续低温、季节性极夜、海冰反复冻融导致的盐度剧烈波动为典型特征,这些多重环境压力极大抑制了浮游植物的光合作用与代谢过程,使得该时段的现场观测数据在全球范围内都极为稀缺。课题组系统采集不同深度的海水样品,通过测定叶绿素浓度估算不同粒径浮游植物的生物量,借助显微镜鉴定浮游植物的物种组成及丰度,并结合前沿的多组学手段与现场模拟培养实验,深入探究浮游植物在秋冬季的独特适应机制。本航次中她成功获取近千份珍贵样品,这些样品不仅是科研数据的重要载体,更是解开普里兹湾浮游植物分布特征与生存策略的关键钥匙。初步结果表明,在普里兹湾秋冬季冰间湖水体中仍然存在着较高丰度的浮游植物;在冰间湖底层水体中检测到明显的叶绿素荧光信号,可能与冰间湖生冰过程导致的深对流有关。

朱一无老师在航次中处理LISST和LOPC数据
围绕着航次聚焦的极地高纬度海域秋冬季浮游生物的越冬机制和碳输送机制等关键科学问题,团队对南极普里兹湾做了物理、生物、化学等各种参量的调查,其中海洋中的生物颗粒物的时空分布和粒径谱对了解普里兹湾生态系统有非常重要的意义。朱一无老师在本航次中应用两台激光探测仪器——LISST 和 LOPC,分别对海洋中从1微米到250微米,以及从100微米到30厘米的颗粒物进行了现场观测。这两台仪器安装在雪龙2号船上的CTD-Rosset系统上,与CTD同步入水工作。历时一个多月的航次中,在30多个站位中做了36次下放,获取了从冰间湖、冰架到深海的不同区域的颗粒物的垂向和区域分布,为探索南大洋“暗生态”系统中的浮游生物类群的生态分布与其碳汇作用获取了宝贵的数据,为了解秋季普里兹湾浮游生物在越冬过程中的能量储备、垂直迁移、食性变化、代谢适应,水平与垂直分布特征及关键环境驱动因子提供重要依据。同时,通过对不同区域所获颗粒物垂向分布的特征分析,冰间湖区域水流垂向输送也得到显示。这些调查分析对普里兹湾和南大洋的碳循环研究做出贡献。

曾聪副研究员在底拖网作业中获取的底栖生物样品
曾聪副研究员负责本次航次的底栖生物多样性调查工作,重点围绕秋季普里兹湾海底生物组成、空间分布格局及其环境适应机制展开系统研究。研究团队在普里兹湾典型海域的6个站位实施三角拖网调查,成功获取了一批底栖巨型生物样品,主要包括棘皮动物、海绵、软珊瑚及其他各类底栖无脊椎动物类群。初步观测结果显示,不同站位的底栖生物组成和生物量存在明显差异,部分站位棘皮动物资源较为丰富,海绵等固着类群可能在局部海底生境的构建中发挥着重要作用。

葛云骢博士在航次中采集痕量金属样品
葛云骢博士后主要围绕普里兹湾溶解态、颗粒态痕量金属生物地球化学循环开展研究,重点探究秋冬季极地海域痕量金属时空分布特征,解析水团运动、海冰过程、有机质降解等对元素循环的调控作用,填补该区域秋冬季痕量金属观测数据空白。他负责完成各站位全水深海水样品过滤,收集溶解态与颗粒态样品,同步收集了多端元样品包括大气悬浮颗粒、降雪、沉积物等。全程参与了35个科考站位作业,获取覆盖普里兹湾湾内、湾外及冰缘区的多深度溶解态海水、颗粒态滤膜样品,同步配套沉积物、大气沉降、水文、化学、生物环境实测数据,获得秋冬季痕量金属原位观测资料,实现与夏季观测数据的季节互补。
砥砺前行,续写极地新征程
在去年的罗斯海秋冬季航次中,张召儒首次针对秋季冰间湖过程开展针对性观测研究,观测到了秦岭站附近的特拉诺瓦湾冰间湖秋季显著的海气热交换过程和产冰析盐过程,以及底层水形成的深对流过程将生源要素向深层输送的证据。团队基于近年来成功发展的高分辨率海洋-海冰-冰架耦合模式,对冰间湖动力过程的物质输送效应开展了深入研究。近期工作正在依托承担的重点研发计划项目课题,发展高分辨率海洋-海冰-冰架-生态耦合模式,进一步量化冰间湖秋冬季产冰-析盐-深对流-底层水形成过程对物质垂向输送和碳通量的作用。
欧阳张弦的工作延续并拓展了团队在极地海洋碳循环与海-气CO₂交换方面的研究基础,也为我国南极海洋碳汇观测提供了关键的秋冬季数据支撑。未来,相关成果有望服务于南大洋、南极普里兹湾海区碳汇能力评估、极地气候变化响应研究,助力提升我国在全球海洋碳循环研究中的数据贡献和科学支撑。
冯媛媛则期待在后续的实验室分析中,从采集的珍贵样品中提炼全新的科学认知,进一步揭示生命在低温、弱光极端环境下的韧性与适应能力。此外,她在航次期间还与韩国极地研究所、印度极地研究所及塔斯马尼亚大学的同行深入交流,围绕浮游植物走航成像分析方法、钙质化浮游植物极区适应机制以及浮游植物与磷虾间的摄食关系开展合作研究,有效推动了极地生态研究的国际协同发展。
曾聪在后续研究中将结合形态分类、DNA条形码技术、群落结构分析及环境数据,系统解析普里兹湾秋季底栖生物多样性特征、空间分布格局及其形成机制,并进一步探讨南大洋底栖生物在低温、弱光和季节性有机质输入等极端条件下的生存策略与适应机制。相关研究成果将为认识南大洋水柱—海底物质传递过程、底栖生态系统功能及极地海洋生物多样性保护提供重要的基础数据支撑。
葛云骢希望在后续研究中将本航次数据可与夏季研究成果结合,构建全年尺度观测数据集,完善季节循环模式研究。明确普里兹湾秋冬季痕量金属空间分布规律,揭示水团输送、地形的调控机制;阐明溶解态与颗粒态金属的转化及沉降、再悬浮过程;解析痕量金属与有机质、营养盐、初级生产力的耦合关系,完善极地海洋生物地球化学循环理论。为评估全球气候变化下极地海洋环境演变与物质循环响应提供科学支撑。

航次期间恰逢上海交通大学建校130周年,海洋学院科学家们秉持“求实学、务实业”的理念,挺膺担当,勇闯极地“无人之境”,用科研实力诠释了交大精神。未来,学院将继续深耕极地海洋研究领域,聚焦极地气候变化、生态保护、碳循环等关键科学问题,进一步拓展南极边缘海多季节、多区域观测网络,完善极地海洋观测数据体系,结合多组学、遥感探测、数值模拟等前沿技术,推动极地海洋生物地球化学、海洋动力学、极地生态学等领域的基础研究与应用研究深度融合,不断产出高水平科研成果。同时,持续着力培养高素质极地科考与科研人才,搭建跨学科、国际化科研协作平台,助力我国在极地科学研究领域实现更大突破,为全球极地治理贡献中国智慧和中国力量。