基于硅藻转换函数的北极海域古海冰定量重建——以白令海和楚科奇海为例

The aim of the proposal is to reconstruct the sea ice history of the Bering and Chukchi Seas based on a newly developed diatom transfer function. In order to fulfill the research objective of the project, we would like to 1) analyse the diatom records of the sediment traps from the Chukchi Sea to disclose the seasonal variability of the diatom assemblages and its relationship with the seasonal sea ice; 2) integrate the surface sediment diatom data sets from the Bering Sea and the Chukchi Sea and analyse their relationship with the modern sea surface environmental variables, especially with the seasonal sea ice; 3) establish the sea ice transfer function based on the integrated diatom reference data set; 4) apply the transfer function to the sediment cores covering the last century to verify the sea ice reconstruction and discuss the impact of the global warming on the study area by the reconstructed regional sea ice history for the last century; 5) reconstruct the sea ice history for the last 15 ka (thousand years) to discuss the mechanism of the sea ice variability of study area. .We also would like to compare the sea ice reconstructions by the diatom based transfer function with the sea ice biomarker IP25 in order to better understand the strengths and weakness of different methods and to improve the sea ice reconstructions for future study. .The results of the proposal will benefit the paleoceanographic researches in the Bering and Chukchi Seas.

本项目将利用白令海和楚科奇海的表层沉积硅藻数据库，建立可靠的海冰转换函数，并将其应用于定量重建研究区域末次冰期以来的海冰变化，以探讨这一区域在全球变化中的作用和所受的影响。为实现这一研究目标，本项目拟将：1）分析楚科奇海沉积物捕获器的硅藻样品，以记录这一区域的硅藻种群季节性变化，并研究海冰对其的影响；2）整合白令海和楚科奇海的表层沉积硅藻数据库，分析表层沉积硅藻的分布与现代海洋环境的关系，尤其与海冰的关系；3）利用多种方法构建基于硅藻的海冰转换函数；4）将海冰转换函数应用于近百年的沉积物样品，以便与实测资料对比验证转换函数可信度，同时探讨研究区域近现代的海冰变化；5）定量重建末次冰期以来的海冰变化，并探讨其变化规律和机制。.本项目还将比较基于转换函数与生物标志物的定量海冰重建，分析两者的差异和优缺点，以更好地重建这一区域的古海洋环境。.本项目的研究成果将有助于改进这一区域的古海洋学研究。

该项目以西北极白令海和楚科奇海为研究对象，结合历次中国北极科学考察采集的样品，分析了沉积物捕获器颗粒物、表层沉积物和柱状沉积物中的硅藻属种，用以重建该区域的古海洋环境变化。该项目利用楚科奇海沉积物捕获器2008夏季至2009夏季完整一年的颗粒物样品，分析了硅藻的种群结构和季节性变化，探讨了该区域硅藻年际变化主要受波弗特环流、太平洋入流水和海冰分布情况影响。沉积物捕获器颗粒物中，除角毛藻休眠孢子外（>40%），海冰硅藻占主要成分。海冰硅藻与海冰生物标志物IP25的通量在化冰时最高，且两者具有显著相关性（r2=0.64），反映了其对海冰变化的敏感性。将沉积物捕获器的硅藻与表层沉积物硅藻化石比较，发现两者有明显的属种区别，部分种类的相对丰度差别较大，暗示了硅藻壳面在沉降过程中的差异性溶解。这是后续基于硅藻的古海洋研究值得注意的问题。该项目还分析了白令海和楚科奇海的表层沉积物，发现其中海冰硅藻的相对丰度与冬季海冰密集度有较好的相关性（r2=0.62）。柱状沉积物中的硅藻属种变化也反映了这一区域近百年来海冰情况的演变。后续的转换函数将应用于柱状沉积物样品中，从而重建更为可靠的古海洋环境历史。此外，依托该项目还发展了一种计算沉积物中硅藻绝对丰度的新方法，可应用于古海洋研究。