《极地世界地理概览》课件

极地世界地理概览欢迎来到《极地世界地理概览》课程，这是一次探索地球最神秘、最壮观区域的旅程在这个课程中，我们将深入了解南极和北极这两个极地区域的地理特征、气候条件、生态系统以及它们在全球环境中的重要作用极地地理研究对理解全球气候变化、生物多样性保护及资源管理具有重要意义这些区域不仅是地球气候系统的关键调节器，也是监测全球环境变化的理想场所本课程将涵盖极地的定义与范围、自然环境特征、生物多样性、资源分布、国际合作以及面临的环境挑战等内容，帮助大家全面认识这个冰雪覆盖但充满活力的世界什么是极地？极地的定义南北极的基本区别极地是指地球两极周围的区域，包括北极和南极从地理学北极主要是一片被陆地包围的海洋（北冰洋），周围分布着角度看，北极是指北极圈（北纬66°34′以北）内的区域，而多个国家的领土而南极则是一个被海洋包围的大陆，被厚南极则是指南极圈（南纬66°34′以南）内的区域这两个区厚的冰层覆盖，没有永久居民，仅有各国科考站这种根本域因其特殊的地理位置，具有独特的自然环境和气候特征地理差异造就了两极在气候、生态和政治地位上的显著不同南北极的地理坐标北极点坐标南极点坐标北极点位于北纬90°，是地球南极点位于南纬90°，是地球自转轴与北半球表面的交点自转轴与南半球表面的交点在北极点，所有方向都是南同北极点一样，在南极点，所方，这里没有东西南北之分，有方向都只有北方，没有东西只有经线的起点站在北极南北之分南极点位于南极大点，无论朝哪个方向走，都是陆的内部，海拔约2800米向南走地理坐标的重要性在极地区域，传统的方向导航系统受到限制，因此精确的地理坐标对科学考察、探险活动和极地导航至关重要极地地区的特殊地理位置也使其成为研究地球磁场和极光现象的理想地点北极概述陆地分布地理范围北极地区的陆地部分包括格陵北极圈范围（北纬66°34′以兰岛、斯瓦尔巴群岛以及俄罗北冰洋中心海冰覆盖北）覆盖了约2,100万平方公斯、加拿大、美国（阿拉斯里的面积，包括大片的海洋和加）、挪威、瑞典、芬兰和冰北极地区的中心是北冰洋，这北极海冰面积季节性变化显部分陆地区域岛的北部领土是一个被欧亚大陆和北美大陆著，冬季最大可达1500万平方环绕的海洋北冰洋常年被浮公里，而夏季最小时仅约400-冰覆盖，尤其是冬季，几乎全700万平方公里，且近年来呈部被冰封持续减少趋势南极概述南极大陆面积达1400万平方公里，是世界第五大洲冰盖覆盖约98%的面积被平均厚度2公里的冰盖覆盖淡水储量储存了地球70%的淡水资源，是全球最大的淡水库地形特征平均海拔2300米，是地球上平均海拔最高的大陆极地的气候特征极端寒冷气候极夜与极昼现象极地地区以极端寒冷的气候著称，由于地球自转轴的倾斜，极地地区全年气温普遍很低这是由于极地出现极夜与极昼现象在北极和南接收的太阳辐射能量少，且大部分极点，一年中大约有半年时间是连被冰雪反射回大气层，造成热量损续的白天（极昼），另外半年则是失大于获得南极的寒冷程度远超连续的黑夜（极夜）这种特殊的北极，曾记录到地球上最低的自然光照条件对当地生物的生活节律和气温-

89.2°C人类活动产生深远影响干燥少雨尽管被冰雪覆盖，极地实际上是地球上最干燥的地区之一，年降水量通常很少南极内陆地区年降水量甚至低于100毫米，符合沙漠的定义，被称为白色沙漠极地的降水主要以雪的形式出现，几乎没有液态降水北极气候南极气候°-

89.2C最低记录温度1983年在南极东部高原的沃斯托克站测得°-57C内陆年均温度南极内陆高原地区全年平均气温°-10C沿海夏季温度南极半岛和沿海地区夏季平均温度70m/s最大风速南极大陆边缘地区可达到的阵风风速南极是地球上气候最寒冷、最干燥、风力最强的大陆南极大陆内部地区常年气温极低，几乎没有温度超过0°C的记录即使在夏季，大部分地区也被冰雪覆盖这种极端气候条件使南极成为研究地球气候系统和全球变暖影响的理想实验室极地降水与风力稀少降水尽管极地地区看似被雪和冰覆盖，实际上降水量极少南极内陆年降水量仅50毫米左右，符合沙漠的气候特征，被称为极地沙漠北极地区年降水量在200-400毫米之间，以雪为主要形式极地风暴极地地区常有强风，尤其是冷空气从高海拔向低海拔移动形成的下沉气流南极沿岸的暴风雪带可产生持续数天的强风暴，风速可达150-200公里/小时，能见度接近零南极风雪南极大陆边缘的斜坡地带（尤其是东南极）常出现强烈的下坡风，风速可超过每小时100公里这种风会将地表雪粒卷入空中，形成可达数米高的雪烟，严重影响人类活动和科学考察风寒效应极地强风与低温结合产生显著的风寒效应，使体感温度远低于实际气温风寒温度可降至-70°C以下，对暴露的皮肤可在几分钟内造成冻伤，极大增加了极地生存的难度北极生态环境海冰季节变化永冻土分布冰川与冰山北冰洋的海冰面积呈现明显的季节性变北极地区广泛分布着永久冻土，覆盖了北极地区的冰川主要分布在格陵兰岛和化冬季，海冰面积最大可达1500万平北极圈内约24%的裸露陆地这些永久北极群岛格陵兰冰盖是北半球最大的方公里；夏季，海冰面积最小可降至约冻土深度从几米到数百米不等，储存了冰体，平均厚度约1500米冰川末端与500万平方公里近几十年来，受全球大量的碳和甲烷随着全球气候变暖，海洋接触的地方常有大量冰山产生，这气候变暖影响，北极海冰面积呈现加速永久冻土的融化引发地表塌陷、基础设些冰山漂流到北大西洋，对航运安全构减少趋势，尤其是夏季海冰的减少更为施损坏等问题，同时释放的温室气体又成威胁，同时也是科学研究的重要对显著加剧气候变化象南极生态环境冰山系统从南极冰架断裂形成，可漂浮数年冰架结构连接陆地冰盖与海洋的浮冰平台冰川流动以每年数米至数公里速度向海洋移动冰盖基础平均厚度2-4公里，覆盖整个大陆南极生态环境的核心是庞大的冰盖系统南极冰盖储存了地球上约90%的淡水和70%的淡水资源，对全球气候和海平面具有重要调节作用如果南极冰盖全部融化，全球海平面将上升约58米南极冰盖不是静止的，而是一个动态系统冰盖内部的冰川以不同速度向海洋流动，形成冰架，最终断裂成冰山南极还有许多冰下湖泊，最著名的是沃斯托克湖，被冰层覆盖近400万年，可能蕴含着独特的生命形式北极主要地貌北极圈内有多个重要岛屿和群岛，构成了北极地区的主要陆地地貌格陵兰岛是世界最大的岛屿，面积约217万平方公里，83%的面积被冰盖覆盖挪威的斯瓦尔巴群岛位于北极圈内，由多个岛屿组成，是北极地区重要的科研基地所在地此外，北极地区还包括加拿大北极群岛（巴芬岛、埃尔斯米尔岛等）、俄罗斯的新西伯利亚群岛和弗朗兹约瑟夫地群岛等这些岛屿的海岸线多为峡湾地形，内陆则有山脉、高原和冰川等多种地貌类型北极地区的陆地地貌在冰川运动、冻融循环和风化作用下不断演变南极主要地貌横贯南极山脉冰下湖泊系统南极半岛这是南极大陆最大的山脉，将南极冰盖下隐藏着约400个冰南极半岛是南极大陆向南美洲南极大陆分为东南极和西南极下湖泊，最著名的是沃斯托克延伸的一部分，是南极气候最两部分山脉长约3500公湖，面积约14000平方公里，温和的地区，夏季温度可短暂里，其中最高峰文森山海拔深度超过800米，被4公里厚超过0°C这里山峰林立，海4892米横贯南极山脉的大的冰层覆盖这些湖泊可能孕岸线曲折，有许多深入内陆的部分被厚厚的冰层覆盖，只有育着独特的生命形式，是研究峡湾，是南极生物多样性最丰少数山峰露出冰面，形成冰极端环境生命存在的重要场富的地区之一中岛屿（nunataks）所火山与地热区南极有多座活火山，其中最著名的是罗斯岛上的埃里伯斯火山，海拔3794米，是南极最活跃的火山南极还有多个地热区，如迪塞普申岛的温泉，这些地区形成了独特的生态环境，支持着特殊的微生物群落极地永久冻土永久冻土定义永久冻土的影响永久冻土是指地表以下连续两年或更长时间保持零度以下的永久冻土对极地生态系统和人类活动有重要影响它限制了土壤、沉积物或岩石它主要分布在高纬度地区，覆盖了北水的渗透，导致地表水形成大量湖泊和沼泽；也制约了植物半球约24%的陆地面积，包括俄罗斯、加拿大和阿拉斯加的根系的生长深度，形成了独特的苔原生态系统大部分地区对人类而言，永久冻土融化会导致地面沉降，破坏建筑物和永久冻土层厚度从几米到数百米不等，最深可达1500米基础设施此外，永久冻土中储存了大量有机碳，随着全球在西伯利亚和阿拉斯加的部分地区，永久冻土已存在数十万变暖，这些有机质分解释放的甲烷和二氧化碳可能加速气候年，保存了完整的冰河时期动植物化石变化，形成正反馈效应极地海洋特征海洋名称面积万平方平均深度米最大深度米海冰覆盖公里北冰洋约140012055449季节性，夏季部分融化南大洋约200032707235季节性，冬季扩展范围大罗斯海南极约433503790部分区域常年被冰架覆盖威德尔海南约2905006820大部分区域常极年结冰极地海洋是全球海洋循环系统的关键组成部分北冰洋是世界上最小和最浅的大洋，几乎被陆地完全包围，仅通过白令海峡与太平洋相连，通过格陵兰海与大西洋相连南大洋环绕南极大陆，连接大西洋、印度洋和太平洋，其特点是存在强大的南极绕极流，这一洋流对全球气候有重要调节作用极地海洋的重要特征是海冰的存在，海冰面积随季节变化显著，近年来受全球变暖影响，呈现减少趋势，尤其是北极海冰减少更为明显极地河流与湖泊沃斯托克湖南极最大的冰下湖泊，面积约14000平方公里，深度超过800米，被4公里厚的冰层覆盖了近400万年科学家认为这里可能存在独特的生命形式，通过特殊钻探技术已获取湖水样本进行分析冰下河流网络2016年的研究发现，南极冰盖下存在大型河流网络，这些河流连接不同的冰下湖泊，形成复杂的水文系统这些河流的流动影响着冰盖的稳定性和运动速度超咸湖泊麦克默多干谷地区的唐璜池等高盐度湖泊，即使在零下18°C的环境中也不结冰，含有大量的盐分和矿物质这些湖泊的环境类似于火星表面可能存在的条件，因此成为研究地外生命可能性的模拟环境北极季节性河流北极地区有许多季节性河流，如格陵兰冰盖上的融水河流，每年夏季形成，通过冰隙和冰洞流入海洋这些河流携带大量沉积物，影响沿岸海洋生态系统极地冰川积累阶段流动阶段降雪不断累积，在压力下逐渐转变为在重力作用下，冰体开始沿地形缓慢冰，形成冰川源头极地地区每年的流动极地冰川流速差异很大，从每积雪量虽然不大，但极少融化，长期年几米到几公里不等，快速流动的冰累积形成厚厚的冰层川被称为冰流消融阶段海洋影响冰川到达末端区域后，通过融化、崩冰川融水注入海洋，影响海平面和洋解或升华等方式消融南极和格陵兰流目前格陵兰和南极冰川的融化是的大部分冰川直接延伸到海洋中，形全球海平面上升的主要贡献者，每年成浮冰架，最终断裂成冰山导致海平面上升约2毫米极地冰川是地球冰冻圈的核心组成部分，对全球气候系统和海平面具有重要影响近年来，随着全球变暖，极地冰川退缩速度明显加快，尤其是格陵兰冰盖和南极西部冰盖的质量损失引起科学家的高度关注极地动植物简介极端环境适应极地生物进化出独特的生理和行为适应机制，以应对极端低温和季节性光照变化这些适应包括厚脂肪层、密集羽毛或皮毛、抗冻蛋白和冬眠等策略，使它们能够在地球上最恶劣的环境中生存生物多样性差异北极和南极的生物多样性存在显著差异北极陆地栖息着丰富的哺乳动物、鸟类和植物相比之下，南极大陆本身的生物多样性较为有限，主要由苔藓、地衣等简单植物和少数无脊椎动物组成，而南极的海洋生态系统则相当丰富食物链简单极地生态系统的食物链相对简单，能量主要来源于海洋浮游生物在北极，食物链从浮游植物延伸到鱼类、海鸟、海豹，最终到达顶级捕食者北极熊南极的食物链更加依赖于磷虾，它是企鹅、海豹和鲸类的主要食物来源气候变化影响气候变暖对极地生态系统产生深远影响，包括物种分布范围北移、繁殖季节提前、食物资源减少等海冰减少对以海冰为栖息地的物种（如北极熊和环斑海豹）尤其不利，可能导致种群数量下降北极动物代表北极熊北极狐环斑海豹北极熊是北极食物链的顶级捕食者，主要北极狐是适应严寒环境的小型犬科动物，环斑海豹是北极地区最小、最常见的海豹以海豹为食它们体重可达700公斤，适夏季毛色为灰褐色，冬季变为纯白色以便种类，也是北极熊最重要的猎物它们能应极寒环境的能力极强北极熊有厚厚的伪装它们的耳朵、鼻子和腿都很小，减在冰面上开凿呼吸洞，甚至能在完全结冰脂肪层和中空的保温毛发，能在零下少热量散失北极狐的足部有浓密的毛发的海面下生活环斑海豹有厚厚的脂肪层50°C的极寒环境中生存它们依赖海冰覆盖，在雪地上行走如同穿着雪鞋它们用于保温和能量储备，能在水温接近冰点进行捕猎，因此海冰面积的减少对其生存主要以旅鼠、鸟类和鸟蛋为食，也会跟随的海水中长时间游泳幼崽在雪洞中出生构成严重威胁北极熊捕食剩余的猎物和生长，白色的皮毛提供保护色南极动物代表皇帝企鹅南极磷虾皇帝企鹅是南极最具代表性的物种之南极磷虾是南极食物链的核心物种，全一，也是世界上最大的企鹅，成年体重球生物量估计达5亿吨这种小型甲壳类可达45公斤，身高约

1.2米它们是唯一动物长约5厘米，以浮游植物为食，自身一种在南极冬季繁殖的企鹅，雄性企鹅又是企鹅、海豹、鲸类等大型动物的主会在零下40°C的极寒环境中孵蛋长达两要食物来源磷虾常形成大规模的虾个月，期间不进食皇帝企鹅有极强的群，密度可达每立方米上千只由于其社会性，会集体聚拢抵抗寒风，轮流站营养价值高，近年来商业捕捞量增加，在群体外围承受最严酷的环境引发了关于可持续利用的争议威德尔海豹威德尔海豹是南极海豹中最南栖息的物种，常年生活在南极固定冰上它们体长可达3米，重约500公斤，以鱼类和鱿鱼为食威德尔海豹能在水下憋气长达80分钟，潜水深度可达600米它们用牙齿在冰面上维持呼吸洞，甚至能在冰层加厚时不断修复这些洞口威德尔海豹发出的叫声非常独特，类似科幻电影中的声音效果极地主要植被分布苔原植被地衣苔藓矮小灌木海洋藻类其他极地微生物极寒环境中的生命冰下生态系统极地微生物是极端环境中最成功的生命形式，它们能够在低南极冰下湖泊，如沃斯托克湖，是研究极端环境生命的理想温、高盐、强辐射等恶劣条件下生存这些微生物包括细场所这些湖泊与外界隔绝数百万年，但仍然孕育着丰富的菌、古菌、真菌、病毒和原生生物，它们适应极寒环境的机微生物群落科学家通过干净钻探技术采集样本，已经发现制包括产生抗冻蛋白、调整细胞膜成分和维持细胞内高浓度数千种细菌和古菌，它们形成了独特的生态系统溶质等这些微生物主要依靠化学能进行生命活动，类似于深海热液最近的研究发现，即使在零下20°C的环境中，一些微生物仍喷口的生态系统它们的存在增强了科学家对地外生命可能然保持代谢活动在南极冰芯中甚至发现了封存数千年的活性的信心，特别是对木卫二和火星等可能存在冰下海洋的天微生物，这些发现拓展了我们对生命适应能力的认识体极地的自然资源30%全球未开发石油据美国地质调查局估计，北极地区蕴含着全球约30%的未开发天然气和13%的未开发石油资源90%全球淡水资源南极冰盖储存着地球上约90%的淡水资源，是全球最大的淡水库亿吨25煤炭储量南极横贯山脉发现的煤炭资源储量估计超过25亿吨，但《南极条约》禁止开采种73矿物种类南极已发现73种不同矿物，包括铁、铜、金、银和铀等，但商业开采面临技术和法律挑战极地地区蕴含丰富的自然资源，但其开发面临极端环境、高成本和严格环保法规等多重挑战北极地区的资源开发已经开始，俄罗斯、挪威等国在北冰洋开展油气勘探开发活动而在南极，《南极条约》禁止任何军事活动和矿产开发，将南极大陆保留为和平与科学研究的天地生物资源与渔业南极磷虾捕捞量万吨北极鳕鱼捕捞量万吨极地的能源开发可再生能源太阳能、风能与未来发展方向天然气开发俄罗斯亚马尔LNG项目，年产1650万吨石油勘探北极圈内估计蕴含900亿桶未开发石油资源分布北极地区蕴含全球22%的未探明石油天然气极地能源开发主要集中在北极地区，尤其是俄罗斯、挪威和美国阿拉斯加的北极沿海区域俄罗斯在北极地区的能源开发最为积极，亚马尔LNG项目是世界上最大的极地能源项目之一，通过北极航道向亚洲和欧洲出口液化天然气极地能源开发面临极端气候条件、冰层变化、环境脆弱性等多重挑战，开发成本远高于常规地区同时，随着全球减碳趋势和可再生能源发展，部分国际石油公司已开始减少北极油气投资南极大陆虽然可能存在丰富能源资源，但《南极条约》禁止任何矿产资源开发活动极地交通与基础设施极地船舶航空运输陆地交通科考站建设破冰船是极地海上交通的关键，能够极地地区的航空运输主要依靠特殊改极地陆地交通工具包括雪地摩托、全现代极地科考站采用模块化设计，可在冰层覆盖的水域开辟航道中国装的飞机，如C-130运输机和双翼小地形车和特制雪地车辆南极内陆考抵抗极端低温和强风一些新建站点雪龙号和俄罗斯核动力破冰船北极型飞机科考站通常建有临时跑道，察通常使用雪地拖拉机组成的车队，如英国哈雷六站还采用液压升降系号等是重要的极地科考和运输船多在冰面或压实雪地上，受气候条件拖曳生活舱和补给物资统，可调整高度避免被积雪掩埋只影响很大极地交通与基础设施建设面临极端环境挑战，需要特殊技术和材料在北极地区，随着气候变暖和海冰减少，北极航道的商业价值日益凸显东北航道（北海航线）和西北航道可能成为连接亚洲、欧洲和北美的重要航运通道，大大缩短航行距离和时间北极地区主要国家北极地区涉及八个国家俄罗斯、美国、加拿大、挪威、丹麦（通过格陵兰）、芬兰、瑞典和冰岛，统称为北极理事会成员国其中，俄罗斯拥有最长的北极海岸线和最大的北极领土，对北极的战略重视程度最高美国通过阿拉斯加参与北极事务，主要关注安全和资源开发这些国家通过北极理事会协调北极地区的可持续发展和环境保护，但在资源开发、航道使用和军事安全等问题上仍存在竞争随着北极战略价值提升，非北极国家如中国、日本、韩国等也开始积极参与北极事务，获得北极理事会观察员地位，参与北极科学研究和资源开发南极政治归属年《南极条约》签署1959由12个国家共同签署，包括最早在南极开展活动的七个国家（阿根廷、澳大利亚、智利、法国、新西兰、挪威和英国）及进行过南极考察的五个国家（比利时、日本、南非、苏联和美国）年条约生效1961条约确立了南极的非军事化、科研自由、国际合作及领土主权要求冻结等基本原则，将南极定位为和平与科学研究的大陆年《环境保护议定书》1991又称《马德里议定书》，禁止在南极进行任何矿产资源活动（除科学研究外），将南极指定为致力于和平与科学的自然保护区现状（年）2023《南极条约》已有54个缔约国，其中29个为协商国（具有决策权），包括中国（1985年成为协商国）全球共有70多个南极科学考察站，由30多个国家运营尽管有七个国家提出过南极领土主权要求（阿根廷、澳大利亚、智利、法国、新西兰、挪威和英国），但这些要求根据《南极条约》已被冻结，即既不承认也不否认南极的管理基于国际合作与共识，各国在条约框架下开展科学研究和环境保护活动极地科学考察简史现代极地科考（世纪）21中国极地考察发展国际地球物理年（1957-现代极地科考更加注重国际合作和多早期探险时期（世纪）19-2019581984年中国首次南极考察，1985年学科综合研究，关注全球气候变化、世纪初）建立长城站；1989年建立中山站；生物多样性和可持续发展等议题新标志着现代南极科学研究的开始，672009年建成昆仑站（南极内陆最高点技术如无人机、自动观测站和遥感技1819年俄国航海家别林斯高晋发现南个国家参与，建立了南极科考站网之一）；2004年建立北极黄河站中术广泛应用，提高了极地科研效率和极大陆；1911年挪威探险家阿蒙森首络这次国际合作推动了《南极条国已成为活跃的极地科研国家，极地数据质量次到达南极点；1926年美国探险家伯约》的签署，建立了南极的国际治理考察能力和科研水平显著提升德首次飞越北极点这一时期以个人框架英雄主义探险为主，科学研究处于次要地位重要极地科考站中国南极长城站建于1985年，位于南设得兰群岛乔治王岛，是中国第一个南极考察站主要进行大气物理、气象、地质、冰川和生物等研究，常年有约20人工作长城站年平均气温约-

2.5°C，相对温和，是开展南极生态和海洋研究的重要基地中国南极中山站建于1989年，位于东南极普里兹湾拉斯曼丘陵，是中国第二个南极科考站主要研究方向包括天文、空间物理、地质学和冰川学等中山站是中国内陆考察的重要支撑点，也是开展南极冰盖和天文观测的理想场所中国南极昆仑站建于2009年，位于南极冰盖最高点之一的冰穹A地区，海拔约4087米，是世界上海拔最高的南极科考站之一昆仑站常年气温极低，年均温约-58°C，主要开展天文、冰芯、重力和地磁等研究，是理想的天文观测点，被称为天文金矿极地考察日常冰芯钻取遥感监测科学家使用特制钻机从冰盖深处提取利用地面观测设备配合卫星数据，监冰芯样本，这些冰芯记录了数十万年测冰盖变化、海冰分布和生态系统动来的气候变化信息每米冰芯代表大态现代极地遥感技术已实现厘米级约数十至数百年的气候历史精度的冰层厚度变化监测生活保障气象观测考察队员轮流承担站内生活服务工每天定时收集温度、气压、风速、降作，包括食品准备、废物处理和设备水等气象数据，维护自动气象站设维护在与世隔绝的环境中，团队协备这些长期连续的气象记录对理解作和心理健康也是重要课题极地气候变化至关重要极地科考工作充满挑战，科考队员要在极端气候环境下工作生活数月甚至一年以上南极科考站通常夏季（南半球11月至次年2月）人员较多，可达几十人；冬季则减少到必要的维护人员，有些站点甚至冬季关闭科考人员需经过严格的身体检查和专业培训，包括应急救援、防火和野外生存等技能极地遥感与卫星观测卫星名称发射国家/机发射时间主要功能观测指标构冰桥任务美国NASA2003-2020激光测高冰盖厚度变化冰云卫星欧洲航天局2010年雷达测高海冰厚度北斗导航卫星中国2000-2020导航定位极地精准定位哨兵一号欧盟2014年合成孔径雷达冰川运动速度GRACE-FO美德合作2018年重力场测量冰盖质量变化卫星遥感是监测极地环境变化的关键技术，提供了传统地面观测无法获取的大尺度、连续性数据不同类型的卫星搭载不同传感器，可测量冰盖厚度变化、海冰分布、地表温度和植被覆盖等多种参数合成孔径雷达可穿透云层，全天候观测地表；激光和雷达测高仪可精确测量冰盖高程变化；重力卫星可估算冰盖整体质量变化中国在极地卫星观测领域也取得重要进展北斗导航系统为极地科考提供精准定位服务；高分辨率对地观测卫星为极地科学研究提供详细影像；冰立方微纳卫星星座计划专门针对极地观测，将填补极地卫星数据覆盖的空白极地气候变化北极年均温升高°C全球年均温升高°C全球变暖与极地冰雪反照率反馈-白色冰雪消融后露出深色海水或陆地，吸收更多太阳辐射海平面上升2极地冰盖融化导致全球海平面每年上升约

3.6毫米大气环流改变极地快速变暖导致中纬度极端天气事件增加永久冻土融化释放储存的甲烷和二氧化碳，进一步加剧全球变暖极地对全球气候变化的响应最为敏感，同时极地变化又通过多种反馈机制影响全球气候系统最显著的是冰雪-反照率反馈白色的冰雪可反射约80%的太阳辐射，而海水仅反射约10%，冰雪融化导致更多太阳能被吸收，进一步加速变暖北极海冰的减少已经影响到北极熊等依赖海冰的物种研究显示，随着捕猎季节缩短，一些地区的北极熊体重下降，繁殖率降低而南极某些区域的企鹅种群也因食物链变化而受到影响人类社会方面，沿海地区面临海平面上升风险，极端天气事件增加，北极原住民的传统生活方式受到挑战极地生物多样性危机1980年种群数量万对2023年种群数量万对极地污染现状微塑料污染2022年研究发现，南极雪样本中每升含有微塑料颗粒高达29个，表明极地已受到全球微塑料污染的影响这些微塑料主要通过大气环流和海洋洋流传输至极地微塑料进入极地食物链，可能对生态系统产生长期影响持久性有机污染物多氯联苯PCBs、二恶英等持久性有机污染物通过全球蒸馏过程在极地累积这些化学物质在寒冷地区沉降更快，在极地生物体内检测到的浓度往往高于中低纬度地区海洋顶级捕食者如北极熊和虎鲸体内的污染物浓度尤其高重金属污染极地冰芯和生物样本中检测到汞、铅等重金属这些重金属主要来自全球工业活动，通过大气传输研究表明，格陵兰冰芯中的铅含量在工业革命后显著增加，近几十年随着无铅汽油的推广有所下降油污染风险随着北极航运和资源开发活动增加，石油泄漏风险上升在极寒环境下，油污降解速度极慢，清理难度大，对脆弱的极地生态系统造成长期危害1989年的埃克森·瓦尔迪兹号石油泄漏事件在阿拉斯加海域造成的环境影响至今仍有遗留极地温室气体排放永久冻土甲烷释放海洋甲烷水合物永久冻土层储存了大量有机碳，全球约

1.5万亿吨，是目前北极大陆架海域蕴含大量甲烷水合物，这是在低温高压条件大气中碳含量的两倍随着全球变暖，永久冻土融化，这些下形成的固态甲烷化合物随着海水温度升高，这些甲烷水有机物质被微生物分解，释放二氧化碳和甲烷甲烷的温室合物可能分解释放甲烷气体2020年的研究发现，东西伯效应是二氧化碳的28倍，可能形成强烈的气候正反馈利亚海域甲烷释放活动明显增加甲烷水合物被称为燃烧的冰，全球储量巨大，可能成为未西伯利亚地区已观察到大量甲烷释放现象，形成所谓的甲来能源来源，但也是潜在的温室气体排放源科学家正密切烷爆炸坑科学家估计，如果排放持续现有轨道，到2100监测北冰洋甲烷排放情况，评估其对全球气候变化的贡献年永久冻土区可能释放1400-1600亿吨碳，显著加速全球变暖过程极地与全球海洋环流热盐环流起点南极绕极流深层水形成极地地区是全球海洋热盐环流南极洲周围的南极绕极流是地南极威德尔海和罗斯海是全球的关键起点在北大西洋，海球上最强大的洋流，每秒输送深层水形成的主要区域这里水冷却增加密度后下沉，形成约

1.5亿立方米海水，相当于形成的高密度、富含氧气的冷深层洋流，驱动全球海洋传送2000条亚马逊河的流量它将水下沉至海底，沿海床扩散至带这一过程对调节全球气候三大洋连接成一个整体，促进全球海洋，维持深海生态系统至关重要，将热量从赤道输送全球热量、碳和营养物质的交所需的氧气供应这一过程还到高纬度地区随着北极冰盖换南极绕极流也隔离了南极将表层水吸收的碳带入深海，融化，大量淡水注入海洋，可大陆，使其保持低温状态是碳封存的重要机制能削弱热盐环流强度气候调节作用极地海洋环流对全球气候具有缓冲作用，减缓气候变化速度海洋吸收了人类活动排放的约30%的二氧化碳和90%的多余热量然而，海洋吸收能力有限，且可能随着海水变暖而下降，加速大气中二氧化碳积累和全球变暖极地对海平面上升的影响毫米

3.3年均上升速率全球海平面目前每年平均上升

3.3毫米厘米19近代上升总量自1900年以来全球海平面已上升约19厘米厘米70年预测2100IPCC预测本世纪末海平面上升40-70厘米米7格陵兰潜力如果格陵兰冰盖全部融化，将导致海平面上升约7米极地冰盖融化是全球海平面上升的主要贡献者目前，格陵兰冰盖每年损失约2800亿吨冰量，南极冰盖每年损失约1500亿吨，共同导致全球海平面每年上升约

1.8毫米其余部分主要来自山地冰川融化和海水热膨胀海平面上升将对全球沿海地区产生深远影响低洼岛国如马尔代夫、图瓦卢面临生存威胁；孟加拉国、荷兰等低海拔国家大片土地可能被淹没；上海、纽约、伦敦等沿海大城市面临洪水风险增加科学家预测，即使在温室气体排放较低的情景下，本世纪末全球约

2.8亿人将受到海平面上升的直接影响极地管理与国际合作北极理事会南极条约体系成立于1996年，由八个北极国家（美南极条约体系包括1959年《南极条国、加拿大、俄罗斯、挪威、丹麦、冰约》及其后续补充协议，如1991年岛、芬兰、瑞典）组成，是北极地区最《环境保护议定书》和1980年《南极重要的政府间高级论坛理事会下设六海洋生物资源保护公约》该体系确保个工作组，专注于北极环境保护、可持南极用于和平目的和科学研究，禁止军续发展、应急响应等议题中国等13个事活动和矿产资源开发南极条约协商非北极国家为观察员国理事会通过协国每年召开会议，商讨南极管理事务商一致做出决策，已达成多项具有法律科学委员会SCAR为条约提供科学建约束力的协议议国际极地年国际极地年是全球性的科学研究活动，聚焦极地科学问题，促进国际合作第四届国际极地年2007-2008有超过60个国家参与，开展了200多个研究项目，取得了丰硕成果，包括建立南极观测网络和北极环境评估等这种大规模国际合作为极地科学提供了巨大推动力，也增强了公众对极地的认识极地渔业与保护制度年成立1980CCAMLR《南极海洋生物资源保护公约》CCAMLR成立，旨在保护南极海洋生态系统，确保南极海洋生物资源的可持续利用截至2023年，该公约已有26个成员国，包括中国年配额管理2009CCAMLR开始实施磷虾捕捞配额管理制度，设定总可捕捞量为620万吨，但要求当捕捞量达到62万吨时需进行科学审查配额分区域管理，防止过度集中捕捞对局部生态系统造成过度压力年罗斯海保护区2016CCAMLR通过建立全球最大的海洋保护区—罗斯海海洋保护区，面积约150万平方公里保护区内禁止商业捕捞活动，仅允许有限的科研捕捞这一决定被视为南极海洋保护的里程碑年北冰洋协定2018《预防中部北冰洋不管制公海渔业协定》签署，五个北极沿岸国家和中国、欧盟等主要渔业国参与协议规定在科学研究充分前，禁止在公海区域开展商业捕鱼活动，被视为预防性渔业管理的典范极地渔业管理面临非法、未报告和无管制捕捞IUU的挑战南极巡逻船只有限，监管困难，一些渔船在保护区非法捕捞高价值的南极犬牙鱼为应对这一问题，CCAMLR建立了渔船监测系统和渔获物文件计划，通过市场控制限制非法捕捞产品流通中国作为CCAMLR成员，积极参与南极渔业管理，支持可持续捕捞实践极地旅游与可持续发展南极游客数量人次北极游客数量万人次极地技术挑战极寒防护装备极地船舶技术无人探测系统现代极地装备采用多层系统，内层吸湿排现代破冰船采用特殊船体设计，能够在超无人潜水器AUV能够在冰下自主航行数十汗，中层提供保暖，外层防风防水新型过

1.5米厚的冰层中开辟航道中国雪龙公里，绘制冰架底部地形，监测水文条材料如气凝胶大幅提高保温性能，同时减2号是世界首艘双向破冰船，无论前进还件无人机系统在极地环境下进行冰川监轻重量电热服装利用轻量电池提供主动是后退都能破冰，且能360度旋转核动测、野生动物普查和海冰绘图，大大提高加热，保护极端环境下的关键部位防冻力破冰船如俄罗斯北极号可持续航行而了数据收集效率新一代自动气象站能够伤手套采用特殊传感器，当温度过低时会无需补给，破冰能力达

2.8米这些技术进在极端环境下长期无人值守工作，实时传发出警报这些创新使科考人员能在-50°C步支持着更深入的极地科学考察和资源勘输气象数据这些自动化技术不仅提高了以下环境中安全工作探，同时也促进了北极航道的商业利用科研效率，也减少了人员在危险环境中的暴露时间极地地理信息与制图精确的地理信息是极地科学研究和资源管理的基础传统的极地测绘面临严峻挑战极端气候条件、有限的地面控制点、特殊的投影变形等现代极地测绘技术结合多种数据源，包括卫星遥感、机载雷达、激光测高和地面测量，实现了前所未有的精度和覆盖范围近年来，南极数字高程模型DEM分辨率已提高到2米，冰下基岩地形绘制精度达到1公里北极地区的海冰浓度和厚度可每日更新，永久冻土分布图可识别小区域变化这些高精度地理信息对理解极地环境变化、支持科学决策至关重要中国积极参与国际极地测绘合作，冰立方卫星计划和北斗系统为极地定位导航提供重要支持极地地理研究方法野外考察遥感监测实地数据采集是极地地理研究的基础科卫星和机载遥感提供大尺度、连续的极地学家克服极端环境，采集冰芯、岩石、水观测数据多波段成像系统、雷达干涉测样和生物标本现代极地野外考察配备先量和激光测高仪等先进传感器能够穿透云进导航设备、通信系统和安全装备，提高层，全天候监测冰盖变化、海冰分布和生了工作效率和安全性态系统状况实验室分析模型模拟现代实验室技术如冰芯分析、同位素测定数值模型是研究极地过程和预测未来变化和DNA分析，可从极地样本中提取丰富信的强大工具冰流动力学模型、气候模型息通过分析冰芯气泡中的气体成分，科和生态系统模型整合多源数据，模拟复杂学家重建了过去80万年的气候历史，为理的极地环境系统，预测未来变化情景解当前气候变化提供背景极地地理研究正向多学科、多技术融合方向发展未来研究趋势包括自主观测系统扩展，减少人员风险；人工智能在极地数据分析中的应用；国际合作深化，形成覆盖全极地的观测网络；以及极地-全球系统相互作用研究加强，更好理解极地变化的全球影响中国正积极参与这些前沿研究，通过雪龙科考船、极地考察站网络和国际合作项目，提升极地科研水平中国的极地研究中国极地论文数量篇全球极地论文总数篇中国极地研究起步于20世纪80年代，经过近40年发展，已建立完整的极地科研体系中国极地研究所牵头协调全国极地科研工作，研究领域涵盖极地冰川学、大气科学、海洋学、生物多样性和地质学等在南极建有长城站、中山站、昆仑站和泰山站四个考察站，在北极建有黄河站，拥有雪龙和雪龙2号两艘极地科考船极地科学国际前沿动态极深冰芯钻探国际团队在南极东部高原实施最古老冰芯计划，目标钻取包含150万年气候记录的冰芯，有望解答中更新世气候转型之谜欧洲超越极地钻探项目已在冰穹C地区钻至3270米深度，获取约80万年的气候记录这些研究将大幅延长我们理解地球气候历史的时间跨度冰下生态系统美国和英国科学家在南极冰下湖泊发现了丰富的微生物群落，它们通过化能自养方式在与外界隔绝的环境中生存数百万年2020年在威德尔海冰架下800米处意外发现了固着生物群落，挑战了我们对极端环境生命适应能力的认识这些发现为寻找地外生命提供了重要参考极地海洋酸化国际研究表明，北冰洋和南大洋的海水酸化速率是全球平均水平的两倍冷水对二氧化碳吸收能力更强，极地海洋成为酸化的预警区海水酸化对极地海洋食物链底层的翼足类软体动物和浮游动物骨骼形成造成威胁，间接影响整个生态系统远征MOSAiC2019-2020年，由德国主导的多国项目北冰洋多学科漂流观测站MOSAiC创下科研历史，科考船极星号随海冰漂流穿越中心北极，完成了人类历史上规模最大、设备最先进的北极考察一年中收集的数千万条数据为北极系统模型提供了宝贵素材，已产生数百篇高水平研究论文极地世界的未来挑战加速变暖极地地区变暖速率继续超过全球平均水平冰盖不稳定关键冰川加速融化，海平面上升速率可能增加航道开发北极航道商业化利用增加，带来机遇与环境风险地缘政治竞争资源开发与主权争夺可能加剧国际博弈未来几十年，气候变化将继续重塑极地世界北极海冰可能在2050年前首次出现无冰夏季，彻底改变北极生态系统和人类活动模式南极西部冰盖的不稳定性增加，可能触发不可逆转的冰架崩塌和加速海平面上升永久冻土的大规模融化可能释放更多温室气体，形成正反馈循环资源开发和航线利用将成为北极地区国际关系的焦点东北航道（北海航线）的商业开发正在加速，可能改变全球航运格局北极国家加强军事存在，非北极国家积极参与极地事务，地缘政治竞争加剧在变化加速的极地世界中，平衡开发与保护、合作与竞争，将是国际社会面临的长期挑战极地保护与可持续发展全球合作各国共同参与极地治理，平衡保护与发展保护区网络扩大海洋保护区，保护关键生态系统科学监测建立长期观测网络，追踪环境变化趋势国际协定制定规范保障极地环境可持续发展极地保护需要全球共同努力，通过国际协定建立规范框架《南极条约环境保护议定书》将南极定位为和平与科学的自然保护区；《中部北冰洋公海渔业协定》采取预防性原则保护北极海洋生态系统；2018年发起的避免北极海洋塑料污染倡议引起广泛关注中国作为极地事务的重要参与者，积极贡献中国智慧中国支持扩大南极海洋保护区网络，承诺在北极开展负责任资源利用，将极地考察站建成绿色低碳设施中国科学家参与多个国际极地科研合作项目，分享极地观测数据和科研成果绿色丝绸之路倡议将生态可持续理念引入北极开发，推动共赢合作和环境保护并重的发展模式总结与展望全球意义青少年参与未来愿景极地是地球气候系统的关键调节器，影响全球气极地保护需要培养下一代科学家和环保人士通过未来的极地世界应是科学研究与环境保护和谐共存候、海洋环流和生物多样性极地冰盖储存了大量极地科普教育、科技创新竞赛和极地主题夏令营，的典范通过国际合作和技术创新，我们可以实现淡水资源，对全球海平面有决定性影响极地科学鼓励青少年关注极地科学，参与极地保护中国已极地资源的可持续利用，保护极地独特生态系统，研究不仅帮助我们理解地球系统，还为监测全球环开展多项极地进校园活动，让学生了解极地科学减缓气候变化影响极地不仅是科学前沿，也是人境变化提供了敏感指标的魅力和挑战，激发科学探索热情类共同的宝贵财富，值得我们共同珍视和保护本课程通过系统介绍极地的地理特征、自然环境、生物多样性、资源利用和国际合作，希望大家对这个遥远而神秘的世界有了更全面的认识极地面临的挑战也是全球环境治理的缩影，需要国际社会共同努力、携手应对让我们怀揣科学精神和环保理念，关注极地变化，参与极地保护无论是通过学习极地知识，还是减少日常碳足迹，每个人都能为保护这片纯净之地做出贡献期待有朝一日，你们中的一些人能够成为极地科学家，继续探索这个充满奇迹的冰雪世界！。