中文摘要：

北冰洋大气化学和南极无冰区生态环境对气候变化的响应及其研究方法是全球变化研究的核心内容，申请者多次赴南北极考察，在该领域取得了一系列创新性成果（1）系统地把气候、海冰、卤素大气化学和极地大气"汞雨"现象联系起来，解释了其形成机制，指出"汞雨"是北冰洋大气化学对全球变暖的一种新响应，论文在ACP发表；（2）揭示了影响夏季北冰洋大气化学成分的主要因素，提出气候变暖将使船基排放成为一个重要污染源，标志性成果在JGR发表，被Science引用评述；（3）发现了企鹅活动是土壤中砷等重金属富集的主要途径，从环境地球化学角度揭示了气候变化对极地环境的影响，"New Scientist"发表了在线评述，被"中国科学基金"选作为封面介绍；（4）建立了极地生态样品的同步辐射加速器Ｘ荧光无损微区微束分析技术,获取了南极雪海燕羽毛元素微区分布特征，被原子光谱领域最有影响的JAAS评述称为"非同寻常的研究"。

结论摘要：

建立了船基和极地站基大气成分（包括气溶胶和痕量气体等）的采样和在线监测平台，项目负责人和8名研究生先后5次赴南极和2次赴北极现场考察，从现代和历史角度开展了极地环境对全球变化的响应研究。取得的主要成果1）揭示了北冰洋中心海域的冰下海水中储存着大量的温室气体甲烷，指出海冰的存在一方面阻碍了海水甲烷的排放，另一方面，海冰可能存在能够消耗甲烷的甲烷氧化菌以及发生光化学消耗，提出北冰洋海冰的消融将会导致局部大气甲烷浓度增大。2）分析了HCH、DDT等大气持久性有机污染物的浓度水平和分布特征，揭示了海冰变化对大气持久性有机污染物的影响。提出夏季北冰洋海冰面积减少可能会加速北冰洋中挥发性污染物的再释放。3）发现了海冰消融和河水输入促使北极夏季大气汞浓度增大,并指出大气化学过程将加剧北冰洋汞污染。4）分析了极地海洋边界层细菌和真菌的浓度和粒径分布特征。结合模型模拟结果，发现陆地气溶胶可以长距离输送影响海洋上空细菌的分布，高北极地区模拟结果远大于观测结果。提出该现象可能是因为海冰阻碍了海气交换，使得海盐未能充分释放。5）通过对分子标志物左旋葡萄糖的分析，追踪了从北极到南极的海洋上空生物质燃烧产生的气溶胶的分布。发现在南极大陆上空有生物质燃烧产生的气溶胶，指出这些有机气溶胶通过干湿沉降进入南极冰雪，使得南极冰盖成为潜在的重要碳汇。另外，还发现生物质燃烧对海洋边界层等地区气溶胶中汞和水溶性有机碳有明显的贡献，从而影响大气质量和气溶胶的化学物理特性。6)发现异戊二烯的氧化产物是海洋上空二次气溶胶SOA的重要成分。温度、相对湿度、光照条件以及氮氧化物（NOx）的浓度影响SOA的组成。远洋地区，在藻类爆发时异戊二烯来源的SOA浓度显著上升，并可能影响海洋上空CCN的成分和数量。7)通过测定南极罗斯海区域企鹅粪土层沉积物中的分子标志物，恢复了过去700年该地区企鹅、海豹和植被的生态历史。发现小冰期企鹅数量增多，揭示了企鹅对气候变化响应的多样性。已发表SCI论文17篇，包括Scientific Reports（4篇）、Environ. Sci & Technol.、 Atmos. Environ.(4篇)、Chemosphere(3篇)。研究成果被Nature Communications等论文引用，被Nature网站等头版头条报道并被英国BBC和美国洛杉矶时报等国际科技媒体关注。