近年来，全球气候变化引起了越来越多的关注。温室气体，作为影响气候变化的一个重要因素，其相关研究尤其是有关其源汇、区域乃至全球平衡的研究也受到了非常广泛的关注。北极地区海冰的迅速消融不仅是对气候变化的响应，也会影响全球碳循环，并对气候系统产生反馈作用。在2010年夏季第四次中国北极科学考察期间，用真空瓶采气和密闭箱法分别对航线上大气中三种主要温室气体（甲烷、二氧化碳和氧化亚氮）的浓度变化情况以及北冰洋中心海域这三种温室气体的排放/吸收情况进行了初步探讨。　　 在对北冰洋中心海域温室气体通量的研究中，通过比较海冰表面和冰下海水的通量差异，发现海冰对三种温室气体的作用各不相同。北极海冰在甲烷的循环中具有双重作用：一是阻碍海水中甲烷向大气排放，二是消耗大气中的甲烷。北冰洋中心海域冰下海水的甲烷排放通量可以达到0.56mg·m-2·d-1，远高于中低纬度其他海域的排放水平，表明该海域储存了大量甲烷。长期的海冰覆盖对海气交换过程的阻碍作用使得海冰覆盖下的北极中心海域成为一个良好的甲烷储库，这很可能是该海域海水中能够储存大量甲烷的原因。海冰表面负的甲烷通量表明海冰中存在消耗甲烷的过程，该过程很可能同海冰中的微生物氧化作用有关。因此，北极海冰的不断融化会在增强海水甲烷排放的同时减少海冰对大气甲烷的消耗，从而可能对大气甲烷浓度乃至气候系统产生重大影响。　　 对二氧化碳的通量分析发现海冰在二氧化碳的海水-海冰-大气交换过程中的作用十分复杂，海冰对二氧化碳的吸收/排放状态受多种因素影响。研究期间，在冰下海水中观测到了二氧化碳的排放，说明北冰洋中心海域并不是一个绝对的潜在二氧化碳汇，部分海域至少在一定时期内有成为潜在二氧化碳源的可能。海冰对氧化亚氮的影响相对较小，可能是在长期海冰覆盖条件下氧化亚氮的产生和消耗过程都受到了抑制。　　 本文也对上海-北极航线的大气中上述三种温室气体的浓度变化进行了观测，其中甲烷的大气浓度在不同海域的差异最大：白令海和巴罗陆坡大气甲烷浓度偏高，属于甲烷源区；而楚科奇海和加拿大海盆甲烷含量较低，属于甲烷汇区。白令海、楚科奇海和加拿大海盆的大气二氧化碳浓度均较全球平均值低，属于二氧化碳汇区，二氧化碳浓度受到风速和浪高的显著影响；巴罗陆坡处大气中较高的二氧化碳可能同海冰消长过程有关。白令海峡入口处大气二氧化碳和甲烷浓度自西向东减小，反映了不同来源海水性质的差异对大气温室气体浓度的影响。西侧富营养的阿纳德尔水促进微生物活动，有利于甲烷的生产，而贫营养的阿拉斯加沿岸水限制了微生物的活动，因而产生甲烷较少。二氧化碳浓度的经向变化可能是由海水盐度变化导致二氧化碳溶解差异所造成的。氧化亚氮的分布较为均匀，其变化同温度有显著的相关性。而上海附近的大气中二氧化碳和氧化亚氮浓度均较高，反映了人类活动对大气温室气体浓度的影响。