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1. 侵蚀型沙丘:来自火星的启示
董治宝, 李超, 吕萍, 胡光印
地球科学进展    2021, 36 (2): 125-138.   DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2021.023
摘要969)   HTML23)    PDF (16995KB)(205)    收藏

风沙地貌分为风积地貌和风蚀地貌两大范畴,风积地貌即指各种沙丘。沙丘地貌虽然是风沙堆积的产物,但其形态和类型是风沙蚀积时空变化规律的表现,在堆积形成之后,风蚀作用在沙丘形态塑造过程中有时会具有重要作用,从而形成独特的侵蚀型沙丘。但由于有悖于传统风积地貌的理解,侵蚀型沙丘长期被忽视。然而,在火星沙丘地貌的形态和分布规律研究中,已发现大量的与地球常见沙丘地貌具有微妙差异的沙丘地貌形态,并将其归咎于沙源供应不充分的发育环境。重温法国学者Mainguet沙丘分类方案中关于侵蚀型沙丘的论述,以及经典风沙地貌学理论关于沙丘形态控制因素的概念框架,明确指出研究侵蚀型沙丘的必要性。系统分析了火星沙丘地貌形态特征后,初步辨认出火星的10种侵蚀型沙丘,分析其形态特征、发育环境及可能的形成机制。地球干旱区广袤的盐碱地是极有可能发育侵蚀型沙丘的地区,具有类似火星沙源供应不足的环境,在中国柴达木盆地沙漠中发现了多种侵蚀型沙丘地貌。据此推断,侵蚀型沙丘在地球上比较普遍,其研究对发展风沙地貌学理论具有重要意义,对中国未来的火星探测与研究具有参考意义。

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2. 2021年度地球科学领域地质学学科基金项目评审与成果分析
任建国, 初航, 吕大炜, 梁昌玉, 章荣清, 冯子齐, 常超
地球科学进展    2021, 36 (11): 1156-1162.   DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2021.105
摘要763)   HTML87)    PDF (603KB)(322)    收藏

为了有效指导地质学科科研人员和科研单位对次年基金项目的申报,以2021年度国家自然科学基金委员会地球科学部地质学科所管理的各类基金项目为研究对象,对项目的申请、评审和资助情况,以及4类科学问题属性项目的申报情况进行了分析,结果显示:①与2020年相比,2021年度的项目申请中,除优秀青年科学基金项目申请数下降之外,其他项目申请数都有所增加;②2021年度面上项目、青年科学基金项目和地区科学基金项目的评审数比2020年略有增加。此外,对2021年提交的进展报告进行了审核,并对2020年底结题的报告及其在各领域取得的进展进行了总结。

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3. 2020年长江上游洪水看流域防洪对策
夏军, 陈进, 王纲胜, 程丹东
地球科学进展    2021, 36 (1): 1-8.   DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2021.003
摘要619)   HTML19)    PDF (2594KB)(221)    收藏

2020年长江上游和中下游先后发生特大洪水,其中干流编号洪水全部发生在上游,构成了长江流域洪水的主要部分。首先回顾2020年洪水及洪灾情况,然后根据历史上几次特大洪水过程和历年实测资料,分析长江上游洪水特征、洪灾类型及特点,最后提出新时代长江流域洪水整体防御战略及山洪灾害防治战术。研究表明:金沙江洪水是长江上游洪水基础部分,岷江、嘉陵江和干流区间是洪峰的主要来源,三者洪水遭遇是产生上游特大洪水的主因,上游洪水又是全流域特大洪水的基础和重要组成部分。目前造成洪灾死亡人数最多的是山洪以及山洪引起的地质灾害,财产损失最大的是中下游及湖泊地区。未来堤防仍然是防洪的基础,提高沿江城市防洪标准主要手段是控制性水库的联合优化调度,而减少洪涝灾害损失最有效的途径是给洪水以空间的自然解决方案等非工程措施。

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4. 烃类流体在 MVT型铅锌矿成矿中角色与作用:研究进展与展望
李荣西, 毛景文, 赵帮胜, 陈宝赟, 刘淑文
地球科学进展    2021, 36 (4): 335-345.   DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2021.042
摘要597)   HTML2)    PDF (13955KB)(434)    收藏

MVT型铅锌矿床是最重要的铅锌矿类型之一,近百年来人们在此类矿床地质和地球化学特征、成矿物质来源、成矿物质活化、运移和沉淀机制、成矿时代和成矿动力学等方面取得了许多重要成果,其中最重要的认识就是与油气相关的烃类流体在Pb-Zn等金属元素活化、迁移和沉淀成矿中起着非常重要的作用。在综合分析前陆盆地烃类流体与MVT型铅锌矿二者之间的成因关系的基础上,系统总结了世界范围内前陆盆地MVT型Pb-Zn矿床共同特征,总结了近年来前陆盆地MVT型铅锌矿烃类流体研究成果和进展,分析表明烃类流体以什么角色、如何参与MVT型铅锌矿成矿作用是目前研究的热点问题,有关烃类流体携带Pb-Zn等金属元素能力及其参与Pb-Zn沉淀成矿机制、前陆盆地构造演化背景下流体汇聚动力学,以及油气藏破坏与Pb-Zn成矿耦合关系等是未来有待深入探讨的重要科学问题。在矿床学和矿床地球化学研究基础上,应该发挥交叉学科特色优势和研究手段,从石油地质学角度出发,研究前陆盆地构造演化过程中烃类流体形成、演化与MVT型铅锌矿成矿过程之间的耦合关系,从有机流体角度切入,探讨MVT型铅锌矿成矿物质来源、成矿作用过程和成矿机制是新的研究趋势。

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5. CMIP5CMIP6模式在历史试验下对 AMOPDO的模拟评估
夏松, 刘鹏, 江志红, 程军
地球科学进展    2021, 36 (1): 58-68.   DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2021.004
摘要545)   HTML13)    PDF (5328KB)(387)    收藏

利用Hadley中心的观测海温资料,以及耦合模式比较计划的第五阶段和耦合模式比较计划的第六阶段历史试验的模式资料,分析和评估了2个最为重要的年代际尺度模态,北大西洋年代际振荡、太平洋年代际振荡在耦合模式比较计划的第五阶段和耦合模式比较计划的第六阶段中的模拟能力。通过对比多模式集合发现,在空间模态方面,耦合模式比较计划的第五阶段和耦合模式比较计划的第六阶段都能模拟出北大西洋年代际振荡在北大西洋地区的信号,但耦合模式比较计划的第六阶段的模拟更好,对于太平洋年代际振荡模态而言,都能模拟出在北太平洋地区的信号,而太平洋年代际振荡在热带太平洋地区的信号,耦合模式比较计划的第六阶段模拟的振幅明显更接近观测。在周期的模拟方面,耦合模式比较计划的第五阶段和耦合模式比较计划的第六阶段结果相似,都能模拟出北大西洋年代际振荡存在60~70年的周期,以及太平洋年代际振荡存在20年和60~70年的双周期。整体而言,耦合模式比较计划的第六阶段相比于耦合模式比较计划的第五阶段在空间特征模拟方面有一定进步,但是对于周期的模拟能力,没有明显进步。

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6. 植被物候的遥感提取及其影响因素研究进展
崔林丽, 史军, 杜华强
地球科学进展    2021, 36 (1): 9-16.   DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2021.006
摘要523)   HTML14)    PDF (1035KB)(256)    收藏

植被物候是反映植被动态的重要指标和气候变化对生态系统影响的重要感应器,它影响着地表反照率、粗糙度、蒸发散、CO2通量以及人类生产活动。首先论述了基于遥感的植被物候提取方法和植被物候变化的影响因素两方面的研究进展,然后指出气候变化背景下植物物候研究存在的突出问题,包括遥感难以直接获取常绿植被叶片和冠层结构物候、尺度效应阻碍遥感产品与地面观测的匹配、气候要素(降水和日间、夜间温度等)和城市化对物候的影响及协同作用机制不清楚、缺少针对植被类型的物候产品和模型以及未将物候间滞后效应纳入考虑等。开展常绿植被物候指标的遥感提取方法及算法研制,探索气候变化、极端天气气候对物候的影响机制及未来预估,分析城市化、植被类型对物候的影响以及与气候变化的协同效应,建立综合考虑降水、滞后效应和尺度效应的群落尺度物候模型,是未来工作关注的重点。

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7. 国土空间规划的现实困境与突破路径
吴殿廷, 张文新, 王彬
地球科学进展    2021, 36 (3): 223-232.   DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2021.028
摘要523)   HTML6)    PDF (4268KB)(238)    收藏

国土空间规划是空间治理现代化的重要抓手,从地理学视角分析了国土空间规划的现实困境和突破路径。国土空间规划是发展性与管控性相结合的规划,要坚持目标导向与问题导向相结合的方法,在守住底线的基础上注重以人为本,通过自上而下为主、上下结合以及“五协”的过程实现“五赢”,体现以人民为中心的空间治理要求;应先编制大地理单元的战略性规划确保宏观管控科学合理,再编制行政区域的翔实性规划实现具体管控任务。

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8. 俯冲带岩浆弧安山岩的成因研究进展
张晓智, 周怀阳, 钱生平
地球科学进展    2021, 36 (3): 288-306.   DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2021.035
摘要518)   HTML7)    PDF (6883KB)(228)    收藏

安山岩是俯冲带岩浆弧中重要的岩石类型,其成因至今仍是国际地质学界研究的热点之一。根据安山岩分布的地质背景,岩浆弧安山岩可以简单划分为陆弧安山岩和洋弧安山岩,二者在化学成分和空间分布等方面存在明显差异。自20世纪20年代末以来,大量的研究成果丰富了人们对岩浆弧安山岩成因的认识,逐渐将其归纳为玄武质岩浆输入和安山质岩浆输入2种模型。玄武质岩浆输入模型认为形成岩浆弧安山岩的初始岩浆成分为玄武质,强调分离结晶、同化混染和岩浆混合等壳内过程;而安山质岩浆输入模型认为地幔源区可以直接形成安山质熔体,强调俯冲板片来源的流体/熔体—地幔橄榄岩的交代反应和沉积物底辟等壳下过程。虽然岩浆弧安山岩的成因研究取得了一定的进展,但每一个模型都有亟待完善之处。地幔交代岩的实验岩石学研究、安山岩与大陆地壳形成与演化间的关系、理论计算和模拟的应用等都是未来需要研究的领域。

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9. 模型揭示的浅水湖泊稳态转换影响因素分析
邓文文, 王荣, 刘正文, 郑文秀, 张晨雪
地球科学进展    2021, 36 (1): 83-94.   DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2021.005
摘要488)   HTML35)    PDF (3421KB)(156)    收藏

富营养化会导致浅水湖泊发生稳态转换,生态系统服务严重受损。磷是驱动湖泊发生稳态转换的重要环境因子,探究湖水磷浓度的变化规律是湖泊管理的关键。通过磷动力学模型,从影响湖水磷浓度的主要参数入手,探讨了每种参数变化对磷浓度的具体影响。结合前人研究结果,详细讨论了不同类型气候变化和人类活动对湖泊稳态转换时间、滞后时长、修复速率等的影响。研究认为,气候变化所导致的温度升高、光强减弱、风浪增强等和人类活动所导致的生物扰动、水位波动增强等因素变化虽不会改变湖泊稳态转换突变时间,但会推迟湖泊修复时间,造成突变阈值减小,滞后时间延长,稳态增大。在湖泊保护中要重点考虑主要外力驱动对湖泊稳态转换过程影响的区别,避免有害突变的发生。

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10. 亚洲奥陶系牙形刺生物地层研究进展
薛春玲, 戴霜, 陈中阳, 汪卫国
地球科学进展    2021, 36 (1): 29-44.   DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2021.002
摘要487)   HTML6)    PDF (5373KB)(177)    收藏

牙形刺是奥陶纪地层划分的主导化石门类,目前已建立了可以全球对比的牙形刺生物化石带,但还缺乏对洲际尺度牙形刺生物带对比资料,特别缺乏精细年代控制的牙形刺生物地层资料。以研究程度较高的亚洲地区为例,梳理了亚洲内部奥陶纪牙形刺生物地层研究资料,初步建立了亚洲地区牙形刺生物地层对比格架,结合国际地质年表研究进展,提出了亚洲地区奥陶纪牙形刺研究需要解决的问题,即以目前执行的IGCP 652项目中国工作组研究任务为依托,开展我国鄂尔多斯西南缘奥陶系多重地层研究,有望获得高精度年代控制的奥陶纪牙形刺生物地层资料。

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11. 青海共和盆地不同发育阶段风蚀坑表面气流场与形态反馈研究
车雪华, 罗万银, 邵梅, 王中原
地球科学进展    2021, 36 (1): 95-109.   DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2021.009
摘要467)   HTML79)    PDF (14394KB)(125)    收藏

风蚀坑是沙质草原沙漠化的主要地貌响应和驱动,但目前我们对其形成演化的动力机制知之甚少。利用二维超声风速仪和积沙仪观测了共和盆地不同发育阶段风蚀坑表面气流和风沙流特征,研究其形态—动力反馈过程。结果表明: 风蚀斑与碗状坑内气流沿主风向先减速后加速,槽形坑内气流则先辐散减速—中部气流加速—积沙体迎风坡风速降低—背风坡风速有所恢复;且发育初期风蚀坑内风速与风速变异系数和风向稳定系数均呈负相关,而发育中期坑内风速与前者呈正相关,与后者呈负相关。 受坑体内的涡流影响,槽形坑内风速廓线不符合对数分布规律。 槽形坑内不同部位的输沙率随高度均呈指数式递减,但受气流—形态间的反馈作用,各部位输沙通量差异明显,坑底最低、积沙体迎风坡前端最大。风蚀坑内气流场与形态间存在反馈关系,坑体越大反馈效果越明显。

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12. 土壤水文属性及其对水文过程影响研究的进展、挑战与机遇
贺缠生, 田杰, 张宝庆, 张兰慧
地球科学进展    2021, 36 (2): 113-124.   DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2021.016
摘要453)   HTML7)    PDF (2037KB)(499)    收藏

土壤水文属性对水文过程、能量过程、碳氮循环过程及各过程间相互作用有重要影响。首先简要回顾近30年来土壤水文属性的研究进展,包括土壤水文属性的监测分析、土壤水文属性对水文过程的影响机理,以及不同尺度土壤水文属性对水文过程的影响差异及联系。其次,论述土壤水文属性研究的挑战与机遇。最后介绍祁连山区土壤水文属性对水文过程的影响及多尺度特征研究。力求加深对土壤水文属性变异规律及其对水文过程影响机理的认知,发展土壤水文学和山区水文学,支持水资源科学管理和区域可持续发展。

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13. 西北干旱区融雪洪水灾害预报预警技术:进展与展望
陈仁升, 沈永平, 毛炜峄, 张世强, 吕海深, 刘永强, 刘章文, 房世峰, 张伟, 陈春艳, 韩春坛, 刘俊峰, 赵求东, 郝晓华, 李如琦, 秦艳, 黄维东, 赵成先, 王书峰
地球科学进展    2021, 36 (3): 233-244.   DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2021.025
摘要433)   HTML2)    PDF (1810KB)(184)    收藏

针对全球变化背景下极端升温、暴雪和雪面雨等事件增多以及我国西北干旱区融雪洪水灾害风险增大问题,简要概述了干旱区融雪洪水预报预警系统及其关键技术的研究进展,重点阐述了近年来发生频率增加、灾害风险大,但在干旱区未引起重视的雪面雨洪水的研究进展,提出了西北干旱区融雪洪水高精度预报预警所面临的关键科学问题,指出需在揭示干旱区融雪洪水灾害致灾机理、成灾机制及其演化规律基础上,研发干旱区融雪洪水灾害监测预警装置并构建立体监测体系,研究雨雪冰混合洪水形成及演进过程并建立模型,构建洪水风险评估指标体系,建成干旱区融雪洪水智能化预报预警决策支持平台,动态展示流域实时、潜在及未来超标准融雪洪水的淹没范围,评估风险程度,并提出防洪技术和工程方案以及洪水资源化利用途径等应对措施。

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14. 青藏高原冰川底部滑动估算方法研究: 进展、问题与展望
顾菊, 张勇, 刘时银, 王欣
地球科学进展    2021, 36 (3): 307-316.   DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2021.026
摘要426)   HTML1)    PDF (1562KB)(159)    收藏

冰川底部滑动是冰川运动重要的组成部分,是冰川动力过程的底部边界条件。底部滑动速度的估算,对于研究青藏高原及周边地区冰川运动规律、冰川内部应力分布和冰川异常变化机制等具有重要意义。系统总结了冰川底部滑动速度的影响因素及其估算模型的发展现状,其模型从单纯考虑底部剪切应力与冰床特性的关系逐渐扩展到考虑底部有效压力和冰下水文过程等综合影响,剖析了现有模型的结构和功能。进而分析了现有模型存在的主要问题和挑战,为进一步完善模型提供参考。未来冰川底部滑动研究需基于遥感大数据、新技术等进一步强化观测,着重耦合冰下水文过程的影响,进而促进气候变化—冰川物质平衡—冰川动力学响应过程的集成研究。

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15. 重矿物分析物源示踪方法研究进展
许苗苗, 魏晓椿, 杨蓉, 王平, 程晓敢
地球科学进展    2021, 36 (2): 154-171.   DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2021.021
摘要424)   HTML2)    PDF (7257KB)(218)    收藏

传统的重矿物分析是碎屑沉积物物源示踪的基本方法,具有费用便宜、物源信息全面等优点,还可以为单矿物物源示踪提供重要的背景信息,具有无可替代的作用。近年来,该方法在基础理论和技术上取得了一系列新进展,但尚缺乏系统的总结。对重矿物分析的研究进展和发展趋势进行了梳理,主要包括如下几个方面: 沉积物在搬运、沉积、成岩和暴露过程中,风化、水力分选、埋藏成岩等因素对重矿物的影响; 重矿物组合数据获取的方法(采样、前处理、粒径选择以及计数等)和应注意的问题; 如何进行重矿物数据分析、处理和应用,包括开展常用重矿物指标计算、偏差矫正和沉积物贡献量计算等; 重矿物分析方法的发展趋势。认为机器自动矿物识别以及重矿物分析与单矿物分析相结合是重矿物分析物源示踪方法的发展方向。

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16. 铼—锇同位素和铂族元素分析方法及地学应用进展
储著银, 许继峰
地球科学进展    2021, 36 (3): 245-264.   DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2021.024
摘要418)   HTML6)    PDF (1929KB)(283)    收藏

近30年来,国内外铼—锇(Re-Os)同位素和铂族元素(PGE)分析方法及其地学应用取得了诸多研究进展。首先对铼—锇同位素和铂族元素分析的样品溶解、化学分离及质谱测定等方面的进展情况进行了综述;然后,对铼—锇同位素和铂族元素在天体化学、大陆岩石圈地幔定年、金属矿床定年、沉积地层定年及古环境,以及在油气系统定年与示踪等领域的应用进展情况进行了简要评述。可供地质分析工作者针对不同分析任务及分析对象,选择分析方法并进一步发展Re-Os-PGE分析技术时参考,也可供地质科研工作者开展Re-Os-PGE地球化学研究工作时借鉴。

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17. 20年来我国沉积物环境与污染控制研究进展与展望
范成新, 刘敏, 王圣瑞, 方红卫, 夏星辉, 曹文志, 丁士明, 侯立军, 王沛芳, 陈敬安, 游静, 王菊英, 盛彦清, 朱伟
地球科学进展    2021, 36 (4): 346-374.   DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2021.038
摘要401)   HTML6)    PDF (5090KB)(266)    收藏

内陆水体(湖泊、水库、沼泽、河流)和河口海洋等底部,广泛且连续分布着沉积物质,在其形成过程中受自然和人类活动影响,具有与污染物有关的环境意义和特征。中国区域差异大,环境问题较为突出,经过近几十年来围绕沉积物环境和污染控制开展的研究,我国相关成果不断涌现。首先介绍了国际上有关沉积物环境的若干里程碑性研究,回顾了前70年我国沉积物研究的发展历程。然后侧重于与人为活动有关的环境污染,分别从沉积物环境和污染控制修复两个方面,总结和归纳了近20年来中国在沉积物水环境中的作用及效应、污染物在沉积物—水界面环境行为与影响因素、沉积物生态风险与质量基准、污染沉积物的原位修复、污染沉积物疏浚及异位处置利用等方面的主要研究进展,评述了其中一些研究成果的联系和差异。最后对我国沉积物环境研究中存在的问题进行了分析,提出关于多学科交叉、复合污染、新兴/非传统污染物、质量基准、治理技术创新等几个亟需和深入开展研究的科学和技术问题,给出了解决的思路和途径,并进行了展望。

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18. 大陆硅酸盐岩石风化过程中镁同位素地球化学研究进展
闫雅妮, 张伟, 张俊文, 任亚雄, 赵志琦
地球科学进展    2021, 36 (3): 325-334.   DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2021.031
摘要399)   HTML8)    PDF (2640KB)(196)    收藏

Mg同位素体系被证明在示踪硅酸盐矿物风化方面颇具优势。通过总结近年来大陆硅酸盐风化过程中Mg同位素地球化学的研究,归纳出以下认识: 化学风化方面,原生矿物溶解使得液相的Mg同位素组成变轻,而固相残留的Mg同位素组成变重;次生矿物中含有两种形态的Mg(交换态Mg和结构态Mg),二者δ26Mg不同,次生矿物形成过程中Mg同位素分馏方向与矿物种类、结构和形成机制等因素有关;黏土矿物吸附和解吸Mg2+引起Mg同位素分馏,但方向尚不确定;土壤可交换复合物倾向于优先吸附和解吸26Mg。 物理风化方面,水流、风等造成的矿物分选会引起风化产物Mg同位素组成发生变化。 植物—土壤体系Mg同位素的分馏很小。目前,大陆硅酸盐风化中一些重要过程的Mg同位素地球化学行为还存在争议,亟待通过室内试验、模拟计算,以及与其他同位素联用等途径完善理论基础,推动Mg同位素在示踪大陆风化中的广泛应用。

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19. 景观格局变化的水质净化服务响应关系研究进展
王飞, 陶宇, 欧维新
地球科学进展    2021, 36 (1): 17-28.   DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2021.007
摘要398)   HTML7)    PDF (1896KB)(221)    收藏

景观格局变化对生态系统水质净化服务具有重要影响。为深入探究景观格局对水质净化服务的影响机制,通过国内外相关文献的系统梳理,总结出不同时空尺度下,景观格局对水质净化服务的影响存在差异,即水质净化服务对景观格局的响应具有尺度依赖性。相同尺度下,不同地形条件和景观基质也会使得景观格局对水质净化服务的影响表现出空间分异性。同时,景观格局与水质净化服务之间存在阈值效应,这使得决策者进行景观格局优化与水质保护时需要更为全面地考虑各种因素。针对当前研究存在的水质净化服务对景观格局响应的特征空间尺度不明晰、景观配置及空间分异特征研究有待加强,阈值效应不明确等问题,未来需开展多等级多尺度的对比研究,从不同侧面阐释景观格局与水质净化服务作用的特征尺度,发展能表征生态过程的景观格局指数,加强景观配置对水质净化服务影响的研究,深化不同影响因素下,两者之间空间分异特征探索,探究水质净化服务对景观格局响应的阈值识别方法,有效地判定阈值,为区域景观格局优化和水环境管理提供决策支持。

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20. 量子重力仪在地球科学中的应用进展
朱栋, 高世腾, 朱欣欣, 吴彬, 程冰, 林强
地球科学进展    2021, 36 (5): 480-489.   DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2021.034
摘要380)   HTML0)    PDF (6233KB)(163)    收藏

量子重力仪是近30年来快速发展起来的一种新型绝对重力仪,目前对该新型重力仪的研究已进入小型化和实用化阶段。国内外基于量子重力仪的地球科学研究发展较快,应用研究包括火山活动监测、海洋绝对重力测绘和航空绝对重力测量等。由浙江省量子精密测量重点实验室研制的ZAG-E型量子重力仪具有体积小、易搬运和稳定性高等优点,其绝对重力测量精确度可以达到10 μGal。基于该量子重力仪,开展了地震台连续绝对重力测量的相关研究,着重介绍了在四川省甘孜藏族自治州燕子沟地震台进行的连续绝对重力测量,该研究有助于构建该地区的重力基准和分析地质地形构造以及地质活动所带来的影响。基于量子重力仪的精密重力测量为地球科学的研究提供了一种新型的技术手段,同时也提供了可靠的基础绝对重力数据。未来,量子重力仪有望被越来越广泛地应用于地球物理和地表绝对重力测绘等地球科学领域。

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21. 风成沉积物叶蜡氢同位素在揭示东亚季风区干湿变化中的原理及应用
梁承弘, 鹿化煜
地球科学进展    2021, 36 (1): 45-57.   DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2021.011
摘要372)   HTML6)    PDF (5550KB)(251)    收藏

沉积物叶蜡正构烷烃氢同位素是指示气候和环境变化的一种新的生物地球化学指标,由于其存在广泛、成因机制清晰、易于保存等特点,被认为是具有很大潜力的重建古环境的替代指标。分析了正构烷烃的形成过程与其氢同位素的分馏机制,讨论了叶蜡正构烷烃氢同位素在不同气候区指示湿度变化的能力,总结了在东亚季风区半干旱区的一些应用案例。相比于风成黄土中其他气候代用指标,沉积物正构烷烃氢同位素更直接地指示了区域干湿变化,对区域气候和环境变化响应敏感,在长时间尺度上记录了水汽变化过程,并存在显著的太阳辐射岁差周期。正构烷烃氢同位素是一种理想的东亚季风区干旱半干旱地区湿度重建的代用指标,未来需要进一步研究大气降水同位素和本地分馏过程对其变化的控制规律,加强其在古气候定量重建中的研究应用。

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22. 第三极地区气温和积雪的季节—年际气候预测研究
汪芋君, 任宏利, 王琳
地球科学进展    2021, 36 (2): 198-210.   DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2021.013
摘要372)   HTML5)    PDF (13090KB)(112)    收藏

第三极地区气候多样、灾害频发,是影响全球和亚洲气候异常的关键区域,针对此地区开展季节—年际气候预测研究对于提高区域预报技巧以及减少灾害造成的影响具有重要的科学和指导意义。基于国家气候中心气候预测业务模式(BCC_CSM1.1m)的历史回报和预测数据,对第三极地区2 m气温和积雪的预测结果进行了确定性技巧评估,并分析了海洋因子对于预测技巧的调制作用。研究表明:该模式对于青藏高原及其周边地区气温和积雪的季节—年际气候预测具有一定的预测能力,对夏季气温的预测效果整体上好于冬季气温和积雪深度预测;预测技巧随着模式起报时间的提前而下降,但是存在技巧回升现象。研究也发现,海温异常因子对第三极地区的气候预测技巧具有不同程度的调制作用,厄尔尼诺等海洋信号能够通过直接和间接作用影响第三极地区的气候预测。

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23. 青藏高原—沙漠的陆—气耦合及对干旱影响的进展及其关键科学问题
李耀辉, 孟宪红, 张宏升, 李忆平, 王闪闪, 沙莎, 莫绍青
地球科学进展    2021, 36 (3): 265-275.   DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2021.029
摘要372)   HTML6)    PDF (5353KB)(193)    收藏

作为世界第三极的青藏高原,是对全球天气气候影响最为显著的自然地貌之一。其巨大陆表深入对流层中部,热力效应直接作用于大气,不但形成了亚洲气候格局,甚至会导致北半球乃至全球气候变异。在青藏高原北部分布着北半球中纬度面积最大的沙漠群,与包括青藏高原在内的其他下垫面相比,沙漠具有地表反照率大、土壤热容量小、含水量低等特点,是地球系统中重要的感热源,同样对全球和区域能量平衡及气候变化和变异具有重要作用。青藏高原及其北部广阔沙漠区域——两种重要的陆地系统组成了全球独有的共生地理单元,它们之间的陆—气耦合必定通过某种过程相互关联。干旱是全球常见且危害极为严重的自然灾害,中国是全球干旱发生最为频繁的国家之一,特别是在中国北方,在气候变化大背景下,干旱也呈多发、加重的趋势。干旱成因复杂,始终是国内外相关领域研究的难点和热点。那么,从高原—沙漠共生地理单元的陆—气耦合过程出发,通过何种机制作用于我国北方干旱的形成和演变?这是一个值得探究的前沿论题。梳理了近年来青藏高原大气科学研究和包括沙漠地区的干旱半干旱陆面过程研究的最新进展,从中凝练出青藏高原和北部沙漠之间的陆—气耦合过程对我国干旱影响研究的关键科学问题,以期对开展相关探索的科技工作者有所帮助。

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24. 中国多年冻土区天然气水合物地球化学勘探技术研究进展
张富贵, 周亚龙, 孙忠军, 方慧, 杨志斌, 祝有海
地球科学进展    2021, 36 (3): 276-287.   DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2021.030
摘要350)   HTML3)    PDF (3890KB)(153)    收藏

我国多年冻土区多位于中纬度高原地区,与环北冰洋极地地区多年冻土的状态不完全相同,天然气水合物成因机理、赋存环境和基本特征更为复杂。近10年来,在自然资源部行业专项和中国地质调查局水合物试采专项的资助下,先后在青藏高原和东北多年冻土区开展了天然气水合物地球化学勘探技术攻关,总结了多年冻土区天然气水合物地球化学指标组合和识别标志,探讨了多年冻土区天然气水合物地球化学成藏机制,研发了多年冻土区天然气水合物地球化学勘查模型,初步建立了多年冻土区天然气水合物调查地球化学方法技术体系,在勘探实践中发挥了重要的作用,地球化学方法技术对天然气水合物的有效性得到了初步检验和应用,具有广阔的应用前景。

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25. 北极多年冻土区埋地输气管道周边温度场数值分析
李欣泽, 金会军, 吴青柏, 魏彦京, 温智
地球科学进展    2021, 36 (1): 69-82.   DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2021.010
摘要348)   HTML6)    PDF (5468KB)(169)    收藏

以北极规划输气管道工程为依托,建立埋地管道与冻土热交换相互作用数值计算模型,探究了埋地管道在连续多年冻土区、非连续多年冻土区和季节冻土区内,按照不同操作温度(5、-1和-5 ℃)运行情况下管道周围冻土温度演化过程。计算结果表明:同一区域不同管温对冻土上限值影响差异较大,尤其是在非连续多年冻土区,无论管道是正温输送还是负温输送,由于管道的运营,极大地影响了冻土上限值。5 ℃正温管道将导致冻土上限下降1~3倍管径;-1 ℃和-5 ℃负温管道将有助于提高冻土人为上限。建议在连续多年冻土区管道采用-1 ℃输送温度;在非连续多年冻土区冬季采用-1 ℃输送温度,夏季可以是正温,接近环境大气温度,但全年输气平均温度要小于0 ℃;在季节冻土区,若按照负温输送,反而容易引起管基土冻胀,建议输气温度不作特别控制,与温带地区管道类似,正温输送。希望能够为北极多年冻土区天然气管道建设提供新的思路。

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26. 热带海洋盐度障碍层多尺度变异机理及其对海气相互作用的影响研究进展
庞姗姗, 王喜冬, 刘海龙, 邵彩霞
地球科学进展    2021, 36 (2): 139-153.   DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2021.022
摘要345)   HTML2)    PDF (8046KB)(150)    收藏

在上层海洋,受盐度的影响,温度均匀层和密度均匀层并不一定重合,出现温跃层顶界深度明显大于密度跃层顶界深度的现象,即产生盐度障碍层。重力稳定度较高的障碍层对上层海洋热量的垂直交换具有“热障”作用,使混合层和温跃层无法进行有效的热量交换,导致局地海洋上混合层偏暖,从而影响局地海气相互作用乃至全球气候变化。得益于全球海洋观测计划的实施,近20年来科学家已逐渐认识到盐度在海洋环流和气候变化中的重要性,因此盐度障碍层在上层海洋热量收支中的作用等科学问题已成为物理海洋学的前沿研究热点。以障碍层多尺度变异为中心,围绕影响和调控障碍层变异的关键海洋过程,以及障碍层通过海气相互作用影响天气、气候尺度变异的过程和机理等关键科学问题,综述了近几十年来有关热带障碍层的研究进展。重点总结了以下3个方面的进展:全球不同热带海域障碍层的空间结构和多尺度变异特征;海洋动力过程和大气热力过程在障碍层变异中的作用及其机理;障碍层与天气、气候事件及海洋生物相互作用的关键过程和机理。强调了障碍层变异的海洋—大气耦合过程及其气候效应,最后提出了尚需解决的关键科学问题。

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27. 地球重力场及其地学应用研究进展——2020中国地球科学联合学术年会专题综述
孙和平, 孙文科, 申文斌, 申重阳, 祝意青, 付广裕, 吴书清, 崔小明, 陈晓东
地球科学进展    2021, 36 (5): 445-460.   DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2021.032
摘要345)   HTML8)    PDF (1655KB)(296)    收藏

地球重力场及其地学应用是地球科学领域的重要内容之一,在国家基础测绘、灾害监测、资源勘探、地表圈层耦合作用和航空航天等方面等都具有不可替代的重要作用。近年来,随着重力场观测技术的不断革新,重力测量以及相应的理论、方法及应用的发展迅速,取得了丰硕的研究成果。2020年中国地球科学联合学术年会重力场专题报告(包括42个口头报告和10个张贴报告)就是这些成果的集中展示。基于年会重力场专题报告内容,综述了我国近年来在地球重力场及其地学应用方面的最新研究进展。

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28. 东南极 LGB69冰芯 17122001年气温变化记录的初步研究
张子洋, 闫明, MULVANEY Robert, 季峻峰, 效存德, 刘雷保, 安春雷
地球科学进展    2021, 36 (2): 172-184.   DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2021.012
摘要322)   HTML4)    PDF (6970KB)(141)    收藏

南极冰芯记录着过去气温、降水等气候环境参数以及影响其变化的太阳活动、火山作用等各种因子变化,是研究古气候、古环境变化及其影响机制的良好载体。东南极LGB69冰芯高分辨率的地球化学分析表明: 该冰芯的水当量年平均积累率高达259 mm/a,利用δ18O和Na+季节性变化和火山喷发标志层,通过数年层的方法确定其沉积时间为290 a(1712—2001年)±2 a; 该冰芯δ18O与邻近的戴维斯站气温距平5年滑动平均值(1968—2001年)之间具有良好的正相关关系,是有效的气温代用指标,1712—2001年该地区气温是一个波动变暖的过程,划分为4个阶段,小冰期结束于1914年,20世纪5年滑动平均气温距平年平均值较小冰期末次冷阶段升高0.43 ℃; Morlet小波分析表明,1712—2001年该冰芯δ18O(气温)和积累率(降水量)均存在约11年、约22年和约60年的共同周期,多重时间周期的嵌套表明其对气候变化非常敏感。上述研究结果为进一步重建南极气候冷暖、降水序列变化,以及研究太阳活动、火山作用等因子对气候变化影响的内在规律奠定了基础。

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29. “可持续社会指数”的研究综述与展望
王翔宇, 王元慧, 高培超, 宋长青, 程昌秀, 沈石
地球科学进展    2021, 36 (3): 317-324.   DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2021.008
摘要313)   HTML1)    PDF (992KB)(152)    收藏

正确评价和监测区域可持续发展水平,是实现2030年可持续发展目标的关键参考。随着观测手段和计算机技术的蓬勃发展,以指标观测和指数表达为基础的“指标时代”的到来为研究区域可持续发展水平提供了一个思路。“可持续社会指数”是全要素的综合评价,可以综合衡量国家尺度的可持续发展程度,并长期监测。从理论研究、指标框架和方法论的角度详细介绍了“可持续社会指数”,从对“可持续社会指数”的指标选取和指数计算方面的局限和改进两个方面,对其相关研究进行综合梳理。最后,提出了未来可能应用的研究方向。

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30. 青藏高原东南缘新生代剥露历史及驱动机制探讨:以临沧花岗岩地区为例
刘方斌, 聂军胜, 郑德文, 庞建章
地球科学进展    2021, 36 (4): 421-441.   DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2021.045
摘要312)   HTML1)    PDF (10727KB)(136)    收藏

青藏高原东南缘作为青藏高原的一个重要组成部分,新生代期间经历了显著的构造隆升、断裂活动、气候变化和河流系统的重组,这些过程均伴随着岩石的快速剥露,是当今地学研究的热点地区之一。然而,目前关于东南缘新生代期间的剥露过程及驱动机制仍存在较大争议。为此,选取青藏高原东南缘临沧花岗岩地区为研究对象,采用低温热年代学定年以及热历史模拟方法,系统分析了临沧花岗岩地区新生代期间的剥露过程并探讨了临沧花岗岩岩体快速冷却的驱动机制。认为临沧地区新生代以来经历了3期快速剥露事件,分别为晚始新世、渐新世以及中中新世。综合分析区域气候及地质数据,认为前2期事件是构造隆升所驱动,而后期则归因于亚洲季风的强降水作用。

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31. 中国城镇防沙研究
慈龙骏
地球科学进展    2021, 36 (1): 110-111.   DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2021.01.0110
摘要300)   HTML65)    PDF (317KB)(108)    收藏
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32. 印度洋偶极子研究进展回顾
姜继兰,刘屹岷,李建平,张人禾
地球科学进展    2021, 36 (6): 579-591.   DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2021.066
摘要296)   HTML10)    PDF (3767KB)(306)    收藏

印度洋偶极子是热带印度洋中重要的年际变率之一,对印度洋周边国家乃至全球的气候有着重要的影响,关于其形成机制及气候影响的研究对于气候预测具有重要意义。主要回顾了近10年印度洋偶极子的相关研究进展,包括印度洋偶极子的基本特征、与热带太平洋中厄尔尼诺—南方涛动之间的关系、与亚洲夏季风之间的关系、对全球气候的影响以及全球变暖背景下的变化等。印度洋偶极子与热带太平洋中厄尔尼诺—南方涛动之间的关系体现为二者之间是相互影响的,但不同类型的印度洋偶极子对热带太平洋中厄尔尼诺—南方涛动的影响机制尚不明确,还需进一步的研究。印度洋偶极子与亚洲夏季风之间的关系体现为二者之间存在强烈的相互作用,印度洋偶极子与印度洋东部夏季风环流之间存在相互促进作用,而印度洋偶极子与印度夏季风环流之间的相互作用尚需进一步研究。此外,研究表明全球变暖背景下极端正印度洋偶极子的发生将增多,同时极端印度洋偶极子对我国极端气候事件的发生有着重要影响。以往的研究主要集中于单独的印度洋偶极子或印度洋偶极子和热带太平洋中厄尔尼诺—南方涛动的结合对我国极端气候的影响,而印度洋偶极子与中高纬环流系统或泛热带海洋之间的协同作用对我国极端气候事件的影响还亟需相关研究。对印度洋偶极子的系统性回顾可为未来印度洋偶极子的研究提供一定的科学基础。

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33. 两种耦合模糊控制的局地化方法研究
常明恒, 左洪超, 摆玉龙, 段济开
地球科学进展    2021, 36 (2): 185-197.   DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2021.014
摘要295)   HTML1)    PDF (9078KB)(69)    收藏

在集合数据同化过程中,由于远距离的观测与同化状态之间存在着虚假相关,局地化方法受到广泛关注。此外,由于集合数的限制,容易引起欠采样和协方差被低估等现象,使得滤波效果欠佳。因此,提出模糊控制算法,模糊控制算法主要用于判断观测点与状态更新点之间的距离来匹配相应的观测权重,进而调整局地化系数来更新背景误差协方差和观测误差协方差矩阵,从而得到有效的状态估计。基于背景误差协方差局地化方法和观测误差协方差局地化方法,耦合模糊控制,形成了新的算法—模糊控制的背景误差协方差局地化方法和模糊控制的观测误差协方差局地化方法。利用Lorenz-96模型,在小集合数和局地化半径下,得出模糊控制的背景误差协方差局地化方法和模糊控制的观测误差协方差局地化方法有较好的同化性能。通过分析泰勒图谱甄别出新算法与观测点具有高度的相关性以及较小的空间变异性。最后,在不同维数的模糊控制器下,新算法的有效性进一步得到验证。为今后数据同化误差处理方面提供了良好的研究平台。

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34. 地球内核平动振荡模研究进展
栾威, 申文斌
地球科学进展    2021, 36 (5): 461-471.   DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2021.027
摘要294)   HTML5)    PDF (1220KB)(137)    收藏

地球内核平动振荡模,即Slichter模,是地球自由振荡的基本简正模之一,其三重分裂周期是确定地球内外核密度差异的重要物理量,对于约束地球深内部密度结构具有重要研究价值。然而,Slichter模的激发机制、衰减机制以及实际探测结果至今悬而未决,具有极大争议,其本征周期的确定也成为当前基础地球物理学的一个国际性难题。首先,总结了地球内核平动振荡模的基本理论,包括其动力学方程和主要求解理论与数值方法,并概述了在不同地球模型下利用不同求解理论计算的Slichter模理论周期。其次,讨论了Slichter模的激发机制和衰减机制的主要假设与猜想,其中液核一阶压力流可能激发Slichter模至可观测水平。最后,回顾了过去30年国内外利用超导重力数据开展Slichter模三重分裂信号探测的主要研究进展,探讨了关于Slichter模探测的未来可能研究方向,即从激发机制探究、超导重力数据精细预处理和极微弱信号叠积增强3个不同角度研究突破,有望实现Slichter模三重分裂信号的可靠探测。

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35. 载体垂向扰动对轴对称型金属弹簧海洋重力仪的影响
刘雷钧, 何建刚, 涂海波, 郎骏健, 柳林涛
地球科学进展    2021, 36 (5): 520-527.   DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2021.049
摘要293)   HTML0)    PDF (2977KB)(105)    收藏

轴对称型金属弹簧海洋重力仪在动态测量中不可避免地要受到载体扰动加速度的影响,以中国科学院精密测量科学与技术创新研究院研制的CHZ-Ⅱ型海洋重力仪为例,在建立其测量模型的基础上,着重分析了载体垂向扰动对重力仪的电容微位移检测以及动态非线性误差的影响。结果表明:载体垂向扰动加速度的大小直接影响电容微位移检测的输出,且垂向扰动加速度是海洋重力仪非线性误差的直接影响因素。这对提高海洋重力仪的动态测量精度有重要意义。

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36. 国家重力计量参考网的初步建立研究
粟多武, 吴书清, 李春剑, 吉望西, 徐进义, 王启宇, 冯金扬, 胡若, 牟丽爽
地球科学进展    2021, 36 (5): 536-542.   DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2021.051
摘要277)   HTML0)    PDF (2539KB)(99)    收藏

重力加速度的计量有着非常重要的作用,不仅体现在计量科学和防震减灾等基础研究领域,还体现在压力、测力、衡器和大地测量等专业的实际应用领域。2016—2020年,中国计量科学研究院承担并实施了“重力计量专题服务”项目,项目组远赴西藏、新疆和香港等地区,顺利完成了50余个站点重力加速度的量值传递,初步建立了国家重力计量参考网。以后将进一步完善国家重力计量参考网。

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37. 卫星重力与地球重力场的文献计量分析
房婷婷, 付广裕
地球科学进展    2021, 36 (5): 543-552.   DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2021.020
摘要273)   HTML3)    PDF (3678KB)(143)    收藏

卫星重力与地球重力场研究是国际大地测量学的重要研究领域,不仅带动了大地测量学本身的发展,也在其他相关研究领域取得了重要的科学应用。以2000年1月至2020年9月的20年Web of Science核心合集数据库中关于该领域的科学论文为研究对象,使用文献计量的方法,应用CiteSpace软件对当前研究现状、近年来发展脉络以及研究热点进行分析。结果表明,关于卫星重力和地球重力场的文献数量总体上逐年上升,2016年以来维持较高的水平,其中美国、德国以及中国的发文量位居前三位;发文量排名前三的研究机构分别为中国科学院、加州理工学院和美国国家航空航天局;我国在卫星重力及地球重力场领域的研究力量相对集中,中国科学院、武汉大学以及中国科学院大学发文数占中国总数的75.36%;利用GRACE数据和球谐函数构建高精度地球重力场模型,反演局部质量变化是当前国际研究热点。得益于卫星重力观测数据,全球重力场模型得到了实质性改进。

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38. 潮汐摩擦对月球轨道与地球自转影响的研究综述
刘清超, 陈晓东, 徐建桥, 孙和平
地球科学进展    2021, 36 (5): 472-479.   DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2021.048
摘要273)   HTML0)    PDF (1119KB)(150)    收藏

潮汐摩擦导致月球轨道和地球自转产生长期变化,精密确定这些参数对了解地月系统的演化至关重要。阐述了求解这些参数的理论方法,回顾并对比了利用天文观测、近地卫星、数值潮汐模型和月球激光测距等资料的分析结果,发现近地卫星和月球激光测距数据比天文观测资料精度高,但可提供数据跨度较短。随观测资料的积累,可提供更可靠的月球轨道和地球自转的长期变化信息,提高对地月空间环境变化的认知。

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39. 强化我国海洋领域国家战略科技力量的思考与建议
吴园涛, 段晓男, 沈刚, 殷建平, 张偲
地球科学进展    2021, 36 (4): 413-420.   DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2021.039
摘要271)   HTML4)    PDF (992KB)(112)    收藏

海洋是国家战略必争领域,海洋强国建设是世界科技强国建设的重要组成部分。坚持科技自立自强,强化海洋领域国家战略科技力量,是推动海洋强国建设的重要手段。研究了世界海洋科技强国一流科研机构发展态势,分析了我国海洋领域国家级科研机构和科技创新基地建设布局,介绍了中国科学院海洋领域机构改革创新的实践和经验,并对强化海洋领域国家战略科技力量提出了思考和建议:要聚焦最紧迫、最真实的国家战略需求,坚持“有所为、有所不为”的理念,在事关我国海洋核心利益的重点方向进行战略布局,以前瞻性、战略性重大科技项目为依托,充分发挥国家作为重大科技创新组织者的作用,为建设海洋强国提供有力的科技支撑。

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40. 淮南深部地球物理实验场重力噪声水平初步分析
张苗苗, 陈晓东, 徐建桥, 崔小明, 刘明, 邢乐林, 穆朝民, 孙和平
地球科学进展    2021, 36 (5): 500-509.   DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2021.033
摘要261)   HTML0)    PDF (6086KB)(105)    收藏

利用淮南深部地球物理实验场地下848 m巷道内的Burris弹簧重力仪和地表LCR-ET20弹簧重力仪同期连续重力潮汐观测资料,对实验场地表和地下重力噪声水平进行了初步分析。分析结果表明在频率小于1.70 mHz(对应周期约为9.8 min)时,地下重力噪声水平都要比地表低;特别是在重力仪敏感的信号频段(周期大于3 h的信号频段),地下848 m巷道内的重力噪声水平要比地表低约2个数量级,充分验证了实验场地下观测环境具有低重力噪声水平的超静特点。实验结果证明淮南深部地球物理实验场地下848 m巷道可为深地多物理场观测提供超静观测环境,为检测微弱地球物理场信号提供绝佳观测条件。

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