地球科学进展
 
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地球科学进展
2017年 32卷 2期
刊出日期 2017-02-20

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综述与评述
研究论文
研究简报
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2017 Vol. 32 (2): 0- [摘要] ( 0 ) [HTML KB] [PDF 310KB] ( 11 )
综述与评述
111 牛耀龄, 龚红梅, 王晓红, 肖媛媛, 郭鹏远, 邵凤丽, 孙普, 陈硕, 段梦, 孔娟娟, 王国栋, 薛琦琪, 高雅洁, 洪迪
用非传统稳定同位素探索全球大洋玄武岩、深海橄榄岩成因和地球动力学的几个重要问题
2017年中国科学院海洋研究所“大洋岩石圈与地幔动力学实验室”建成。未来5年,该实验室在国家自然科学基金重点项目(编号:41630968)的资助下,用珍贵的太平洋、大西洋和印度洋洋中脊玄武岩(MORB)、辉长岩和深海橄榄岩(MORP)研究地球化学和地幔动力学的几个基本科学问题: ①用Ti-Zr-Hf稳定同位素验证“Nb-Ta和Zr-Hf元素对质量分异的假说”;②从MORB演化过程和地幔熔融过程检验目前对铁同位素分馏的基本假说,即重Fe同位素与Fe3+有亲和性,且比轻Fe同位素和Fe2+更不相容;③提出并试图检验地幔高氧逸度是板块构造的结果,即含有大量Fe3+的蛇纹石化大洋岩石圈地幔橄榄岩俯冲到深部地幔所致;④对代表性的MORB样品和中国东部新生代碱性玄武岩样品进行铀同位素研究,检验Andersen等(2015)有关地球演化过程中壳幔循环导致的内、外动力地质过程的相互关系。
2017 Vol. 32 (2): 111-127 [摘要] ( 22 ) [HTML 1KB] [PDF 5459KB] ( 43 )
128 劳齐斌, 矫立萍, 陈法锦, 陈立奇
北极区域传统和新型POPs研究进展

北极由于独特的地理位置和自然条件,在全球气候环境变化的研究中占有举足轻重的地位。该区域常年低温,可能累积来自于中低纬度的持久性有机污染物(POPs),对简单脆弱的北极生态系统造成极大的压力。近40年来,尤其在2009年斯德哥尔摩公约新增9种POPs之后,北极地区的新型POPs引起的环境问题进一步受到科学家、政府和公众的关注。目前对传统POPs在北极的迁移转化过程的了解有限,新型POPs更是需要深入研究。通过对北极地区POPs相关研究进行归纳总结,重点阐述北极大气、水体、沉积物和生物体内传统和新型POPs的赋存水平、历史演变、生物富集以及来源,在此基础上进一步展望未来的变化趋势并提出一些亟待解决的关键问题。

2017 Vol. 32 (2): 128-138 [摘要] ( 28 ) [HTML 1KB] [PDF 1699KB] ( 25 )
139 王根, 张华, 杨寅
高光谱大气红外探测器AIRS资料质量控制研究进展

同化卫星资料能够得到模式较好的初始场,目前资料变分同化是基于误差服从高斯分布这一理论,因此在同化高光谱大气红外探测器(AIRS)资料前,必须进行资料质量控制。从通道选择、异常值剔除、偏差订正、云检测和数据稀疏化5个方面对AIRS资料质量控制研究现状进行分析与讨论。归纳总结了基于信息熵分步迭代法、主成分累计影响系数法和主成分—逐步回归法3种通道选择方法。经分析比较认为信息熵分步迭代法使用得较为广泛,但所选通道之间存在“弱相关”;主成分—逐步回归法能够获得信息量较大的通道组合,由于算法的原因,执行过程较耗时。探讨了莱茵达法则和稳健性较强的双权重法对异常离群值剔除,得到双权重法效果较好。介绍了离线和在线偏差订正方法,包括静态、自适应、回归法、变分、基于辐射传输模式、基于卡尔曼滤波偏差订正法和偏差订正的动态更新技术。对比发现静态法时效性较好;变分法能够解决数据漂移等问题;基于模式和卡尔曼法虽效果较好,但较耗时不适合业务化使用;综合而言,偏差订正动态更新技术的效果和时效性都较好。分析了晴空视场点、晴空通道、云辐射订正和不同仪器云产品的匹配4种云检测方法。从数值业务时效性角度出发,晴空视场点和晴空通道云检测法较为可行,但经过晴空视场点云检测后同化的资料量比晴空通道法少,会造成在气象敏感区如高层通道资料的丢弃,在一定程度上会影响分析场的质量。进一步分析了跳点跳线、box法和主成分分析法在AIRS资料稀疏化中的初步应用研究。从同化时效性和可操作性出发,得出box法可行;主成分分析法算法复杂度较高,但具有一定的应用前景。在综述质量控制部分基础上,进一步给出了该领域未来的相关研究方向。

2017 Vol. 32 (2): 139-150 [摘要] ( 16 ) [HTML 1KB] [PDF 1918KB] ( 16 )
151 许子娟, 左昕昕, 范百龄, 丁新泉, 张晓东, 李子川, 闫翠香, 宋照亮
植硅体圈闭碳地球化学研究进展

植硅体是一种地球化学稳定性非常高的植源性非晶质二氧化硅颗粒物,在其形成过程中会圈闭一定量的有机碳。目前,植硅体圈闭碳(简称植硅体碳)被认为是一种稳定的碳汇机制,对调节全球气候变化具有重要意义,同时,植硅体碳同位素的研究对于古环境、古气候重建等研究领域具有重要的价值,因此,植硅体圈闭碳的地球化学研究受到许多学者的关注。基于国内外学者对植硅体、植硅体圈闭碳及其相关领域的研究成果,综述了植硅体的形成过程、化学元素组成、地球化学稳定性、植硅体碳汇以及植硅体碳同位素在古环境研究中的应用5个方面的研究进展,同时总结了当前植硅体及其圈闭碳在地球化学过程研究中所面临的主要问题,对于未来继续开展植硅体地球化学研究工作具有重要意义。

2017 Vol. 32 (2): 151-159 [摘要] ( 12 ) [HTML 1KB] [PDF 1036KB] ( 41 )
研究论文
160 王坚红, 丁晓敏, 薛峰, 苗春生
气温增暖与趋冷变化阶段江淮汛期气旋气候特征对比研究

对1948—2014年67年的江淮地区5~7月气温序列,利用EOF、功率谱和非线性映射法进行气候阶段客观划分,可分为3个时长近似的气候阶段:气温趋势下降阶段(1948—1970年)、气温趋势上升阶段(1971—1994年)和气温趋势缓升阶段(1995—2014年),它们的气候特征可用特定气温指数定量表达。其次,对各阶段江淮气旋统计特征与各阶段气温变化趋势进行对比, 结果显示,气旋年平均发生频数,生命期大于48 h的气旋,各类气旋数量 (深厚型,浅薄型和底层型),以及气旋路径(纬向型,经向型和打转型)的特征演变,均有明显响应阶段性气温变化的表现,阶段气温的趋冷抑制江淮气旋的活动,而阶段气温的增暖促进了气旋的发展、维持与活跃,并引导气旋位置的北进。对气旋结构特征的合成分析显示, 在气旋结构中的气旋中心强度、温度梯度、气旋急流最大风速, 气旋水汽通量通道的强度、长度、位置以及表征气旋斜压性的气旋冷暖气团的强度、厚度和北进南退位置等特征的演变, 均与阶段内环境气温的趋冷、增暖、缓升相对应。这些结果清晰显示在环境气温下降趋冷阶段,气温变化减弱了气旋的结构强度, 抑制了气旋的活跃性, 在环境气温增温和缓升阶段,气温变化加强了气旋结构的稳定成长与增强,并维持了气旋的活跃性。

2017 Vol. 32 (2): 160-173 [摘要] ( 11 ) [HTML 1KB] [PDF 12172KB] ( 23 )
174 吴佳, 高学杰, 韩振宇, 徐影
基于有效温度指数的云南舒适度变化分析

使用高分辨率的格点化观测资料CN05.1,基于考虑了气温、相对湿度和风速影响的有效温度指数ET,进行了云南省1961—2014年气候舒适度变化的研究。结果表明,云南省地形高的北部地区气温低、相对湿度小、风速大、ET小,地形低的区域则相反。近几十年云南全境均表现出气温升高、相对湿度和风速减小、ET升高的变化趋势。对ET不同分级日数的分析指出:云南省北部冷—寒冷日和凉爽日较多,南部则主要为凉爽日和舒适日,并且全省冷—寒冷日呈明显减少趋势,凉爽日在北部增加、南部减少,舒适日显著增加,温暖及热—炎热日在南部个别地方增加,气候适宜日在4个季节均增加。在全球变暖背景下,冷—寒冷日的大幅度减少和气候适宜日的增加均表明,云南省目前的气候适宜程度有所提高。

2017 Vol. 32 (2): 174-186 [摘要] ( 5 ) [HTML 1KB] [PDF 17575KB] ( 17 )
187 方迎波, 占文凤, 黄帆, 高伦, 全金玲, 邹照旭
长三角城市群表面城市热岛日内逐时变化规律

表面城市热岛多时间尺度变化的遥感研究已取得了阶段性进展。然而,受限于热红外遥感模型与数据的不足,目前典型城市群表面城市热岛的日内逐时变化规律仍不清楚。以MODIS (Moderate-resolution Imaging Spectrometer)遥感影像为主要数据源,结合地表温度日内变化INA08模型,率先模拟并分析了长三角城市群在夏、冬两季的表面城市热岛空间格局与热岛强度的逐时变化特征。结果表明:在夏季,日内所有城市整体而言均呈现热岛效应,但由于城市植被或水体的降温作用,白天至上半夜(08:00~21:00)部分城市存在相对“冷点”,而这些“冷点”在21:00之后基本消失。此季节内城市热岛强度与地表温度日内逐时变化规律相似,两者均在上午迅速上升,并于12:00~14:00到达峰值,而后逐渐下降,并持续至次日日出前。在冬季,多数城市在白天出现了“城市冷岛”,但“冷岛”多在午后至傍晚(14:00~17:00)消失,此后所有城市均恢复为“热岛”。此季节内城市热岛强度与地表温度日内逐时变化规律区别较大,且以农田和森林为背景计算的城市热岛强度的逐时变化趋势存在明显差异,前者在日内到达峰值的时间(约18:00)显著晚于后者(约13:30)。

2017 Vol. 32 (2): 187-198 [摘要] ( 7 ) [HTML 1KB] [PDF 13103KB] ( 17 )
研究简报
199 蔡郁文, 王华建, 王晓梅, 何坤, 张水昌, 吴朝东
铀在海相烃源岩中富集的条件及主控因素

国内外沉积盆地中铀的富集不同程度地伴随烃源岩的形成。铀作为一种兼具催化、氧化和放射性的特殊元素, 其对有机矿产的形成及演化可能具有重要的促进作用,通过调查并统计国内外烃源岩中铀含量,在分析铀与各类矿物、有机质及微生物等相互作用的基础上, 讨论了铀在海相烃源岩中的富集条件及主控因素, 提出古大气和古海洋的氧化程度是烃源岩中铀富集的主要控制因素, 陆地含氧风化和海底热液可能是海相沉积铀的2个主要来源,含铁矿物组成、有机质、磷酸盐矿物、黏土矿物及一些微生物等均可导致铀价态转化, 并作为载体, 通过吸附或络合作用使铀在沉积物中富集。因此, 铀富集可能是烃源岩形成的一个伴随结果。

2017 Vol. 32 (2): 199-208 [摘要] ( 4 ) [HTML 1KB] [PDF 3091KB] ( 25 )
209 李娜, 孙军杰, 王谦, 钟秀梅, 冯敏杰, 郭鹏
黄土地基改性处理技术研究进展评述与展望

基于黄土地基改性的物化机制,分析了黄土地基改性处理方法与技术的研究进展及工程应用情况,评述了改性黄土动静力学性能研究的主要切入点及不同改性处理方法的优缺点,总结了未来黄土地基改性处理技术的研究方向。结果表明:黄土地基的物理、化学改性具有不同的内在机制;现阶段黄土地基改性处理研究更多关注了静载作用下地基的强度与稳定性,对动力特性、环境因素等的影响考虑不足,研究结果偏向性强、不够系统,定量化和标准化也显薄弱。新型环保改性材料研发及改性土强度、改性黄土的动力特性及稳定性、环境因素对改性地基的定量影响、黄土地基改性处理施工工艺的优化配置和施工过程的精细化控制等是未来需要关注的研究方向。

2017 Vol. 32 (2): 209-219 [摘要] ( 7 ) [HTML 1KB] [PDF 1078KB] ( 24 )
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