中国大陆地壳和上地幔三维温度场

根据Goes等发展的方法, 利用层析成像提供的S 波波速计算得到了中国大陆上地幔三维温度场, 所得到的上地幔温度场的1300℃绝热等温温度深度与地震学低速带顶部的深度大体吻合. 用计算的上地幔80 km深度温度和地表温度作为边界约束条件, 利用稳态热传导模型计算得到了中国大陆80 km深度以上(地壳和上地幔)部分的三维温度场. 在大多数有丰富可靠地表热流测量的地区, 这样计算的地表热流与实际观测地表热流的偏差在地表热流观测误差范围之内. 中国大陆地壳的温度在25 km深度呈现明显的东高西低分布. 东部温度约在500~600℃度之间; 西部温度小于500℃, 塔里木克拉通的温度最低、达460℃. 100 km 深度的上地幔温度也呈东高西低分布. 东部和东南部温度普遍高于1300℃绝热等温温度; 西部主体温度低于1300℃绝热等温温度. 塔里木克拉通和四川盆地表现出了明显的低温. 在150 km深度, 华南、扬子克拉通东部和整个华北克拉通高于1300℃绝热等温温度, 羌塘附近地区的温度也达到了1300℃绝热等温温度. 四川盆地附近表现出低温状态, 但塔里木克拉通中心的温度比周围高. 印度次大陆与中国大陆碰撞带附近的温度最低. 200 km 深度的温度分布明显与印度次大陆俯冲相关. 该俯冲带影响强烈地区呈现较冷状态, 其温度低于1300℃的绝热等温温度.     

BSR热流的三维地貌校正和流体汇聚探测(英文)

从天然气水合物稳定区底界的地震似海底反射BSR(Bottom Simulating Reflector)深度计算得到的BSR热流包含了海底地貌(热流在凹地型会聚,在凸地形发散)和增生楔内部流体活动的影响。从BSR热流中移除地貌效应的贡献就能揭示出流体是否发生了汇聚。在难以使用解析方法计算地貌效应的复杂海底区域,三维有限元方法可以高精度的模拟地貌对背景热流的影响,从而可以对BSR热流进行地貌效应校正,得到平坦地形条件下的BSR热流,并进一步通过与背景热流值的对比,识别目前仪器所不能探测的流体汇聚区。在北卡斯卡底(Cascadia)俯冲边缘陆坡中部的研究区应用该方法,显示黄瓜岭(Cucumber Ridge)高地及其周围的海底热流正异常显著(高出背景热流值10-20%),同时这些区域在地震成像上与海底的裂隙系统相对应,指示了流体沿着这些高渗透率通道进行汇聚,并且很可能导致较高的水合物富集度。     

东海及琉球沟弧盆系的海底热流测量与热流分布

利用钻井资料获得了东海陆架地区15个热流值，分析了海底热流测量的误差来源及数据精度，对东海及琉球沟弧盆系的热流值进行了分类整理，将海底热流分为可信热流值、较可信热流值和参考热流值，本文使用了前两类热流数据，共得305个，对研究区的热流站位进行了分析，发现热流测站分布很不均匀，冲绳海槽几个高热流异常区的热流测站总数占全部东海热流测站的一半多，仍有相当一些构造单元热流站住很少或者几乎没有热流值，总体上，研究区的热流分布明显地和沟弧盆系的构造特征相吻合，呈现北东向条带状分布，东海陆架为正常热流值区，冲绳海槽为高热流异常区，琉球群岛为正常热流值区，琉球海沟和菲律宾海都为低热流异常值区，根据热流推测冲绳海槽下存在深部热物质上拱，琉球海沟垭口之下存在海洋板块的俯冲，本研究区自东向西初步表现出长波长热流振荡现象，但由于测量数据稀少，目前还不能对此作更进一步的研究。     

南海三维热岩石圈结构及地表构造响应

为系统了解南海海底热流特征和岩石圈热结构与地表构造的关系,本文首先以最新海底热流为约束,采用三维数值模拟方法计算得到整个南海的"热"岩石圈底部边界(底界)的埋深,然后开展详细分析壳、幔热流贡献以及岩石圈热结构与地表不同构造单元之间的对应关系.结果显示南海岩石圈底部边界埋深为30～100 km,最浅埋深集中分布在南海海盆水深大于3000 m的区域(如南海西北次海盆、西南次海盆和东部次海盆西侧),以及南海北部陆缘中部、莺歌海盆地、中建南盆地和南薇西盆地,体现了南海深部结构对地表不同构造单元的控制作用;靠近海盆东侧的马尼拉海沟具有较低的海底热流,对应岩石圈底界埋藏也较深,可能与南海和古南海洋壳俯冲有关;吕宋岛弧(119°E—122°E和13°N—17°N)表现出较高的海底热流,同时具有较浅的热岩石圈底界埋深,可能与南海板块和菲律宾海板块双向俯冲有关.     

南海礼乐盆地新生代构造热演化特征及其影响因素

为深入认识新生代礼乐盆地的热体制特征，利用耦合岩石圈变形、热演化和沉积过程的热力学数值模型，重建了8条骨干剖面的构造热演化史，并对主要构造单元的热体制进行了分析．结果表明：张裂阶段，热流总体上随时间增加，张裂结束时，海底热流一般介于70～80mW·m~(-2)，基底浅埋区热流高于邻近凹陷区内热流；裂后阶段，非礁体发育区热流逐渐降低，现今海底热流一般介于65～70mW·m~(-2)，局部区域热流因岩体侵位而有所增高，礁体发育区受到礁体与周围海水热交换的影响，海底热流降低或为负值，而基底热流可以达到70mW·m~(-2)左右．进一步分析表明，礼乐盆地新生代热体制主要是在古近纪岩石圈强烈减薄基础上，叠加了晚期岩浆侵位、基底起伏、沉积过程以及海底地形等局部因素影响的结果，礁体发育区热体制还受到礁体与周围海水热交换的影响；盆地凹陷中心区生油门限深度一般介于2000～2500mbsf，门限温度介于90～110℃；礁体发育区生油门限深度明显大于邻近的北1凹陷沉积中心区．     

南海北部陆坡深水区的海底原位热流测量

海底热流数据是开展海洋地球动力学研究和油气资源评价的基础数据.南海北部陆坡深水区蕴含有丰富的油气和水合物资源,而该区热流站位很少.为了解陆坡深水区水合物有利区块的地热特征,利用剑鱼1型海底原位热流探针,在南海西沙海域和神狐海域成功获得了16个站位的热流值.测量结果表明,西沙海槽与白云凹陷都具有较高的热流值,西沙海槽区除1个站位结果不可信外,另2个站位所测海底表层地温梯度分别为105.3 和99.9℃·km^-1,原位热流分别为89±1和87±1 mW·m^-2;白云凹陷中部区域13个站位测得表层地温梯度变化于58.5~100.7 ℃·km^-1,热流值除4个站位低于70 mW·m^-2外,其余都变化于75±2~101±4 mW·m^-2范围,比前人在白云凹陷东部获得的热流高.分析认为,西沙海槽和白云凹陷区域的高地热特征与陆坡深水区的高热背景、晚期断裂发育、底辟、岩浆侵入和热流体活动等有关.     

海域天然气水合物勘测的地球物理方法

到目前为止,已经探明的天然气水合物储量要远小于预测的水合物储量.这种现状不同程度地反映出我们对天然气水合物赋存规律认识不足,和对天然气水合物勘探方法认识不足.本文根据作者多次参加水合物地球物理调查国际航次的认识及文献资料,综述了海域天然气水合物勘探方面一些有效的地球物理技术方法,以利于我国海域天然气水合物的勘探工作以及勘探方法的创新.本文指出,地震勘探是目前进行天然气水合物勘探最常用、也是最重要的方法.地震方法主要包括传统的单道、多道地震方法、高分辨地震方法、深拖多道地震探测方法、海底地震仪方法、多道-多分量海底地震电缆方法、海底地震检波器方法等.此外,根据水合物发育区特有的海底地形地貌特征和水体异常特征,根据水合物发育所需要的温度-压力场特征、电磁特征和含水合物地层的剪切模量特征发展的多波束方法、旁扫声纳方法、海底热流探测方法、海底电磁方法以及海底重力测量方法等都在海域天然气水合物勘探中有着很好的效果.     

辽东地区和海城地震区的地热观测

1980年至1984年间,在辽东地区和海城地震区,我们利用地质、冶金和化工部门的一批勘探钻孔,观测了这些井孔不同深度的温度,由此获得它们沿深度方向的温度梯度.同时,从这些观测孔取得岩样,在实验室中测定它们的热导率,从而得到每个钻孔的热流值.我们一共得到23口钻孔的热流数据,其中包括海城地震区的两个热流观测孔.这些热流值可粗略地给出海城地震区和辽东地区的热结构.结果表明,平行郯庐断裂的辽阳——熊岳北东条带具有相对高的热流值,平均热流为8.2910-2J/m2s(2.0cal/cm2s).这个条带恰好是下辽河盆地和辽东山地的交界,它与重力异常梯度带显示的北东向上地幔隆起带一致.海城地震区的平均热流值达9.2210-2J/m2s(2.2 cal/cm2s),又是高热流值条带上热流最高的区域.比较海城地震区已知的其它地球物理资料后,给出了该地区地球物理资料的综合解释剖面.我们推测,海城地震区下,地壳中的低速层是由于上地幔物质的大规模侵入产生的.高温和低速意味着该层具有塑性力学性质.海城地震震源区恰好位于这样一个塑性状态的介质层上部.这个结果对于研究海城地震和其它板内地震的形成过程无疑是有意义的.我们试图强调,对于地震研究而言,热流观测是地球物理观测中不可缺少的组成部分.地热资料      

辽南地区地壳与上地幔介质温度结构特征与地震

本文应用辽南地区大地热流值观测和闾阳—海城—东沟综合地球物理剖面成果,计算和研究了辽南地区地壳与上地幔介质的温度结构特征,发现海城地震区具有以下主要特点:壳内低速—高导层具有较高的温度值;震区岩石圈温度值最高:震区高热流异常值基本上是由壳内的低速—高导层提供的等。这些重要发现,为解释海城地震的力源及高热流异常从温度结构方面提供了重要依据。     

大陆边缘热状态研究进展

热流与岩石圈热状态是大陆边缘构造研究的重要课题,其研究不仅能为探讨发生在大陆边缘的物理、化学和生物过程提供地热约束,而且还能为深水油气资源评价和勘探提供依据.近年来,随着对海底过程研究的深入和对能源资源问题的关注,大陆边缘热状态研究取得了新认识,特别是,主动大陆边缘弧后地区高热流的认识及成因机制以及被动大陆边缘洋陆过渡带可能存在的高热流异常等这些重要发现,进一步丰富和完善了大陆边缘热状态的认识.本文总结了近年来大陆边缘热流研究进展,重点讨论了主动大陆边缘岛弧弧后地区热状态和部分被动大陆边缘发现的高热流异常,前者一般被认为是与弧后地区岩石圈之下的浅地幔对流有关;而后者既包括来自浅层地壳生热贡献,也有深部地幔热流所致,一些学者将此归因于小尺度地幔对流或岩石圈厚度差异引发的边界效应,仍存争议.我们还分析了探针热流、钻孔热流和BSR热流等不同类型数据的优缺点,指出钻孔热流和BSR热流成为继传统探针热流之后研究大陆边缘热流的有效手段.在海底热流和近海底过程之间相互响应的基础上,强调热流探测对近海底过程研究的贡献.还对比了国内外热状态的研究,探讨了国内研究与国际的差距.最后,就未来大陆边缘热状态研究提出了几点建议.     

春季巢湖水温和水体叶绿素a浓度的变化关系

根据2007年3-6月的巢湖逐时气象观测资料和水环境监测资料,分析了水体叶绿素a浓度、水温和气温的时间变化规律以及相互之间的关系.结果表明:水温日变化幅度小于气温日变化幅度,多项式拟合决定系数较高,为0.81;水温与水体叶绿素a浓度逐时变化关系不稳定,线性拟合决定系数变化范围为0到0.91,平均为0.35;水温日平均与...     

Simulating seasonal to multi-decadal variation in lake thermal response to meteorological forcing using the UCLAKE 1-dimensional model code

Lake temperature responses to climate forcing are of interest on account of the important linkages between water temperature and ecosystem processes. This paper describes a new 1-dimensional (1D) numerical model code and its application to investigations of multi-scale linkages between the vertical temperature structure and meteorological forcing. UCLAKE is implemented as highly portable open-source software, based on computationally efficient algorithms, and able to resolve sub-daily (e.g., hourly) dynamics while retaining the efficiency to simulate multi-decadal time scales.A UCLAKE model is calibrated and validated against thermistor profile time series for a small upland lake in North Wales, UK. Some of the challenges in 1D model calibration are explored and a sensitivity analysis reveals a dependence of optimal parameter set values on water column depth and time. An exploratory 52-year hindcast simulation demonstrates the computational efficiency of UCLAKE for multi-decadal studies of trends in lake temperature that vary with depth. A supplementary application of UCLAKE to Windermere, in the English Lake District, demonstrates its performance for larger and deeper lakes.     

抚仙湖、洱海、滇池浮游藻类功能群1960s以来演变特征

作为主要的初级生产者,浮游植物在水生生态系统中扮演着重要的角色,浮游植物的时空分布反映了生态环境的变化.依据浮游植物的形态、生理、生态特点而定义的浮游藻类功能群对藻类的耐受性和敏感性进行了描述,因而浮游藻类功能群的组成是生境特征的良好指示者.对1960s至今抚仙湖、洱海、滇池3个高原湖泊的浮游藻类组成进行分析,并首次将功能群理论运用到这3个湖泊.结果表明,3个湖泊的浮游藻类优势功能群组成在近50～60年间发生了明显的改变:抚仙湖的浮游藻类优势功能群演变过程为C、X2、Lo、F、P(1960s)-H1、C、P(1980s)-P、C、T(1990s)-T(2000年以后);洱海的浮游藻类优势功能群演变过程为J、Lo、MP、C、H1(1960s)-C、H1(1980s)-C、H1(1990s)-C、H1、M(2000年以后);滇池的浮游藻类优势功能群演变过程为J、N、P、MP、Lo(1960s)-J、P、MP、M(1980s)-J、M(1990s)-M(2000年以后).抚仙湖、洱海、滇池水体内的藻类功能群演替趋势特征,即耐低温物种的减少以及喜营养物种的增加,表明3个高原湖泊在近几十年可能受到了气候变暖和营养程度增加的影响.     

结合卫星遥感技术的太湖蓝藻水华形成温度特征分析

气温对太湖蓝藻的复苏生长和水华形成、大面积暴发及衰退具有重要作用.利用太湖湖面及周边地区20032013年气象与卫星观测数据分析,结果发现太湖蓝藻水华形成的温度范围宽泛,在蓝藻复苏后,在日平均气温0~35.0℃区间都能观测到蓝藻水华现象,其中日平均气温15.1~35.0℃区间为太湖蓝藻水华频发区间,累计频次和面积占比分别为85%和90%;大面积蓝藻水华集中暴发的气温区间为20.1~35.0℃,累计频次和面积占比分别为72%和73%;蓝藻水华出现的概率随平均气温的升高而增大,二者呈二次正相关关系,而平均面积则随气温在均值附近波动,日平均气温达33℃后平均面积迅速减小.表明气温并非复苏后太湖蓝藻水华出现与否的主要限制因子,适度高温有利于蓝藻水华形成,但在日平均气温33℃以上时蓝藻水华会受到抑制.在此基础上将蓝藻水华分成4个阶段:休眠期、复苏期、增长期和衰退期,确定了基于气温的阶段量化指标,对应起始和终止的界限温度分别为:(0℃,5℃)、(5℃,15℃)、(15℃,30℃)和(30℃,0℃),据此可以计算出每年蓝藻水华的各生育阶段对应的时间节点,为防控提供依据.     

Changes in the thermal structure of moderate to large sized lakes in response to changes in air temperature

Interannual variability in the thermal structure of lakes is driven by interannual differences in meteorological conditions. Dynamic or mechanistic models and empirical or statistical methods have been used to integrate the physical processes in lakes enabling the response of the thermal structure to changes in air temperature to be determined. Water temperature records for Lake Mendota, WI., are possibly the most extensive for any dimictic lake in the world and allowed both approaches to be used. Results from both techniques suggest the mixed layer temperature increases with increasing air temperature. Results from the empirical approach suggested epilimnion temperatures increase 0.5 to 1.0°C per 1.0°C increase in air temperature compared to 0.4 to 0.85°C estimated from a dynamical model (DYRESM). Increased air temperatures are related to significant warming in deep water temperatures in the absence of stratification; however, mid summer hypolimnion temperatures are expected to change very little or increase only slightly in response to climatic warming. Both approaches suggest increases in air temperatures increase the length of summer stratification; results from the dynamic model suggest an increase of approximately 5 days per 1°C increase in air temperature. Longer stratification is reflected in shallower late summer thermocline depths. With these quantitative relationships and forecast increases in air temperature for the 2 × CO₂ climatic scenario (Greenhouse Effect) from three General Circulation Models, projections are made describing the changes in the future mean thermal structure of moderate to large sized lakes.     

太湖底泥水华蓝藻复苏的模拟

本实验采集太湖梅梁湾底泥及上覆水,在保持底泥表面完整的前提下在实验室中建立湖泊生态系统模拟装置,探索太湖底泥中蓝藻种群的复苏规律经60d光照升温培养,显微观察蓝藻复苏细胞,测定底泥和上覆水中的色素含量.结果表明,在室内模拟条件下,太湖底泥蓝藻复苏初始时主要以2-8个细胞的小群体存在,其细胞直径为7.2-7.8μm,大于夏季的藻群体中的细胞直径(4.8-6μm).底泥蓝藻的复苏过程与环境温度变化密切相关.蓝藻在水体温度达到14℃时开始少量进入水柱中,在环境温度升至18-20℃之间时大量进入水中,为水华形成提供了种源.底泥蓝藻的最佳复苏温度(18-20℃)高于非蓝藻的复苏温度(14-18℃),高温对蓝藻复苏更为有利     

1973-2020年洞庭湖水温演变特征

表层水温是影响湖泊水生生态系统的关键因素，研究其对气候变化的响应过程及机制是评估湖泊生态环境可持续发展的重要切入点。本文针对水温的长期演变趋势问题，基于实测水文气象数据，采用Air2water数据驱动模型重构洞庭湖长序列水温资料，研究湖泊表层水温在气象条件驱动下的演变特征，为湖泊生态环境监测、水安全保障和综合治理等提供理论依据。主要结论有：（1）尽管Air2water数据驱动模型以常微分方程的简化形式概化湖泊热力学过程，但可较准确地反演水温的变化趋势。根据长序列实测气温资料重构的1973 2020年洞庭湖日均水温序列具有较高的可信度。（2）1973 2020年，洞庭湖水温年内变化具有显著的上升期和下降期，且降温过程较升温快。在气候变暖背景下，年均水温呈现持续的波动性上升趋势，且1996年发生突变后上升趋势更为显著，其中城陵矶站和南咀站年均水温的上升率分别达到0.20和0.16℃/10 a。1996年洞庭湖流域的突变式增温主要是由冷季的显著增暖过程驱动。（3）采用广义单位线法建立水温气温之间的耦合关系，水温随气温上升的速率先增大至极大值后逐渐减缓。1996年水温发生突变后，水温随气温的变...     

Effects of nitrate on phosphorus release: comparison of two Berlin lakes

After installation of phosphorus elimination plants at the inflows of the eutrophic Lake Tegel and Schlachtensee, phosphorus (P) loading declined by a factor of 40 and 100, respectively. This resulted in a pronounced reduction of phosphorus concentrations in the lake water, followed by a decline of chlorophyll‐a concentrations. However, for many years P release from sediments due to mineralization and desorption of sedimentary P continued. In Schlachtensee, the presence of nitrate above the sediment suppresses P release, because the Fe/P ratio is sufficient to provide enough aerobic sorption capacity. In Lake Tegel, some P release occurs even under aerobic conditions because of the low aerobic P sorption capacity of the sediments. There, nitrate could moderate the P release peaks which occur when the Fe‐P cycle at the sediment water interface is disturbed by precipitation of iron sulfide after reduction of sulfate during times of high mineralization intensity. The potentially mobile P pool in the sediments of both lakes is rather small, indicating that the P release could subside after sufficient reduction of the external P load in Lake Tegel and the disruption of the internal P cycle in Schlachtensee.     

太湖表面温度与表层水温差异及其影响因素的观测分析

湖泊“皮肤效应”指表面温度与表层水温的差异,量化“皮肤效应”并分析其影响因素有助于理解湖泊物理、化学、生物和生态过程对气候变暖的响应。本文基于太湖中尺度通量网2011—2020年水温梯度、辐射四分量和小气候观测数据,定量分析了在不同时间尺度和不同天气条件下“皮肤效应”的差异及其影响因素。结果表明,太湖暖“皮肤效应”在15:00—16:00最强,可达1.95℃;冷“皮肤效应”在7:00—8:00最强,达-0.50℃。“皮肤效应”强度春季最强,夏季最弱。因此,无法用表层水温观测值直接验证卫星午后过境反演得到的太湖湖面温度,其偏差可达2℃,尤其在春季。年际尺度上,太湖表面温度上升速率为0.14℃/a,与同期气温上升速率相当,表层水温上升速率为0.12℃/a。使用遥感反演的表面温度表征的太湖升温速率会比传统的表层水温观测结果快0.02℃/a。晴天小风时暖“皮肤效应”最强,为1.64℃;阴天大风时“皮肤效应”最弱,仅为0.32℃。相较于太阳辐射,风速对太湖水温“皮肤效应”的影响更大,风的扰动是影响太湖水温“皮肤效应”的首要因素。此外,基于10年观测数据建立了适用于太湖水温“皮肤效应”的风速参数化...     

Climatic and environmental changes at southeastern coast of Lake Biwa over past 3000 years, inferred from borehole temperature data

In order to infer past climatic change in central Japan, we measured temperatures in a borehole at the Karasuma site, on the southeastern coast of Lake Biwa, and reconstructed sediment surface temperature history during the last 3000 years. The reconstructed temperature history shows apparent Medieval Warm Period, Little Ice Age, and contemporary temperature warming. However, the large amplitude of the temperature changes up to 4-5 K cannot be explained by past climatic change only, suggesting that there was some other cause of the larger amplitude temperature changes. The onsets of temperature decrease in the late 12th century a.d. and temperature increase in the mid 17th century a.d. appear to coincide with occurrences of two destructive earthquakes (1185 and 1662 a.d.) that caused water level changes of Lake Biwa. It suggests that the reconstructed sediment surface temperature history reflects the environmental change due to tectonically induced water level changes of the lake. If the annual mean of the ground surface temperature was higher than that of the bottom water temperature in a shallow part of the lake, which is consistent with the present-day data, the large amplitude of the sediment surface temperature change may be attributed to a combined effect of past climatic and environmental changes. Thus, we suggest that the borehole temperature at the Karasuma site preserves information not only on past climate changes but also on environmental changes due to tectonically induced water level changes.