基于改进Knothe时间模型的地表最大沉降速度预测

在传统Knothe时间模型假设基础上提出新的假设,构建改进Knothe时间模型,通过理论分析表明,改进后的时间模型符合地表点沉降和沉降速度变化规律;基于改进Knothe时间模型推导了地表最大沉降速度计算表达式,并给出模型参数确定方法。采用20个矿区开采引起的地表最大沉降速度监测值与理论预测值进行对比,结果表明,20个矿区的地表最大沉降速度理论预测值与监测值吻合程度高,两者相对标准偏差仅为2.1%,验证了模型的精确性和可靠性。地表最大沉降速度受煤层采高、开采速度、松散层厚度和基岩层厚度等参数影响,研究表明,地表最大沉降速度随煤层采高和开采速度的增加而线性增加,随松散层厚度、基岩层厚度的增加而非线性减小,且其对基岩层厚度变化的敏感性比松散层厚度变化大。     

IGAC计划大气气溶胶研究进展

ＩＧＡＣ计划大气气溶胶研究进展气溶胶是大气中相对短寿命的、由不同成分组成的、质量和数量浓度都有很大空间变异性的微组分。但是，它们对人类健康、大气质量（能见度、酸沉降）都有很大影响，而且在许多天气和气候过程中起着重要作用。但是有关气溶胶对全球气候的重要...     

沿海地区气溶胶硅的组成、来源及其生态效应研究进展

作为地壳中第二大元素,硅对土壤形成、陆生高等植物和水生浮游植物生长发育以及碳循环有着重要的影响。在气候变化加剧的背景下,硅生物地球化学循环研究变得格外重要。近年来关于陆地和海洋系统的硅循环研究相对成熟,而大气系统中的硅研究明显缺乏。气溶胶是大气中的活跃组分和元素地球化学循环的重要载体。目前关于气溶胶中硅的组成、来源以及部分地区硅沉降负荷的重要程度的认识还不够,制约了对表层地球系统中硅循环的认知。基于当前国内外的研究成果,总结了气溶胶硅的组成及其与其他元素间的耦合关系,综述了新兴的硅同位素在大气颗粒物溯源方面的应用,分析了沿海地区硅长距离传输的生态效应以及硅纳米颗粒对公共健康的影响。总体来说,气溶胶中硅以无机硅为主,部分近海海域气溶胶硅的沉降对于浮游植物生长具有控制作用。未来需要针对气溶胶硅的产生和转化机理、硅沉降及其对生物地球化学循环关键过程的影响以及硅纳米颗粒的毒理效应等方面开展进一步研究。     

基于~(210)Po/~(210)Pb活度比的大气颗粒物滞留时间研究

2015年9月至2016年3月,研究分析了深圳市大气气溶胶中(TSP、PM2.5)~(210)Pb和~(210)Po的放射性比活度,并依据~(210)Po/~(210)Pb的活度比,计算了两种不同粒径范围的大气颗粒物滞留时间(RTA),探讨了大气RTA的影响因素。结果表明,深圳市大气TSP滞留时间为4.5~32.2 d,平均14.7 d;PM2.5的滞留时间为11.1~23.6 d,平均16.1 d。大气颗粒物滞留时间与粒径大小和气象条件密切相关,降雨可有效降低粗颗粒大气滞留时间,而逆温静风条件则可使大气RTA显著增加。通过气溶胶中~(210)Po/~(210)Pb的活度比计算获得的表观大气滞留时间是大气颗粒物滞留时间与气溶胶迁移传输时间共同作用的结果。     

青藏高原大气气溶胶研究进展

大气气溶胶是地球大气成分中含量很少的组分之一, 但其对气候环境以及人类健康有着极其重要的影响. 由于青藏高原地理单元的独立性和特殊性, 该地区气溶胶特征和行为的研究引起越来越多的关注.回顾了青藏高原大气气溶胶研究的历史和分析监测方法, 从气溶胶的基本特性、 气候效应、 环境效应三个方面综述了20世纪90年代以来青藏高原大气气溶胶研究的成果, 并对该地区研究的前景有所展望.     

基于镜像法的隧道地表沉降时间效应计算方法

随着国内各城市地下道路建设的不断发展,地下开挖引起周围结构损坏甚至塌陷的事故时有发生,因此,合理地预测地表沉降对于保护地面建（构）筑物具有重要意义。将地表沉降速度系数与三维镜像法相结合,建立了考虑时间效应的隧道地表沉降计算方法,并以深圳某地铁区间隧道为例,通过与现场监测数据进行对比分析,验证了该方法的合理性,并利用该方法进一步分析了隧道停止施工时地表横、纵向沉降随时间的变化规律,通过参数分析明确了地表沉降量与地表沉降速度的时间效应。研究结果表明：地表沉降量与地表纵向沉降最大斜率随停工时间的增加逐渐增大并最终趋于稳定;地表最大沉降速度随开挖速度与沉降速度系数的增大呈对数型函数增长,但地表最终沉降量受二者的影响较小;地表最终沉降量和地表最大沉降速度随地层损失量的增大而线性增大;地表最大沉降速度出现的时间与地层损失的大小无关。     

乌鲁木齐河源1号冰川积累区气溶胶和表层雪中SO2-4的季节变化及成因分析

2003年12月至2004年12月,在天山乌鲁木齐河源1号冰川(以下简称1号冰川)积累区海拔4 130 m处共采集了53个气溶胶和55个表层雪样品.结果表明:气溶胶和表层雪中的SO2-4在年内的浓度变化形式大致相同,均有两个高值区出现,分别出现在春末和夏末秋初,表明年内表层雪中SO2-4浓度变化基本上反映了大气中SO2-4的浓度变化情况.通过对不同季节气溶胶和表层雪中的SO2-4浓度相关性分析表明,秋冬季最好,春季次之,夏季最差.这可能与SO2-4不同季节的来源,干沉降过程以及淋溶过程有关.     

大气沉降对海洋初级生产过程与氮循环的影响研究进展

大气沉降通过为海洋提供外源性氮、磷和铁等微量元素,可显著影响海洋氮、碳循环过程,并产生气候效应。一方面促进海洋初级生产和生物固氮,增强海洋吸收二氧化碳的能力;另一方面影响海洋氮、碳循环路径,增加海洋生物源气溶胶排放量,间接影响气候变化。由于大气沉降对海洋生态系统及气候变化的重要影响,相关科学问题已成为海洋科学与大气科学交叉研究的热点,被多个国际研究计划列为核心研究内容。在大气污染物排放持续增加与沙尘事件频发的背景下,大气沉降对我国东部陆架海(黄海、东海)及其邻近西北太平洋碳、氮循环过程的影响日趋增强,因此该海区已成为大气沉降及其气候影响研究的代表性海域。结合分子生物学和实验生态学手段理解大气沉降影响下的海洋初级生产过程,利用同位素示踪技术研究大气沉降对海洋氮循环的影响,以及获得大气沉降影响下海洋生物源气溶胶排放的观测证据将是未来研究的重点方向。     

冰雪变化对大气环流和天气气候的影响

就冰雪变化及其对大气环流和天气气候的影响进行了综述。主要讨论了以下几个问题:地球冰雪变化的事实,冰雪变化的特征及其在气候系统中的作用,冰雪变化,特别是青藏高原积雪变化对大气环流和天气气候影响研究的主要成果和最新进展。     

深圳市大气210Pb的活度浓度、沉降通量和沉积速率研究

2017年1月至12月,研究分析了深圳市大气气溶胶中210Pb的活度浓度、沉降通量和沉积速率.结果表明,深圳市大气210Pb比活度范围为0.59～4.72 mBq/m3(平均值为1.58 mBq/m3);沉降通量范围为0.45～1.31 Bq/(m2·d)(平均值为0.74 Bq/(m2·d));沉积速率范围为0.09～1.44 cm/s(平均值为0.71 cm/s).研究发现,深圳市大气210Pb比活度冬季高、夏季低,其季节变化受气象条件和不同气团来源综合影响.大气210Pb的沉降通量和沉积速率均与降水量呈明显的正相关关系,提示降雨是大气中210Pb去除的有效途径.     

青藏高原冰雪不溶微粒研究进展

不溶微粒是冰雪中重要的气候环境变化参数，通过冰雪中微粒记录研究气候环境变化是冰雪研究的一个重要方向。20世纪中后期对冰雪微粒的研究主要集中在南极和格陵兰，到20世纪末期时一些研究人员开始关注中纬度的冰雪微粒的研究，特别是青藏高原冰雪微粒的研究。到目前为止，共有4根冰芯（敦德冰芯、古里雅冰芯、达索普冰芯和慕士塔格冰芯）和数个雪坑开展了微粒研究。青藏高原冰雪微粒研究主要从微粒定年、微粒浓度、粒径分布、特殊事件的记录以及与可溶性离子的关系等方面进行了研究。主要回顾了从80年代末开始的青藏高原冰雪微粒研究的一些主要方法和主要成果并且展望了今后微粒重点研究的方向。     

三极地区雪冰中黑碳研究进展

黑碳被认为是除温室气体外对气候变暖贡献最大的辐射强迫因子。三极（北极、南极和青藏高原）地区是全球雪冰分布最集中的区域,沉积至雪冰中的黑碳可反映人类活动的历史变化,并可能导致反照率降低而影响物质能量平衡。通过系统回顾三极地区雪冰黑碳的研究方法、空间分布、时间变化及其造成的辐射强迫,得到的研究结果表明： 由于处于不同的地理位置和环境条件,三极雪冰中黑碳的时空分布及其辐射强迫差异较大,其中青藏高原是浓度和辐射强迫影响最大的地区,也是对水资源和生态安全潜在影响最严重的区域。三极地区雪冰中保存着长时间序列的黑碳沉积记录,是研究自然变率、人类活动影响黑碳沉积历史（如北极与青藏高原冰芯中记录的工业革命以来黑碳沉积的快速上升）的良好介质,同样为模型预测未来变化提供了数据支持。三极地区是全球变化的指示器和放大器,在全球变暖不断加剧的背景下,黑碳必然会在未来的三极地区气候演变中扮演更为重要的角色。     

雪冰中的黑碳记录研究的历史回顾

黑碳(Blackcarbon)是一类大气气溶胶,也是重要的气候驱动因子之一,它与人类活动密切相关.迄今发现,雪冰是保存和记录历史时期黑碳变化的最好介质.根据前人对南极冰芯、格陵兰冰芯、中低纬度山地冰川冰芯以及雪坑样品中的黑碳记录的研究成果,讨论了不同研究地区雪冰中黑碳含量的变化,黑碳对气候环境突变、大气环流变化的响应,总结了人类活动与雪冰黑碳记录之间的关系.雪冰黑碳记录还可以获得如森林大火这样的特殊事件的信息.     

单颗粒黑碳光度计在青藏高原雪冰样品分析中的应用

大气中的黑碳主要由化石燃料以及生物质燃料不完全燃烧产生, 经由传输以及沉降等过程, 可到达并沉积于偏远地区的雪冰表面。相对于洁净的雪表, 较暗的黑碳可吸收更多的太阳辐射, 导致雪表反照率降低, 加速冰雪消融, 进而对区域气候环境产生重要影响。青藏高原的环境脆弱而敏感, 是全球气候变化的驱动机与放大器。根据青藏高原山地冰川雪冰样品矿物杂质多、 浓度变化大的特点, 优化了雪冰单颗粒黑碳光度计（Single Particle Soot Photometer, SP2）分析方法, 制定了规范详细的实验步骤, 评估了样品储存和分样、 进样方式、 样品稀释等过程对测量结果的影响, 并用该方法对研究区域的季节积雪及雪坑样品进行检测。结果表明： 青藏高原雪冰中黑碳浓度在0.21~47.96 ng·mL^-1之间, 平均值6.69 ng·mL^-1。测样过程中连续测定胶体石墨标样, 校正后的回收率在75%以上。因此, 优化的SP2方法能够获得青藏高原雪冰中准确可靠的黑碳含量信息, 对利用雪冰介质重建黑碳的历史变化过程, 进而准确评估其对气候环境的影响程度, 具有重要意义。     

冰雪反照率研究进展

冰雪反照率在地气能量平衡中起重要作用,其大小取决于两个方面,即冰雪面的反射属性以及大气或天空的状况.因此,影响冰雪反照率的因素除其自身的物理属性如积雪粒径、密度、含水量、杂质和污化程度等外,云对冰雪反照率也产生影响,从而使冰雪的反照率呈现出日变化、季节变化和空间变化规律.最后,评述了利用数值模式及卫星遥感反演方法对冰雪反照率的相关研究进展.     

冰川/积雪-大气相互作用研究进展

冰川和积雪是冰冻圈的重要组成部分,在全球或区域气候系统中起着极其重要的作用.开展冰川/积雪-大气相互作用研究,是研究冰冻圈物理过程及其对气候系统反馈作用的必然需求,也是研究冰川/积雪对气候变化响应的有效手段,同时还可为全球(区域)气候和水文模式提供冰川/积雪面的地表特征参数.近一个世纪以来,在冰川/积雪面辐射特征、能量通量计算方法和平衡特征等方面开展了许多观测试验和理论研究,并取得了卓有成效的研究结果.但是在准确获取辐射通量、研发普适性较强的反照率参数化方案、复杂地形条件下能量通量的计算,以及发展分布式能量平衡模式等方面尚存在许多不确定性,仍面临许多技术难点,也是未来的研究重点.     

Mercury distribution, partitioning and speciation in coastal vs. inland High Arctic snow

Atmospheric mercury deposition on snow at springtime has been reported in polar regions, potentially posing a threat to coastal and inland ecosystems receiving meltwaters. However, the post-depositional fate of Hg in snow is not well known, and no data are available on Hg partitioning in polar snow. During snowmelt, we conducted a survey of Hg concentrations, partitioning and speciation in surface snow and at depth, over sea ice and over land along a 100 km transect across Cornwallis Island, NU, Canada. Total Hg concentrations [THg] in surface snow were low (less than 20 pmol L⁻¹) and were significantly higher in marine vs. inland environments. Particulate Hg in surface snow represented up to 90% of total Hg over sea ice and up to 59% over land. At depth, [THg] at the snow/sea ice interface (up to 300 pmol L⁻¹) were two orders of magnitude higher than at the snow/lake ice interface (ca. 2.5 pmol L⁻¹). Integrated snow columns, sampled over sea-ice and over land, showed that particulate Hg was mostly bound to particles ranging from 0.45 to 2.7 μm. Moreover, melting snowpacks over sea ice and over lake ice contribute to increase [THg] at the water/ice interfaces. This study indicates that, at the onset of snowmelt, most of the Hg in snow is in particulate form, particularly over sea ice. Low Hg levels in surface snow suggest that Hg deposited through early spring deposition events is partly lost to the atmosphere from the snowpack before snowmelt. The sea ice/snow interface may constitute a site for Hg accumulation, however. Further understanding of the cycling of mercury at the sea ice/snow and sea ice/seawater interfaces is thus warranted to fully understand how mercury enters the arctic food webs.     

雪冰中生物质燃烧记录研究进展

生物质燃烧释放的大量温室气体和烟尘气溶胶能够显著改变大气化学组成、扰动大气环流和水文过程、影响地表辐射平衡,是地球气候和环境过程的主要影响因素之一。生物质燃烧产生的烟尘颗粒等能够随大气环流过程进行迁移输送,在重力作用下或随降水过程沉降到地球表面,成为沉积物地球化学的重要组成部分。雪冰中诸如黑碳、钾离子、左旋葡聚糖等特征标志物记录能够较好地反映区域乃全球尺度的生物质燃烧信息。利用雪冰开展生物质燃烧现代过程和历史记录的研究对系统认识地球气候环境演变过程具有重要意义。从雪冰中可用于开展生物质燃烧记录研究的特征指标、不同地区的研究现状以及生物质燃烧的影响因素等方面综述了近20年来国内外的主要研究成果。并对当前在青藏高原地区利用雪冰开展生物质燃烧记录研究存在的主要问题以及未来研究工作的重点进行了探讨。     

大气气溶胶中NO3- ,SO42-研究

根据对国内外有关文献资料的总结归纳，对气溶胶中ＮＯ＾－３，ＳＯ＾２－４的研究现状及其在不同类型样品中的浓度量值分别进行了阐述；对雪冰层中的ＮＯ＾－３和ＳＯ＾２－４进行了本底划分，并对这些本底的来源，组成及特征进行了分析。     

A non-steady-state compartmental model of global-scale mercury biogeochemistry with interhemispheric atmospheric gradients

A box model of mercury (Hg) cycling between the atmosphere and ocean is described and used to estimate Hg fluxes on a global scale (The Global/Regional Interhemispheric Mercury Model, GRIMM). Unlike previous simulations of this system, few assumptions are made concerning the rate of prominent marine biogeochemical processes affecting Hg (e.g., evasion, particle scavenging, and deep ocean burial). Instead, consistency with two observed atmospheric distributions was required: the interhemispheric gradient in total atmospheric Hg and the value for changes in the deposition of Hg from the atmosphere since industrialization observed in both hemispheres. Sensitivity analyses underscore the importance to modeling of the atmospheric lifetime of Hg, the magnitude of the interhemispheric gradient, the historical changes in Hg concentrations of various reservoirs, and vertical exchange between the surface ocean and the permanent thermocline. Results of the model indicate: lower evasional fluxes of Hg from the global ocean than previous estimates; a prominent role for particle scavenging as a removal mechanism from the surface ocean; a modest influence of dry processes (dust and gas) on Hg removal from the atmosphere; and an estimate of natural land-based sources of Hg to the atmosphere that is no more than about half that of anthropogenic sources.