1979—2013年北太平洋海表面盐度变化及其与淡水通量的关系

利用海洋再分析资料,对北太平洋海表面盐度（Sea Surface Salinity,SSS）变化及其与淡水通量（Fresh Water Flux,FWF）的关系进行研究。结果表明：1914—2013年SSS存在增大趋势,且有25～30 a的周期变化;1979—2013年SSS存在先减小后增大趋势,且有7～12 a的周期变化。北太平洋SSS变化的活跃区域位于黑潮及其延伸区（A区）和北太平洋中部偏东地区（B区）。A区和B区SSS在2000年之前存在减小趋势,在2000—2009年出现明显增大趋势。A区和B区SSS变化与北太平洋FWF变化显著相关,其中A区SSS受局地FWF影响较大（最大相关系数出现在FWF超前16个月）,B区SSS受局地FWF影响较小（最大相关系数出现在FWF超前20个月）。北太平洋FWF与A区SSS的相关表明：它们存在较大范围的正相关区,正相关区主要位于黑潮延伸区（A区东部）,且正相关大值区随着FWF超前时间缩短而向东移动。对应于北太平洋温度年代际变化,SSS也存在显著的年代际变化,并且北太平洋关键区盐度变化能够表征北太平洋气候变率,它可以作为北太平洋气候变率的替代指数。     

A model for integrated spatial land use characteristics linking to surface nutrient concentration

Quantifying land use heterogeneity helps better understand how it influences biophysical systems. Land use area proportions have been used conventionally to predict water quality variables. Lacking an insight into the combined effect of various spatial characteristics could lead to the statistical bias and confused understanding in previous studies. In this study, using spatial techniques and mathematical models, a diagnostic model was developed and applied for quantifying and incorporating three spatial components, namely, slope, distance to sampling spots, and arrangement. The upper catchment of Miyun Reservoir was studied as the test area. Total nitrogen, total phosphorus, and chemical oxygen demand of water samples from field measurements were used to characterize the surface water quality in 52 sub-watersheds. Using parameter calibrations and determinations, combined spatial characteristics were explored and detected. Adjusted land use proportions were calculated by spatial weights of discriminating the relative contribution of each location to water quality and used to build the integrated models. Compared with traditional methods only using area proportions, our model increased the explanatory power of land use and quantified the effects of spatial information on water quality. This can guide the optimization of land use configuration to control water eutrophication.     

湘江下游河床沉积物元素地球化学背景值估算

本研究对湘江下游河床沉积物进行了元素地球化学分析,在认识沉积物元素地球化学特征、甄别人为源与自然源重金属的基础上,估算了沉积物的元素地球化学背景值。结果表明:SiO2、TiO2、Al2O3、Fe2O3、K2O等主量元素及V、Co、Cr、Ba、Sc、U、Sr、Ga、Ge、Rb、Nb、Y、REE等微量元素在沉积物中含量变化相对稳定(Cv<0.2),分布相对均匀,且富集不明显(EF<2.0,Sr明显亏损)。而MnO、MgO、CaO、Na2O、P2O5等主量元素,及Cd、Mn、Cu、Pb、Zn等重金属在沉积物中含量变化大(Cv>0.25),分布极不均匀,且沉积物中重金属明显富集(EF>2.0)。主成分及Pearson线性相关性分析显示,沉积物中不明显富集的微量元素主要赋存于难溶硅酸盐矿物相中,为自然源元素。而沉积物中显著富集的重金属主要赋存于铁—锰氧化物等矿物相中,为有人为源叠加的元素。故针对不同来源特征的元素用不同的方法进行了背景值计算,求得沉积物中47个元素的背景值。再利用元素比值等方法对所得背景值进行检验。结果表明,本文得到的湘江沉积物元素背景值合理,可用作流域沉积物重金属污染评价参考。     

准噶尔盆地车排子北部地区沙湾组碳酸盐胶结物差异性分布控制因素

通过铸体薄片、AxioVision图像分析、岩芯常规分析、地层水测试等方法,在明确了碳酸盐胶结物类型的基础上,采用多方法进行了碳酸盐胶结物含量的测定,探讨了准噶尔盆地车排子地区北部沙湾组碳酸盐胶结物差异性分布控制因素,并揭示了其对储层物性、油水分布的影响。研究表明,车北地区沙湾组储层中发育大量的早期碳酸盐胶结物,不均匀充填部分原生粒间孔,具有强烈的非均质性;在岩芯常规测定碳酸盐胶结物含量的基础上,利用多次数、多视域的AxioVision图像分析补充测定了碳酸盐胶结物含量,与岩芯常规测定结果对比相对误差-0.14,弥补了数据点的不足。碳酸盐胶结物含量平面上具有"北高南低"的差异性分布特征,胶结物形成于封闭性好、水体交替停滞的还原环境中,地层水Ca~(2+)含量的差异决定了碳酸盐胶结物分布的差异,而地层水Ca~(2+)含量的差异主要受古地貌控制,古高地水体较浅易富集Ca~(2+)是CaCO_3沉淀的良好场所,沉积微相在局部井区起到一定的控制作用。碳酸盐胶结物差异性导致研究区储层物性具有"双峰值"特征,并造成了高黏超稠油油藏复杂的油水分布关系。     

万象盆地不同成钾区的水不溶矿物对比及其指示意义

老挝万象盆地属于沙空那空盆地的次级盆地,沉积了厚层的钾石盐矿,而钾石盐中还存在着部分水不溶物,通过研究不同成钾区域的钻孔发现:水不溶物主要包括硬石膏、方硼石、白云母、石英、水氯硼钙石、碳酸盐矿物以及零散的黄铁矿,通过水不溶矿物在钻孔中的分布及组合特征发现,钾盐从析出到结束,水不溶物出现规律性特征:钾石盐含量越多方硼石含量也越多,而硬石膏且越少,并在钾石盐高峰期出现鲕粒方硼石,鲕粒方硼石分布表明成钾晚期沉积环境为动荡的浅水环境.水不溶矿物组合、形貌特征及硼同位素分析研究显示,在万象盆地成钾阶段,钾盐沉积不是一成不变的而是具有明显的阶段性,其过程可以分为石盐沉积晚期,钾盐沉积早期,钾盐沉积中期和钾盐沉积晚期等4个不同阶段,其中钾盐阶段中期为钾盐沉积高峰期.因此,水不溶物研究能够很好地反演钾盐沉积环境,可作为古蒸发岩沉积研究的重要指标.     

2010—2020年黄河下游河南典型灌区浅层地下水中砷和氟的演化特征及变化机制

黄河下游典型灌区河南段是豫北平原重要的农业种植区。该地区浅层水质整体较差,因常用于作物灌溉或家畜饮用,会对人体健康产生风险,因此对该地区地下水中砷与氟浓度变化特征和机制的研究将有助于提高对该地区地下水污染的认识水平。本文基于2010年和2020年在灌区范围内采集的327组浅层地下水样品,研究区内地下水砷和氟分布情况,并在此基础上对比研究十年间灌区浅层地下水中砷、氟的演化特征,探索分析砷与氟浓度及空间变化机制。研究结果表明：该地区浅层地下水中存在砷与氟超标问题,2020年浅层地下水中高砷（砷浓度大于10μg/L）和高氟（氟浓度大于1mg/L）的样品数量分别占总数的26.1%和26.06%。高砷水分布在太行山前洼地与黄河冲积平原等泥沙互层结构的沉积环境中,还原性较强,同时地下水径流不畅,较强的阳离子交换作用使得其所处环境中Ca²⁺浓度较高。近十年间砷浓度增加的水样占总数31.8%,砷浓度减少的水样占36.7%。砷浓度的增长（减少）是地下水还原性增强（减弱）使得锰氧化物溶解释放（吸附）导致。近十年间不同地区农业灌溉和水源置换等用水方式导致水位变化是引起砷浓度变化的潜在因素。高氟水主要分布在河南新乡与濮阳的黄河沿线,氟离子浓度受到沉积物中萤石等钙质矿物溶解影响,使得高氟地下水出现在低钙环境中。近十年间研究区中氟离子浓度减少的占总数60.2%,氟离子浓度增加的占32.1%,整体变化趋势向好,但是高氟区中氟离子浓度继续增加。氟浓度的变化同样受到Ca²⁺变化影响,在Ca²⁺浓度降低（升高）时氟浓度进一步升高（降低）。地下水中氟升高地区分布在黄河沿线,因此受到黄河水补给影响较大,地下水径流条件较好,阳离子交换作用减弱,使得Ca²⁺浓度降低,此时地下水中砷浓度受到环境影响而降低,因此研究区氟增加地区中砷与氟的分布和演化呈现反向关系。     

喜马拉雅珠峰地区冬季大气气溶胶化学组分及光学特征

为了研究喜马拉雅山北坡冬季大气气溶胶化学组分、光学特征及来源,2017年11—12月在珠穆朗玛峰站（QOMS）共采集22个PM_2.5样品。结果显示：PM_2.5中包括水溶性离子（WSIs）、有机质（OM）、元素碳（EC）在内的所有检测成分,总质量浓度为（3.36±1.06） μg?m^-3;有机碳（OC）、元素碳（EC）和水溶性有机碳（WSOC）的浓度分别为（1.10±0.38）、（0.13±0.12）和（0.84±0.24） μg?m^-3,浓度水平与偏远地区相当,低于季风前。碳质成分（OM+EC）占所有测试成分比例为73.6%,与之前珠峰站报道的研究结果相近。用PM_2.5水溶性组分在365 nm处的光吸收效率（Abs₃₆₅）来表征水溶性棕色碳（WS-BrC）,它与WSOC、K⁺存在较好的相关性（R²=0.63、0.50）,而与EC相关性弱（R²=0.01）,说明水溶性棕色碳可能源于生物质燃烧和二次反应。MODIS火点信息和气团后向轨迹分析进一步表明,尼泊尔地区的燃烧活动是珠峰站冬季碳质气溶胶的重要来源。同时,喜马拉雅山脉独特的局地风场是污染物跨境传输至珠峰地区的重要原因。     

基于投入产出理论的水资源研究进展及水资源管理展望

近年来,气候变化背景下的水资源问题得到日益增加的关注,其研究从水资源短缺、供需平衡等内容转向适应可持续发展的综合研究。基于投入产出理论的水资源研究,从系统循环的角度分析资源的流动性和持续性,能够揭示水资源-经济社会复合系统中各要素的内在数量关系,提出面向可持续发展的水资源价值观和方法论。首先,从模型拓展和实际应用两条主线梳理了国内外基于投入产出理论的水资源相关研究。在模型方面,概括了投入占用产出模型、水资源投入产出模型和区域间投入产出模型的发展和适用性,对比分析了不同区域间投入产出模型的优缺点。在应用方面,分别从不同时空尺度、驱动力因素等方面对虚拟水、水足迹和水资源优化配置三个热点内容进行了整理,并指出：基于投入产出理论的水资源研究基本建立在价值型模型的基础上;区域间投入产出模型已成为分析区域间经济结构、资源流动等环境问题的重要工具。其次,讨论了投入产出模型在冰冻圈水资源管理中的应用,提出基于服务角度的水资源管理模式。最后,展望了投入产出理论在水资源研究中的应用,以期能够为决策者提供额外的信息以便更好的管理水资源。     

不同荷载条件下冻土融化沉降过程试验研究

融沉是困扰多年冻土区工程建设与安全运营的关键因素之一。通过室内试验,针对两种初始干密度不同的青藏粉质黏土,在-8~24 ℃之间正弦波动的周期温度边界条件下,分别开展了无荷载、静荷载及动荷载作用下冻结饱和试样的融沉试验（试样的初始温度为-1 ℃）,研究了试样内部温度、变形、孔隙水压力的时间变化过程。结果表明：温度边界相同时,在不同荷载作用下试样内部温度响应过程差异显著,反映了荷载对冻土融化速率的影响。在无荷载作用下,试样的竖向变形呈线性发展趋势,每次冻融过程中的融沉变形变化不大。在静荷载和动荷载作用下,试样的竖向变形呈先快速增加后逐渐稳定的趋势,且融化沉降变形主要发生在前3~4个冻融循环过程。试验结束时,在静、动荷载作用下试样最终变形量大于无荷载作用下,且干密度较小时竖向变形较大。在动荷载作用下,试样内部孔隙水压力变化幅度大于静荷载,且在前3次冻融循环过程中,动荷载作用下试样内部孔隙水压力消散数值大于静荷载,之后随着冻融循环次数的增加两者差异逐渐减小。试样融沉变形过程与温度变化、孔隙水压力的积累和消散过程密切相关。试验结果可为复杂边界条件下融化固结理论研究和工程中地基土体的融沉变形预测提供依据。     

四川稻城海子山方枝柏树轮宽度与气候因子的响应关系研究

对四川稻城县海子山高原上的方枝柏进行树芯采集,经交叉定年后建立林线上限位置的方枝柏树轮宽度年表。标准化年表与气象资料的响应分析结果揭示了该地区树木生长主要受当年生长季前期温度条件的控制。轮宽指数与前一年9月到当年2月的平均气温呈显著正相关（R=0.56,P<0.01）。由此重建了该地区1850—2019年这170 a的前一年9月到当年2月平均气温的变化,转换函数方差解释量31.7%。重建结果与邻近地区树轮记录的温度变化具有较好的一致性。重建序列显示工业革命以来,研究区经历较冷的时期有：1870—1890年和1960—1980年;较暖的时期有：1884—1892年、1919—1925年、1940—1960年以及1980—2019年。1940—1960年是20世纪最暖的时期,20世纪60年代后温度呈现下降趋势,1980年开始气温保持持续升高,2010年之后气温有小幅下降。重建气温序列与太阳黑子数变化和北大西洋多年代际涛动AMO有较强的响应,揭示了太阳活动、海温等因子可能对该区温度变化产生重要影响。