南海开放共享航次关键科学问题的思考——从多尺度海洋动力学角度出发

南海是西太平洋最大的边缘海, 通过一系列的海峡与西太平洋和印度洋相联通, 其不同时空尺度的海洋环流动力过程及其生态环境效应是南海区域海洋学研究的重要内容。自20世纪50年代末全国第一次海洋普查开始, 我国对海洋调查的支持力度不断加大, 以科学考察船为代表的海洋科学观测平台建设不断加强; 进入新千年以来, 国内海洋科考船依托的各主要研究所和院校本着开放的理念, 先后组织多单位联合进行海上观测。尤其是最近10年, 国家自然科学基金委员会支持实施了船时共享航次计划, 进一步促进了国内海洋界的交流和合作, 南海区域海洋学的相关研究取得了很多重要的成果。从多尺度环流动力学的角度出发, 本文简要回顾了南海海洋观测的发展历程, 并初步总结了近些年来南海关键科学问题的研究进展, 包括南海和西太平洋的水体交换过程、南海中小尺度过程、多尺度相互作用及其生态环境效应等; 并且在现有的研究基础上, 对未来南海的观测和科学问题提出若干思考与展望。     

南黄海物理-生物地球化学过程的时空异质性及内在关联和机制

研究多重物理过程控制下陆架边缘海生物地球化学过程的时空异质性及其生态响应，对于深入认识海洋生态系统具有重要的意义。基于相关历史观测资料和卫星遥感海表温度，本文综合分析了南黄海物理-生物地球化学过程的时空变化和空间异质性特征，探讨了该海域内部典型地理单元之间的内在关联和机制。结果显示，冷季沿岸流南向输送和暖季锋面上升流垂向输运的季节性交替是影响石岛外海与海州湾外侧海域生物地球化学和初级生产的重要物理过程。夏季苏北沿岸水的东北向扩展可形成浒苔离岸/跨区域输送的动力驱动。暖季水体层化显著影响着南黄海中部冷水团海域的生物地球化学过程，春至秋季冷水团海域底层水体中的营养盐逐渐累积，形成了营养盐的重要贮库；层化季节黄海冷水团边界锋区上升流系统的存在使得南黄海叶绿素a和初级生产力高值区位置同海表低温涌升流区总体相一致。冷季南黄海西部南下的冷水与中部北向入侵的暖水共同导致了“S”型锋面的形成；暖季黄海冷水团边界锋区的上升流系统是连接层化海域和近岸区的纽带，可实现对冷水团内部营养盐的提取，从而将冷水团内部和边界区的生物地球化学过程形成有机连接，并在成山角-石岛外海、海州湾外侧、苏北浅滩东部形成三个典型的物理-生物地球化学相互作用区。本研究细化和整合了南黄海区域海洋学研究，揭示了该海域物理-生物地球化学过程的空间异质性特征和不同地理单元之间的关联性及机制，获得了对南黄海水文-生物地球化学-生态过程的综合、系统认知。     

利用微波等离子体炬四极杆质谱在线测定稀土矿样中的多种稀土元素

随着稀土的应用越来越广泛,开发稀土元素的快速在线检测技术已日趋成为行业发展的需求。本文以微波等离子体炬(MPT)为离子源,以四极杆质谱仪(QMS)作为质量分析器建立了一种快速、直接检测水样中稀土元素的质谱检测方法,并将其应用于分析稀土矿样中的多种稀土元素。研究表明,应用MPT-QMS测定水样中的钇、镧、铈、钕、铕五种稀土元素,检出限(LOD)可达11.0~60.5μg/L,测定范围为50~1000μg/L。当分析固体稀土矿样时,样品经酸溶处理后通过气动雾化形成气溶胶,再进行冷却干燥,气溶胶由MPT的中心管道进入等离子体中,产生稀土元素复合离子,再引入QMS中进行分析,即可以定量地测定矿样中稀土元素的含量。同一样品用电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)进行对比实验,两者的检测结果在数量级上接近,证明了MPTQMS方法在半定量的意义下是准确、可靠的,因而这种快速的检测方法可发展成为水体中金属元素的现场分析方法,应用于环境水、生活水质量在线监测等领域。     

TRMM星载测雨雷达和地基雷达反射率因子数据的三维融合

TRMM卫星上的测雨雷达(TRMMPR)探测资料分布均匀且具有很高的垂直分辨率,但灵敏度较低;地基雷达(GR)水平分辨率较高且具有较高的灵敏度,但其垂直分辨率低。通过将TRMM PR与GR反射率因子数据的三维数据融合,得到了更优的反射率因子图像。测雨雷达与地基雷达三维数据融合主要分为以下几步:测雨雷达与地基雷达数据预处理——如去杂波、衰减校正;测雨雷达与地基雷达时空匹配;选取和应用合适的三维图像融合算法;对融合后的图像进行效果评估。试验结果表明:融合后的图像不仅增大了信息量,更好地检测弱降水,还提高了空间三维(3D)分辨率,能更好地反映降水区域细节,且使得数据总体上具有更高的完整性和可靠性。此外,还将基于雷达资料估测的降水数据与地面雨量计数据进行对比,估计反射率因子数据融合在降水测量上的有效性。      

南京雷达数据的一致性分析和订正

运用几何匹配法处理了南京雷达和热带测雨卫星(Tropical Rainfall Measuring Mission,TRMM)上搭载的测雨雷达(Precipitation Radar,PR)的反射率因子探测资料,统计分析了2008—2013年共245个时次的匹配数据。 以TRMM PR工作多年持续稳定特征为参照,揭示了南京雷达6 a的探测资料情况。结果表明,南京雷达和TRMM PR探测降水具有较强的一致性,6 a时间里南京雷达存在一定的运行不稳定情况,南京雷达0℃层以下数据存在“3段特征”:时段Ⅰ2008年1月—2010年3月,时段Ⅱ2010年3月—2013年5月,时段Ⅲ2013年5—10月。3个时段之间整体回波强度有差异,时段Ⅱ整体回波强度比时段Ⅰ、Ⅲ偏小2—3 dB;而3个时段内的回波整体保持相对的稳定,南京雷达与TRMM PR的回波强度差值随回波强度的变化呈线性关系;在中低回波值时TRMM PR比南京雷达大,在中高回波值时南京雷达比TRMM PR大。基于两种雷达回波强度值的拟合关系,对南京雷达的反射率因子进行分段线性订正,有效地改善了南京雷达的一致性:3个时段回波强度的整体差异减小到0.75 dB以内;在245个匹配时次和105894个匹配点上南京雷达和TRMM PR的反射率因子的相关系数增大,南京雷达-TRMM PR值的标准差减小。     

气候变化情景下黄淮海区域热量资源及夏玉米温度适宜度

利用黄淮海区域90个站点1971—2000年逐日气象资料以及国家气候中心发布的未来气候变化情景(A1B)下区域气候模式(Reg CM3)模拟的黄淮海区域1951—2070年0.25°×0.25°格点气象资料,结合夏玉米主要生育期对温度的需求,构建了黄淮海区域的温度适宜度和变异系数模型,并对1951—2070年黄淮海区域热量资源、夏玉米主要生育期的温度适宜度及其变异系数的时空变化特征进行分析。结果表明:1)黄淮海区域≥10℃积温和80%保证率下日平均温度≥10℃的初日均呈现由北向南依次增加的趋势,且随时间推移,分别呈增加和提前趋势。2)黄淮海区域夏玉米播种—出苗期的温度适宜度随时间整体呈逐渐上升的变化趋势、其变异系数随时间呈降—升—降的变化趋势;出苗—抽雄期的温度适宜度随时间呈先降后升的变化趋势、其变异系数呈降—升—降—升的变化趋势;抽雄—成熟期的温度适宜度空间上呈现2010年前北低南高、未来情景下中部低四周高的分布趋势,时间上呈2010年前稳定、未来情景下先降后升的变化趋势,其变异系数呈相反变化趋势;3)黄淮海区域夏玉米温度适宜度及其变异系数从播种—出苗期—出苗—抽雄期—抽雄—成熟期均呈反相位的变化关系。     

天津蓟县东水厂锰方硼石矿床成因新认识

天津蓟县东水厂锰方硼石矿床是世界上唯一一个具有经济开发价值的锰方硼石矿床,锰方硼石赋存与中元古代高于庄组二段泥晶白云岩中。本文通过微量元素分析探讨了锰方硼石的成矿环境,测定结果显示Sr/Ba=0.125~0.128;V/(Ni+V)=0.230~0.320;Th/U=4.356~4.898;V/Cr=0.018~0.026,各微量元素对比值范围变化不大;LREE总量为66.12×10~(-6)~67.90×10~(-6),HREE总量(包含Y)为18.88×10~(-6)~19.56×10~(-6),LREE/HREE值为3.38~3.60,Y/Ho值介于28.25~29.14之间,δCe介于0.829~0.854之间,显示为弱的负Ce异常,δEu值介于0.831~0.846之间,显示为弱的负Eu异常。地球化学数据指示其成矿环境属海相沉积环境,海水环境为相对氧化的状态,成矿过程中有陆源物质的加入。Sm/Nd-Eu/Sm图解表明研究区与柴达木盆地第三系蒸发岩较为相似,反应锰方硼石成矿时具有类似的蒸发成因。通过对硼同位素(δ~(11)B的数值范围为1.4‰~10.7‰)的解译进一步探讨了锰方硼石在原生成矿阶段的具体成因(海相蒸发沉积)。结合前人所做的锰方硼石地球化学数据,对东水厂锰方硼石矿床的成因做出了新的解释,即锰方硼石成矿时应属海相蒸发成因,而热液活动的过程则可能是发生于锰方硼石成矿之后,属后期热液改造作用,从而形成了锰方硼石复杂的地球化学特征。     

Triterpenols as Proxies for Tracking the Mangrove Evolution in China

正Objective Located at the interface of terrestrial and marine ecosystems,mangroves are particularly sensitive to environmental changes.They provide a sedimentary sink for organic carbon,whereby core samples could provide detailed records of mangrove evolution.Human induced,rapid environmental changes in recent years require a better understanding of the mangrove ecosystems evolution in the past,by reconstructing the past mangrove     

湖南湘潭锰矿的地球化学特征及成矿机制

湘潭锰矿床的锰矿层赋存于新元古代南华系(成冰系)大塘坡组底部含锰黑色页岩中,含锰矿物主要为菱锰矿。湘潭锰矿的Fe/Mn值低,Th/U、V/(V+Ni)和V/Cr值等地球化学指标显示其发育在氧化-次氧化的沉积环境中,暗示菱锰矿并不是由Mn~(2+)和CO_3~(2-)直接沉淀形成的。湘潭锰矿稀土元素含量高,稀土元素配分模式存在轻微的中稀土元素富集,具有明显的Ce正异常,这些特征指示湘潭锰矿含锰矿物是以锰氧化物或氢氧化物的形式沉淀的。同时,锰矿的碳同位素富集碳的轻同位素,说明有机物参与了菱锰矿的形成过程。综合分析表明,湘潭锰矿成矿过程可以分为沉淀和转化两个阶段:在氧化性的水体中,Mn以氧化物或氢氧化物的形式沉淀;在缺氧且富含有机物质的成岩环境中,Mn氧化物或氢氧化物被有机物还原而转化生成菱锰矿。这与华南地区其他几个典型的大塘坡式锰矿的成矿机制一致。