构造古地理重建与动力地形

摘要：构造古地理是研究地质历史时期的构造过程和自然地理演化的科学。大数据时代的计算能力和效率的迅速提高及地球动力学模拟技术的发展,要求古地理研究应建立在全球板块构造背景下,重建“深时”、原位、原型的活动古地理。本文在综合分析国际、国内关于GPlates和CitcomS的地球动力学模拟软件平台的研究成果基础上,系统阐述了板块构造古地理重建思路、内容和方法,残余地形(动力地形)的分离技术、动力地形与板块俯冲、深部地幔流动的动力成因关系;介绍了利用地表动力地形等古地理资料进行约束,揭示板块运动过程、地幔动力学过程研究思路、方法;提出了古地理重建和地球动力学研究中应遵循的“定时、定位、定向和定型”的原则。将全球板块构造古地理模型(GPlates)与基于物理特性的地幔和岩石圈有限元模型(CitcomS)相结合,将动力地形与地幔活动过程研究相结合,对揭示4-D地球动力学具有重要理论意义。     

恢复生态学

回顾了恢复生态学的发展过程, 阐述了恢复生态学的定义及常用术语, 归纳了恢复生态学的理论基础和研究内容, 并对恢复生态学国内外研究现状、问题及其发展方向进行了简单综述。      

树轮宽资料所指示的川西过去气候变化

本文利用采自我国川西高原4个地点的树轮资料,在建立树轮宽指数序列和分析所建序列与气候要素间关系的基础上,重建了川西地区1650～1994年冬季平均最低气温距平序列,并分析了其高频、低频和周期变化的特征。结果指出,在重建的345年中,冷冬发生过22年,暖冬发生过26年;有过5个变冷、5个变暖和1个稳定阶段;19世纪前半叶为暖冬期,并变幅最小;本世纪的后半叶为冷冬期,但自60年代以来的增温显著;重建序列中存在着60a左右的长周期变化。     

油松年轮记录的河北围场公元1884年以来5～6月平均温度

相关函数分析表明,河北围场的油松年轮宽度指数与 5～6月平均温度显著相关,在此基础上,设计转换方程,重建了该地区1884年至2002年当年5月至6月的平均温度,重建序列的方差解释量达到43.7%(调整自由度后为41.3%)。重建温度序列表明,温度低于多年(1884～2002年)平均温度的时段主要有 1897～1901年、1913～1923年、1949～1978年和 1992～1995年; 高于多年平均温度的时段主要有 1884～1896年、1902～1912年、1924～1942年和 1979～1992年。重建的温度序列具有较大的区域代表性,它与陕西南五台 5～7月温度显著相关,年际尺度上相关系数为r＝0.18(N＝119,p<0.05),它也与由历史文献记录划分的大同北京二地旱涝指数及亚洲太平洋年代际涛动指数(PDO)均显著相关,表明重建序列在一定程度上反映了大范围的气候变化状况。     

基于《己酉被水纪闻》重建1849年上海梅雨期及其降水量

私人日记是重建历史时期高分辨率降水量序列的重要信息源.根据清代姚济所著的<己酉被水纪闻>中记录的上海(松江)1849年6月下旬至7月中旬逐日天气记录,辅以<清代长江流域西南国际河流洪涝档案史料>中的记载,确定了上海在大涝的1849年的入、出梅日期和梅雨期长度以及梅雨量,并重建了上海该年6月下旬、7月上旬、7月中旬以及整...     

煤矸石山的危害及植被生态重建途径探讨

长期的采矿活动使煤矿区大量的煤矸石堆积形成煤矸石山,成为矿区环境污染和恶化的主要因素之一。煤矸石山对矿区造成的危害主要包括引发火灾、破坏矿区景观、污染环境、形成地质灾害等。提出了植被生态重建治理煤矸石山的措施,其主要技术手段包括煤矸石山立地条件分析、山地整形、基质改良、植物种类选择和栽培等。通过合理的规划设计,最终实现矸石山稳定的植被生态系统。      

多信息的古地理重建

2002年12月3～5日,香山科学会议召开了第197次学就地质时期和人类历史时期古地理重建的多信息化、定量化、计算机化,各古地理分支学科的相互交叉、渗透和耦合,以及更有效地为生产实践和人类生存地理环境的维护和改善等重大问题进行了交流和探索。题;②古今地理环境与人类文明;③古地理与矿产资源的勘探开发及地理环境的整合问题。北京石油大学冯增昭教授、中国地质大学刘本培教授和中国科学院地理与资源科学研究所刘纪远研究员担任本次会议执行主席。1　我国古地理学研究现状与发展前景古地理是指地质历史和人类历史的自然地理环境。长…     

重建古气温的环境证据-方法差异性分析

重建过去气温是PAGES关注的焦点之一,由于环境证据类型与重建的方法不同,重建的古气温记录存在一定差异。环境证据类型中孢粉、植物硅酸体、综合证据、氧同位素、冰川-冰缘重建同一时段、同一地点的气温依次降低,孢粉与植物硅酸体指示的气温最为接近,综合证据与氧同位素较接近;这说明孢粉重建的气温数值偏高,冰川-冰缘证据偏低,它们分别主要指示了植物生长季节和冬半年或冷期的气温;而综合证据与氧同位素则可能比较接近实际气温。按照重建方法,转换函数法重建的全新世气温记录普遍高于自然地理因子指示法,而自然地理因子指示法重建的温度记录变化幅度更大(尤其是冷事件),说明因子指示法重建的气温记录对于百年尺度的极端事件记录更为灵敏。     

中国近500年来的气候模拟与重建资料对比

介绍了利用全球海气耦合气候模式ECHO G进行的小冰期以来的长时间积分气候模拟试验,并与中国区域温度重建资料作对比。共做了2个模拟试验：控制试验和真实强迫试验。首先将模拟结果与器测资料作对比,验证该模式模拟中国气候的能力;然后将模拟结果与中国10个区域重建的500年温度序列进行比较分析。均值、方差及EOF分析表明,对于1550年至今的时段,除了东北、新疆、西南地区外,其它地区模拟与重建序列的相关性尚好,相关的置信度超过90％;而对于1760年以来的时期,除了华南、西北、西南地区外,其它地区二者较为一致,相关的置信度均超过90％,表明气候模式ECHO G能捕捉到中国大部分地区温度的趋势及低频变化特征,也说明上述强迫条件是近500年来气候变化的主要控制因子。然而模拟的温度距平的空间差异性比重建资料的小,对于年代际、年际等短时间尺度的温度变化模拟与重建结果的吻合度较差。误差来自于重建和模拟两个方面。在重建资料方面,需要提高代用资料的代表性、精确性和可靠性;在模拟方面,应提高各强迫条件序列的精确性,同时应引入更多的强迫因子,如下垫面植被及工业气溶胶等。这样从两方面努力,才能更深入地刻划和认识中国历史气候演变及其成因机制问题。     

云南鹤庆盆地近1Ma来的气候序列重建初探

云南鹤庆盆地近1Ma来的孢粉植物群很好地揭示了本区的环境演化过程。本文利用植物生态位知识,通过模糊数学方法对鹤庆(QH)孔孢粉序列所记录的古气候信息进行重塑,建立了近1Ma来的年均温、年降水量及年较差序列,并将本区气候演化分为4个气候旋回,32个气候期。该序列可与黄土-古土壤序列及海洋^δ18O阶段对比,但冷暖波动的幅度及降温时段持续的长短有其特色,表明本区气候既受全球气候变化的控制,又受青藏高原阶段隆升的制约;近1Ma来气温的波动幅度呈递增趋势,0.30MaB.P.尤其显著;冷、暖段间年均温的变化幅度由第一气候旋回的7℃增大到第三气候旋回的9℃(按4次平滑值计算),而样点的实际最大差值由8℃增至16℃;最强烈的降温发生在第二气候旋回中的0.45～0.14MaB.P.时间段,这与玉龙雪山冰川活动规模最大相一致;降温时年降水量及年较差值增大,证实近1Ma来,西南季风区的气候组构与东南季风区不同。     

奥斯纳布吕克地区不同基质矿山废弃地的植被修复差异性

以德国奥斯纳布吕克地区3种基质类型矿山废弃地作为研究对象,分别对粉煤灰场地、煤矸石山、选煤厂尾矿及煤泥水沉积区3种基质类型的工矿废弃地土壤进行分层采样和理化性质指标分析,对比研究了矿区不同类型工矿废弃地不同基质的自然修复能力以及在进行植被重建时需要修复的土壤理化性质指标。结果显示:以煤矸石为主的场地自然修复能力高于粉煤灰基质和选煤厂尾矿及煤泥水沉积区基质类型。Helmstedt粉煤灰场地周边生长着一些芦苇;煤矸石场地Ibbenbueren和Piesberg山区自然生长着一些灌木;煤泥水沉积区因选煤厂仍在生产,沉积区无植物生长。      

用古植被面貌重建桂林3. 7万年以来的气候变化

末次冰期自37kaB. P.以来至9kaB. P.时段内,对桂林一带的影响主要是降温及降雨量减少,平均气温最低7～ 9℃ ,比现今低10～12℃ ,其间虽有波动,但未发现有冰川的证据。9～ 8kaB. P. ,桂林气候发生突变,在1ka 的时间内,平均气温的变化幅度达12～ 13℃ ; 8kaB.P. 时桂林年均气温升至21～ 22℃ ,比现今高2～ 3℃ ; 3. 69kaB. P. 时,气温升到最高,年均气温达22～ 23℃ ,比现今高3～ 4℃ ,年均降雨量也相应发生一定的变化      

历史文献中的气象记录与气候变化定量重建方法

历史文献记载是研究古气候变化的主要代用证据之一,对于定量重建过去数千年的气候变化序列具有独特价值.本文分析了中国历史文献中气象记录的特点及主要内容,重点梳理了利用各类记录定量重建气候变化序列的基本方法,并列举了通过多源记载集成、多时段记录衔接重建过去2000年中国东中部地区温度与干湿变化序列的校准案例;旨在为客观提取气候变化信息、获取高信度的气候变化数据和进一步发展利用文献记载定量重建气候变化序列的方法提供参考依据.主要认识是:1)历史文献中的气象记录主要有4类:天气、气象灾害、物候与区域气候特征及其影响记载;定量重建气候序列的基本方法有:回归分析、物理模型、分等定级、频次统计、类比分析等,但各类记录的来源、格式、连续性、详略与定量化程度不一,导致利用各类记录定量重建气候变化序列的方法也各不相同.2)对根据多源记载或不同方法反演的代用记录进行集成,利用回归分析、方差匹配、记录影响趋势剔除等校准技术,加强多源数据的相互插补方法研究,可解决古代气象记录的漏、缺记问题,是重建连续气候变化序列的主要途径.     

辽宁省柴河铅锌矿开采与重金属污染历史重建

通过对辽宁铁岭柴河铅锌矿及周边地区的土壤测量及柴河水库河漫滩沉积剖面的同位素测年研究,发现柴河铅锌矿开采导致的土壤重金属污染主要集中在柴河铅锌矿区周边3~5 km的范围内,土壤pH值表明土壤明显酸化。污染历史重建显示,1820年以来,随着沉积物中S含量的不断升高,其pH值累计下降2个单位;1900年以来河漫滩沉积物中的Cd、Pb、Zn累积明显;铅锌矿停止开采后,沉积剖面中Pb、Hg含量逐年降低;汇水域内的土壤酸化仍可导致土壤中累积的Cd和Zn对水库水体和库底沉积物造成二次污染,对水库鱼类的安全具有潜在风险。     

基于地理因子的现代降水空间模拟方法探讨

将经度、纬度、海拔、坡度、坡向、分区(干燥度)和植被等七个因子作为影响现代降水的地理因子,结合R语言程序、Arcgis空间分析和SPSS统计分析工具,探讨对现代降水进行空间模拟时,其影响因子与重建方法的选择。基于广义可加模型(GAM)用R语言实现了对现代降水影响因子的非线性分析,得到除坡度外其它各因子均与多年平均降水量之间大体呈线性相关;继而对各地理因子进行共线性检验,通过检验的因子使用最小二乘法建立与多年平均降水之间的多元线性回归模型。计算结果表明:逐次叠加地理因子进行回归分析时,其方程的R2均有提升,显示地理因子的类型对降水空间模拟具有一定的影响;非线性和线性建模中坡向因子的P值都大于0.05,说明在本研究中其对降水的影响不显著;线性回归建模的模型拟合优度R2为0.849,非线性模型的解释达到89.6%,两种建模结果都具有一定的可信度,对分析今后中国大范围区域中现代降水的影响因子及空间模拟方法具有重要的参考意义。     

基于显微CT图像的黄土微结构研究

黄土的工程性质与黄土的微结构特性密切相关。为了研究马兰黄土的二维孔隙特征和三维结构表征,实验土样用显微CT进行扫描,并重建三维图像。首先利用高斯滤波对切片图像进行降噪处理,接着用二值法对灰度图像进行统计得到二维孔隙特征,在此基础上重建三维图像,分别提取切块、团聚体和土颗粒的三维图像,得到它们的三维结构表征。研究结果如下:（1）对二维孔隙面积进行计数分析,土样的孔隙面积集中在0~2 000 μm2范围内;通过比较孔隙面积与总数的关系,可知中孔隙对土体的性质影响最大;对不同层面的孔隙比对比后,发现土体的孔隙分布在宏观上可视为均一的,微观上在土体的不同部位分布是不同的。（2）通过对三维图像进行分析,得到团聚体中土颗粒间有4种组合关系,分别为接触、连接、穿插和融合关系;土颗粒形态可分为4类,分别是椭球形、锥形、片形和条形。     

黄土湿陷性的微结构不平衡吸力成因论

分析了黄土粒间吸力的基本特性及其湿陷的微观过程,探讨了黄土在应力状态作用下由于浸水增湿而产生的微结构单元体滑移动力和阻力随饱和度、上覆土压力的变化规律,提出了微结构与广义吸力综合效应的湿陷性控制机理---微结构不平衡吸力成因论及其定量模型,从理论上分析了湿陷性与增湿水量、压力及深度的关系,揭示了土湿陷效应的内在规律。文中认为,湿陷过程就是水的楔入导致小孔隙广义吸力的逐渐丧失和大孔隙湿吸力的逐渐增大引起的微结构重建动力与重建阻力间的动态对抗过程。最后,讨论了湿陷的基本条件及影响因素。     

中国全新世分区气温序列集成重建及特征分析*

按照气温变化规律将中国气温变化划分为东北、华北北部、华东华南、华南、陕甘宁、川黔桂、新疆和滇藏高原区等8个分区。搜集有确切年代和气温数值的古气温记录1397条,以8个分区为单元进行整理,以日历年时间为坐标系,采用单样本区域订正—多样本平均集成法重建了东北、华北北部、华东华南、华南和滇藏高原区的全新世200 a分辨率连续集成气温序列。结果表明：5条分区连续气温序列与所在区域的高分辨率环境记录变化趋势基本一致,主要的百年尺度冷暖事件有较高的可比性;5条分区连续序列指示全新世气温变化可以分为明显的早期升温、中期大暖期和晚期变冷3个阶段;气温变化幅度区域差异较大,但主要的冷暖事件基本一致,暖期盛期发生在8～6ka BP,当时滇藏高原约比现代高2℃,东北高出3℃,华北北部高1.5℃,华东华南接近1℃,华南区仅高出0.5℃;主要冷事件发生在9.2、6.2、4.0和0.4 ka BP,其中,4.0 ka BP冷事件规模较大,滇藏高原、东北、华北北部、华东华南和华南区降低幅度分别为1.5、2、1、0.5和0.5℃。全新世期间各分区气温变化幅度也表现出纬度从北向南、海拔从高到低、气温变化幅度依次递减的特征。     

广西岩溶石山区生态重建中土壤资源开发利用与保护对策

生态环境恶化、人民生活贫困是岩溶石山地区的普遍问题,也是西部大开发战略着重要解决的问题。广西是我国岩溶石山分布最广的省区之一,重建可持续发展的石山生态,是我区面临的紧迫而艰巨的任务,如何合理开发、利用和保护在独特岩溶环境条件下形成的宝贵的土壤资源,将是生态重建中的核心。