世界超级生态工程之——非洲“绿色长城”

<正>2007年,非洲联盟研究通过了一项名为“绿色长城”的工程计划。工程区位于撒哈拉大沙漠南端年降雨量100-400毫米的区域,横跨非洲大陆,包括塞内加尔、毛里塔尼亚、马里、布基纳法索、尼日利亚、尼日尔、乍得、苏丹、埃塞俄比亚、厄立特里亚、吉布提11个国家,计划在长7775千米、宽15千米的区域内建立一条大型防护林带,旨在防止撒哈拉沙漠侵袭、     

埃及Faiyum盆地沉积物中粒度和磁化率对风沙活动的指示意义

埃及Faiyum盆地是尼罗河下游的泛滥平原,沉积物主要来自尼罗河和撒哈拉沙漠.本文通过对钻孔FYAM(孔深4.6m)沉积物的粒度、磁化率的分析,并结合石英形态、石膏和碳酸盐含量分析,旨在寻找Faiyum盆地沉积物中代表风沙活动的粒度、磁化率特征.研究结果显示,钻孔沉积物中共发现7种粒度频率曲线类型,主要为细粒组(6-2...     

利用动力学方法解算GRACE时变重力场研究

本文利用动力学方法建立GRACE(Gravity Recovery And Climate Experiment)K波段距离变率(KBRR)观测、轨道观测与重力场系数的观测方程,通过GRACE Level 1B观测数据,成功解算出全球月时变重力场模型——IGG时变重力场模型,并将2008—2009年的解算结果与GRACE三大数据处理机构美国德克萨斯大学空间中心CSR(Center for Space Research)、美国宇航局喷气推进实验室JPL(Jet Propulsion Laboratory)和德国地学研究中心GFZ(GeoForschungs Zentrum)发布的最新全球时变重力场模型进行详细对比分析.结果表明:IGG结果在全球质量异常、中国及周边地区质量异常的趋势变化、全球质量异常均方差、2~60每阶位系数差值以及亚马逊流域和撒哈拉沙漠等典型区域平均质量异常等方面与CSR、JPL和GFZ解算的RL05结果较为一致.其中,IGG解算结果在2~20阶与CSR、GFZ和JPL最新解算结果基本一致,20~40阶IGG解算结果与GFZ、JPL单位最新解算结果较为接近,大于40阶IGG结果介于CSR与GFZ、JPL之间;亚马逊流域平均质量异常周年振幅IGG、CSR、GFZ和JPL获取到的结果分别为17.6±1.1cm、18.9±1.2cm、17.8±0.9cm和18.9±1.0cm等效水柱高.利用撒哈拉沙漠地区的平均质量异常做反演精度评定,IGG、CSR、GFZ和JPL的时变重力场获取到的平均质量异常均方差分别为1.1cm、0.9cm、0.8cm和1.2cm,表明IGG解算结果与CSR、GFZ和JPL最新发布的RL05结果在同一精度水平.     

黄土高原见证季风和荒漠的由来

在世界地图上,华夏大地上的季风和荒漠可谓与众不同:第一,南北两半球的亚热带均以干旱环境为主(包括北非的撒哈拉沙漠、南非的纳米布沙漠、澳大利亚沙漠等),而同纬度的我国江南地区则为降水充沛的湿润季风区;第二,我国西北大漠与中亚干旱区连为一体,分布的纬度比其他干旱区要高得多;第三,虽然地球赤道两侧均为季风区,但其他季风主要影响南北回归线之间的低纬地区,只有东亚季风长驱直入,不仅影响低纬地区,而且可影响到4 0°N以北.我国几代科学家的研究发现,就在不久前的地质历史时期,华夏的季风和荒漠并非如此:当时江南处于干旱气候的控制之下,季风只影响我国最南部地区,在环境格局上完全与世界"接轨".今天特殊的东亚气候,源于后来一系列复杂的经历;而黄土高原正是其中渊源的一位可靠见证者.华夏季风与荒漠不仅与华夏山水的其他成员(如青藏高原、长江、黄河、黄土高原、秦岭等)有着明确的"亲缘"关系,而且依然相互作用,影响着我们今天的生存环境.     

基于GRACEKBRR数据的动力积分法反演时变重力场模型

基于动力积分法恢复了一组60阶的时变重力场模型WHU-Grace01s,且在位系数解算过程中仅使用KBRR数据.通过与CSR、GFZ和JPL发布的Release 05模型的阶方差和位系数误差谱对比可知,WHU-Grace01s模型在高阶次部分的阶方差较小,且对轨道共振现象不敏感.将WHU-Grace01s时变重力场模型与CSR、GFZ、JPL、DEOS、Tongji、ITG、AIUB和GRGS等8家机构发布模型通过相同的滤波处理,获得了全球地表质量变化的时空分布,从结果可以看出:各个模型计算的时变信号在空域上分布十分接近,且WHU-Grace01s模型计算的太平洋中心和撒哈拉沙漠区域的质量变化较小;对比几个典型质量变化区域,WHU-Grace01s模型和JPL模型计算的长江流域和珠江流域时变信号呈强相关,其相关系数分别为0.948和0.976,且与上述8个模型计算的两个流域时变信号的相关系数均达到0.9以上;在南极区域和格陵兰岛,WHU-Grace01s模型和其他各个模型均能反映区域冰川质量的积累或消融,且各模型计算获得的长期趋势变化结果相当.研究结果表明,WHU-Grace01s模型和国内外已发布机构模型具有很好的一致性,且受到轨道共振影响较小.     

利用运动学轨道提高GRACE时变重力场解算

基于变分方程法,本文利用GARCE高精度K波段星间测速数据KBRR,结合德国格拉茨大学发布的运动学轨道和GFZ发布的简动力学轨道作为两种伪观测值,分别解算了2005-2010年60阶全球时变重力场模型Hust-IGG01与Hust-IGG02.通过与GRACE官方机构发布的模型和其他国际主流权威模型进行对比,发现基于运动学轨道结合KBRR解算的模型Hust-IGGO1优于基于简动力学轨道结合KBRR解算的模型Hust-IGG02:在重力场系数C_(20)时间序列的统计数据上,Hust-IGG01比Hust-IGG02更接近SLR结果,在如C_(60)、C_(70)、C_(80)以及C_(90)等重力场低阶项上的数学统计均更接近CSR RL05;Hust-IGG01的重力场系数误差分布和GFZ RL05在同一水平,而Hust-IGG02的误差估计过于乐观;Hust-IGG02在主要质量变化区域上存在5%~10%信号低估,而Hust-IGG01能完全达到国际主流机构利用GPS观测数据的解算水平,Hust-IGG01与官方机构CSR、JPL和GFZ最新模型在格陵兰岛的冰川消融年际趋势分别是-125.4、-125.4、-127.3、-124.3 Gt·a~(-1),在亚马逊流域的平均等效水高周年振幅分别是17.56、17.40、17.46、17.22 cm,在撒哈拉沙漠的平均等效水高均方差分别是0.87、0.77、1.10、0.87 cm;另外在Hust-IGG01的实际应用上,本文分析了全球32个主要流域质量变化的年际趋势、周年振幅和半周年振幅三种信号模式,统计结果显示Hust-IGG01与CSR RL05结果基本吻合.     

利用GRACE重力卫星观测数据反演全球时变地球重力场模型

本文基于短弧长法开发了一套由低轨卫星数据解算重力场的系统ANGELS（ANalyst of Gravity Estimation with Low-orbit Satellites）,成功用GRACE Level1B数据解算出全球时变重力场模型（第一版IGG-CAS系列模型）,并与国际三大知名重力卫星相关研究机构：美国德克萨斯大学空间中心CSR （Center for Space Research）、德国GFZ地学研究中心（GeoForschungsZentrum）和美国宇航局JPL喷气推进实验室（Jet Propulsion Laboratory）发布的全球时变重力场模型（RL05模型）进行了详细的比较分析.通过每阶大地水准面差距的对比结果表明,IGG-CAS模型的精度接近RL05模型的精度.对以上四家机构在2004-2010年的时变重力场模型经过相同的去条带和高斯滤波处理,可以发现四家GRACE反演陆地水时变信号的空间分布十分接近,在长江流域反演的陆地水时变信号,两两之间的相关系数均大于0.8.通过反演撒哈拉沙漠干旱地区的时变信号来评估反演的精度水平,IGG-CAS、CSR-RL05、GFZ-RL05和JPL-RL05反演结果的均方差分别为1.5 cm、1.1 cm、1.1 cm和1.2 cm等效水柱高.综合表明IGG-CAS时变重力场反演模型的精度接近于目前国外主要机构最新公布的时变重力场模型.     

弧菌在海洋有机碳循环中的重要作用

弧菌(Vibrio)属于变形菌门中的γ-变形菌纲,是一类兼具遗传多样性与生态多样性的异养细菌,广泛分布于海洋环境中,尤其是近岸区域.弧菌是这些生境中可培养细菌的优势类群,其占比可高达10%.弧菌的分布受各种环境因子的控制,尤其是温度、盐度和溶解有机碳.弧菌可以利用多种大分子有机化合物,包括几丁质(大多数弧菌可以参与其代谢)、褐藻胶和琼脂等.许多弧菌具有很短的复制时间(代时短至10min),可使它们在短时间内发展达到较高的生物量.尽管弧菌通常只占总微生物种群的一小部分(约占近岸水体总浮游细菌的1%),但已有研究表明,它们在各种富营养条件下(如发生藻类水华时增加的有机物以及来自撒哈拉沙漠沙尘暴沉降的铁离子)可爆发性繁殖.因此,弧菌可能对海洋(尤其边缘海区域)有机碳循环产生巨大的影响.在基因组学和相关研究领域的探索,将会在分子水平上揭示更多的关于弧菌介导的生物转化和再矿化机制.     

地磁场的空间相关性及其在地震预报中的应用

本文扼要叙述了震磁关系研究的现状,阐述了“震磁效应”分析的基本原理,提出了“空间相关”和“现象相关”两种“震磁效应”分析的基本方法。作者应用我国华北地区若干台站资料,以局部地区地磁场空间相关性的分析为基础,重点讨论了“空间相关法”,给出了具体震例分析的初步结果。最后,就有关“震磁效应”分析的几个问题进一步做了简要讨论。     

甘肃东部温泉中稀有气体及微量组分与构造活动的关系

本文采集并分析了甘肃东部地区9个温泉的化学成分及热焓分布,分别讨论了氦及其同位素比值He³/He⁴、微量元素组分F^-、Cl^-、Li⁺的含量以及He⁴/Ar⁴⁰值的变化。上述各项指标在秦安地区出现了同步异常。最后,应用因子分析方法综合分析了变量与样品的信息变化,结果表明在秦安-清水-带可能有一隐伏断裂,并伴有岩浆挤入。     

三维模型电磁感应的数值解法

本文讨论了“虚点”和“虚微商”概念带来的矛盾和困难后,摒弃了电导率突变界面的模型,改用电导率渐变的模型去研究三维电磁感应的近似计算方法。在基本方程中考虑了电导率梯度项▽σ, ▽²B+1/σ（▽σ）×（▽×B）=i（4πσω）B. 文章的主要内容是给出有限差分法求解三维电磁感应问题的一般方程组。同时也作了一个简单的实例计算,以检验方程组运算的可行性。     

初值协调性对模式数值积分结果的影响

利用国家气候中心新一代全球大气环流模式BCC_AGCM2.0.1,考虑了初值协调性对模式数值积分结果的影响,进行了两组数值回报试验(简称S1,S2),对27年(1980～2006年)的夏季基本气候态进行了对比分析,并考察了该模式对夏季气候的回报技巧。使用交叉检验的方法,计算了对模式结果的评估参数值,包括时间和空间距平相关系数,对该模式性能进行了评估和检验。结果表明,BCC_AGCM2.0.1对季节尺度的大气环流场具有良好的模拟性能,模式基本上再现了观测位势高度场、温度场、流场的分布特征以及大尺度降水分布特征。500 hPa位势高度、温度空间距平相关系数对比表明,平均而言,500 hPa位势高度、温度的空间距平相关性,热带区域(30&#176;S～30&#176;N)高于东亚区域(0&#176;～60&#176;N,60&#176;E～150&#176;E)和全球区域。回报与观测的降水距平百分率相关系数分布对比表明,试验S2在我国江淮地区及南方地区的回报技巧要明显优于S1。     

三峡水库支流甲烷排放研究进展

甲烷(CH₄)对全球温室效应有着较大的贡献。三峡水库自2003年蓄水以来,其CH₄排放问题已受到广泛关注。但三峡水库反季节的运行方式,使支流库湾CH₄的产生和传输过程受到多方面的影响,进而导致其CH₄排放效应尚不十分明确。本文综述了三峡水库支流CH₄排放的研究进展,典型支流的CH₄排放通量普遍高于干流,位于三峡水库库尾的部分支流CH₄排放通量高于三峡水库库首及库中支流。大多数典型支流的CH₄通量在夏季均达到全年峰值,而在冬季高水位运行期均处于相对较低的水平。同时本文主要从水环境条件、水动力条件、人类活动及气象条件4个方面阐述了三峡水库支流CH₄排放的影响因素。1)水环境条件:支流水华后藻类衰亡分解过程会驱动CH₄释放,且藻类的演替过程会加剧CH₄的产生;温度可以直接影响CH₄的生成速率和消耗速率,也能通过促进藻的生长间接影响CH₄排放;支流相对较低的甲烷氧化菌丰度是其CH₄通量较高的原因之一。2)水动力条件:蓄水期CH₄主要以扩散的方式进行释放,支流较低的流速促进了悬浮物的沉积,上游沉积物中的CH₄含量高于下游;泄水期CH₄主要以冒泡的方式进行释放,下游沉积物中TOC急剧增加,但干流的入侵会削弱支流的温度分层,破坏藻类生长环境,间接影响CH₄通量。3)人类活动:农业耕作使支流水体中的营养物浓度增加,甲烷氧化菌的丰富度降低,细菌群落的营养相关代谢增强;建设用地扩大、支流筑坝增加抑制了有机物的传输,增加了水体中的产CH₄底物,促进了CH₄的产生。4)气象条件:降雨会携带更多营养物质进入支流,同时会增加水体浊度、破坏水体的温度分层,从而对CH₄的产生和传输过程造成影响。最后对未来的研究热点进行了展望,以期为三峡水库CH₄排放的控制和管理提供参考。     

基于水化学和物理方法的井水位异常分析

针对2008年汶川M_S 8.0地震后江苏地区的地震观测井水位上升现象,选取了苏18井和井周边地表水进行了水化学和物理分析,研究了井水位异常与地表水和大气降水的补给关系,讨论了井水补给来源及其与高邮-宝应M_S 4.9地震的关系。离子含量和氢氧同位素结果表明,苏18井水主要为大气降水成因,存在一定的水岩作用。应用氯离子分析降水对地下水的补给,其结果显示大气降水在井水补给源中占了重要份额,井水位的突然上升与同期降水量增加有一定关系。水库水与苏18井水之间存在水力联系,大气降水增多致使水库水位升高,对该井水位变化有一定的影响。综合分析认为,大气降水的增多致使水库蓄水增加,水库水通过侧向渗透补给造成了2011年苏18井的水位显著升高。苏18井异常不是由构造活动引起的,作为高邮-宝应M_S 4.9地震的前兆依据不充分。水化学和物理结合的方法为今后判别地下水位异常干扰提供了依据。     

局部地区地磁日变分析方法及中国地区S_q场的经度效应

本文首先介绍了舒斯特（Schuster）以及别科娃（Benkova）日变分析的方法,并提出了利用“逐次近似法”分析日变经度效应的新方法;然后介绍了利用“逐次近似法”对中国地区1959年s_q场分析的初步结果。结果表明,“逐次近似法”对于局部地区日变分析是适宜的。     

巴塘地震台近震弱S波震级偏差研究

分析了2009年至2012年巴塘台测定的M_L≥3.0的近震共540个,计算出了它们与中国地震台网中心(CSN)发布的M_L震级之间的偏差,找出了巴塘台弱S波出现的区域。用相同标准震级,相等震中距的方法,找出了正常波形记录与弱S波波形记录之间的振幅比,计算出了弱S波地震的震级偏差程度,发现该台记录到的弱S波的比例高达46.5%,弱S波的震级偏差达0.7,其结果有利于地震震级测定的准确性.     

四川长宁MS6.0地震区域构造应力场特征分析

2019年6月17日在四川宜宾市长宁县（28.34°N,104.90°E）发生M_S6.0地震,余震发育。本文利用区域测震台网的地震观测数据基于CAP方法计算了28°~29°N,104°~105°E范围内的14个M_S>3.0以上地震的震源机制解,结合全球矩心矩张量目录和部分前人研究结果中该区域的共27个震源机制解数据,应用MSATSI软件反演了研究区域的应力场。将研究区域按0.1°×0.1°划分成25个应力网格,最终得到9个网格的应力分布结果,大多数应力场方向稳定,根据主震所在应力网格点得到主震的断层类型为主逆冲型。本文研究成果为四川长宁地区的孕震机理、活动构造以及地震趋势判定提供了可靠的参考依据。     

充流体的裸眼井中弹性波的传播

本文分析了具有有限大小的柱状声源下充流体的裸眼井中弹性波的传播,给出了弹性波场的解析结果,表明在某些条件下可发生共振,提出了所谓“频率-功率测井”及“频率测井”的设想。     

河流水-气界面CO2脱气时间尺度变化研究进展

河流作为连接陆地和海洋碳库之间的通道,是全球内陆水体碳排放最主要的载体,在全球碳循环中发挥着至关重要的作用。全球河流水-气界面二氧化碳（CO₂）脱气显著的时间异质性特征研究有助于深入理解其碳循环过程与机制,也为准确评估碳通量以及完善碳循环模型提供了科学支撑。本文系统梳理了国内外的相关研究成果,总结了目前河流CO₂脱气通量在昼夜、季节以及多年尺度上的动态变化及其影响因素,指出其昼夜变化与季节变化存在一定的周期性,并对不同空间尺度上CO₂脱气通量的时间差异进行讨论。同时分析当前研究中的不足,认为缺乏河流二氧化碳分压（pCO₂）与CO₂脱气系数（k）高分辨率且长期连续的直接测量,限制了河流CO₂脱气通量时间尺度变化的周期性及相互之间关系的厘定,使得气候变化与人类活动对河流CO₂脱气时间动态的影响仍然难以量化与预测。最后,根据目前存在的问题,展望了未来的研究重点,为全球河流水-气界面碳循环过程与机制、模型研究提供新的思路与方向,以及可以更准确地评估和预测未来河流碳排放的变化趋势。     

琼中台重力非潮汐变化气压与海潮负荷改正

本文对琼中台连续重力观测数据进行收集整理并处理,基于处理后的数据,进行了潮汐分析和非潮汐分析。潮汐分析采用VAV调和分析方法;非潮汐分析则分别进行了零漂改正、固体潮改正、气压改正和海潮改正。其中,零漂改正采用一般多项式拟合零漂的方法;气压改正采用VAV软件;海潮改正运用SPOTL程序,以NAO.99b潮汐模型计算了琼中台海潮负荷值。最终获得了改正后的琼中台重力非潮汐变化,结果表明琼中台的重力气压导纳值为-0.34×10^-8m/s²/mbar,气压改正幅度约为10×10^-8m/s²,海潮改正幅度约为5×10^-8m/s²。改正后,琼中台重力非潮汐变化数据,比仅进行零漂固体潮改正后的重力非潮汐变化数据中的潮汐信号更加微弱,说明进行海潮改正后的效果是明显的,该方法可进一步去除其中的潮汐信号。