民勤绿洲地下水开采时空动态模拟

地统计学方法的应用已由最初的地质学领域广泛推广到土壤学、生态学等领域, 但在地下水特征的时空模拟方面应用还较少, 结合地理信息系统(GIS), 运用地统计学方法分析了石羊河下游民勤绿洲近15年来地下水特征的时空变异规律及其与土地利用变化的关系, 并对其变化趋势进行了预测. 得到了如下结果: (1) 地下水埋深的随机变异特征随着开采强度的不断增大, 从1987年的26.32%降到了2001年的0.03%, 完全被较大尺度上的结构性变异所取代; 而矿化度一直是中尺度上的结构性变异高达99.9%. (2) Kriging插值结果表明, 民勤绿洲地下水埋深的分布一直是水质较好的绿洲南部最深厚, 从南到北随着水质变差, 埋深也变浅. 地下水矿化度在空间分布上从南到北逐渐增大; 在变化趋势上, 高矿化度等值线由北向南持续推进. (3) 民勤绿洲近15年来耕地面积增加了3.1×10⁴ hm², 使得分布于地下水埋深17 m以上的耕地面积净增528.3 km², 分布于地下水埋深11 m以下的林地减少200 km². 同样, 分布于地下水矿化度3.0 g/L以上的耕地面积净增2×10⁴ hm², 其中>4.5 g/L的增加了1.072×10⁴ hm². (4) 预测至2015年, 地下水埋深下降趋势明显, 分布于地下水埋深20 m以上的绿洲面积将净增1689.88 km², 达整个绿洲面积的68%; 至2015年地下水矿化度高于5.0 g/L的绿洲面积将达578.15 km², 全部集中在水质较差的绿洲湖区最北部, 部分区域甚至高达7.0 g/L以上.     

沙漠-绿洲陆-气相互作用和绿洲效应的数值模拟

本文利用一个已发展的陆面过程参数化方案与大气边界层模式耦合,模拟了半干旱区绿洲戈壁非均匀下垫面的陆面过程及其与大气边界层的相互作用,给出了“绿洲效应”这一自然现象垂直剖面上更为清晰、准确和细致的结构特征.数值模拟的结果与早前的许多观测实验结论相吻合,即“绿洲效应”具有明显的“冷岛效应”和“湿岛效应”;它表现为在绿洲区域比戈壁沙漠区域环境温度低、湿度大、湍流动能输送弱,具有下沉气流而导致与周围戈壁沙漠区域产生水平输送环流.而更加细致地研究这些现象对于深入了解绿洲气候的形成和绿洲的维持机理具有重要的意义.     

长江三角洲典型稻作区近地层二氧化碳等湍流通量的观测研究

利用1999年和2000年长江三角洲近地层大气与农田生态系统综合观测试验资料，对常熟地区水稻插秧、拔节、抽穗等不同生长期近地层二氧化碳和感热、潜热、动量等湍流通量特征及变化规律进行了初步研究. 研究结果表明, 平均而言在水稻各生长期，近地面为二氧化碳的汇，白天水稻通过光合作用吸收二氧化碳、夜间则放出二氧化碳，抽穗期消耗的二氧化碳要多于拔节和插秧期；近地面为大气的热源，主要以潜热方式加热大气，尤其是在抽穗期，感热与潜热之比仅为0.058；二氧化碳等湍流通量的变化与辐射平衡各分量及气象要素有显著关系.     

沙尘暴电效应的实验观测研究

利用国内大型风沙物理风洞实验模拟沙尘暴电现象,研究风沙起电机理,结果表 明,不同风速下不同沙粒会产生不同极性的电场强度和电位效应,风沙电随风速增大而增强 ,且随沙粒度增大而减小. 在沙漠区的16m,8m,4m和1m高度上观测到27次不同沙尘暴天气 过程的电场和风速随时间变化. 结果表明, 在晴天4个高度上的电场均为小正电场值,电场 随高度降低而减小,最大电场强度在5kV/m以下,日风速变化对各层电场起伏没有较大影响 . 有沙尘天气,各高度上的电场强度随风速变化而变化. 16m高度上电场均为负值,平均值 为 -20kV/m;中层8m 电场一般为较高正电场值,达到10～40kV/m,与16m高度上电场呈反相 关;下层1m 电场值变化一般很小,在1kV/m以下. 在强沙尘暴天气4个高度上的电场均为负 电值,电场值随高度降低而减小,16m高度上最大平均电场强度达到-200kV/m以上,瞬时值 超过 -2500kV/m,与晴天电场矢量相反.     

中蒙地区沙尘暴研究的若干进展

本文首先回顾了近20多年来我国沙尘暴研究的3个主要阶段,然后从沙尘观测、沙尘暴气候学、沙尘暴爆发和沙尘传输的环流型、沙尘暴活动的年代际变化和原因、以及待深入研究的问题等5方面简要评述了它的研究进展和问题. 指出中蒙沙尘主要来源于中国西北及蒙古国南部和西北部地区;随沙尘天气强度逐渐加强（即从背景大气到浮尘、扬沙、沙尘暴、强及特强沙尘暴）,它们的地面沙尘浓度约按3倍的比率依次递增;揭示了我国北方及蒙古国南部的七大沙尘暴多发区,沙尘暴主要出现在春季午后至傍晚间丰富的沙源,强风和不稳定的大气层结是形成沙尘暴的3个主要因子;中蒙地区沙尘暴爆发的环流主要有低压冷锋型和低压、冷锋加中尺度系统的强对流型两类,前者占绝大多数,后者是极少数,但为沙尘暴爆发短期预报的难点,沙尘的传输主要决定于低空环流型;近50年来中蒙地区的沙尘暴活动呈波动变化,而且中蒙中、东及西区三区系的变化不完全相同. 它们与北方风沙区生态环境恶化,特别是蒙古及日本海附近气旋频数的年代际变化有关;防御沙尘暴重点要抓上述七大多发区生态环境的治理及沙尘暴预警系统的建立,治理措施要因地制宜;要加强沙尘暴爆发和沙尘输送的数值预报和模拟研究.     

水平螺旋度与沙尘暴的动力学关系研究

应用2002～2006年高空流场和地面观测资料,计算近地面至500 hPa水平螺旋度的大小.结果表明：水平螺旋度负值中心值越大,500 hPa到近地面风速越大,西风增强,风速垂直切变越大,辐合上升运动越强,形成沙尘暴的强度就越强.水平螺旋度负值中心常常在河西走廊附近最强,导致其下游东南方发生沙尘暴.水平螺旋度负值中心与其下游沙尘暴发生强度有一致的对应关系：当水平螺旋度负值中心≤-200 m2/s2时,未来24小时内该区下游将有沙尘天气出现,当≤-600 m2/s2时,6小时内该区下游将有能见度小于500 m的强沙尘暴天气出现,当≤-1000 m2/s2时,6小时内该区下游将有能见度小于50 m的特强沙尘暴天气出现.     

基于COSMIC掩星资料的中国及周边地区云垂直结构特征研究

利用2007年1月至2009年1月的气象、电离层及气候卫星探测系统(COSMIC)湿空气数据,基于相对湿度廓线出入云层时发生突变反演云边界高度进而获取云垂直结构参数的思想,对中国及周边八个不同地区云的垂直结构特征进行统计分析.结果表明:(1)不同地区掩星样本数随季节的变化较小,不同季节各地区间差异却较大,且多层云样本数日变化呈现明显的"双峰"结构;掩星最低探测高度集中在3.0km以下,各地区多层云受限制概率大于单层云,主要影响部分中低云参数的反演.(2)南方各地区云厚及晴空厚度都大于北方,双层云上层云厚大于下层,三层云从大到小依次为顶层、底层和中间层,且顶层与中间层晴空厚度大于中间层与底层;各地区不同季节内各层云云顶高具有相同的排列规律,云底高也基本遵循类似的排列顺序;多层云晴空厚度季节变化不显著,各季节内南方大于北方.(3)中国地区各类云云底高和云顶高二维频率季节变化不大,出现两个较大值区但分布高度各异;另外,南北方有不同的频率分布特点,其中西南和华南在16.0km以上出现"尾翼"分布,表明有深厚对流云产生.     

北冰洋考察区海-气CO2的分布特征和通量研究

利用中国首次北极科学考察中走航观测所获得的北冰洋考察区海-气CO2分压及相关资料, 分析研究了考察区夏季大气和表层海水中CO2分压的分布特征, 首次用实测的海-气CO2资料于多种方法估算了考察区夏季海-气CO2的通量. 结果表明考察区夏季大气中CO2分压(Pa)的测值范围在(352～370)×10-6 CO2@Air-1(单位下同)之间, 平均为358, 平面上具有波因特来的北部海域较高, 其余海域分布较均匀的分布特征; 夏季表层海水中CO2分压(Pw)测值在98～580之间, 极值之差竟达472, 平均值为242, 比相应的分压(Pa)低 116, 呈现西低东高、北低南高的平面分布特征, 并与研究区浮游生物、冰况、水温和环流状况有密切关系. 估算结果表明, 各种计算方法所估算出的碳通量F的平面分布趋势相似, 除考察区东部海域为大气CO2的弱源区外, 大部分海域都为大气CO2的汇区或强汇区, 但它们的值却有较大差异, 平均值在6.57(Liss法)至26.32 mg CO2@m-2@h-1(14C法)之间, 最大与最小值之间相差约4倍, 大约分别是全球平均值的2～10倍; 若以Wannikhof系数估算, 本海域的平均碳通量则是Takahashi, Feely等人在本海域模拟估算值的2倍左右.     

海拉尔盆地中-上地壳电性结构特征研究

本文通过对横穿海拉尔盆地的一条长约222km的北西—南东向大地电磁测深剖面数据的定性分析及二维定量反演解释,首次获得了海拉尔盆地高精度大范围的电性结构图.海拉尔盆地中-上地壳电性结构纵向上具有典型的分层特性,总体可分为四层,即低阻层-高阻层-低阻层-高阻层,而横向上又具有分块特点.海拉尔盆地边缘及内部分布的众多断裂将盆地划分为隆起与坳陷相间的格局,并发现盆地内部坳陷区也存在有小规模凸起,每一构造单元内部电性结构各具特点.海拉尔盆地中-上地壳低阻层底面最深达28km,通常在6~16km之间,但厚度变化不大,在4~10km之间,且隆起区与坳陷区底面埋深差别较大.据电性结构模型推测出两条新断裂F8和F9,且断裂F9规模较大,为基底断裂.中-上地壳的低阻层可能在一定程度上控制着海拉尔盆地内油气田的分布格局.     

山西临汾中心地震台数字摆倾斜资料研究分析

主要对山西临汾中心地震台倾斜水平摆与垂直摆的各项观测指标、质量做了综合评价,发现由于两仪器的工作原理及摆系结构的不同,对地震的响应能力也有所不同,且在受同-区域应力场作用时,有着较好的同步性。     

红河断裂带中、越现代形变监测对比研究综述

利用现今大地形变测量资料,可分析研究得到现今地壳形变特征.大地形变场的建立,主要以精密水准测量监测大地区域垂直形变,以地面激光测距监测大地水平形变,以短基线、短水准测量等方法对断层活动性进行定点观测研究.20世纪90年代以后比较流行用GPS监测场区现代构造运动及断裂的地壳形变.本文主要通过分析对比中、越红河断裂带及其相邻地区的现代形变监测资料,得出现今红河断裂的形变特征.     

跨祁连山-海原断裂带综合观测剖面资料分析

通过对跨祁连山-海原断裂带的民乐、华藏寺和沙沟河等3个剖面2005～2009年GPS、水准及重力观测资料的分析,得到各观测量在每个时间段的变化特征,对剖面所跨主要断裂的活动特征有所了解。发现跨不同剖面的昌马-俄博断裂、毛毛山断裂、庄浪河断裂和海原断裂附近点位的位移和重力变化都较大,表明这些断层活动性较强;通过分析各剖面垂直位移与重力变化的关系,可知重力变化主要由于物质的迁移引起。GPS资料分析表明,2006～2007年水平运动基本沿断层走向,而2007～2008年水平位移偏离断层走向,以东向位移增大为主;通过进一步对剖面周围的中国地壳运动网络连续观测站坐标时间序列的去线性分析,得知2007～2008年的观测结果与汶川地震的影响有关。用2008～2009年的重力变化同重力布格异常背景相比,可知民乐剖面附近处于调整恢复阶段,而华藏寺和沙沟河剖面附近的异常仍没有完全解除。     

垂直地电场观测新技术的数据研究——基于坪城观测点的分析

结合同台观测的水平地电场数据,研究坪城垂直地电场观测数据,结果表明:(1)采用固体不极化电极进行垂直地电场观测,同一极距的观测结果基本一致,而铅板电极与固体不极化电极之间存在较大的电位差;(2)垂直地电场日变化形态清晰,长极距测道(A1C1、A2C1和A3C1测道)日变幅为5.85 mV/km左右,短极距(B1C1、B2C1和B3C1测道)日变幅为10.02 mV/km左右;(3)垂直向观测的地电场日变化优势周期在12 h和24 h。     

库尔勒台水平摆与垂直摆倾斜仪效能对比研究

基于水平摆和垂直摆两种摆式倾斜仪不同的工作原理,对比分析库尔勒台的这两种倾斜仪的观测精度、年变幅、年零漂、稳定性、映震能力,研究观测环境和天气过程等不同影响因素对观测造成的干扰差异性,综合评价水平摆和垂直摆仪器的各项参数和优劣性,同时提取了可识别的前兆异常特征,为数据处理、资料分析、震情跟踪提供科学的依据。     

海南岛现今三维地壳运动与断裂活动性研究

海南岛曾发生1605年琼山7.5级大震,现今小震多分布在东北缘的南北向地震条带及九所—陵水断裂中东段,马鞍岭—雷虎岭火山群具有潜在喷发危险.新构造运动包括垂直与水平运动.本文采用2009—2014年多期GNSS观测资料及1970 s、1990 s、2013年精密水准资料揭示现今地壳运动特征及断裂活动性,结果表明水平运动以SEE向为主,与华南地块运动一致;南北向小震条带附近以左旋拉张为主,基线变化表明运动具间歇性.岛北部垂直运动在1970 s表现为以海口—屯昌为界的东升西降,以王五—文教断裂为界的南北两侧分段性差异运动.1970 s—1990 s年环岛水准资料揭示相对秀英港水准基点,点位以上升运动为主,且西南相对东北上升,地壳以继承性运动为主.其中琼北垂直运动与1970 s相反.1990 s—2013年资料揭示点位运动趋势与上一时段相反,主要为文昌—琼海—万宁一带上升和其他测点的相对下沉.由形变及地球物理等研究结果推测东北缘小震由铺前—博鳌断裂活动引起.马袅—铺前断裂以北盘下降为主;九所—陵水断裂东段活动大于西段.地震、形变等资料表明现今火山活动平静.     

三峡水库出水断面磷通量及形态研究(1998-2019年)

总磷是长江流域备受关注的污染物。来自长江上游的物质输送对长江中下游、对入海口水域水生态都具有重要影响。研究了1998—2019时期长江上游和中下游之间的衔接断面暨三峡水库出水断面的磷通量及形态变化。整个研究时段分为3个阶段:1998—2002(阶段Ⅰ,三峡水库运行之前),2003—2013(阶段Ⅱ,作为过渡时期)及2014—2019(阶段Ⅲ,三峡水库实现175m正常蓄水位且金沙江下游段向家坝和溪洛渡水库运行后),以阶段Ⅰ、Ⅲ为重点时段进行对比分析。研究表明,2014—2019年总磷年通量平均为5.67万t/a,比1998—2002年减少了38.0%;溶解态磷年通量为4.02万t/a,增加了60.0%;颗粒态磷年通量为1.67万t/a,减少了74.9%。磷的主导形态由颗粒态变为溶解态,溶解态磷通量占比由27.5%上升为70.9%;相应地,颗粒态磷通量占比由72.5%下降为29.1%。总磷、溶解态磷和颗粒态磷通量均表现为丰水期>平水期>枯水期。近20年来,水沙关系发生了巨大变化,含沙量(SS)与水量(Q)正相关性大幅下降,其拟合方程的斜率由1.44下降为0.10,R^2...     

频率域航磁总场与梯度分量的转换研究

频率域的快速傅立叶变换法是由航磁总场转换梯度分量和梯度分量之间相互转换的常用方法.但是,利用实测数据资料对方法的应用效果进行分析的研究较少,尤其是梯度分量之间的转换,主要是由于同时观测水平及垂直梯度的三轴向梯度测量技术刚刚起步,可利用的相关数据资料较少.本文首先利用模型研究了转换方法的特点,在此基础上重点对实例的转换结果进行分析.我们进行了总场转换梯度和水平梯度与垂直梯度间的相互转换计算,并将两组转换结果与实测梯度进行了详细的对比和分析.该实例的转换结果表明,总体来看利用总场转换的梯度,和梯度分量之间相互转换的结果都与实测梯度数据具有较好的对应关系,但相比而言,梯度之间的转换结果与实测数据吻合的更好.转换结果与实测数据的良好一致性,证明了转换方法的有效性,同时也验证了各测量参量的可靠性.     

水动力条件对沉积物-水界面氧通量的影响

氧环境决定了水体沉积物中各种生命所需元素的最终归趋,沉积物-水界面是水相与沉积物相氧传递的重要场所,而水动力条件是影响沉积物-水界面氧传递的重要因素.选择三峡库区一级支流御临河为研究对象,根据长年监测数据建立实验室模型,采用声学多普勒流速测试仪及微电极测试系统构建了非侵入式涡度相关测试系统,探究了不同水动力条件对沉积物-水界面氧通量的影响.结果表明：水体静止状态下沉积物-水界面溶解氧浓度随时间的增加而减少,非静止状态下随时间的增加而增加;沉积物-水界面氧通量随水体流速的增加而增加.根据氧通量求解对应流速下垂直涡动扩散系数并进行线性拟合,当水体流速为0.01~0.14 m/s时,垂直涡动扩散系数与水体流速的相关性最好,此时沉积物-水界面氧通量的传递以涡动扩散为主导.     

西-海-固地区垂直形变分析及地震趋势研究

通过对西（吉）-海（原）-固（原）地区垂直形变场的演化分析表明:①90年代以来,垂直形变场升降差异运动减弱;②现今青藏亚板块对鄂尔多斯地块西南缘（西-海-固地区） 的 NE 方向挤压应力有所减弱,华北亚板块 SW 方向挤压应力有所加强;③鄂尔多斯块体周缘小震出现的活跃状态,可能是由于青藏亚板块挤压应力的减弱而造成鄂尔多斯块体水平挤压应力场的“失稳”,以及华北亚板块挤压应力相对增强的结果。     

典型东北冷涡个例的平流层-对流层交换过程数值模拟研究

利用中尺度模式WRF对发生于2010年6月19~23日的我国东北地区一次典型冷涡过程开展高垂直分辨率数值模拟研究.在模式结果再现此次东北冷涡基本特征的基础上,进一步用Wei公式考察该冷涡引起的平流层-对流层质量交换的时空分布特征.分析结果表明,此次冷涡过程所引起的穿越对流层顶的质量交换总效应表现为平流层向对流层的净输送.在冷涡形成前期,即大型槽脊发展阶段,已经存在活跃的交换.在冷涡活动的整个过程中,槽后和冷涡移动方向的后部主要表现为空气质量由平流层向对流层的输送,而在槽前和冷涡移动方向的前部主要表现为由对流层向平流层的输送.这种空间分布形态主要是由对流层顶变化项决定,但由于其引起的向上、向下交换量作用相抵消,因此它对净交换量的贡献很小,而对此次过程净交换的贡献起决定性作用的是水平运动项.冷涡活动区域平均的总交换通量随时间的变化特征表现为三段:(1)在冷涡形成前期,存在较强的平流层空气向对流层输送过程;(2)随着冷涡的形成发展,总通量表现为TST-STT-TST波动趋势;(3)冷涡发展后期,又表现为平流层空气向对流层输送.