专题：地球生物学前沿

地球生物学（geobiology）研究地圈．生物圈耦合系统,即生物圈与地球其他圈层如大气圈、水圈和岩石圈的相互作用机制及其过程．地球生物学、地球化学和地球物理学分别构成了研究地球系统的生物过程、化学过程和物理过程的学科体系．地球生物学的核心是生命与地球环境的相互作用与协同演化．我们过去讲地球与生命的关系,主要强调的是地球环境影响生命,生命适应地球环境,这是一个单向作用的关系．但地球与生命之间应为相互作用的关系,而且是协同演化的．生命演化能否影响地球环境演变,生物过程能否影响地球环境,这是一个重大科学问题．地球生物学对此作出了肯定的回答．生命与地球的协同演化这一概念符合地球系统科学的总体观,也符合人与自然协调发展的科学发展观．     

地震破裂过程的几何学与运动学特征的模拟

本应用形变破裂和激光全息光弹实验，结合断裂力学的观点研究了地震破裂过程的三个方面：１．地震破裂的力学机制；２．地震破裂的应变特征与运动过程；３．地震破裂过程的应力场分布特征。并分析了地震破裂过程的几何学与运动学特征以及探讨了它们与地震发生。前兆和余震迁移的密切关系。此项研究为活动断层分段研究和地震预报提供了实验证据。     

地城发生非稳态泊松过程和中长期概率预测研究

在描述事件非稳态泊松过程的基本统计特征及其与稳态泊松过程判别的基础上,将非稳态泊松过程应用在华北地震区分渭带和华北平原地震带的中长期地震预测研究。研究表明,假定未来几百年间,汾渭带和华北平原带的强震（Ｍ≥７．０）活动,将重现上一次地震轮回的非稳态泊松时间过程,那么,在２０１０年前它们发生一次７级大地震的累计概率分别为０．２６（不确定性范围：０．０６￣０．５０）在０．４（不确定性范围：０．００￣０．     

水循环系统

地球上各种水体通过蒸发（包括植物蒸腾）、水汽输送、降水．下渗、地表径流和地下水径流等一系列过程和环节．把大气圈、水圈．岩石圈和生物圈有机地联系起来．构成一个庞大的水循环系统。     

汾渭和华北平原带地震发生的非稳态泊松过程与中长期概率预测

在描述事件非稳态泊松过程基本统计特征的基础上,将非稳态泊松过程应用在华北地震区汾渭带和华北平原地震带的中长期地震预测研究中。研究表明,假定未来几百年间,汾渭带和华北带的强震（Ｍ≥７．０）活动将重现上一次地震轮回的非稳态泊松时间过程,那么,在２０１０年前发生一次７级地震的累计概率分别为０．２６（不确定性范围为０．０６￣０．５０）和０．０４（不确定性范围为０．００￣０．１３）。它们明显地低于按稳态泊松     

时间域内有限地震断层的反演问题

为了解决有限地震断层破裂过程研究中的正演和反演问题，本文提出：（1）用广义反射、透射系数矩阵和广义射线理论计算上地幔及远场范围体波理论地震图的混合方法．同时采用格林函数的一种新的组合方式，可节约1／3计算机内存．（2）采用基于模拟退火的热浴算法进行全局搜索反演，不仅提高了在计算过程中新模型被接收的可能性，而且使得在时间域内目标函数的计算速度提高了近二个数量级．对1994年台湾海峡地震震源破裂过程的研究结果表明，这次地震的破裂过程相对比较简单．在前4．0s内地震断层的破裂相当剧烈，错动距离的平均值随着破裂时间增加而迅速减少．开始时破裂速度较高，前4．0s的平均值为3．1km／s，之后逐渐降至2．2km／s．错动方向随破裂的变化不大．     

火星表面陨石坑的碎形特征

对2004年1月5日美国宇航局发布的火星轨道探测器拍摄的勇气号着陆点照片进行了研究,认为照片上的地形为陨石撞击火星表面留下的痕迹．详细计量了照片上陨石坑的数目和尺度．对陨石坑尺寸和数目之间的关系进行了研究．认为,火星陨石坑的分布具有碎形特征,并符合分形分布,分维数为1．7．和地球上其它岩石破碎相比,分维数较低．我们推测,撞击火星的陨石可能来源于同一块岩石的破碎。并且该岩石的破碎程度较低．其破碎过程应该和断层、断裂、节理以及风化等地质过程引起的破碎不同．     

永登5.8级地震孕育发生过程中的断层形变与重力场动态图象特征s

初步研究了1995年7月22日甘肃永登5.8级地震孕育发生过程中的断层形变异常和重力场、垂直形变场动态演化特征．孕震过程中近源区有3处断层形变呈,,相变化异常,外围区1993年以来先后有10余处场地断层形变出现台阶、突跳等异常．流动重力监测到震前出现的高值异常区、同震效应及震后恢复正常的演变过程等．资料反映了孕震过程中近源区断层运动由准线性走向非线性的过程,重力场变化由孕育、发震过程的非均匀态走向震后的准均匀态的演化过程,较强地震的孕育发生与区域应力应变场的动态演化密切相关．还简要总结了作者对这次地震中短期预报试验的经验教训．      

一次罕见的平流辐射雾过程的特征

为研究大气成分对雾的影响,2006年12月份在南京市郊进行了雾的综合外场观测试验．12月24～27日,南京出现了持续4d的浓雾过程．揭示了这次浓雾过程一些罕见的特征：持续时间长,浓度大,雾顶高,雾水酸,爆发性增强．对这些特征进行了详尽的分析和成因的探讨．结果表明,这次雾是在夜晚辐射条件下形成,而后在暖湿平流作用下维持、发展,是一次平流辐射雾过程．     

非均匀性对岩石介质中裂纹扩展模式的影响

运用岩石破裂过程分析ＲＦＰＡ２Ｄ系统,通过对岩石试样中预置的倾斜裂纹扩展过程的数值模拟,研究了材料非均匀性对岩石介质中裂纹扩展模式的影响．数值模拟再现了受压试样在裂纹扩展过程中逐步演变的应力场和应变场,以及与岩石非均匀性有关的声发射和断裂扩展模式的“岩桥”现象．模拟结果说明,岩石的非均匀性对含裂纹试样的变形、破裂过程及其破坏模式有很大的影响．     

青藏高原中部错鄂湖晚新生代以来的沉积环境演变及其构造隆升意义

错鄂湖200m深井岩芯古地磁测年表明,错鄂湖形成于约2．8Ma年前．沉积岩性组合、粒度特征和磁化率变化揭示了约3次大的沉积环境变化过程,反映了至少2次剧烈的青藏高原隆升过程;同时,孢粉组合也揭示了构造隆升导致的植被组合的变化．初步研究认为,大的湖泊沉积环境变化主要是在青藏高原不断隆升的背景上进行的．2．8-2．5Ma和0．8Ma以来的沉积环境演化主要受构造运动的控制,而2．5-0．8Ma环境演化过程更多的受到冰期-间冰期旋回气候变化的影响．     

滆湖磷迁移过程的研究（一）──磷迁移腜偷慕

通过滆湖磷的来源途径（入湖河道、湖区径流、湖面沉降、养殖技饵、底泥释放）和湖体各要素（水体、浮游植物、大型水生植物、鱼类等）中磷迁移过程调查资料的分析，建立了描述磷在上述各要素中迁移过程的数学模型．经实测资料验证，模型的计算值与实测值的平均相对误差在9．9％－18．6％．基本反映了磷的迁移过程及动态变化规律，对该湖磷浓度预测及磷资源合理利用具有重要的意义．     

“五大营养”与地质公园

人类的诞生是在地球这样一个特定环境中．是地球演化到一定阶段（特定的时间）的必然产物。环境是人类赖以生存的必需条件。人类不能脱离环境而生存．在漫长和曲折的进化过程中．人类不仅为生存而适应环境．还要开发利用和改造环境。     

2003年云南大姚6.2级地震预测及其科学依据

通过对2003年7月21日云南大姚6．2级地震前，2001年10月至2003年6月云南出现的613d无M≥5．0地震的罕见平静、2003年2～6月出现的显著能量预释放过程、2002年9月至2003年6月M≥4．0地震深度分布异常，2003年5～6月水汞群体异常及2002年2月至2003年6月形成的强震孕震区的深入分析和研究，给出了云南大姚6．2级地震三要素预测的具体方法和实际预测过程。探讨这一强震前的认识过程对于未来地震预测有一定的参考价值。     

大西洋TAG热液活动区流体演化模式

在大型海底热液硫化物矿体内部,海水与热液流体的混合过程在热液硫化物矿体的形成过程中扮演着重要角色,与之相关的一些科学问题,例如热液活动区不同性质热液流体之间的关系,热液硫化物矿体的化学组成和矿物组合特征及其控制因素等,成为近年来海底热液活动调查研究的重要内容．利用数值模拟方法,结合TAG区热液流体化学组成的实测资料,模拟了经过不同程度改造的海水同热液流体之间的混合过程,在此基础上探讨了TAG热液活动区黑、白烟囱流体之间的关系和硬石膏的沉淀机制．模拟计算结果表明：①海水的加热和海水与热液流体的混合是控制TAG区硬石膏沉淀的两个重要过程．②下渗海水被加热应该不会高于150℃,而热液端员流体的最高温度则应该高于400℃．③提出了TAG区热液硫化物矿体内部流体的演化模式：海水在下渗过程中被围岩加热,加热海水与热液端员流体发生混合,混合流体经过传导降温和上升过程喷出海底形成白烟囱或者温度较低的黑烟囱．另外一部分热液端员流体未与下渗海水发生混合,经传导降温过程喷出海底形成喷溢高温热液流体的黑烟囱．     

全球环流20～30d振荡与长江下游强降水

利用1979～2005年NCEP／NCAR逐日再分析资料及长江下游地区降水资料,采用非整数波功率谱分析、相关分析和主振荡型分析（POP）研究了近27年5-8月长江下游降水季节内振荡（ISO）、强降水过程的变化特征及其-9全球环流主要ISO模态的关系．结果表明,5-8月长江下游逐日降水主要有10～20,20-30和60～70d的周期振荡,长江下游降水的20～30d振荡强度年际变化和强降水频数之间有极显著的正相关．5-8月全球850hPa高度场存在两个20～30d主振荡型（POP1,POP2）：一个是南半球中纬度地区东移的绕球遥相关型（SCGT）,另一个是西太平洋热带地区南移的季节内振荡型（TWP）,它们的解释方差分别为7．72％和7．66％．这两个POP型与长江下游20～30d低频降水和强降水过程密切相关,其中POP1虚部正位相和POP2实部正位相中长江下游有强降水过程的概率分别为54．9％和60．4％．用合成方法建立了北半球夏季全球环流主要ISO型的20～30d振荡过程中长江下游地区有（无）强降水过程的全球大气环流模型．长江下游地区强降水过程大部分发生在SCGT的位相4或TWP的位相6中．当长江下游降水20～30d振荡正位相中有（无）强降水过程时,与SCGT的位相4对应的850hPa低频风场中从阿拉伯海经印度、孟加拉湾到中国南部和长江下游地区存在（不存在）强西风气流,或与TWP的位相6对应的低频风场中从印度经孟加拉湾到中国南部和长江下游地区以及副热带西太平洋地区到赤道中东太平洋地区呈现强（弱）西风带,有（不）利于长江下游地区强降水过程的形成．它们分别与南北半球热带内外地区大气环流之间的相互作用和亚洲季风区热源强迫异常与东亚大气内部相互作用激发的20～30d低频振荡有关．这两个20—30d振荡的全球大气环流模型对于提高夏季长江下游地区强降水过程10～30d延?     

唐山地震地电阻率各向异性变化特征研究

依据唐山大震地电总结组汇编的1976年唐山7.8级地震地电观测资料(地电阻率)，定义了一个无量纲的量S来表征地电阻率的各向异性，计算了孕震过程的S值，分析研究了其变化特征．结果表明，唐山地震在孕育、发展和发生整个过程中存在地电阻率各向异性变化．其形态变化特征较为典型．S作为一新的地震前兆因子，与其它无量纲前兆因子结合使用，对地震综合分析预报研究具有应用价值．文中对孕震过程中S的变化特征给予了物理解释．      

2003年淮河流域致洪暴雨过程的环流背景及其前兆信号

分析研究了2003年夏季淮河流域致洪暴雨过程的时空分布特征及其前期和同期欧亚地区环流背景的逐日变化特征,重点分析了致洪暴雨过程发生前后乌山地区阻塞高压强度指数(UBHII)逐日变化特征及其对淮河流域致洪暴雨过程的影响．结果表明：2003年淮河流域持续性强暴雨过程均发生在鸟山阻塞高压强高峰后的减弱期,即在淮河流域发生持续性强暴雨过程之前乌山阻塞高压就发生了突变;同时发现西太平洋副热带高压加强并登陆后的,其北界的位置变化对淮河流域致洪暴雨过程的发生和持续也有十分重要的作用．因此,乌拉尔山阻塞高压异常加强后的突然减弱和西太平洋副热带高压的加强并西进登陆,是淮河流域地区发生持续性暴雨过程的两个重要前兆．     

驱动重联过程中等离子体团的聚合

本文对驱动重联过程作了二维可压缩磁流体动力学模拟．对于长的计算域（１：４），在持续入流的作用下形成了双重磁岛结构，这些磁岛在向外运动的过程中不断靠近，逐渐聚合成为一个大的等离子体团，并继续向外运动．这说明在地球磁层顶和磁尾所观测到的大尺度磁结构，很可能是在驱动重联过程中，由较小的等离子体团聚合后形成的．并初步揭示了在空间等离子体中，磁岛的聚合过程难以直接观测的动力学原因．     

断层三维扩展过程的实验研究

实验研究三维断层的形成和扩展对于理解实际断层作用过程具有重要意义．在双轴压缩条件下开展了断层三维扩展过程的实验研究,利用多通道数字化高密度应变观测和基于可见光图像分析的数字散斑相关测量技术对岩石样品应变场的详细结构进行了动态观测和分析,同时利用多通道声发射全波形三维定位系统对样品内部微破裂的发育过程进行了观测．实验结果表明,断层在三维空间的扩展模式与二维明显不同,表现出更复杂的空间展布形态和变形机制．断层的三维扩展过程可以划分为3个基本阶段：第一裂纹扩展阶段——翼裂纹扩展阶段、转换阶段——花瓣裂纹活动阶段和第二裂纹扩展阶段——贝壳断面形成阶段．不同阶段具有不同的主导裂纹扩展方式,并对应不同的变形场和微破裂分布．其中,花瓣裂纹活动阶段在三维断层的发育过程中至关紧要,它是从表面似二维扩展向三维扩展转换的关键,也是三维断层扩展区别于二维断层的核心所在。