大容量气枪震源陆地反射地震探测技术——以“地学长江计划”铜陵段试验为例

为了探索大容量气枪震源在探测区域结构以及在内陆水体进行水陆联测的可行性与有效性,2015年在安徽铜陵完成了长江航道走航激发、陆地接收反射波的"地学长江计划"铜陵段试验。本文从试验观测系统、共中心点分布、覆盖次数以及单炮数据属性等方面综合分析了大容量气枪震源陆地反射试验结果的影响因素。试验结果表明:①大容量气枪震源在内陆水体激发能够用于地壳结构的探测;②在水陆联测勘探中,根据目标层段合理设计反射角,能够有效地解决小炮检距反射角不足、大炮检距能量弱的问题;③在进行弯线数据采集时,需要对观测系统进行设计,以提高共中心面元的有效覆盖次数;④根据气枪震源容量的大小,进行最大、最小炮检距设计,是确保面元成像速度分析精度和面元炮检距属性分布合理的重要条件。     

南海西北部末次盛冰期以来的古海岸线重建

末次盛冰期以来,南海西北部的相对海平面从-100多米变化到现今海平面高度,越南东北沿海、北部湾及华南沿海等水深较浅的海域经历了从陆地到海洋的演变过程．基于古海岸线重建模型,利用现今的数字高程模型、相对海平面变化曲线和沉积厚度数据,对南海西北部末次盛冰期以来的古海岸线进行了重建．根据古海岸线演变序列获得以下认识：20～15cal．ka BP南海西北部的海岸线缓慢后退,陆地面积只减少了1×10^4km^2,海陆格局基本维持不变;15～10cal．ka BP海岸线快速后退,减少的陆地面积达24×10^4 km^2,使越南东北沿海、北部湾及华南沿海迅速从陆地变为海洋,现今海陆格局基本形成;10～6cal．ka BP海岸线继续以后退为主,使陆地面积减少了9×10^4km^2,期间琼州海峡自西向东完全打开;6-0cal．ka BP海平面波动幅度较小,海岸线变化受构造和沉积作用明显,趋势以海退为主,陆地面积增加了约1×10^4km^2．     

基于GOSAT卫星观测的大气CO_2浓度与模型模拟的比较

卫星从空间对大气CO2的实时观测可以客观地获取全球和区域大气CO2浓度的变化信息;另一方面,利用全球大气输送模型的数值模式模拟得到时空连续的全球大气CO2浓度是目前科学家们定性和定量地研究大气CO2全球输送过程及时空变化规律的主要途径之一.卫星观测和模型模拟以两种不同的方式为我们提供大气CO2浓度信息,但对于这两种方式所揭示的全球以及区域大气CO2浓度特征的差异还没有一个综合的对比分析与评价.本文收集2009年6月到2010年5月的GOSAT卫星观测数据,利用GEOS-Chem模型模拟了同时期全球大气CO2浓度,对比分析两种方式揭示的大气CO2时空变化特征差异,通过比较中国陆地与同纬度美国陆地区域的差异,评价分析卫星观测和模型模拟各自的合理性和不确定性.结果指出卫星GOSAT观测反演的大气CO2浓度总体低于模型模拟2 ppm左右,与地面观测验证的结果相近.但是两者的差异在不同的区域上明显不同,在中国陆地区域显示了从0.6~5.6 ppm很大的差值变化,而在全球陆地区域为1.6~3.7 ppm、美国陆地区域为1.4~2.7 ppm.卫星GOSAT观测与模型模拟在美国陆地显示了0.81的拟合优度,高于全球陆地区域的0.67和中国区域的0.68.综合分析结果指出在中国区域卫星观测与模型模拟的不一致性高于美国和全球,其原因与卫星观测反演算法中输入参数的不整合所引起的CO2浓度反演误差以及模型模拟中驱动参数数据的准确性有关.     

撕裂地球之肺

2012年3月21日,世界第40个国际森林日如期而至。众所周知,森林是"地球之肺",每一棵树都是一个氧气发生器和二氧化碳吸收器,森林能涵养水源,防风固沙,制止水土流失。5000万年来,地球上形成的陆地生态系统中,森林占到了三分之一,它们是80%的陆地生物的家园。森林在自然界的生态平衡中起着至关重要的作用,因此,今年的森林日以"保护地球之肺——森林"为主题,旨在强调森林的生态价值,呼吁全球共同肩负起这一人类重要使命。然而,人类是如何对待森林家园     

陆地碳循环模型-数据融合:前沿与挑战

陆地碳循环是地球生物化学循环的重要组成部分,与人类福祉和可持续发展息息相关,但其模拟和观测都具有高度不确定性.融合模型和观测数据以减少陆地碳循环估计的不确定性、提高其可预测性,已成为陆地碳循环研究前沿.文章综述了陆地碳循环模型与观测各自不确定性的来源和特征,介绍了数据同化和参数估计这两类模型-数据融合方法的数学原理,其实质都是在考虑模型和观测各自误差的基础上,实现模型和观测信息的最优融合.文章进一步分析了陆地碳循环模型-数据融合的挑战和研究热点,重点讨论了真实和虚假的模型"异参同效"及其可识别性,地面通量观测与遥感观测代表性误差的估计,敏感性分析得到的参数后验概率分布对于确定模型误差矩阵的潜在作用,对日光诱导叶绿素荧光等新型遥感观测的同化,并指出把多源观测整合到一个协调一致的碳数据同化系统中绝非易事,然而这方面的突破是发展新一代全球碳数据同化系统的前提.论文最后指出,应用陆地碳循环数据同化,产出更高分辨率、更长时间序列、更可靠和一致的陆地碳循环再分析数据产品,对于准确估计全球和区域碳循环、实现碳管理和碳中和具有重要意义.     

近30年中国陆地植被活动遥感监测

陆地植被作为地球陆地表面重要的组成部分,其变化直接影响着地球系统物质与能量的平衡.采用1982~2006年NOAA/AVHRR的NDVI数据和2001~2009年MODIS的NDVI数据,从全国尺度上,分析了近30年来农业植被、森林植被、草地植被与稀疏植被区植被活动的变化特征,并利用气候数据与农业生产统计数据探讨了他们之间的关系.研究结果显示:近30年来中国陆地植被活动整体趋于增强,但在不同时期、地区差异较大;植被活动变化在区域上受人为因素的影响明显,如在西北稀疏植被区与南方森林植被区;通过对农业生产统计数据的分析发现,植被活动直接左右着农业生产,但在时间上存在一定的滞后性.     

中国自然保护区60年:守住未来

正打开世界版图,在北半球的回归线地带,2/3以上的陆地都是沙漠、半沙漠或干旱草原,但我国广东省内的北回归线南侧,却是一颗"绿色明珠"。这颗明珠就是1956年成立的中国第一个自然保护区——鼎湖山国家级自然保护区。从那开始,中国的自然保护区从无到有,从百到千。     

陆地表层系统模拟和观测的不确定性及其控制

不确定性是定量认识陆地表层系统的最大挑战之一．本文讨论了陆地表层系统中不确定性的来源及减小和控制不确定性的可能途径．从模型模拟的角度,不确定性的首要来源是影响陆地表层的参数、状态变量和近地表大气状态等边界条件的高度异质性．从观测的角度,我们首先用代表性误差的概念统一了由尺度代表性所引起的误差．代表性误差也主要来源于空间异质性,对于定点观测,它指将模型单元的模型状态映射到某一观测在其所代表性空间上的观测值时的误差,对于遥感观测,它是将地表变量映射到遥感原始观测的误差．从控制和减小系统不确定性的角度论证了模型和观测互补的重要性,提出应以随机的观点对待复杂的陆地表层系统;并通过对两种现代数据同化方法的介绍,说明数据同化是如何通过最大限度地融合模型和观测信息,来处理和控制不确定性,从而增强系统的可预报性和可观测性的．我们认为,新一代模型应描述动力学系统的统计分布,而观测应捕捉空间异质性,度量观测的代表性误差．     

什么是国家级自然保护区?

正《中华人民共和国自然保护区条例》第二条定义的"自然保护区"为"对有代表性的自然生态系统、珍稀濒危野生动植物物种的天然集中分布区、有特殊意义的自然遗迹等保护对象所在的陆地、陆地水体或者海域,依法划出一定面积予以特殊保护和管理的区域"。第十一条规定:"其中在国内外有典型意义、在科学上有重大国际影响或者有特殊科学研究价值的     

过去300年中国土地利用、土地覆被变化与碳循环研究

历史时期的土地利用与土地覆被变化是影响陆地生态系统碳循环的重要因素。过去300年间,我国土地利用与覆被发生了较大变化,林地面积迅速减小,垦殖扩张明显,均对陆地生态系统的碳循环产生了重要的影响。采用通过第一手历史文献资料重建的历史土地数据,分析了过去300年我国土地利用变化的主要特征,研究表明：在研究时段,耕地面积持续增加,从清前期1661年的60.78×10^6hm^2增加到20世纪末的96.09×10^6hm^2;森林面积从1700年的248.13×10^6hm^2降至1949年的109.01×10^6hm^2。受土地利用与覆被变化影响,全国陆地生态系统的碳储量也随之变化。其中,地上植被破坏弓I起的碳排放大约为3.70Pg C;土壤有机碳排放介于0.80-5.84Pg C之间,最适估计为2.48Pg C;植被和土壤变化引发的碳排放总计达4.50-9.54Pg C,最适估算为6.18Pg C。这远小于国外学者估算所得的17.1-33.4Pg C的排放量。碳排放的空间分异明显,由于东北地区和西南地区的植被破坏相对较大,过去300年间这两个地区受土地利用与覆被变化影响的碳排放也较大,其余排放量从大到小依次为内蒙古地区、华南西部地区、新疆和青藏高原区;而作为历史上传统农区的华北地区和华东地区,土地利用与覆被变化对陆地生态系统碳储量影响相对较小。但是近年有关研究显示,目前全国自然植被活动增强,土地利用活动,特别是农林活动正对陆地生态系统碳储量产生比较明显的积极作用。     

中国陆地生态系统通量观测研究网络(ChinaFLUX)的研究进展及其发展思路

涡度相关技术经过长期的理论发展和技术进步,已经成为直接测定陆地生态系统与大气间的CO2和水热通量的重要方法.随着涡度相关通量观测在全球范围内的广泛开展,各区域、国家以及国际通量观测研究网络(FLUXNET)也应运而生.在过去10年里,通量观测研究在探讨全球陆地生态系统碳循环和水循环过程及环境控制机理、揭示陆地生态系统碳收支的时空格局、寻找"未知碳汇"等方面取得了显著的成果,也为资源、生态和环境等科学领域的国际交流创造了理想的合作研究平台.随着通量观测研究的不断深入,今后国际通量界将加强引进和开发新的观测技术,扩展通量观测的应用领域,尝试运用通量观测数据来协助研究有关生物地理学、生物地球化学、生态水文学、气象/气候学、遥感和全球碳循环模型等领域的科学问题.中国陆地生态系统通量观测研究网络(ChinaFLUX)是FLUXNET的重要组成部分,经过3年多的连续观测和研究已在涡度相关通量观测技术和方法、典型陆地生态系统碳水交换过程及其环境响应机理、生态系统碳水通量模型开发等方面取得了一系列重要进展.研究发现中国的主要森林生态系统在2003～2005年度都为大气CO2的汇,青藏高原上的高寒草甸生态系统也表现为较弱的碳汇,而封育的内蒙古半干旱羊草草原却表现为弱的碳源;在大的空间尺度上,温度和水分是决定陆地生态系统碳收支的关键环境因子.ChinaFLUX的发展思路拟以典型生态系统通量的联网观测与陆地样带研究相结合为技术途径,开展多尺度、多过程、多途径、多学科的综合集成观测,重点探讨生态系统的水、碳、氮循环过程机理及其耦合关系.     

地学书签

正海岛海岛,根据1982年《联合国海洋法公约》的规定,指"岛屿是四面环水并在高潮时高于水面的自然形成的陆地区域"。根据不同属性,海岛有多种分类方法,可分为大陆岛、列岛、群岛、陆连岛、特大岛等。我国对海岛的定义根据中国国家标准《海洋学术语海洋地质学GB/T18190-2000》,指散布于海洋中面积不小于500平方米的小块陆地。中国有500平方米以上的海岛6500个以上,总面积6600多平方公里,其中     

你必须知道的冷知识:不可思议的地球

<正>人类的足迹已经遍布整个地球,我们占据了陆地,我们能够在空中飞行,或者潜入最深的洋底,我们甚至还登上了月球。随着对地球的研究日益深入,你可能会认为对她已经有了足够的了解,其实,关于我们的这个家园,还有很多未知的领域或者思想的误区。比如"地球"一词来源于古英语中的"Erda"、地球一天是23小时56分4秒,地球不是一个正圆,看上去就像有"腰间赘肉"……每一条知识,都让人感叹着地球的不可思议。     

中国南极游十年升温

<正>一望无际的冰原、憨态可掬的帝企鹅、飘逸天际的南极光……南极大陆,是人类最后到达的一个大陆,拥有从不曾远离文明世界的众生无法理解的震撼、难以想象的美丽。由于人迹罕至,南极洲的面积几乎占地球陆地总面积的十分之一,绝对是地球最神秘、最梦幻的地方之一。而每一个来到南极大陆的人都要在这样一份承诺书上签字——"我将尽一切努力不对南极的环境造成污染,不改变和破坏那里的动植物.以此对保护环境作出贡献。"     

中国陆地生态系统生态资产遥感定量测量

生态系统的自然价值及其服务功能效益是地球生命支持系统的重要组成部分, 也是社会与环境可持续发展的基本要素. 生态资产是生态系统生物资源直接价值及其生态服务功能价值的总和. 对生态资产价值进行定量估算不仅可以从经济学的角度对生态环境进行定量评价, 而且能够引起全社会对生态环境建设的高度重视, 同时也是最终将其纳入社会与市场经济体系、建立绿色GDP核算体系、制定生态环境建设补偿政策的必要前提. 本文在传统生态学生态资产单位面积价值研究的基础上提出了基于遥感定量测量的生态资产价值评估模型, 并利用NOAA/AVHRR和其他辅助数据对模型所需要的参数, 如: 陆地生态系统地表覆盖类型、植被覆盖度(f)、植被第一性净生产力(NPP)进行了定量测量, 并参考Costanza等人的经济参数, 对中国陆地生态系统生态资产价值进行了全覆盖的定量测量, 并据此绘制了中国陆地生态系统生态资产价值空间分布图. 结果表明: 中国陆地生态系统每年的生态资产总价值为64441.77亿元人民币; 较之传统的生态学静态计算方法, 遥感测量克服了以点代面的缺点, 测量结果可以更加客观地反映中国陆地系统生态资产及其空间分布的现实情况, 为今后开展相关研究奠定了良好的基础.     

附加GPS时序约束的GRACE陆地水储量反演

利用GRACE重力卫星反演陆地地球物理变化信息时,通常需要对位系数进行截断和空间平均滤波等处理,这将导致监测信息较实际值"缩减"一定的比例,从而造成反演结果可信度降低.针对此,本文提出了一种附加GPS时序约束的GRACE反演陆地水文信息修正法.利用2003-2015年RL05_GRACE月重力场数据,选取前60阶采用扇形滤波与去相关滤波组合法,获得了加州区域由于陆地水储量及地表荷载变化引起的垂向形变时间序列,并利用同时间段多个GPS测站资料获得了同尺度U方向形变时间序列,采用时频分析技术对比分析了两类垂向形变时间序列的振幅与季节性特征,获取了GRACE位系数处理中存在的"缩减系数",基于此修正并精化了GRACE反演水文变化信息,该信息能有效反映出研究区域较真实的陆地水文变化信息.     

大容量气枪震源陆地反射地震探测技术

为了探索大容量气枪震源在探测区域结构以及在内陆水体进行水陆联测的可行性与有效性,2015年在安徽铜陵完成了长江航道走航激发、陆地接收反射波的“地学长江计划”铜陵段试验。本文从试验观测系统、共中心点分布、覆盖次数以及单炮数据属性等方面综合分析了大容量气枪震源陆地反射试验结果的影响因素。试验结果表明:① 大容量气枪震源在内陆水体激发能够用于地壳结构的探测;② 在水陆联测勘探中,根据目标层段合理设计反射角,能够有效地解决小炮检距反射角不足、大炮检距能量弱的问题;③ 在进行弯线数据采集时,需要对观测系统进行设计,以提高共中心面元的有效覆盖次数;④ 根据气枪震源容量的大小,进行最大、最小炮检距设计,是确保面元成像速度分析精度和面元炮检距属性分布合理的重要条件。      

山东吹响“海上粮仓”冲锋号

<正>粮食从哪里来?人多地少的中国如何解决十几亿人的吃饭问题?缺少耕地尤其是优质耕地的中国,一直高度重视粮食供应和安全保障,大力保护耕地,严守18亿亩耕地红线,改良稻种,提高农业生产效率,等等。然而很多人都忽略了一个重要事实:虽然缺少优质耕地,但中国还拥有漫长的海岸线和面积巨大的海域,而海洋可以提供的食物总量,甚至要比陆地大得多。"海上粮仓"概念的提出和落地,就是人们向大海要粮食的一个重大举措。     

2021年日本福岛海域MW7.1地震S-net海底地震动特征

2021年2月13日日本福岛县东部海域(Off-Fukushima)发生的M_W7.1地震是目前世界最大的海底观测系统——日本海沟地震和海啸海底观测网(S-net)——迄今为止记录到最大的俯冲带地震.为认识海底地震动并探究海陆差异,本文介绍了S-net海域台网及其数据处理的特殊性和必要性,分析了Off-Fukushima地震的地震动幅值、频谱和持时特征,比较了海底与陆地震动衰减特性的异同,对比了近海岸埋置台站、近海沟未埋台站及陆地台站地震动的差异,并与俯冲带地震动模型(GMM)进行了比较.结果表明：Off-Fukushima地震海底水平向PGV和周期大于0.5 s的加速度反应谱值显著大于陆地记录;相比陆地,海底动力放大系数谱向长周期方向偏移,表明海底记录长周期成分更丰富;受到海水的抑制作用,海底记录V/H反应谱比值小于陆地记录;由于海底记录与陆地GMM在路径和场地方面存在差异,水平向PGA及反应谱的残差分布出现明显偏移;海底近海岸埋置台站与近海沟未埋台站的地震动特征存在系统性差异,水平向差异很可能与海底地形有关,而竖向可能受到布设方式对台站与海底耦合程度的影响.本文...     

深海全向性高精度质子磁力仪的研制及应用

对国家高技术研究发展计划(863计划)子课题"远海区低功耗全向性磁日变数据采集与控制系统研究"所研制的深海地磁仪的性能特点以及如何移植应用于陆地地磁场观测,进行了归纳分析,并着重阐述了应用于深孔地磁场观测的四大优势。