黄河下游大野泽流域的侵蚀变化与气候演变

黄河下游频繁的黄河决口和改道在该区域形成了众多湖泊,其沉积物是研究该流域侵蚀和气候变化的重要材料。本文基于高精度的AMS-~(14)C测年,通过分析大野泽DYZ-1钻孔550 cm柱样中的元素含量组成、粒度、CaCO_3含量及元素主成分数理统计综合分析,重建了大野泽流域近1400 a的侵蚀变化序列。结果表明,大野泽流域侵蚀变化大致划分为5个阶段:625—940 AD期间,气候较冷干,流域侵蚀较弱;940—1250 AD期间,对应"中世纪暖期",气候暖湿,降水增多,同时大野泽湖盆频受黄河洪水注入,流域侵蚀强劲;1194 AD之后,黄河进入第四次大改道期,河道南迁夺淮河入黄海,1250—1540 AD期间,黄河洪水较少影响到大野泽湖区,但该时期气候相对暖湿,流域侵蚀相对较强;1540—1860 AD期间,对应"小冰期",气候较冷干,流域侵蚀较弱;1860 AD之后,在气候变暖背景下,降水开始增多,同时,黄河再次改道北迁,大野泽再次受到黄河洪泛影响,流域侵蚀再次加强。以上结论为深入理解黄河下游侵蚀变化特征及规律与黄河改道决溢洪水、气候变化的关系提供了重要科学参考。     

末次冰盛期后黄河三角洲潮滩沉积及其环境指示

15万年左右黄河切穿三门峡后,建造了广阔的华北平原,并在其上频繁摆动入海,其中1 000年以来年均入海沙量高达11~12亿t。入海泥沙的大量沉降,形成了众多古黄河三角洲,现代黄河三角洲形成于1855年。根据黄河三角洲YDZ1孔沉积粒度的垂向变化,结合AMS14 C测年数据和历史资料,分析了末次冰盛期后黄河三角洲潮滩的沉积信息及其沉积环境演变。结果表明,黄河三角洲潮滩沉积物类型主要有砂、粉砂质砂、砂质粉砂、粉砂和黏土质粉砂;从上而下各沉积层段之间的平均粒径Ф值和分选系数表现为减小—增加—减小的变化趋势,偏态和峰态表现为增加—减小—增加的变化趋势;沉积相序经历了泛滥平原相—河流相—三角洲前缘相—浅海相—潮坪相—河流相,这表明沉积动力环境表现为强(陆相)—弱(海相)—强(陆相)的变化过程。     

现代黄河三角洲表层沉积物的空间分布特征

基于近期在黄河三角洲附近海域采集的97个表层沉积物样品的粒度测试结果,研究了黄河三角洲海域表层沉积物的类型和空间分布特征,探讨了沉积物粒度分布特征与物源和沉积动力环境之间的关系。研究结果表明,研究区表层沉积物类型以砂质粉砂和粉砂为主,在绝大部分海域,表层沉积物的偏态表现为正偏和极正偏,分选程度较差,峰态表现为宽和很宽。现行河口三角洲叶瓣周围的表层沉积物以砂质粉砂为主,粒度较粗;而在远离河口的区域表层沉积物以粉砂为主,粒度较细。与20世纪80年代的观测结果相比,受物源供应和沉积环境的共同影响,近期黄河三角洲沿岸的表层沉积物有粗化的趋势,且河口口门区域表层沉积物粗化趋势最为明显。表层沉积物粒度粗化的主要原因是黄河入海泥沙供应不足,导致三角洲沿岸侵蚀加剧;黄河调水调沙以来入海泥沙的粒度变粗,粗颗粒组分在河口口门附近快速堆积。黄河水下三角洲现代沉积速率的分布特征表明,黄河入海沉积物主要在现行河口及三角洲的近岸区域沉积,在15m以深的区域沉积速率较低。同时,还可看出入海泥沙有向北和东北向的运移趋势,与渤海中部泥质沉积以及通过莱州湾向渤海海峡的泥沙输运相对应。粗颗粒沉积物在现行河口三角洲叶瓣的堆积范围与潮流切变锋的位置基本一致,反映了物源供应和沉积动力环境对研究区表层沉积物分布特征的控制性影响。     

莱州湾表层沉积物粒度和黏土矿物分布特征与运移趋势分析

运用粒度参数分析、黏土矿物含量分析、Flemming三角图示法和Gao-Collins二维的"粒度趋势分析"等方法,对采自莱州湾海域的表层沉积物样品和黏土矿物样品进行分析,了解了该研究区域的沉积环境及沉积物的运移趋势。研究区由岸向海沉积物类型大致依次为砂-粉砂质砂-砂质粉砂-粉砂-黏土质粉砂,并且研究区表层沉积物在近岸区域呈现较为明显的平行岸线的条带状特征;同时沉积物的平均粒径、分选系数、偏态、峰态等粒度参数也呈现出良好的正相关性或负相关性;研究区黏土矿物为伊利石、蒙脱石、绿泥石、高岭石,除伊利石分布大致为黄河三角洲近岸低,向研究区东北方向逐渐升高外,其余的黏土矿物都表现出了近岸高,远海低的分布特征,且主要物源为黄河物质输入。Flemming三角图研究区所有采样点大部分分布在Ⅱ区,少部分分布在Ⅲ区,说明研究区整体水动力较强;采样点在A—E区均有分布,但在C、D两区分布最多,说明研究区沉积物粒径较集中。研究区表层沉积物整体呈由岸向海输运的趋势,具体来看,黄河沉积物入海后向北、向东、向南运移,研究区内沉积物的来源是黄河输沙以及周围入海的小河流的输沙和沿岸冲刷的物质。     

现代黄河口南岸海洋沉积环境分析

根据在现代黄河口南岸采集的45个表层沉积物样品与5个柱状沉积物样品的粒度测试结果,研究了现代黄河口南岸沉积物的类型与空间分布特征。通过粒度参数计算和聚类分析方法绘制了粒度概率累积曲线,探讨了沉积物粒度分布特征与物源和沉积动力环境间的关系。现代黄河口至广利河河口的沉积物颗粒呈"粗—细—粗"分布,表层沉积物分为粉砂质砂和砂质粉砂2种类型。通过分析对比柱状沉积物不同深度粒度频率曲线与概率累积曲线,结合对沉积环境和沉积速率的分析,认为黄河河道摆动是影响沉积环境的主导因素。通过对比典型潮滩剖面丰枯季节粒度概率累积曲线发现,广利河在局部区域对沉积环境产生一定的影响。研究表明:黄河改道是影响沉积环境的主导因素,同时,广利河等沿岸河流在河口局部区域对原有沉积环境有一定的改造作用,至莱州湾南岸,沿岸小清河、弥河等河流取代黄河成为影响沉积环境的主导因素。     

莱州湾西南部表层沉积物粒度分布特征及其现代沉积环境分区

根据莱州湾西南部207个表层沉积物样品的粒度分析结果,对莱州湾西南部沉积物粒度分布特征进行了研究,在此基础上应用系统聚类分析方法并结合物源及水动力条件探讨了其现代沉积环境分区。结果表明,研究区表层沉积物类型以粉砂质砂、砂质粉砂和粉砂为主,分布范围最广的粉砂主要位于淄脉沟以北;沉积物平均粒径由近岸向莱州湾中部逐渐变细,从南向北呈现粗—细—粗的变化趋势;研究区现代沉积环境分为高能粉砂质砂粗粒沉积区、砂质粉砂过渡沉积区以及低能粉砂细粒沉积区,其水动力环境表现为波浪作用逐渐减弱,潮流作用逐渐增强,沉积物物源由近岸河流、岸滩侵蚀来沙为主变为以黄河悬浮—再悬浮物质为主。     

渤海湾西部表层沉积物粒度及黏土矿物特征分析

对渤海湾西部海域和西岸入海河流中76个表层沉积物样品进行粒度及黏土矿物分析,研究表明该区有3种沉积物类型,黏土质粉砂分布于整个研究区,约占表层样的90%,是研究区最主要的沉积物类型;研究区黏土矿物以伊利石为主,黏土矿物组合为伊利石-高岭石-绿泥石-蒙皂石;渤海湾西部表层沉积物主要来源于海河等渤海湾西岸入海河流中的陆源碎屑物,滦河对研究区基本没有影响,黄河对研究区的影响变得比较小。对于研究渤海湾西岸的沉积特征及沉积物物源、了解陆地河流对于研究区海洋沉积环境的影响有着一定的科学意义。     

杭州湾地区末次冰盛期第一硬质黏土层粒度特征及其环境意义

对于沉积物粒度分布特征的研究是衡量沉积介质能量,判别沉积地理环境和水动力条件的最基本方法之一。对杭州湾地区河姆渡钻孔的末次冰盛期第一硬质黏土层样品进行系统的粒度分析,并与典型黄土、古土壤、下蜀土及河流相、湖相样品进行对比后发现,该层位样品所显示的粒度分布特征与湖相沉积物极为相似,而与下蜀土及河流相沉积物有所差别。从粒度分布的角度推断,该区第一硬质黏土层的沉积环境为河湖相。     

南黄海西部陆架区表层沉积特征与物源分析

对南黄海西部陆架区626个海底沉积物进行了沉积特征分析,包括粒度和黏土矿物测试。研究结果表明,研究区的表层沉积物类型主要包括砾石、砂、粉砂质砂、砂质粉砂、粉砂、砂质泥和泥。依据表层沉积物成因,将调查区分为4个区:苏北近岸老黄河细粒沉积物区、中东部的残留砂沉积区、西北部的准残留砾石区和东北部的山东半岛水下楔形体末端沉积区。研究区的黏土矿物组合类型主要为伊利石-蒙皂石-绿泥石-高岭石,组合类型与黄河黏土矿物组合类型相同,表明主要物质来源于黄河。研究区中东部分布有粉砂质砂和砂,具有滨岸环境的沉积特征,而与现在所处的沉积环境不相一致,它们被解译为形成于全新世早期的滨岸环境,并在海底留存至今,属"残留沉积"。     

基于粒度分布曲线的邻近传播聚类算法在沉积环境识别中的应用——以白洋淀地区为例

以白洋淀地区出露的22个沉积剖面中沉积物的粒度数据为研究对象,利用邻近传播聚类算法(AP聚类算法)进行聚类分析,并与已知典型沉积环境形成的沉积物粒度频率分布曲线进行对比,探讨了基于沉积物粒度特征的邻近传播聚类算法在沉积环境识别中应用的可行性以及白洋淀地区不同沉积环境的粒度特征。结果表明:邻近传播聚类算法能够将相同或者相近动力条件下形成的沉积物聚为一类,挖掘沉积物粒度数据中蕴含的沉积动力信息;所有样品的沉积物粒度频率分布曲线划分为11类簇;考虑到同一沉积环境中动力条件的变化,将聚类结果得到的分布范围、形状相近的11簇曲线进一步合并为4组曲线,并与已知典型沉积环境粒度曲线进行对比,识别出湖沼相、湖相、河流相、洪积相等4种主要的沉积相。其中,湖沼相与湖心相沉积环境、湖滨相与河漫滩相沉积环境形成的沉积物粒度组分相近。湖沼相与湖心相、湖滨相与漫滩相、河床相的沉积物粒度主要组分分别为细粉砂、粗粉砂、细砂或粗砂,洪积物中粗粉砂、中砂、粗砂含量相近,呈多峰态。邻近聚类传播算法可为沉积环境动力条件反演、分区等提供潜在的新手段。     

新生代地磁漂移研究若干进展

地磁漂移事件的成因及发生规律是地学研究热点,是古地磁学科在这个世纪可能为地球科学贡献新理论的一个突破口。在回顾地磁漂移研究历史的基础上,对新生代地磁漂移记录及其时代进行了概述,从地磁漂移的成因、地磁漂移事件与地磁场强度的关系、地磁场漂移期间地磁场形态学研究等几个方面对过去的研究进行了总结。最后,提出未来研究需关注沉积速率较高的河湖相沉积物,通过多种手段生成不同地理位置的可靠地磁漂移记录,利用轨道调谐手段准确限定时代等,才能获得对新生代地磁漂移规律的全面认识。     

140kaBP以来南海西南部上升流影响区沉积记录及其古海洋环境变化

对南海西南部现代上升流区沉积物柱样BIS-187-61孔有机碳、生物蛋白石、碳酸盐等各沉积组分进行了详细的分析,试图探讨末次间冰期(MIS 5)以来南海西南部夏季上升流影响区沉积过程及其所反映的海洋环境变化过程。研究结果发现,140kaBP以来该孔沉积记录期总体表现为:碳酸盐百分含量冰期低间冰期高,主要受周边陆源物质输入稀释的控制,为典型的"大西洋型碳酸盐旋回",有机碳、生物蛋白石、碳酸钙以及陆源沉积物的堆积速率均在MIS 2期、MIS 4期和MIS 5e期出现高值。其中,MIS 2期和MIS 4期生源和陆源沉积堆积速率增加可能与冰期时冬季风增强及海平面下降导致陆源营养物质输入增加对初级生产力的刺激有关,也可能与陆源物质输入增加对海洋生源颗粒物输出的压载作用增强有关。而MIS 5e期南海海平面高度与现代相仿,间冰期较强的夏季风引起的越南沿岸上升流增强是导致该时段本研究区域表层初级生产力增强,沉积物总堆积速率及各组分堆积速率都相应增加的主要原因。     

不同参数化方案试验对南黄海典型台风中心最低气压和最大风速数值模拟影响

为提高对南黄海典型台风的中心最低气压及其最大风速的预报能力,本文以经过南黄海的典型台风——2011年09号台风"梅花"以及2015年09号台风"灿鸿"为例,基于WRF中尺度数值预报模式,以欧洲中期天气预报中心(ECWMF)的再分析资料作为模式的初始场以及侧边界条件,对南黄海台风数值模拟进行了分析。结果表明,不同微物理方案的选择对南黄海典型台风中心最低气压和最大风速模拟结果影响较小;YSU边界层方案以及KF积云对流方案组合模拟效果最佳,可使南黄海典型台风中心最低气压和最大风速的模拟结果误差最小。     

北戴河西海滩潜堤岬头养滩功效研究

根据北戴河西海滩人工养滩后实际监测数据,对养滩工程中潜堤岬头的养滩功效进行分析,并通过数值模拟的方法进行验证。结果表明,潜堤岬头起到了很好的消浪促淤效果。岬头建成后,沙滩整体以淤积为主,局部岸段发生侵蚀,但侵蚀量不大,低潮滩以上沙滩平均单宽淤积量为21.3 m^3/m,其中,M4剖面单宽淤积量最大,为98.3m^3/m;数值模拟结果肯定了岬头的消波减能功效,其预测的岸线形态与实测岸线基本一致。     

用垂向光学辐照度测量数据计算雾能见度的方法和验证

大气能见度是描述雾的重要物理参数。目前测量大气能见度是采用主动光源测量水平方向的可视距离,本文提出了用垂直方向测量的自然光光学数据计算能见度的方法,该方法通过测量两个不同高度上的谱辐照度,计算谱衰减系数,然后将自然光参数转换为标准光参数,按照大气能见度的定义计算能见度,形成了由垂向光学测量获取大气水平能见度的合乎规范的理论和实际可行的计算方法。在2016年5月5日,作者采用2台光学辐照度计(Trios)和1台能见度仪进行了9h的观测,获得了一个完整的雾生成和发展过程的观测数据,对本文提出的算法进行了检验。针对环境干扰因素可能导致虚报雾的情形,本项研究提出,先从光谱数据本身定性判断是否有雾,再通过本文提出的理论方法计算能见度。研究发现直射光和散射光在594和674nm的特异性,用归一化光谱之差作为判据,成为能见度是否小于2 000m的可靠判断方法。结果表明,光学观测的计算结果在能见度小于1 000m的均方根误差为173m,在能见度小于2 000m的均方根误差为471m。与通常使用的用550nm单一谱段衰减系数计算大气能见度的方法比较,精度有很大提高。尤其对于能见度小于2 000m的情形,与实测能见度有很高的一致性。用垂向光学辐照度观测结果计算能见度是可行的方法。     

西太平洋新不列颠海沟表层沉积物的地球化学特征及其物源指示

海沟通常拥有全球最深的区域--深渊,由于地理位置、地形地貌和气候等差异,海沟沉积物可能有不同的物质来源。因此,为进一步了解海沟深渊区的物质组成与来源,选取近陆的新不列颠海沟作为研究对象,通过分析其海底表层沉积物的地球化学特征,追踪新不列颠海沟不同水深与区域的沉积物来源。研究发现不论位于半深海、深海,乃至深渊区域,新不列颠"八字型"海沟的表层沉积物主要来自于周边岛屿的火山物质,但"八字型"海沟的西支和东支有差异,西支主要为新不列颠岛东部Rabaul火山和北部火山群及所罗门群岛的火山物质,其中在西支的最北站位新不列颠岛北部火山物质的比例最高。与西支相比,东支还受到了更多来源于TLTF(Tabar、Lihir、Tanga和Feni火山)火山链物质的影响,海沟东西支物源的差异与该地区复杂的洋流密切相关。此外,西支海沟轴部(最底端)站位更多来源于岛屿河流沉积物,受火山物质影响相对较小。     

大沽河下游地区地下咸水的水化学特征及成因

大沽河下游地区存在大面积咸水体,为了查明咸水体盐分的来源,揭示地下水咸化机理,于2017年4、8和10月在大沽河下游地区采集地下水样品,对其进行研究。现场原位监测地下水的水位、水温、电导率和总溶解性固体等,并采集水样进行主要水化学离子测定。用数理统计法、吉布斯图解法、主要水化学离子比值法以及卤族元素比值法对地下水样进行综合分析,分析地下水化学分布特征,识别出地下咸水的盐分来源;并结合古地理、地质和水文地质资料,研究其咸水形成机理。结果表明:(1)研究区由西北向东南方向,TDS和Cl浓度均逐渐升高,水质由淡水逐渐向盐水转化,地下水的优势阴离子类型沿着HCO_3型→HCO_3·Cl型→Cl·HCO_3型→Cl型变化,大部分地区的阳离子以Na^+占主导地位。(2)研究区内地下淡水受到岩石风化-溶滤和蒸发浓缩的共同影响,地下咸水的形成主要受到与海水的混合作用控制,还受到阳离子的交换吸附和矿物溶解作用的影响。(3)综合Br/Cl和I含量,证实了研究区存在着海相沉积地层的溶解作用,这是研究区东南部地下咸水的重要盐分来源。     

响应曲面法和人工神经网络模型对电催化氧化磺胺甲恶唑条件的优化

为获得电催化氧化磺胺甲恶唑的最佳实验条件,通过中心组合设计(CCD)设计实验,建立响应曲面(RSM)和人工神经网络(ANN)两种模型,并评价了两种模型的准确性和预测能力。在此基础上分别通过响应曲面法和遗传算法对所得模型进行优化。结果表明:RSM和ANN的均方误差(MSE)、平均绝对误差(MAE)和决定系数(R^2)分别为2.62、1.13、0.976和0.59、0.62、0.994,说明ANN模型比RSM模型具有更高拟合度、精度和预测能力。响应曲面法和遗传算法的优化结果与实验所得结果的相对误差分别为1.48%和0.74%,说明遗传算法具有更强的优化能力。本研究结果可为优化电催化氧化抗生素废水的条件提供参考。     

海量数据驱动下的高分辨率海洋数值模式发展与展望

海洋数值模式是定量描述海洋物理现象及其变化的数值模型,也是海洋与气候研究、预测的核心工具。随着海洋观测的不断投入与积累、对海洋认识的不断深入,特别是在高性能计算技术的支撑下,海洋数值模式已有了长足进步,正朝着高分辨率和多物理过程的方向发展。随着分辨率的提高、物理过程的细化,海洋数值模式的发展面临着多个方面的挑战。当前,海洋数据数量和种类不断增多,同时超级计算机、高性能计算和深度学习等技术的快速发展,为海洋数值模式的突破提供了机遇与挑战。本研究回顾了海洋数值模式的发展现状,梳理和分析了其发展中遇到的大规模高效并行计算和参数优化这两个关键问题,探讨和展望了当前海量数据驱动下海洋数值模式的发展趋势。提出计算负载均衡、计算与I/O重叠的并行流水线设计以及降低全局交换的算法改进是当前突破高分辨率海洋模式大规模高效并行效率的关键。从海洋科学、高性能计算以及深度学习深度交叉融合的角度,提出了实现海洋科学与深度学习相结合的6个途径,在此基础上,探讨了基于深度学习的参数化优化可能实现的途径。     

原土环境下水泥土强度衰减过程室内试验研究

在水土耦合的室内原土环境中,通过微型贯入、扫描电镜(SEM)、能谱(EDS)分析、X射线衍射(XRD)、离子含量及pH值测试等多种试验手段,研究滨海相软土场地形成的水泥土强度的分布规律及其衰减过程,并阐明水泥土劣化层和未劣化层的发展规律。结果表明:水泥土劣化深度随养护时间的增长和水泥掺入比的减小不断增大,至360d时最大劣化深度达到11.9mm,明显大于同龄期海水环境中养护的水泥土的劣化深度;与未劣化层相比,劣化层的孔径增大,孔隙增多,水泥水化产物减少;经原土养护相同时间,水泥土中pH值及主要离子含量分布规律与室内海水环境中的水泥土相似,其中pH值和Ca^2+含量随着试样深度的增大而增大,而Mg^2+、SO4^2-、Cl^-含量随试样深度的增大而减小;水泥土中Ca^2+含量沿试样深度方向的分布规律与强度变化规律相似。在原土条件下,水泥土中Ca的溶出更加显著,导致后期水泥土强度衰减加剧。原土中水泥土强度衰减过程与海水中相同。