基于DART模型的PROBA/CHRIS数据叶面积指数反演

叶面积指数（LAI）是生态环境研究中一个关键的生物物理变量,是陆地植被能量交换的重要途径。基于多角度高光谱植被辐射传输理论,根据DART模型,将天顶角和方位角离散成61个方向组合,建立适于多角度高光谱遥感数据的叶面积指数反演查找表;选取长白山地区高光谱多角度PROBA/CHRIS遥感数据,在进行HRIS数据预处理的基础上,利用最小二乘原理进行CHRIS数据与LAI查找表匹配,反演研究区的LAI;并对490 nm和700 nm波长在不同LAI和61个离散方向的BRDF敏感性因子进行评价分析：随着LAI值的增大,490 nm波长的BRDF值先增大后减小, 700 nm波长的BRDF值减小;BRDF值沿天顶角增大的方向下降,在天顶附近时值为最小。     

BOD5-DO参数反问题偶合模型的研究

根据反问题理论和离散反演算法建立了BOD₅-DO参数反问题偶合模型,并推导出偶合模型的参数解式.对复氧系数、耗氧系数、沉淀-再悬浮系数、光合作用产氧-生物呼吸耗氧系数和自净系数随空间变化规律进行了定量计算,为河流水体自净规律的研究开辟了新途径.     

航空图像与卫星图像大气圈校正的算法

本文描述了进行快速大气圈校正的一种算法。所需辐射参数储存在一个检查表格中。基本程序是把所测辐射率、波长、观察方向和照射方向、观察面高度及烟、大气微粒和气吸收的光学厚度输入一个检查表内。然后计算面辐射率、面瞬时辐照度及面反射率。同时,该程序还可以计算给定反射率,观察和照射方向、烟、大气微粒与气吸收的光学厚度等参数情况下特定高度处的上方的辐射率。     

基于6S模型的MODIS影像逐像元大气校正及其应用

以获取地物真实反射率为目的,介绍了逐像元大气校正的方法。应用6S模型逐像元综合考虑太阳天顶角、传感器天顶角、相对方位角、大气气溶胶厚度、观测波段以及地表海拔这6个参数,生成查找表,统计分析各参数关于反射率的敏感度;并与以往单一参数校正的方法比较了校正的效果。结果表明,逐像元大气校正算法更加接近地物的真实反射率。利用MODIS地表反射率产品对大气校正的结果进行验证,单一参数、逐像元大气校正的相对误差分别控制在26.9%和12.7%以内;在以植被指数(NDVI)为例的后续遥感定量化反演过程中,逐像元比单一参数大气校正方法计算的NDVI平均高出14.4%。     

表碛下冰面消融的模拟与估算

根据热传导理论和能量平衡原理建立了一个简单的数学模型,对表碛下冰面的融化热进行了估算.模型将表碛分为三层:第一层冰碛以剧烈的温度变化和夜间负温梯度的存在为特征;第二层为中间过渡层,温差和温度变化都较小;第三层为靠近下伏冰体的薄层冰碛,以温度低和变化稳定为特征.模型仅以地表温度时间序列、表碛厚度和导热系数、土壤热容量等参数为计算输入,即可对表碛不同层位的土壤温度及其下部冰体融化所需热量进行模拟估算.在科其喀尔冰川表碛区选取了3个具有不同表碛厚度的试验点(Spot1,0.8m;Spot2,1.5m;Spot3,2.1m)进行了模型测试.模型试验表明,模型对于不同厚度表碛下冰面融化热的模拟是较好的,然而对于不同层位地温序列的模拟仍有一定的偏差,造成这些偏差的原因主要是来自于模型假设和土壤温度垂向上的时间相位差.模拟结果同时也显示了不同表碛厚度下冰面消融的差异,冰面消融热平均分别为:Spot1:26.87W·m^-2,Spot2:9.81W·m^-2,Spot3:6.92W·m^-2.     

水电工程坝址区构造应力场三维数值反演

以水电工程实例为背景,在现场调查和地应力测量的基础上,采用三维数值技术对水电站坝址区小范围内构造应力场进行了反演分析,通过对三维模型施加不同量值、不同方向的边界载荷,对比分析应力拟合点处的计算主应力与实测主应力之间的差别,从而得到最合理的边界载荷的量值和方向,即为坝址区构造应力场的量值和方向。计算结果表明：水电站坝址区构造应力场σ₁方向为S50°－60°E,量值为6～7 MPa;σ₃方向为N50°－60°E,量值为3～4 MPa。反演计算得到的坝址区构造应力场方向与区域应力场方向吻合,主应力量值也在合理范围内。     

中天山及其北麓的降水变化及其原因分析

利用中天山地带85.0°～90.0°E,42.5°～45.0°N范围内17个气象站1961-2000年的降水、气温观测数据及美国NCEP/NCAR1950-2000年再分析月平均资料进行计算和分析,结果表明:这一区域近年来降水呈现上升趋势,且冬、夏季相对显著,山区降水增幅大于山前平原地带.年代际变化表现为60-70年代降水量减少,80-90年代逐步增加.大气可降水量多年也表现为增加趋势.近50a来该地区上空的水汽输送状况显示,年平均大气水汽输入为9217.8×10⁸m³,输出水汽8625.7×10⁸m³,净收支为592.0×10⁸m³,且水汽收支主要取决于夏半年的水汽输入量,境外全年输入的水汽只有6.4%转化为降水.从50-90年代水汽净收支总体上呈减少趋势,只在90年代有略微增长.结合该地区的河流径流增加、冰川物质平衡一直处于亏损状态,说明中天山北麓近年来降水量增加的主要原因是由于该地区内部的水循环量增加和水循环速率提高.     

沙三中亚期东营三角洲-滑塌浊积体系预测模型研究

沙三段中亚段沉积时期,东营凹陷物源供给充足,三角洲-滑塌浊积体系极为发育。研究发现,滑塌浊积岩厚度h（m）与三角洲前缘沉积特征（前缘厚度H（m）、砂岩百分含量x（%）、斜坡坡角a（°））以及浊积岩滑移距离s（m）可以建立定量关系。通过控制变量的方法建立单因素关系,即滑移距离s（m）与浊积体厚度h（m）呈负相关,且相关性高,作为主因素;砂体厚度H（m）、砂岩百分含量x（%）及斜坡坡角a（°）与h（m）呈正相关,作为子因素。利用灰关联分析法,计算各子因素相对于主因素的权重系数,确定灰关联系数,建立滑塌浊积岩厚度h（m）的定量预测模型:h=55.359Q1.522 3,Q=0.355s’+0.223x’+0.221H’+0.201a’（Q为综合评价系数,s’、x’、H’、a’分别表经过最大值标准化后的滑移距离、前缘砂体厚度、百分含量以及斜坡坡角数据）。     

基于环境星HJ1B数据反演大亚湾海表温度的三种算法

利用大亚湾2011年2月10日一景环境星HJ₁B热红外遥感影像,通过MODTRAN计算得到大气上、下行辐射和大气透过率,再运用经验公式计算星下辐亮度,分别用大气辐射传输方程模型法、覃志豪单窗算法和Jimenez-Munoz&Sobrino单通道算法反演大亚湾地区海表温度。将三种方法反演的结果与MODIS海表温度对比,其中覃志豪普适性单窗算法反演的海表温度与MODIS海表温度一致性最好,获得的精度较高,RTM算法与覃志豪单窗反演的结果平均误差在0.7K左右。     

青藏铁路沿线地表和路基表面热力学模式(Ⅲ):参数化方案

以物理过程分析为基础,根据野外实测资料设计了青藏铁路沿线地表和路基表面热力学模式中的大气辐射参数化方案,对直接太阳辐射、大气散射辐射、大气向下长波辐射参数进行处理,得到了较好的结果.在无云大气条件下,对直接太阳辐射透过率和大气散射辐射以太阳天顶角进行参数化;对大气向下长波辐射以大气等效辐射率及气温进行参数化;在云天条件下,基于晴阴比的云量参数化和基于气候资料的云天系数参数化都各有较好的效果.对土壤热通量的参数化方法和拖曳系数的取值问题进行了讨论,更完善的方法还有待于与实验测量工作相结合.     

中国第二次北极科学考察路线上温室气体瓶采样结果分析

用气相色谱和非红外色散分析方法,分析了中国第二次北极科学考察路线上采集到的气体样品中温室气体(CO₂和CH₄)的浓度,对不同纬度带上CO₂和CH₄平均浓度变化特征进行了研究.结果表明:海洋表面不同纬度带上CO₂的浓度呈现出随纬度升高而减小的趋势,这与全球范围内CO₂的年平均浓度的地理分布特征相反,显示了海洋对CO₂气体的吸收作用.45°N以北的海洋表面,CH₄浓度有随纬度升高而增大的趋势,这与全球范围内CH₄的年平均浓度的地理分布特征相同;中纬度近海岸地区温室气体浓度变化无明显规律,可能受到区域或局地气团的影响较大.     

Atmospheric Reactive Nitrogen Cycle and Stable Nitrogen Isotope Processes: Progresses and Perspectives

Oxidized reactive nitrogen in the atmosphere mainly consists of nitrogen oxides (NO _X =NO+NO₂, NO₃) and nitric acid. The atmospheric cycling of NO _X influences the formation of ozone and hydroxyl radicals that are important for atmospheric oxidation capacity. Nitric acid, the final product of NO _X oxidation, not only is an important component of particulate pollutants, but also has a direct impact on the ecosystem through dry and wet deposition. The stable nitrogen isotope (δ¹⁵N) shows the potential to study reactive nitrogen cycle, and to trace the emission, transport and deposition of reactive nitrogen from local to global scales. Here, we reviewed previous studies using δ¹⁵N to investigate NO _X emission and atmospheric reactive nitrogen cycle, and discuss the uncertainties of δ¹⁵N signatures of different NO _X sources from two aspects: NO _X generation mechanism and NO _X collection methods. We also discussed the nitrogen isotope fractionation and the consequences during the conversions of NO _y molecules. We ended up with discussions on the possibility of using δ¹⁵N to trace NO _X emissions. Although there are still large uncertainties in quantifying and tracing NO _X emissions using nitrogen stable isotopes, such isotope tool is efficient enough to trace reactive nitrogen cycles in the atmosphere. On the basis of this, we proposed that we can combine atmospheric chemistry transmission models with isotope tracers to improve our understanding of regional and global atmospheric reactive nitrogen cycle regarding the fluxes of different emission sources, their atmospheric transformation, etc.     

大气圈氧气含量水平上升的时间进程:一个与地球动力学过程紧密相关的地球生物学过程

两种气体,氮气和氧气,以压倒优势的状态主导着地球的大气圈。氮气是原生的,而且其存在和丰度不是生物过程所驱动的;相反,氧气是生物通过水的氧化作用而连续产生的,这个氧化作用得到了太阳光的能量驱动。氧气,一种对动物生命进化最为关键的气体,是如何变成大气圈中丰度第2的气体?问题并非以前所设想的那么简单;为了了解大气圈氧化的时间进程,我们不但要知道氧气是什么时候而且是如何第1次出现的,而且还要知道氧气是如何在大气圈中保持一个高浓度的。可以肯定的2个事实是:地球最早期的大气圈是缺乏氧气的,而今天的大气圈则为21%的氧气所组成。需要特别强调的是,大多数古代大气圈氧气水平的地质标志,只是意味着存在与缺乏,而且发生在以下2个时间点的大多数事件是高度不肯定的;但是,一系列地质证据已经表明,大气圈氧气含量水平上升的时间进程发生在2个时间点上:(1)一个从缺氧的到含氧的大气圈的转变,大致发生在2.0~2.5,Ga期间,这个转变就是著名的巨型氧化作用事件(GOE);(2)发生在前寒武纪-寒武纪过渡时期的大约540~850,Ma的第2次巨型氧化作用事件(GOE-Ⅱ),被进一步命名为新元古代氧化作用事件(NOE)。GOE与NOE,就得出了地球大气圈氧气含量水平上升三段式的盛行图像。随着研究的深入,得到了以下重要认识:如果说大气圈氧气含量的总体增加,从太古宙微不足道的水平增加到今天21%,是由于氧气生产作用增强的结果而代表了一个复杂的地球生物学过程的话,那么,这个过程则发生在随着侵蚀作用与沉积作用相对于火山活动而变得更加重要的状况下,更进一步讲,叠加在这个总体趋势下的则是一系列的阶梯式的氧气含量水平上升,这与超大陆聚合作用之后异常高的沉积作用周期是相联系的,从而进一步说明了大气圈氧气含量水平上升是与地球动力学过程紧密相关的地球生物学过程的作用结果。大气圈氧气含量水平一系列的阶梯式的上升,被总结为7个事件而与超大陆汇聚事件得到了良好的对比,从而提供了一个更加清晰的图像;也就是说,在超大陆汇聚作用之后,得到增强的沉积作用促进了大部分有机碳和黄铁矿的埋藏,因而阻碍了它们与自由氧的反应,结果就是大气圈氧气含量水平的实质性上升。新颖的观点和重要的认识,为深入理解地球大气圈氧气含量水平上升这一个重要的地球生物学过程,提供了重要的思考途径和研究线索;追索这些研究进展,将有助于揭开地球大气圈演变历史的神秘面纱并寻找出更多的科学研究生长点。     

近2 Ma BP以来地球轨道参数周期上全球海平面变化机制

海平面的变化往往对区域生态环境、社会经济造成严重影响.通过对全球相对海平面变化(relative sea level,简称RSL)记录的再分析结果,合成了近2 Ma BP以来的全球RSL变化记录,分析了合成RSL记录对原始RSL记录数理特征的继承性,并基于频谱、滤波等数理分析验证了合成RSL记录的合理性.在此基础上,讨论了合成RSL与大气CO₂浓度、中高纬度海域表层海水温度(sea surface temperature,简称SST)、全球大洋底栖氧同位素(δ18O_B)等参数指标间的相关性,结果显示:(1) 合成RSL不仅与原始RSL记录的变化趋势基本一致,继承了原始RSL记录对全球气候变化的响应特征,而且显示出合成RSL记录对地球轨道参数周期变化响应明显;(2) 近2 Ma BP以来,在冰期-间冰期旋回中,合成RSL与δ18O_B变化呈良好的负相关,相关系数r平均值可以达到约0.81,高于合成RSL与大气CO₂浓度及中高纬度海域SST变化的相关系数;(3) 在地球轨道参数周期上,合成RSL与极地冰盖体积(δ18O_B)的变化几乎同时,在偏心率周期上,合成RSL落后于SST和大气CO₂浓度变化;在斜率周期上,合成RSL落后于SST变化而领先于大气CO₂浓度变化.推测这些变化的诱导因素可能是在太阳辐射量改变的前提下,大气CO₂浓度及大洋SST变化对极地冰盖体积产生了差异影响,进而引起海平面发生变化.      

植硅体稳定同位素生物地球化学研究进展

植硅体形态鉴定与组合分析广泛应用于古环境重建和农作物起源分析等.鉴于植硅体的抗腐蚀、抗降解,易保存,锢囚的碳不易污染,且保存了植物的原始信息等特性,其有机地球化学研究日益被重视.植硅体稳定同位素分析表明植硅体是植物通过吸收单硅酸,以蒸腾作用为主要动力,在植物的不同部位发生同位素分馏淀积形成,其稳定同位素组成具有丰富的植物生理和环境信息.植物不同部位植硅体稳定同位素组成具有差异,其含量和硅、氧同位素值沿蒸腾流通常有增加的趋势.沉积物植硅体碳同位素分析不仅可以用于恢复草本的C3、C4植物生物量的比例,并且有可能重建古大气的碳同位素构成,是三者中最具有潜力的考古学、古环境研究的指标.植硅体有机化学组成分析,特别是类脂物分析,有利于认识植硅体碳同位素值相对于总有机碳偏负,C3、C4草本植硅体同位素差值范围缩小的原因.     

Experimental Study Assessing the Role of Sedimentary Organic Materials to Control the Redox State of Ground Materials to Control the Redox State of Groundwater: Consumption of Dissolved Oxygen by Humic Acid

Abstract: A total of 189 runs were completed to determine the rate of dissolved oxygen consumption in water by the reaction humic acid at 25°, 45°, and 65°C. Glass vial bottles were used as reaction vessels, and humic aicd and pure water of different intitial O₂ concentration was loaded with humic acid/water weight of 0.008 and 0.009. Vials were opened periodically to measure O₂ concentrations. The pH of the solution fluctuated in the early stages of the experiments and gradually decreased to a constant value. Dissolved oxygen concentration decreased, for example, from initial value of 12 mg/l to 9 mg/l at 25°C, to 5 mg/l at 45°C, and to 2 mg/l at 65°C after the reaction of 500 hours. Analyses of rates suggest that the reaction is first order, and rate constants are 8.42 × 10^-9 at 25°C, 2.22 × 10^-8 at 45°C, and 1.28 × 10^-7 moles m^-2 s^-1 at 65°C.     

Experimental study of the stability of sudoite and magnesiocarpholite and calculation of a new petrogenetic grid for the system FeO–MgO–Al2O3–SiO2–H2O

The solid-solid reaction magnesiocarpholite = sudoite + quartz has been bracketed between 350 and 500°C, 6.3 and 7.8 kbar. Because it is impossible to synthesize end-member sudoite, all experiments were carried out using natural minerals as starting materials. Although mineral compositions were very close to those of the end-members, the effect of the fluorine content in carpholite was significant. Particularly in those experiments where sudoite grows at the expense of carpholite, electron microprobe analysis of the run products shows that a more stable F-rich carpholite crystallizes too, and consumes the fluorine released in solution by the breakdown of the original carpholite.
Our experimental results are combined, through a thermodynamic analysis, with a previous data set and with previous experimental data concerning the relative stability of chlorite, talc and magnesiocarpholite with excess of quartz and water as a function of P–T and AlAl(SiMg)_-1 substitutions in phyllosilicates. This allows us to constrain the feasible thermodynamic parameters (H°_f, sud; S ° sud) and (H°_f,car; S °_car) for the Mg end-members. Using the partition coefficients calculated from natural parageneses, we have computed a petrogenetic grid for the system FeO–MgO–Al₂O₃–SiO₂–H₂O. It demonstrates that parageneses involving sudoite and carpholite can be used as indicators of P–T conditions, up to 600° C, 8 kbar for sudoite, and at higher pressure for carpholite.     

羌塘盆地磁倾角浅化校正及其在构造上的应用——中侏罗纪以来约1 000 km的南北向缩短

古地磁磁倾角是古纬度的记录者,能真实反映块体在地质时期的古纬度,对块体构造活动有着很好的揭示作用。但最近众多的研究表明,沉积物所记录的磁倾角结果,往往存在浅化现象。因此,如何精确确定古地磁磁倾角方向,是研究块体南北向构造活动的关键。本文围绕古地磁研究相对薄弱的青藏高原腹地羌塘块体,针对雁石坪地区侏罗纪沉积地层开展了精细的古地磁研究,确定了雁石坪群沉积岩地层中灰岩和碎屑岩的剩磁方向(碎屑岩雀莫错组D_s=339.0°,I_s=24.4°,α₉₅=18.3°,灰岩布曲组D_s=336.9°,I_s=30.9°,α₉₅=7.8°),通过运用"E/I"统计方法对所获得的古地磁结果进行校正,发现雁石坪地区侏罗纪沉积岩由同沉积期间或沉积后的压实作用所造成的磁倾角浅化约5.7°～8.5°。该结果表明,羌塘块体在中侏罗世雀莫错组和布曲组期间存在约278 km北向漂移。校正后的古地磁结果,与同期的相邻块体塔里木极对比,揭示出磁倾角具有额外10.9°～14.6° 的浅化,可能指示了自中侏罗世以来,羌塘块体相对塔里木块体有约1 000 km的北向漂移和缩短。     

氢氧同位素在地下水流系统的重分布：从高程效应到深度效应

大气降水的氢氧同位素含量具有高程效应,降水入渗后参与地下水循环,其高程效应如何受地下水流系统的影响转化为地下水氢氧同位素的深度效应？现有研究对于这个问题缺少定量认识。文章构建单向倾斜盆地和双峰波状盆地的稳态地下水循环理论模型,采用MODFLOW模拟剖面二维地下水流场、采用MT3DMS模拟重同位素分子的对流-弥散过程,得到地下水D和¹⁸O含量的空间分布,探讨了氢氧同位素高程效应在地下水流系统转化为深度效应的机理。结果表明：在单斜盆地,补给区大气降水D和¹⁸O含量的高程效应转化为排泄区地下水δD和δ¹⁸O值随埋深增大而指数型衰减的深度效应;在双峰波状盆地,当含水层渗透性相对入渗强度较大时(K₀/w=1 000),仅发育一个区域地下水流系统,在区域地下水的排泄区δD和δ¹⁸O随埋深增大呈现S形曲线分布;当含水层渗透性相对入渗强度较小时(K0/w=250),双峰波状盆地发育多个局部地下水流系统,区域地下水的排泄区δD和δ¹⁸O随埋深增大呈现S形曲线,而局部地下水排...     

利用黄土沉积速率与粒度的相关性建立黄土序列年龄的新方法

基于黄土沉积速率与粒度的相关性提出了一种通过求解代数方程组而确定黄土地层年龄的新方法。以洛川剖面为例,用该方法确定了其Ｓｌ顶部至Ｓ２底部深度－年龄的转换关系,与ＳＰＥＣＭＡＰ高分辨率的深海氧同位素记录的对比表明了该方法在确定黄土序列年龄上的有效性。