陆地植物有机分子化合物氢同位素组成及其古环境意义

近年来，随着高温裂解－色谱－同位素质谱技术的发展，使有机分子化合物氢同位素的生物地球化学研究成为可能，并已被应用到湖泊沉积物、泥炭等地质记录的古环境研究中。然而，由于目前对陆地植物有机分子化合物氢同位素组成变化与气候变化之间关系很好的认识，造成了地质纪录中的有机分子化合物氢同位素组成变化解释的不确定性。笔者利用 GC/TE/IRMS 方法初步测定了中国西北地区干旱－半干旱地区现代植物和黄土/古土壤序列中正构烷烃组分（主要来自植物叶蜡）的氢同位素组成。来自34个现代植物（包括21个C3 植物和 13个 C4 植物）的δD值变化为 C27 为－10‰～－200‰、C29 为－115‰～－205‰、C31为－113‰～－226‰。结果表明：与目前人们的认识不同，植物叶蜡的氢同位素组成与植物光和作用方式（C3 或 C4 植物）相关性较弱，而与植物的类型（木本和草本）相关；尽管降雨、温度、光合作用方式等因素可能影响植物氢同位素分馏效应，但植物氢同位素组成更大程度的受控于植物生长来源水中的氢同位素组成。黄土高原西峰黄土/古土壤剖面过云130 kyr正构烷烃组分的平均氢同位素组成变化为－140‰～－190‰。偏正δD峰值对应于相对干旱的黄土沉积阶段（海洋氧同位素阶段2和4），而偏负的 δD 峰值对应于相对湿润的古土壤发育阶段（海洋氧同位素阶段 1、3 和 5）。笔者认为黄土/古土壤序列的有机分子化合物的氢同位素组成记录了东亚季风气候控制下中国北方干旱、半干旱地区植被的演化及相应的气候干/湿变化。     

基于飞机真实轨迹的一次层状云催化的增雨效果及其作用机制的模拟研究

层状云降水效率通常较低,但却具有较高的云水资源开发潜力,是人工增雨作业的重要对象.随着中国南方地区生态改善、水库增蓄、抗旱等社会需求的增加,针对这些地区降水云系的人工增雨研究显得愈发重要.使用三维中尺度冷云催化模式,对2018年10月21日湖北省一次层状云飞机人工增雨作业过程进行了数值模拟研究,并将模拟结果与卫星、降水...     

水生植物烷基脂类含量和分布特征及其单体氢同位素组成

水生植物是湖泊沉积物中内源有机质的主要来源,但目前研究者对水生植物正构烷烃和脂肪酸分布特征的研究有限,极大地限制了湖泊沉积物同位素地球化学在环境变化研究中的应用.文章总结了全球湖泊已报道水生植物脂类结果,结合在中国主要湖泊新获得的脂类数据,系统讨论了湖泊水生植物脂类分布特征.我们发现水生植物基本以中等链长脂类(C_(23)～C_(25)正构烷烃和C_(22)～C_(24)脂肪酸)为主峰碳,与陆生植物存在差别(以长链脂类为主峰碳),但一些水生植物样品的长链正构烷烃(如C_(27)和C_(29))和长链脂肪酸(如C_(26)和C_(28))也具有较高丰度.沉水植物具有较高含量的长链正构烷烃(平均47μg g~(-1))和长链脂肪酸(平均170μg g~(-1)),与陆生植物脂类含量接近,表明当湖泊中沉水植物大量生长时,其可能对沉积物的长链脂类存在较大贡献.但藻类长链正构烷烃和长链脂肪酸的含量较低(平均含量分别为2和9μg g~(-1)),表明其对沉积物长链脂类的影响可能较小.通过对水生植物和陆生植物脂类分子指标进行比较,我们发现ACL_(14-32)和ATR_(14-18)值能有效将藻类和其他植物来源的脂肪酸区分开,Paq′值能很好地将沉水植物和陆生植物来源的正构烷烃区分开.每个水生植物样品不同奇碳数正构烷烃(C_(21)～C_(31))和不同偶碳数脂肪酸(C_(20)～C_(30))分子间δD值无明显差别,表明湖泊沉积物脂类分子间δD值的差异可能具有区分其输入来源,以及反映湖泊水文条件的潜力.     

多元地球化学指标指示的32～9 ka B.P.罗布泊地区环境及其对全球变化的响应

对位于新疆罗布泊地区罗北洼地的CK-2钻孔柱样,自距顶0.94 m到10.35 m部分,以5 cm间距采样,6个样的质谱,铀系法年龄为32～9 ka B.P.,用仪器-化学分析法得到了样品中Na、K、Ca、Mg、Fe、cu、Hg、Zn、Mn、Sr、As、Pb、P、Cl和TOC共15种元素的含量.通过对元素含量变化和主成分序列分析,探讨了罗布泊地区在32～9 ka B.P.期间,经历的从末次盛冰期(阶段Ⅰ)、暖干期(阶段Ⅱ)、末次冰期晚期(阶段Ⅲ),到全新世早期(阶段Ⅳ)的不同程度冷湿与暖干的变化阶段.与格陵兰冰芯(GISP2)和深海沉积物氧同位素序列对比结果表明,罗布泊地区经历了MIS3晚期、MIS2和早M1S1早期.在罗布泊环境演化序列中也出现了发生在北大西洋冰漂碎屑的Heinrich事件(H3、H2和H1)和新仙女木(YD)事件,以及快速回暖的D/O事件(IS4、IS3、IS2和IS1).这表明高纬度的大气环流影响到中纬度西风带的强度、相位和位移,制约了我国西北干旱化地区气候环境变化的格局.为此,罗布泊地区的湖相沉积环境不仅记录了受到西风带、青藏高原隆升以及远离东亚和南亚季风影响所具有区域性的冷湿与暖干的水热配置特点,并且还具有全球变化的印迹.     

2014年春季华北两次降水过程的人工增雨催化数值模拟研究

在WRF中尺度模式中耦合了中国气象科学研究院发展的CAMS（Chinese Academy of Meteorological Sciences）云微物理方案,并在CAMS方案中增加了直接播撒冰晶（S1方案）和播撒碘化银催化剂（S2方案）两种云催化方案。利用此模式,对2014年我国华北干旱期间开展飞机增雨作业的两次降水过程（个例1:5月9～10日;个例2:5月10～11日）进行了云催化数值模拟研究,分析了催化对降水和云物理量场影响,对比了S1和S2方案催化效果的异同。结果表明,在云层适当部位播撒催化剂,两种催化方案均会达到增雨效果,催化会引起云中各水凝物的明显变化,并导致催化区域温度、垂直速度的变化。个例1中,S2方案的催化影响范围要大于S1方案,在播撒区下游地区,S2方案催化效果要强于S1方案;而个例2中两方案催化效果没有表现出显著差异。S1和S2方案的催化效果在不同个例中表现不同,其重要原因在于两种催化方案的催化机制差异以及云系动力条件、水汽条件的不同。通过采用适当的催化剂量,在其他催化设置条件相同的情况下,S1和S2方案可以取得相似的催化效果,但需注意由于二者催化机制的差异,在一些具体云系条件下,二者的催化效果会有一定差异。当实际人工增雨作业采用碘化银催化剂时,相应的催化模拟研究使用S2方案更为适合。     

柴达木盆地盐湖卤水硼、氯同位素的水化学特性探讨

通过对柴达木盆地盐湖硼、氯同位素组成和相应的水化学参数关系的讨论,揭示了盐湖卤水中硼、氯同位素组成变化与盐湖卤水演化之间的关系。盐湖卤水的硼同位素组成主要是与盐湖补给水的硼同位素组成和 Ｃａ 离子含量有关,氯同位素组成是受卤水的蒸发程度所控制。硼、氯同位素之间存在负相关关系。     

吸湿性物质催化云雨的研究进展

用氯化钙溶滴消暖雾已经70年了,后来细盐粒子或盐溶液也被用于催化暖云,希望它们在云中形成雨胚,启动或加速碰并过程以增加降水.20世纪60年代,飞机播撒盐粉、地面烧盐粉成为我国人工影响暖云的主要方法,普遍反映有增雨效果,由于当时条件限制,没有进行严格的科学验证;同时,因为实施中播撒剂量大,对飞机又有腐蚀而被搁置.十多年前南非在人工增雨中开发了产生吸湿性微粒的新型焰弹技术,用于暖性对流云催化,通过随机化试验取得了具有统计显著性的增雨效果,这一结果在墨西哥的试验中得到重复;另一方面,泰国一直使用粗吸湿性粒子催化暖积云,近年来的随机化试验也证明能增加降水,但是降水的增加是4 h后在被催化云的新生云中出现的.这些结果重新激起人们对暖云催化的兴趣,成为当前国际云雾物理和人工影响天气领域的热点问题之一.     

环境扫描电子显微镜工作原理及其气象学应用

大气颗粒物具有吸附性、吸湿性以及对光的吸收和散射性等特性,对环境、气候和人类健康造成许多不利影响。扫描电子显微镜和能谱分析技术,可在观测大气组成的微小颗粒的微观结构的同时,实现对微结构元素组分分析的目的,为气象学中开展微观物理化学研究提供一个有效的手段。文章简要介绍了环境扫描电子显微镜(ESEM)的基本工作原理及特点,指出环境扫描电子显微镜在气象科学研究中的独特作用、适用领域,并通过对人工影响天气焰剂产生的大气颗粒的物理化学性质研究的实例来说明其应用。     

一个用于催化剂成冰性能检测的新型等温云室

云雾物理实验是我国大气科学研究需要加强的一个方面, 文中介绍了中国气象科学研究院新建用于人工冰核催化剂成冰性能研究的1 m3等温云室。阐述了该云室主要结构组成、 性能特点、 附属设备和实验程序, 以及所开展的催化剂成冰效率的初步检测研究。实验结果表明, 该云室在原建系列云室基础上, 对制冷及保温性能有很大的改进和优化, 更适合催化剂成冰性能检测和研究, 为今后我国开展云雾、 降水微物理实验研究和提高人工影响天气催化技术水平提供了一个有用的综合研究平台。     

黄土高原中部7～2Ma期间古植被变化的分子化石证据——以赵家川剖面为例

植物叶蜡正构烷烃组分能够在地质体中长久保存,并记录历史时期植被变化的信息。本研究通过对黄土高原中部董志塬西峰地区赵家川剖面古土壤中正构烷烃组分的分析,讨论7～2Ma期间黄土高原植被变化的植物叶蜡组分变化特征及其对气候变化的响应。结果表明:从7.0Ma至3.4Ma,正构烷烃C31/C27和C31/C29比值处于相对低值的波动范围,范围分别为0.5～1.9和0.6～1.3,表明该时期以木本植物占优势的生态格局;在3.4Ma前后,古土壤中保存的古植被叶蜡正构烷烃组分的C31/C27和C31/C29比值有一个明显的增加,分别从0.8变化到2.9,从0.7变化至1.6,即古生态系统中草本植物的相对比例突然增加;从3.4Ma至2.0Ma,正构烷烃C31/C27和C31/C29比值处于相对高值的波动范围,范围分别为1.7～3.3和1.1～1.6,指示该时期木本植物减少,草本植物增加的生态格局。我们推测这个生态系统的变化可能响应晚新生代3.5Ma左右的中国内陆干旱化,并形成了自此以后黄土高原塬面以草原或森林草原为主的自然生态格局。