浅析美国伍兹霍尔海洋研究所科学考察船运行管理

海洋科学考察船是开展海洋科学考察研究最为根本的支撑平台,其运行管理成本高、风险大,且直接关系到海洋科学考察的水平与实效。文章针对美国伍兹霍尔海洋研究所科学考察船的运行管理,从科考船基本情况、科考船运行管理组织机构和运作机制及其与船载科学服务的协同等方面进行了初步解析,以求为我国科考船运行管理提供借鉴。     

烟台市区河流入海口微生物群落的分析

2015年4月在烟台市区4条主要河流(辛安河、逛荡河、鱼鸟河和夹河)入海口处采集12个样品,利用PCR-DGGE方法分析了此区域的细菌群落组成和优势菌群。通过统计学手段对DGGE图谱进行分析,结果表明4条河流入海口细菌群落丰富度都较高,12个取样点扩增的DGGE条带数都在30以上,样品的Shannon指数均高于3.3,个别甚至可达3.61。其中,辛安河和逛荡河的Shannon指数平均值均高于鱼鸟河和夹河,夹河多样性最低;而且UPGMA聚类分析结果显示地理位置越接近,其细菌组成的相似度越高。在DGGE电泳条带中选取14条主要条带进行扩增和序列测定,所得到的序列进行了系统进化分析发现4条河流入海口的优势菌群主要为变形杆菌门(Proteobacteria)和拟杆菌门(Bacteroidetes)。这与近年来关于山东近岸海域细菌多样性的研究结果相符合,为研究和保护烟台市区河口处环境提供科学依据。     

海底有缆观测站数据采集、管理系统设计与海底运行验证

文中设计了一套用于海底观测网的信息采集系统。提出了一种基于事件触发和定时驱动相结合的通过光网传送IP包的信息监控系统运行机制;提出了由岸站监控中心层、光传输主干层、海洋数据采集层组成的监控和信息采集监控系统总体构架;设计了通讯控制策略及自定义的通讯协议。采用该信息采集系统的海底观测网在试验海域进行了海底布放。经过8个月的海底连续运行,数据采集系统运行稳定,能够正确地采集海洋传感器和自身系统运行数据。     

黄土高原地区土地覆盖变化对气候的反馈作用数值模拟

区域尺度土地覆盖变化是自然变化和人类活动共同驱动的结果,同时又对区域气候环境产生反馈。利用欧洲中值数值预报中心（ECMWF） ERA-Interim再分析资料,驱动RegCM4.5区域气候模式,进行了两个时间段（1980-2014、2005-2014）的数值模拟试验。以1：250 000土地利用图为基础,结合植被图、土壤图制作具有高精度、极强现势性的土地覆盖资料,区域模式中陆面过程模式采用BATS,模拟了现实的土地覆盖改变对气候要素的影响,分析了黄土高原地区土地覆盖变化对气候的反馈作用。结果表明：（1） RegCM4.5不但能够较好描述黄土高原气温、降水的时间空间分布特征,也能够模拟土地覆盖变化对黄土高原局地气候变化的反馈。（2）不同土地覆盖变化特征对气候反馈作用不同,荒漠化会引起局部地区气温升高和降水减少,并通过正反馈机制,致使自然植被生长发育受阻;水域旱化会导致夏季气温升高和降水增加,从而加剧干旱洪涝灾害风险;草地覆盖增加会导致春夏季降水量与气温的降低,秋冬季降水量与气温升高。（3）土地覆盖变化对气温与降水的影响在夏季较强。该研究可促进对黄土高原生态治理环境效应的理解,也能深化对土地利用-气候变化之间互馈作用的过程认识,并为区域生态建设对策选择提供参考。     

基于近红外光谱技术的烃类与粘土矿物识别及其地质意义

沉积岩中自生粘土矿物受成岩过程中物化条件控制,是成岩系统物化条件的指示。近红外反射光谱技术对粘土矿物反应灵敏,在金属矿产勘探中已经得到了日益广泛的应用。首次对油气勘探地质井的试验工作,验证了近红外光谱数据不仅可以第一时间从岩石样品中直接提取微量烃信息,还能解译详细的粘土矿物组合及其变化,从而获取对油气勘探有价值的成岩温度和热成熟度信息。对鄂尔多斯富县地区试验样品的数据分析表明,生油和储油层中的粘土矿物组合(包括铵伊利石、绿泥石、高岭石)变化直接反映了成岩和构造演化物化条件的变化,对于全面理解盆地的环境条件并且判断油气生成的有利区位具有实际应用意义。     

Numerical simulation on excavation-induced damage of rock under quasi-static unloading and dynamic disturbance

During the excavation of underground opening, the rock may experience a complex loading path that includes the highly confined compression before excavation, unloading of confining stress and further disturbance of dynamic loading after excavation. By using Rock Failure Process Analysis for Dynamics (RFPA-Dynamics), the failure of rock sequentially subjected to this complex loading path is numerically simulated, in order to examine the rock failure mechanism induced by excavation. The RFPA-Dynamics is firstly used to reproduce the failure of rock under confined compression, followed by unloading of confining pressure, and it is validated against with the existing experimental observation. Then, the failure characteristics of rock specimen sequentially subjected to the quasi-static triaxial loading, unloading of confining pressure and dynamic disturbance are numerically simulated, where the effect of magnitude of axial loading and confining pressure, and duration and amplitude of the dynamic disturbance on the final failure patterns of rock are examined. The numerical results indicate that the arc-shaped spalling damage zone is prone to develop with the increase in the axial pressure and lateral pressure coefficient. As for the effect of dynamic disturbance, the contribution of duration and amplitude of dynamic disturbance on the energy input are similar, where the area of damage zone increases with the energy input into the rock specimen. In this regard, the area of the damage zone is influenced by both the magnitude of in situ stress and waveform of dynamic disturbance. This study denotes that it is of great significance to trace the complex loading path induced by excavation in order to capture the rock failure mechanism induced by underground excavation.     

An Experimenting Field Approach for the Numerical Solution of Multiphase Flow in Porous Media

In this work, we apply the experimenting pressure field technique to the problem of the flow of two or more immiscible phases in porous media. In this technique, a set of predefined pressure fields are introduced to the governing partial differential equations. This implies that the velocity vector field and the divergence at each cell of the solution mesh can be determined. However, since none of these fields is the true pressure field entailed by the boundary conditions and/or the source terms, the divergence at each cell will not be the correct one. Rather the residue which is the difference between the true divergence and the calculated one is obtained. These fields are designed such that these residuals are used to construct the matrix of coefficients of the pressure equation and the right‐hand side. The experimenting pressure fields are generated in the solver routine and are fed to the different routines, which may be called physics routines, which return to the solver the elements of the matrix of coefficients. Therefore, this methodology separates the solver routines from the physics routines and therefore results in simpler, easy to construct, maintain, and update algorithms.     

用连续GPS与远震体波联合反演2015年尼泊尔中部M_S8.1地震破裂过程

由于印度-欧亚板块碰撞,位于板块边界带的喜马拉雅地区大震频繁,但对其活动性的认识仍十分有限.2015年4月25日尼泊尔中东部地区时隔80年再次发生8级地震,为研究板缘地震提供了一次难得机遇.本文用西藏和尼泊尔的GPS连续观测数据和全球分布的远震地震波记录联合反演此次特大地震的破裂过程,结果显示此次地震发生在印度板块与青藏高原接触边界面——喜马拉雅主滑脱断层上.北倾11°、近东西(295°)走向的断层面破裂约100km长(博卡拉到加德满都),130km宽(从加德满都深入我国西藏吉隆县),破裂以逆冲滑动为主,平均幅度达到2.4m,释放的地震矩高达9.4×1020 N·m.反演结果还显示,震源体主要破裂分布深度范围为5~25km,应无地表破裂,属于一次盲地震.基于GPS资料推测的地壳现今运动速率及1833年地震的震源位置,我们推测地震在此次地震破裂区域复发的周期可能为150~200a,而极震区以南的深部滑脱断层仍保持闭锁,未来仍有导致灾害性大震的可能性.     

一种基于M估计的水下地形抗差匹配算法

目的 为削弱观测数据和背景地形模型中粗差对水下地形匹配导航精度和可靠性的影响,提出了一种基于M估计的水下地形抗差匹配算法,显著提高了水下地形匹配算法对粗差(异常值)的抵御能力,确保了稳健匹配导航解的获取。实验验证了该算法的有效性。     

黄河三角洲滨海地区植物生长季大气氮沉降动态

利用SCJ-302型降水降尘自动采样器在植物生长季对黄河三角洲滨海湿地的大气氮沉降进行监测,对沉降物中水溶性离子、干、湿沉降氮输入量、铵态氮和硝态氮在总沉降量中的贡献率及月变化动态等分析表明：黄河三角洲植物生长季,大气干、湿沉降中SO₄^2-和NO₃^-占阴离子总量的92%以上,和Na⁺和Ca²⁺占阳离子总量的80%以上,总N沉降量约为2 264.24 mg/m²,且69%集中在降雨量较丰沛的6-8月。其中干沉降氮贡献率约为32.02%,主要集中在春季。N的湿沉降量与降雨量呈显著正线性相关（R²=0.82）,在降雨量丰沛的8月,达到最大值675.64 mg/m²。该地区大气干沉降的氮素形态以硝态氮为主,约占氮素输入量的57.21%,湿沉降中以铵态氮为主,约占氮素输入量的56.51%。植物生长季中,大气沉降中的硝态氮与铵态氮含量对表层10 cm土壤的月平均贡献率分别为约31.38%和20.50%,可见大气氮沉降是黄河三角洲滨海区域土壤主要氮素来源之一。