海水盐度对沉降泥沙固结过程影响研究

黄河每年输送上亿吨泥沙入海,其中80%以上沉积在河口附近水下三角洲。受黄河入海径流量、气候及海洋动力条件影响,黄河口海域海水盐度变化显著。目前,不同盐度海水环境下入海泥沙沉降形成的海床土,固结过程有何差异尚不清楚。本文在黄河水下三角洲潮坪配制不同盐度的流态沉积物,模拟不同沉积环境下新沉积土的固结过程,利用轻型贯入测试、十字板剪切测试等现场原位试验,实时观测沉积环境盐度对沉降泥沙固结过程的影响。研究发现:随着海水盐度增加,沉积物固结强度增大,沉积环境盐度每增高1‰,沉积物固结后强度可增加0.15倍;海水盐度对沉积物固结速率的影响,在初始阶段表现不明显,在沉积物固结后期,盐度每增高1‰,固结速率可增长1.23倍;海水盐度的增高,还加剧了沉积物固结强度的空间非均匀性。本研究的发现,促进了对河口区海底工程环境的认识。     

Automated multi-scale classification of the terrain units of the Jiaxie Guyots and their mineral resource characteristics

Given the advances in satellite altimetry and multibeam bathymetry, benthic terrain classification based on digital bathymetric models (DBMs) has been widely used for the mapping of benthic topographies. For instance, cobalt-rich crusts (CRCs) are important mineral resources found on seamounts and guyots in the western Pacific Ocean. Thick, plate-like CRCs are known to form on the summit and slopes of seamounts at the 1 000–3 000 m depth, while the relationship between seamount topography and spatial distribution of CRCs remains unclear. The benthic terrain classification of seamounts can solve this problem, thereby, facilitating the rapid exploration of seamount CRCs. Our study used an EM122 multibeam echosounder to retrieve high-resolution bathymetry data in the CRCs contract license area of China, i.e., the Jiaxie Guyots in 2015 and 2016. Based on the DBM construted by bathymetirc data, broad- and fine-scale bathymetric position indices were utilized for quantitative classification of the terrain units of the Jiaxie Guyots on multiple scales. The classification revealed four first-order terrain units (e.g., flat, crest, slope, and depression) and eleven second-order terrain units (e.g., local crests, depressions on crests, gentle slopes, crests on slopes, and local depressions, etc.). Furthermore, the classification of the terrain and geological analysis indicated that the Weijia Guyot has a large flat summit, with local crests at the southern summit, whereas most of the guyot flanks were covered by gentle slopes. “Radial” mountain ridges have developed on the eastern side, while large-scale gravitational landslides have developed on the western and southern flanks. Additionally, landslide masses can be observed at the bottom of these slopes. The coverage of local crests on the seamount is ~1 000 km2, and the local crests on the peak and flanks of the guyots may be the areas where thick and continuous plate-like CRCs are likely to occur.     

印度尼西亚海域潮波的数值研究

基于ROMS模式构建了模拟区域为(15.52°S-7.13°N,110.39°~134.15°E)水平分辨率为2′的潮波数值模式,分别模拟了印尼海域M2、S2、K1、O1四个主要分潮。模拟结果与29个卫星高度计交叠点上的调和常数进行比较,符合较好。M2分潮的振幅均方根差为3.4cm,迟角均方根差为5.9°;S2分潮的振幅均方根差为1.7cm,迟角均方根差为6.3°;K1分潮振幅均方根差为1.1cm,迟角均方根差为5.8°;O1分潮振幅均方根差为1.2cm,迟角均方根差为4.4°。M2、S2、K1、O1分潮向量均方根差分别为3.8cm、2.4cm、1.9cm和1.3cm,模拟结果的相对偏差在10%左右。根据计算结果分析了印尼海域的潮汐特征及潮能传播规律,结果显示:爪哇海以外的印尼海域主要为不规则半日潮区;全日潮潮能主要由太平洋传入印尼海域,而半日潮潮能则是从印度洋传入印尼海域。     

全球海啸地震震源机制解及海啸成因探讨

海啸作为五大海洋自然灾害之一,严重威胁着人类生命财产安全。近些年来,国内外学者对地震海啸进行了大量研究,主要针对海啸的生成、传播、爬高和淹没的数值模拟,以及古海啸沉积物进行研究,但是对于海啸地震震源机制的研究还比较欠缺,尤其是缺乏对震级小于6.5的海啸地震的研究。针对我国的地震海啸研究现状,强调震级小于6.5地震引发海啸的问题不容忽视。本文归纳整理了全球766次地震海啸,利用三角图分类基本法则对海啸地震震源机制解进行分类,并对其中341个发生在1976年后的海啸地震进行震源机制解分析,对其中633次海啸浪高进行统计学方法分析研究。本文认为逆冲型、正断型、走滑型和奇异型机制地震均能引发海啸,逆冲型地震引发的海啸占比最大,震级小于6.5级地震引发的海啸的浪高也有高达10 m的情况,也能产生巨大破坏性。逆冲型、正断型、奇异型地震可直接引起海底地形垂向变化,进而引发海啸,而走滑型地震引发海啸则可能有两种原因,一种是走滑型地震并非纯走滑型而是带有正断或逆冲分量从而引发海啸,另外一种是走滑型地震引发海底滑坡导致海底地形变化进而产生海啸。从海啸地震震源深度分析,能产生海啸的地震震源深度97%以上都是浅源地震,主要集中在30 km深度以内,但是也有中深源地震海啸。本文综合海啸地震的震源特点、我国地理位置以及以往海啸发生的情况,认为未来我国沿海地区威胁性的地震海啸主要集中在马尼拉海沟和台湾海峡区域,在今后海啸预警方面需要格外重视这些区域,通过建立完善海啸预警系统来减少损失。     

大洋海底数据可视化和成图设计与分析

随着全球大洋调查的不断开展以及各种海底探测技术的进步,海洋调查数据积累日益增多。以往主要通过使用不同的专业软件来进行各类大洋数据的可视化和成图分析。在海洋调查方面目前迫切需要一种可视化软件,能够快速显示海底大洋的观测和探测数据,并能够快速简单地综合分析和成图。为了解决快速可视化和多种类型数据同界面显示问题,本文利用Matlab中的图形用户界面工具,开发和设计了简单易操作的OceanVis1.0数据可视化和图形用户界面。通过使用OceanVis1.0,用户可以方便地对全球海底大洋多波束水深、海洋重力异常、海洋磁异常、地震波形数据等进行可视化和成图分析,能够解决大洋关键区域的多种数据可视化综合分析问题。对不同类型的数据可以进行二维测线和三维空间数据变化的显示,也可以实现数据成图的放大、缩小和旋转功能。对于多波束、重磁数据空间变化数据,可以进行二维测线的任意切割和成图输出,不用保留中间成图即可满足用户的实时数据显示和快速查看功能。OceanVis1.0也能为具体航次的海底调查提供各类海底探测数据的快速显示,以及包括航次中获取的数据显示和初步分析功能,能够为研究区航次测线的规划提供数据可视化和图形支撑平台。     

深海海底边界层原位观测系统研发与应用

为进一步研究南海北部陆坡海洋动力过程对深海海底边界层的影响,研发了“深海海底边界层原位观测系统(In-situ Observation System for Bottom Boundary Layer in Abyssal Sea)”,ABBLOS。观测系统主体为坐底式深海运载平台,最大工作水深可达6 700 m(实际工作水深取决于搭载设备的耐压水深),是研究深海海底边界层问题的重要技术创新。观测平台由上下两部分框架结构组成,上部框架用于搭载和回收观测设备,下部支撑架为配重,并且用于提供距离海底1 m的观测空间;同时创新性地设计了“卡槽定位-螺栓紧固”的连接方式连接上下两部分,连接方式简单可靠,保证了平台回收成功率。ABBLOS集成了75 k-ADCP、高频ADCP、ADV、高精度压力计、海底摄像机等设备,以及甲烷、温盐深、浊度、溶解氧、氧化还原电位等传感器,首次实现了内波、中尺度涡等海洋动力过程与海底边界层物理化学参数的动态变化同步观测,特别是可以观测距离海底1 m高度范围的水体流速剖面,并且达到7 mm一层的垂向空间分辨率。研制完成后,2020年在南海北部陆坡神狐海域655 m和1 405 m水深处分别成功布放并回收,观测时间共计34天,采集到观测站位上覆海水的流速剖面结构,捕捉到了平均周期为1天1次的内波作用过程,以及海底边界层的多种物理化学参数。初步分析655 m水深处的观测数据后,发现深海海底边界层的温度、压力、溶解氧、密度和盐度等参数受控于海洋潮汐过程,尤其是温度和压力的变化基本与潮汐周期同步。海底边界层氧化环境较为稳定,甲烷浓度由高变低,但是基本在海洋溶解甲烷平均浓度范围内。与潮汐相比,内孤立波对深海海底边界层水体的影响程度较小,但是明显可以引起沉积物的再悬浮,引起的海底边界层的海水浊度从背景值的0.01 NTU增大到48 NTU,海底摄像机也记录到了内孤立波期间深海底层海水突然变浑浊的过程,说明南海内孤立波可以影响海底沉积物的输运。     

Dehydration melting of solid amphibolite at 2.0 GPa: Effects of time and temperature

The dehydration melting of the natural rock at high pressure is important to investigating the magma formation in the earth’s interior. Since the 1970s, a lot of geological scientists have paid more atten- tion to the dehydration melting of the natural rock[1―5]. Previous experiments of dehydration melting and observations of fieldwork argued that the dehy- dration melting of the rock was probably the most important fashion for the melting of the lower crust rock[6―12]. The genesis of most …     

内蒙古高温天气成因分析

选取1971—2008年64次较强内蒙古高温酷暑天气过程,对其物理量分布特征和成因进行了分析,结果表明：300hPa高空锋区的北退或断裂与大陆暖高压系统的形成和发展有很好的相关性;对流层中层的暖平流对大陆暖高压系统的发展强盛起到关键作用,通常在暖高压系统的上游（西部、北部）维持暖平流时,暖高压系统将发展并维持强盛状态,当暖高压系统北部出现较强的冷平流时,暖高压系统将很快崩溃;500～850hPa厚度场可以更好的反映出整层气柱冷暖性质,其分布特征直接影响到内蒙古高温酷暑天气发生的部位和区域;蒙古暖高压控制区中盛行下沉气流,使得大气下沉增温,对流层中低层维持暖心结构,由于整层气柱很暖,低层减压形成了近地层的热低压,具有干热的特征。最后总结了内蒙古高温酷暑的定量预报指标。     

中国区域植树造林对地表温度的影响

近些年随着中国植树造林计划的持续进行,植被覆盖不断增长,进而影响中国地表环境。地表温度是表征地表物理过程的重要参数,是地表—大气能量交换中的驱动因子,广泛应用于气候、水文、生态及气象等研究中,是众多基础学科研究的关键参数之一。为了分析植树造林战略对局地和区域尺度的影响,以指导相应政策的制定,本文采用IBM（Intrinsic Biophysical Mechanism）方法研究了中国区域植树造林对地表温度的影响,并讨论了辐射效应与非辐射效应以及不同林地类型对地表温度的影响。结果表明：（1）植树造林对地表温度的影响在高纬度地区的寒冷季节表现为增温作用,而在温暖季节各纬度均表现为降温作用。（2）寒冷季节高纬度地区植树造林对地表温度的辐射效应较为强烈,而在其他季节各纬度植树造林对地表温度的非辐射效应占主导作用,辐射效应较为微弱。（3）开阔地转为林地时,不同林地类型对地表温度有不同的影响特征。开阔地转为落叶阔叶林时对地表温度的影响与植树造林对地表温度的总体影响变化具有相似特征,表现为在寒冷季节高纬度地区为增温作用,在低纬度地区均表现为降温作用,开阔地转为常绿针叶林、常绿阔叶林时对地表温度的影响均表现为降温作用。     

藏东德弄弄巴古滑坡堆积体物理力学特征及稳定性分析

拟建川藏铁路是自然、地质环境最为复杂的铁路工程,地质灾害作为局部乃至全线的关键控制节点,关乎川藏铁路建设的成败。野外调查表明,德弄弄巴古滑坡位于藏东地区藏曲河右岸一级阶地上,在川藏铁路选线或建设过程中备受关注,其稳定性是直接影响着铁路选线的必要条件。本文在野外调查的基础上,对德弄弄巴古滑坡堆积体的物理力学特征和稳定性进行系统分析和计算。结果表明:天然工况下,组成德弄弄巴古滑坡的碎石土干密度达1.75 g/cm^3以上,含水率低于4%,并且堆积体的黏聚力和内摩擦角与含水率呈显著相关性,随含水率增加而减小;基于FLAC3D数值模拟和GEO-SLOPE稳定性分析表明,堆积体在天然和暴雨工况下整体稳定,但在强降雨条件下,坡脚和坡体后缘地形转折处稳定性较差,坡脚稳定性系数仅0.761。该滑坡在暴雨、地震和人类活动等作用下,极有可能发生局部失稳,影响铁路建设和坡体上居民安全,应进行必要的综合治理和稳定性监测。