基于J-Earth领域编程框架的高效并行大气环流模式(H-GAMIL)构建

高性能并行计算,一直是气候系统模式研究中的重要科学前沿。然而,随着计算机技术的发展,计算机体系结构越来越复杂,以及气候系统模式本身的复杂性使得开发高性能气候系统模式成为一个难题。采用了一种全新的并行程序设计方法:基于针对气象科学中的计算特点发展出的领域编程框架J-Earth,构建了高性能并行大气环流模式H-GAMIL。在对原模式GAMIL分析和解构以后,结合J-Earth的特点,采用面相对象的编程方式,对H-GAMIL进行重构。重构后的H-GAMIL具有现代软件标准化模块化的特点,并具有自动二维剖分、MPI(Message Passing Interface)和Open MP(Open Multi-Processing)混合并行实现、并行输出等新功能。解决了原模式一维剖分受到处理器限制,串行IO等问题。在此基础上,本文对H-GAMIL进行了并行效率测试,结果显示,模式水平分辨率为1°(纬度)×1°(经度)时,可使用上千处理器核,并行效率达40%以上且负载平衡达70%。测试结果表明了H-GAMIL具有较好的并行效率和可扩展性;同时对H-GAMIL模拟性能进行对比分析,其结果表明H-GAMIL保持了原模式的守恒性,并且具有与原模式相当的模拟性能,能够满足气候研究的计算需求,达到实用程度。     

MEA-BP神经网络在大坝变形预测应用

针对BP神经网络预测极易陷入局部最优解,利用思维进化算法优化BP神经网络的初始权值和阈值,提出基于思维进化法优化BP神经网络(MEA-BP)大坝变形预测模型。通过算例验证,并与BP神经网络、GA-BP神经网络对比分析表明,该模型能够克服多数进化算法问题及缺陷,同时避免遗传算法中交叉和变异算子双重性,提高算法的整体搜索效率,在一定程度上保证较优的局部预测值和较好的全局预测精度,具备快速收敛能力,验证了提出的MEA-BP神经网络预测模型在大坝变形预测中的可行性和实用性。     

青藏高原及邻区新生代火山岩Sr-Nd-Pb同位素特征

笔者在综合分析最近十多年来的Sr、Nd、Pb同位素资料基础上,重点研究了青藏高原及邻区新生代火山岩岩浆源区在时空上的变化规律。结果表明:①冈底斯中段火山岩的岩浆源区逐渐从普通地幔向EMⅡ方向演化;西段晚期火山岩源区的演化方向为俯冲带壳幔混合源→造山带上地壳源→下地壳源。②西羌塘岩浆源区主要为不具富集或亏损的幔源物质;囊谦盆地、大理海东火山岩源区较深,为大洋型软流圈地幔+消减组分混合源;藏北羊湖、雄鹰台鲸鱼湖、西昆仑以及北羌塘巴毛穷宗火山岩的岩浆源区为EMⅡ;鱼鳞山超钾质火山岩为经历了大陆地壳物质强烈交代作用的EMⅡ型岩浆源区;西秦岭火山岩源于亏损地幔,腾冲新生代火山岩源区为受到地壳物质交代的EMⅡ。③西羌塘、可可西里、西昆仑和腾冲新生代火山岩具两种演化趋势——鱼鳞山、普鲁、雄鹰台鲸鱼湖岩区和腾冲火山群向EMⅡ方向演化,而泉水沟、黑石北湖、阿什库勒则分别沿0Ma的地幔上地壳混合线方向演化。④青藏高原及邻区新生代火山岩至少存在4种不同的岩浆源区。     

东昆仑热液金成矿带及其找矿方向

东昆化热液金成矿作用较强,构造控制明显。作划分出两条金成矿带,分别称为北昆仑金成矿带和南昆仑金成矿带,它们受区域地质演化控制,呈近ＥＷ向分布,各民矿和容矿构造均呈ＮＷ向。中论述了各成矿带的主要特征和具体差异,指出了成矿远景和找矿方向。     

昆明东川城区后山泥石流特征及成因分析

东川区是云南省也是我国泥石流暴发最强烈的地区之一。其突出特点是沟谷数量多、密度大、活动频繁、破坏损失严重、防治困难,严重威胁东川城区人民生命财产安全。论文详细分析了城区后山5条泥石流沟的暴发成因和特征。其泥石流以稀性泥石流为主,重度1.5~2.0 kN/m3之间。该区泥石流之所以如此发育,主要是地质地理环境起控制作用。东川区地质构造发育、地震频繁、山体失稳、地形高差悬殊和雨量集中且暴雨强度大等,是导致本区泥石流频繁而猛烈的根本原因。而人类不合理的经济活动则对本区泥石流的发生发展起着重要的加剧、恶化作用。论文的分析不仅对决策机构制定防治措施具有借鉴意义,且对东川城区后山“五沟”泥石流的修复治理具有重要意义。     

西昆仑阿卡阿孜山杂岩体的特征和成因

阿卡阿孜山杂岩体位于西昆仑昆南地体南侧,被新藏公路横切出一条南北长约2 km的剖面。在剖面范围内可见二长闪长岩、石英二长闪长岩、花岗闪长岩、二长花岗岩、正长花岗岩和碱长花岗岩等多种岩石类型出露。通过详细研究岩体的野外地质特征、地球化学和同位素地球化学特征发现：岩体中出现不平衡矿物组合;镁铁质微粒包体中可见石英和长石捕虏晶;各岩石样品的痕量元素配分型式呈现相似性;岩体的Sr、Nd、Pb同位素体系同时具有地幔和下地壳的贡献等,认为岩体形成于壳幔岩浆混合作用,幔源岩浆底侵作用可能是混合作用的直接原因。由此推测,幔源岩浆底侵作用是西昆仑地区印支晚期岩浆活动的重要诱发机制。     

海水养殖污染与生态修复对策

随着我国海水养殖规模的不断扩大,海水养殖污染已成为不可忽视的环境问题。文章综述了海水养殖过程中产生的营养盐污染、有机质污染、重金属污染、抗生素污染问题及其生态影响和生态修复对策措施。对于海水养殖污染,单纯的物理化学修复方法制约较大,以生物修复为基础的生态浮床修复技术、大型藻类修复技术及人工湿地修复技术,是较为有效的海水养殖污染防治措施。在未来研究中,还应加强养殖污染源头的治理,加强海水综合养殖理论方法研究,以实现海水养殖经济效益和环境效益双赢。     

气候变化对海河流域主要作物物候和产量影响

基于海河流域30 个气象站点1960-2009年的实测资料,分析该流域1960年以来农业气象指标的变化趋势,并利用VIP模型模拟分析大气CO₂浓度增加、温度、降雨和日照时数变化对作物产量的影响。结果显示：冬季温度的显著上升使冬小麦种植北界在50年间向北移动大约70 km;在品种和灌溉条件不变的前提下,小麦产量平均每10年上升0.2%~3.4%,其中CO₂浓度增加、温度、降雨及日照时数变化对其产量的影响分别为11.0%、0.7%、-0.2%和-6.5%;大气CO₂浓度增加的产量正效应大于日照时数减少的负效应。气候变化使夏玉米产量呈下降趋势（0.6%~3.8%/10年）,其中大气CO₂浓度增加、温度、降雨及日照时数变化对其产量的影响分别为0.7%、-3.6%、-1.0%和-6.8%,温度上升和辐射下降是玉米产量下降的主要原因。研究结果可为气候变化影响的评估和适应性对策制定提供科学依据。     

资源一号02C卫星数据在北京岩溶水资源勘查评价工程中的应用

以资源一号02C(ZY1-02C)卫星数据为数据源,以GIS为数据处理平台,以遥感地质理论和水文地质理论为指导,将遥感技术应用于北京岩溶水资源勘查评价工程中。通过水文地质遥感解译和综合分析,优选了一处新的供水水源地,建立了适用于北方岩溶区的含水岩组和泉点的遥感解译标志,提出了基于GIS的水文地质分析方法,扩展了国产资源卫星数据的应用领域。     

拉萨地块西段中新世赛利普超钾质火山岩富集地幔源区和岩石成因:Li同位素制约

作为一种“非传统稳定同位素”,锂同位素地球化学研究已经成为近年来国际上研究的热点之一.文章成功应用锂同位素对青藏高原西南部赛利普超钾质火山岩进行了示范研究.研究表明,赛利普超钾质火出岩的w(Li)为11.2×10-6～22.9× 10-6,同位素组成δ7Li为1.2‰～+3.5‰,平均值为0 2‰,与平均上地壳的相当.超钾质火山岩的锂同位素组成与岩浆结晶分异程度参数之间不存在任何相关性,这表明在超钾质火山岩结晶分异过程中没有发生明显的锂同位素分馏,锂同位素组成特征反映了其形成时的源区特征.超钾质火山岩的锂同位素组成变化范围达4.7‰,并且与pb-Sr-Nd同位素和岩浆结晶分异参数之间亦无任何相关性,表明锂同位素异常可能反映了不均匀源区岩石特征.通过计算模拟以及与前人的类似研究成果进行对比,笔者认为俯冲印度地壳而不是特提斯洋壳(包括沉积物)的流体/熔体参与了超钾质火山岩的源区富集,并在此基础上提出了超钾质火山岩成因模式.