天然气水合物系统的环境效应

环境效应是天然气水合物科学体系中重要一环,同时,有关该领域的调查研究也是人类安全、环保、经济、科学地利用水合物资源的可靠保证。海底天然气水合物所孕育的独特的生态系统、与之关联的重大地学、环境问题以及资源的勘探开发均是充满魅力而又富有挑战的科学新领域。梳理了当前全球范围内有关水合物环境效应的大部分研究工作,综述了与天然气水合物环境有关的生物效应、化学效应和物理效应的研究现状及内容,着重强调了与该领域相关的基础问题和焦点问题,展望了该领域未来发展的趋势,希望藉此为我国的水合物环境效应调查与评价工作向纵深推进提供参考依据,并能引起广大研究者的兴趣与重视。     

应用CDOM光学特性估算水体COD——以辽宁省盘锦市双台子河和辽东湾为例

有色可溶性有机物(chromophoric dissolved organic matter,CDOM)是水体中一类重要的光吸收物质,在水色遥感中,其光学特性主要以440 nm处的吸收系数和光谱斜率来表征,利用这些光学特性进行水环境要素遥感反演具有较广泛的应用前景.化学需氧量(chemical oxygen deman...     

基于栅格的关中平原城市群人居环境质量综合评价

基于自然与人文多重栅格数据,构建人居环境质量综合指数评价模型,分析2015年关中平原城市群人居环境的空间分异格局,并对人口分布与人居环境质量的协同性进行探讨。结果表明:(1)人居自然环境呈现出自东向西,由山地、高原向平原、谷地依次递减的空间分布格局,受地形影响最为明显,地形起伏度与人居自然环境呈负相关关系。(2)人居人文环境表现出平原低、山区高,城镇高于乡村的空间分布格局,受城市行政层级影响显著。(3)关中平原城市群人居环境综合质量指数介于0.216~0.716之间,呈现出以关中平原、汾河谷地向外梯级递减的带状空间分布格局。(4)关中平原城市群人口密度与人居环境质量空间分布显著一致,总体呈现出平原高于山地,城市高于乡村的空间分布规律,人居环境质量越高,人口密度越大,土地利用也越充分。     

全球主要河流流域碳酸盐岩风化碳汇评估

碳酸盐岩风化吸收的大气CO₂主要以HCO₃ ^-形式连续地经由河流从大陆输送到海洋,成为陆地生态系统的重要碳汇。目前主要河流流域的碳酸盐岩风化碳汇估算存在不确定性,分布格局尚不清晰。基于GEMS-GLORI全球河流数据库提供的全球10万km ²以上主要河流流域多年平均监测数据,利用水化学径流法估算出全球主要河流流域碳酸盐岩对CO₂的吸收速率为0.43±0.15 Pg CO₂ yr ^-1,平均CO₂吸收通量为7.93±2.8 t km ^-2 yr ^-1。CO₂吸收通量在不同气候带下差异显著,热带和暖温带CO₂年吸收速率占全球主要河流流域年吸收速率的62.95%。冷温带CO₂年吸收速率占全球主要河流流域的33.05%,仅次于热带地区。本文划分出全球CO₂吸收通量的9个关键带,关键带的交汇处CO₂吸收通量较高。喀斯特出露流域碳酸盐岩对CO₂吸收通量的均值为8.50 t km ^-2 yr ^-1,约为非喀斯特流域的3倍。全球喀斯特出露流域碳酸盐岩风化碳汇在全球碳循环、水循环及碳收支平衡估算研究方面占据重要地位。     

Characteristics of dry-wet abrupt alternation events in the middle and lower reaches of the Yangtze River Basin and the relationship with ENSO

During recent decades, more frequent flood-drought alternations have been seen in China as a result of global climate change and intensive human activities, which have significant implications on water and food security. To better identify the characteristics of flood-drought alternations, we proposed a modified dry-wet abrupt alternation index (DWAAI) and applied the new method in the middle and lower reaches of the Yangtze River Basin (YRB-ML) to analyze the long-term spatio-temporal characteristics of dry-wet abrupt alternation (DWAA) events based on the daily precipitation observations at 75 rainfall stations in summer from 1960 to 2015. We found that the DWAA events have been spreading in the study area with higher frequency and intensity since 1960. In particular, the DWAA events mainly occurred in May and June in the northwest of the YRB-ML, including Hanjiang River Basin, the middle reaches of the YRB, north of Dongting Lake and northwest of Poyang Lake. In addition, we also analyzed the impact of El Niño Southern Oscillation (ENSO) on DWAA events in the YRB-ML. The results showed that around 41.04% of DWAA events occurred during the declining stages of La Niña or within the subsequent 8 months after La Niña, which implies that La Niña events could be predictive signals of DWAA events. Besides, significant negative correlations have been found between the modified DWAAI values of all the rainfall stations and the sea surface temperature anomalies in the Nino3.4 region within the 6 months prior to the DWAA events, particularly for the Poyang Lake watershed and the middle reaches of the YRB. This study has significant implications on the flood and drought control and water resources management in the YRB-ML under the challenge of future climate change.     

基于几何形态测量学的四种滨螺形态差异与系统发生关系研究

运用几何形态测量学方法研究浙江省大陈岛海域常见的4种滨螺间的形态关系。对4种滨螺的壳口、螺体分别进行数字化标点,经叠印分析、主成分分析(PCA)和薄片样条法分析,获得4种滨螺在壳口和螺体上的差异,并进一步分析其形态特征与潮间带环境适应性关系。PCA结果表明四种滨螺壳口间差异在主成分轴上无法有效分开,而螺体间差异在主成分轴上能有效分开,说明壳口特征在不同滨螺间不具有规律性差异。螺体的PCA中PC1轴可以将短滨螺与其他3种滨螺区分,薄片样条法分析显示差异的部位主要在体螺层的宽度和螺体的高度间,PC2轴可以将粒结节滨螺与其他3种滨螺分开,薄片样条法分析显示差异部位主要是体螺层之上第一层以及体螺层之间。基于螺体特征的4种滨螺亲缘关系分析表明粗糙滨螺与塔结节滨螺亲缘关系最近,其次为短滨螺,粒结节滨螺最不相近。运用特征追踪法对螺层和螺肋特征追踪,结果表明螺层6层,螺肋密生是滨螺的祖先特征,后来演化出7层和8层的螺层特征以及颗粒状突起的螺肋特征。     

主流海表风场资料在舟山群岛近海的性能评估

再分析风场资料已广泛应用于我国舟山群岛海域可再生能源评估、海洋灾害预防决策以及港口运维和船舶运输等涉海发展领域,然而不同业务机构所提供的再分析数据在舟山近海的性能表现不一,严重阻碍了此类数据的有效应用。基于2018年全年单点浮标观测资料,综合评价了舟山群岛近海面(10 m)风场的长期变化趋势,并利用误差分析和风玫瑰图等统计工具对6种主流海表风场再分析资料,包括:ECMWF第五代全球大气再分析数据(the 5th generation ECMWF atmospheric reanalysis,ERA5)、NECP第二版全球高分辨率再分析数据(climate forecast system version 2,CFSv2)、美国宇航局物理海洋学分布存档中心的多卫星融合资料(cross-calibrated multi-platform,CCMP)、日本55年再分析数据(Japanese 55-year reanalysis,JRA-55)、第二版现代研究与应用回顾性分析数据(modern-era retrospective analysis for research and applications version 2,MERRA-2)和ECMWF哥白尼大气监测服务再分析数据(the Copernicus Atmosphere Monitoring Service,CAMS)在时间变化特征上进行了对比与评估。研究表明:在综合性能方面,ERA5对风场的再现能力最优,其次为JRA-55;在要素可信度方面,ERA5对风速的再现情况相对较优,而CFSv2的风向再现情况较好;风场产品在不同季节的模拟能力有所差异;不同风场产品在不同风速区间的重构能力也有所不同;在全年风向分布方面,各再分析资料都存在显著的东向偏差。研究结果为不同应用场景下风场资料的选取提供评估依据,并为进一步开发适用于舟山群岛近海的高精度长周期风场数据产品奠定基础。     

Second-Order Wave Diffraction Around 3-D Bodies by A Time-Domain Method

A time-domain method is applied to simulate nonlinear wave diffraction around a surface piercing 3-D arbitrary body. The method involves the application of Taylor series expansions and the use of perturbation procedure to establish the corresponding boundary value problems with respect to a time-independent fluid domain. A boundary element method based on B-spline expansion is used to calculate the wave field at each time step, and the free surface boundary condition is satisfied to the second order of wave steepness by a numerical integration in time. An artificial damping layer is adopted on the free surface for the removal of wave reflection from the outer boundary. As an illustration, the method is used to compute the second-order wave forces and run-up on a surface-piercing circular cylinder. The present method is found to be accurate, computationally efficient, and numerically stable.     

软刚臂单点系泊系统静力特性分析

软刚臂系泊系统是一种利用压载质量为浮式生产储油装置(FPSO)提供回复力的单点系泊方式。为快速准确地评估多铰接组成的软刚臂系统的受力状态,避免应用高复杂度的有限元软件,进而快速完成优化设计等任务,建立一种静力计算方法十分有必要。因此,针对由刚臂(YOKE)、柔性系泊腿和压载舱组成的刚柔多体系统,以分解组合的方式,提出一种二维静力计算方法,用以研究FPSO软刚臂系泊系统的静力特性。该方法主要依靠软刚臂的几何构型,在有限铰接约束下,形成非线性静力平衡方程,建立了压载舱式水上软刚臂单点系泊系统二维静力平衡计算算法。采用OrcaFlex、SESAM等软件开展了理论和数值对比分析,同时与系泊试验结果开展验证分析。对比结果表明,文中所提方法计算精度较高,可为软刚臂单点系泊系统的研究提供可靠支持。     

基于热红外图像的海面油膜面积的测算方法

针对现有油膜检测技术难以准确测算油膜面积且检测精度受天气条件影响大的问题,本文提出了一种基于热红外图像的海面油膜面积测算方法。采用波段为 8耀14 滋m 的红外热像仪获取海面油膜的热红外图像,对采集的油膜图像进行预处 理 （灰度化、中值滤波和锐化）;基于图像灰度分布特征分割油膜区域 （感兴趣区域,ROI）,采用形态学操作对 ROI 进行填充、腐蚀与膨胀,并对 ROI 进行数学表征;通过像素面积法计算 ROI 实际物理面积。实验结果表明：在不同的外界天气环境下 （如海浪、海风、海雾、不同光照等环境）,该方法对不同黏度的石油样品在海面形成的油膜均有良好的检测精度, ROI 面积计算平均误差为 3.77%。