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。     

青海湖意外湖花介(Limnocythere inopinata Bird)壳体稳定氧同位素组成对盐度的可能响应

介形类壳体的氧同位素组成已成为恢复湖区古气候/古环境的有效代用指标,而其氧同位素分馏及环境意义目前还缺乏研究.为评价青海湖介形类壳体氧同位素分馏及其环境意义,在青海湖进行系统的表层沉积物和水样的采集,测定表层沉积物中的意外湖花介(Limnocythere inopinata Bird)和相应水样的氧同位素组成.结果表明:意外湖花介壳体的氧同位素组成主要受控于水体的氧同位素组成,除温度的影响外,还可能受到盐度的影响,随着盐度变化,该种壳体与水体之间的同位素分馏呈减小趋势,而两者的氧同位素组成均呈偏正趋势.青海湖意外湖花介壳体的氧同位素组成在一定程度上可能间接反映水体盐度的变化,值得进行更深入的研究.     

黄土高原中部黄土沉积有机质记录特征及C/N指示意义

C／N比值在湖泊沉积物研究中广泛用于反映有机质的来源;在冰缘冻土区、热带和地中海地区主要用于指示有机质的分解程度。然而,有关C／N比值在中国黄土沉积中指示意义的研究目前讨论的较少。选取位于干旱一半干旱区的黄土高原中部西峰和洛川竖井剖面为研究对象,对该区末次间冰期以来土壤有机碳及全氮的时间分布规律进行了初步研究,结果表明研究剖面磁化率、T0c和TN含量及C／N比值的垂直分布趋势一致,古土壤层的TOC和TN含量及C／N比值相对黄土层偏高,而TN含量值在整个序列均在0．03％～O．05％的低值范围,波动很小。因此,初步认为c／N比值在中国黄土高原地区主要响应上覆植被TOC输入的多少,即C／N比值在干旱半干旱的黄土沉积序列更多地指示上覆植物生物量的大小。     

青藏高原地区湖泊正构烷烃有机单体氢同位素组成及其水文与环境应用

湖泊沉积物中正构烷烃氢同位素组成(δD)广泛应用于古环境变化研究,但其正构烷烃通常包含多种植物来源,使其作为环境和气候指标进行解释时面临许多挑战.我们系统调查了青藏高原地区15个湖泊中51个沉水植物(包括39个眼子菜、1个狐尾藻和11个川蔓藻),13个藻类(包括5个轮藻、3个刚毛藻和5个水绵)以及20个湖边陆生植物(包括10个灌木和10个草本植物)正构烷烃的δD值.结果表明:藻类和沉水植物C29正构烷烃δD值与湖水δD值显著正相关(藻类:R~2=0.85,p0.01,n=9;沉水植物:R~2=0.90,p0.01,n=25),表明这些藻类和沉水植物正构烷烃的δD值反映了湖水δD值的变化.不同种属的藻类和沉水植物,以及不同水文条件下生长的同一种属植物,其氢同位素分馏值(ε_(a/w))并不稳定,表明生物合成和环境条件(如盐度)可能会影响藻类和沉水植物的δD值.希里沟湖(封闭湖)中川蔓藻的δD值显著偏正于其湖边草本植物的δD值(one-way ANOVA,p0.01),但可鲁克湖(开放湖)中的轮藻植物与其湖边草本植物的δD值接近(one-way ANOVA,p=0.8260.05),表明干旱半干旱地区湖泊中藻类和沉水植物仅在封闭湖记录了湖水相对于大气降水富集δD值的信号.对每一个藻类和沉水植物样品,不同碳数正构烷烃δD值无明显差别,表明结合Paq和平均链长(ACL)等指标,不同碳数正构烷烃δD值的差值能帮助我们判断沉积物中正构烷烃的植物来源,及分析古湖泊盆地的沉积类型(开放沉积或封闭沉积).     

昆特依盐湖氯同位素特征及古气候意义

于1994－1996年,采用高精度正热电离质谱测定氯同位素（δ37Cl）的方法,对青海柴达木盆地昆特依盐湖区的盐湖卤水、湖底盐类矿物、油田水以及该地区的盐类沉积物钻孔剖面的δ37Cl值进行了初步研究。结果表明,该地区的δ37Cl值（卤水）变化范围在-2．05‰—1．04‰,盐湖卤水的δ37Cl值较低,这与卤水的相对密度及pH值有关;盐类沉积钻孔剖面的δ37Cl值呈现自下而上逐渐降低的趋势,这一变化与该地区的古气候变化有关。盐类沉积的δ37Cl值研究将会对高原干旱、蒸发环境条件下湖相沉积古气候演化的研究提供一种新的手段。     

海量数据驱动下的高分辨率海洋数值模式发展与展望

海洋数值模式是定量描述海洋物理现象及其变化的数值模型,也是海洋与气候研究、预测的核心工具。随着海洋观测的不断投入与积累、对海洋认识的不断深入,特别是在高性能计算技术的支撑下,海洋数值模式已有了长足进步,正朝着高分辨率和多物理过程的方向发展。随着分辨率的提高、物理过程的细化,海洋数值模式的发展面临着多个方面的挑战。当前,海洋数据数量和种类不断增多,同时超级计算机、高性能计算和深度学习等技术的快速发展,为海洋数值模式的突破提供了机遇与挑战。本研究回顾了海洋数值模式的发展现状,梳理和分析了其发展中遇到的大规模高效并行计算和参数优化这两个关键问题,探讨和展望了当前海量数据驱动下海洋数值模式的发展趋势。提出计算负载均衡、计算与I/O重叠的并行流水线设计以及降低全局交换的算法改进是当前突破高分辨率海洋模式大规模高效并行效率的关键。从海洋科学、高性能计算以及深度学习深度交叉融合的角度,提出了实现海洋科学与深度学习相结合的6个途径,在此基础上,探讨了基于深度学习的参数化优化可能实现的途径。     

黄土高原现代C4和C3植物生物量及其对环境的响应

文章从表土总有机碳同位素和现代植被间的关系入手,研究C4/C3植物与气候要素的关系,以期能更好的理解影响C4、C3植物生物量的主要因素.研究区域位于黄土高原塬面,我们计算了共67个采样点的C4植物的生物量,估算出草本植物中C4植物的比例.结果表明,黄土高原塬面上最主要的C4植物是白羊草(Bothriochloaischaemum),C3植物主要由草类植物和灌木组成,如长芒草(Stipa bungeana)、胡枝子(Lespedeza davurica)和禾叶嵩草(Kobresia graminifolia)等,它们主要分布在研究区域的阴坡和山谷.表土的总有机碳同位素组成是反映C3和C4相对生物量贡献的可靠指标.在黄土高原地区,夏季降水量的增加会引起C4植物比例上升,同时C4植物生物量的变化也反映了降水的变化.本文的研究有助于理解亚洲季风气候下黄土高原地区C4/C3植物的变化机制.     

两种纯化方法获得脂肪酸的链长及碳同位素分布特征对比

饱和脂肪酸及其同位素组成是重建古环境和古气候的重要代用指标,目前存在多种提取及纯化流程。在全球变化研究中,基于不同原理的纯化流程得到的脂肪酸含量及其同位素组成是否一致,直接影响着该指标应用于不同区域重建结果的对比。本文用两种常见的脂肪酸纯化流程提取脂肪酸标准、现生植物和泥炭样品类脂物,通过对比发现:对脂肪酸标准两种流程都可以得到纯净的单体脂肪酸,而且回收率均较高(85%以上),都是较为可靠的脂肪酸纯化流程;然而对于天然样品,虽然高碳数脂肪酸(碳数>C₂₄)的回收率相近,流程1却能够获得相对较多的低碳数饱和脂肪酸,如泥炭样品中该流程获得的n-C₂₂脂肪酸是流程2的3倍;两种流程纯化狗尾草(Setaira viridis)和三叶草(Trifolium repens)得到n-C₁₆脂肪酸的δ¹³C不同,流程1分别为-21.1‰和-36.2‰;流程2分别为-23.3‰和-34.9‰,表明两个实验流程得到的低碳数脂肪酸的含量、脂肪酸链长分布模式以及碳同位素组成均存在明显的差异。实验结果显示,流程2分离纯化样品可得到几乎全部的游离态脂肪酸,而流程1可提纯样品中游离态和酯态存在的总脂肪酸。由于在沉积物中游离态脂肪酸和酯态脂肪酸可以相互转化,因此使用流程1分析样品中的总脂肪酸更为合适,也可以将类脂物皂化使酯态脂肪酸释放为游离态,然后使用流程2。