地球科学与碳中和：现状与发展方向

碳中和是当前世界关注的热点,地球科学可以在其中发挥很大的作用。在国际上,政府间气候变化专门委员会、国际能源署、能源转型委员会,以及在国家层面,政策咨询小组已就CO_2减排可能的实现方式提出了一系列模型和预测情景,表明要实现碳中和,电将代替化石燃料成为全球能源的主要载体。在全球迫切需要减排的背景下,地球科学为实现《巴黎协定》气候目标提供地质解决方案至关重要,主要科学问题涉及:储热与地热;干热岩;水电储能;压缩空气储能;核能;碳捕集与储存;氢经济;能源转型需要的矿产原材料。这就需要地球科学:一是对岩石进行地球化学和地质体的岩石力学特征描述,以便在可能开展脱碳的地区储存CO_2和建立绿色能源系统;二是进一步揭示电动汽车电池和风力涡轮机等所需矿产资源的起源和成因;三是从小型实验室尺度扩大到试点、工业化和商业化全尺度规模;四是要了解公众对地下脱碳技术的态度,保证项目安全性。碳中和目标为地球科学研究提供了新的机遇,未来发展需要从多方面提供支持;提高对地球科学在实现脱碳方面关键作用的认识,并发展技术,打造产业链,实现可持续发展。     

强垂直温度梯度条件下强对流天气分析与潜势预报

采用19年3~9月常规探空观测资料,对南昌ΔT850-500≥27℃这种强垂直温度梯度与江西强对流天气过程的关系进行了相关分析,并将区域强对流天气、局部强对流天气、无强对流天气的3类情况下的中低层气压、温度、湿度、风场及稳定度进行分类合成分析,结果表明:当南昌ΔT850-500≥27℃时,且有天气系统作为触发条件时,江西强对流天气发生的概率达85%;中低层低槽和切变等影响系统、江南华南暖湿气流、河套地区的冷空气都有利于江西强对流天气出现。对典型个例的探空曲线和对流有效位能分析表明:强垂直温度梯度结合中低层高湿度是强对流天气发生的重要条件。在强对流天气潜势预报中,强垂直温度梯度有时比对流有效位能更有指示性。根据上述分析结果,建立了相应的预报流程,并在业务试用中取得较好的效果。     

2003年淮河汛期一次中尺度强暴雨过程的诊断分析和数值模拟研究

2003年7月4—5日淮河流域发生了一次中尺度强暴雨过程,致使淮河洪水泛滥。这次暴雨过程由中尺度对流系统(MCS)以及因其发展而产生的低涡造成。通过对此次过程的诊断分析和新一代细网格WRF中尺度预报模式的数值模拟,研究了这次过程发生发展的机制。模拟结果较好地描述了本次暴雨及中尺度系统发生、发展的时空演变过程。分析结果表明:此次移动性暴雨过程的前期由不断向东移动发展的MCS造成,后期降水则由低涡切变线产生的中尺度低涡引起。同时,副热带高压明显偏西偏北,并维持较长时间,造成雨带一直维持在淮河流域。高层辐合中心的加强使低空急流不断增强,低空急流的增强进而引起低层辐合的加强,而低层辐合的加强以及上升运动的潜热释放导致低涡的发生,低涡形成及形成后移动缓慢,造成了淮河流域的大暴雨。高层中尺度辐散区的抽吸对低层中尺度涡旋的发生发展起到了促进和加强的作用。低层的中尺度辐合场和高层的中尺度辐散场的发展与耦合对中尺度系统的发展有很好的预示作用。低层中尺度辐合区的减弱预示着系统的衰减,西南偏西的中层相对干冷空气侵入并在梅雨锋前缘下沉促进了系统的衰减。     

黑河甘肃段浮游植物群落结构演变趋势

为探究西北干旱区内陆河流域水生态系统时空演变规律,2017年7月对黑河甘肃段进行了浮游植物的采样调查,并收集1981、1997、2008年浮游植物夏季调查数据,分析黑河上中下游浮游植物物种、生物多样性和优势种等群落结构的演变特征,同时提出生物活动力指标以表征河流生物的活动能力和活跃程度。结果表明：在空间分布上,黑河中游在各年份都具有最为丰富稳定的浮游植物群落结构,物种数（61属）、生物多样性指数（2.87）和生物活动力指数（0.194万cells·hm^-2）均高于上下游。在时间尺度上,上游浮游植物群落变得持续丰富;中游从1981年持续衰落到2008年后出现反转并快速恢复到2017年更为丰富和活跃的水平;下游则呈现出持续衰落的态势。以1981年为基准,黑河中游水域面积到2010年减小5.2%,浮游植物生物活动力降低了16.5%,到2017年水域面积增加1.2%,浮游植物生物活动力增加了4.3%。黑河浮游植物对流域天然湿地及水域的变化具有强烈的敏感性和依赖性,浮游植物演变特征与湿地水域面积变化趋势一致。     

金盘洞水库库区渗漏及坝址选线分析

拟建金盘洞水库位于湖北省保康县清溪河支流黄堡河上,该河为一峡谷型河流,河水流向总体与岩层走向垂直。区内出露地层为志留系页岩、砂页岩及寒武系、奥陶系灰岩,局部有极少震旦系地层分布。根据岩性可将库区分为三段,经综合分析不具备向库外渗漏的可能性。根据地形地貌、河谷形态、第四系覆盖层厚度、断层因素和岩体破碎程度等综合确定宜选择下坝线为拟建坝址。     

基于SWAT模型模拟乌江三岔河生态系统产流服务及其空间变异

产流是生态系统水源涵养服务的重要内容,也是保水固土等服务的关键驱动。脆弱的喀斯特生态系统叠加人类活动的影响引起生态退化,在此背景下亟需深刻理解喀斯特地区产流服务空间格局及其影响因子。选择典型的喀斯特峰丛洼地流域,基于率定校准的SWAT水文模型,对喀斯特流域产流服务（包括地表、地下以及总径流量）进行模拟,并结合空间梯度分析和局部回归模型,剖析不同服务变量的空间变异特征。结果表明：研究区产流量空间分异规律明显,总径流系数约为70.0%;地表径流整体处于较低水平,地下径流量丰富（约为地表径流量的2~3倍）。地形因子对喀斯特流域产流服务具有宏观控制作用,随海拔和坡度升高,总径流量、地下径流量显著增加;植被分布特征对地表径流有重要影响,在上游林地和下游园地分布区存在空间差异,在植被因素的影响下随坡度的增加呈现转折性的变化趋势。此外,空间叠加分析表明林地总径流及地下径流最大：一方面是由于森林生态系统更强的土壤水分涵养能力以及水分快速入渗的地质背景特征;另一方面反映了地表覆盖与地形特征的复合效应,即林地大多分布在相对海拔和坡度较大之处。本文有助于推进喀斯特生态系统服务研究领域的发展与创新,并为生态恢复建设提供科技支撑。     

太湖流域上游西苕溪支流的营养状态特征及成因分析

为了解太湖流域上游支流水体的营养状态特征及流域附近土地利用对水质的影响,选取了入湖水系西苕溪的10条主要支流进行了野外采样和实验室研究.研究结果表明,支流总磷(TP)、颗粒磷(PP)、总溶解性磷(TDP)、总氮(TN)、铵态氮(NH+4-N)、硝态氮(NO-3-N)含量季节间差异较大,TP含量范围为0.033~0.205 mg/L,PP含量范围为0.007~0.104 mg/L,TN含量范围为2.014~5.921 mg/L,NH+4-N含量范围0.021~1.659 mg/L,NO-3-N含量范围1.082~3.415mg/L,COD范围为6.5~15.5 mg/L.总体上呈现为枯水期平水期丰水期.部分支流受到不同程度的氮污染.利用水质参数进行聚类分析,可以将10条支流分成4类,其水体营养特征与周围环境相联系.支流营养盐、COD的通量明显受流量控制,表现为丰水期平水期枯水期.土地利用类型的差异是导致其水质变化的主要原因,耕地和居民地主要起源的作用,林地和草地主要起汇的作用.在丰水期和枯水期,对各指标影响最大的土地利用类型为耕地和林地;在平水期,对TP影响最大的是居民地,而对TN影响最大的是林地.     

高铁单点交错轨道平面和高程控制网测设新方法研究

为提高高速铁路轨道控制网(CPⅢ)建网及复测的效率,提出单点交错形式三维CPⅢ控制网测设新方法。该方法采用单点交错的布点方式,较点对形式的CPⅢ控制网CPⅢ控制点数量减半;该方法采用全站仪一次测量同时构建CPⅢ平面网和CPⅢ三角高程网,测量效率显著提高。为验证该方法的精度及可行性,对某段高速铁路CPⅢ控制网实测数据进行计算实验。结果表明,该方法求得的坐标与传统点对形式的CPⅢ控制点坐标的较差落入[-1 mm,1 mm]区间的概率为98.9%,求得的高程与矩形法水准高程的较差落入[-3 mm,3 mm]区间的概率为97%,说明按照本文方法构建的CPⅢ平面网及CPⅢ三角高程网,均满足高铁CPⅢ控制网的精度要求。     

浒苔纤维吸声的测评研究

采用驻波管法对不同厚度、不同结构的浒苔样品进行吸声系数的测定,并与相近的有机和无机纤维吸声材料进行了对比.试验结果表明,浒苔具有很好的吸声性能,并且其微管结构对吸声性能的提高有较大的贡献.这些新的发现将给研制新型无机纤维吸声材料提供有益的仿声学启示.