Numerical modeling study of mineralization induced by methane cold seep at the sea bottom

In order to investigate the response of authigenic minerals to gas hydrate geo-systems, the biogeochemical processes and its induced mineralization were predicted by employing the comprehensive reactive transport modeling approach. Based on the available data extracted from the northern continental slope area of the South China Sea, a 1-D vertical column model was developed. Three cases with different upward methane flux rates and three cases with different mineral compositions, i.e., a total of six cases were designed to investigate the effects of variations in the depth of sulfate methane transition zone (SMTZ) and in the mineral composition on the formation of authigenic minerals. The simulation results indicate that the SMTZ depth influenced by both the upward methane flux rate and the initial composition played an important role in the formation of authigenic minerals. The AOM reaction is intensive at the interface, and the precipitation amount of calcite is large, which is mainly controlled by AOM. When the methane leakage rate is 20 times higher than the base case, aragonite starts to precipitate. During the simulation, oligoclase, k-feldspar, smectite-Na, smectite-Ca, chlorite dissolved. Our study specific to this area as a starting point may provide a quantitative approach for investigating carbonate and pyrite formation in hydrate-bearing sediments accounting for methane oxidation and sulfate reduction. The method presented here and the model built in this study can be used for other sites with similar conditions. In addition, this study may serve as an indication for the potential natural gas hydrate reservoir in depth, and is also significant for marine carbon and sulfur cycle.     

Copper Speciation in a Collection of Geochemical Reference Materials Using Sequential Extraction and Evaluation of the Validity Using XANES Spectroscopy

Copper speciation in a collection of Japanese geochemical reference materials (JSO‐1, JLk‐1, JSd‐1, ‐2, ‐3 and ‐4, JMs‐1 and JMs‐2) was achieved by sequential extraction and characterised using X‐ray absorption near‐edge structure spectroscopy. In the first step of the extraction, referred to as the acid fraction, between 1% and 20% total Cu within the reference materials was extracted. Such a result is typically accounted for by absorption of Cu onto clay minerals. However, the presence of Cu sulfate (an oxidation product of chalcopyrite) was observed in some of the stream sediments affected by mining activity (JSd‐2 and JSd‐3) instead. Copper was extracted in the reducible fraction (targeting Fe hydroxide and Mn oxide) (2–49% total Cu). Between 2% and 51% Cu was extracted in the oxidised fraction (targeting sulfides and organic matter). X‐ray absorption near‐edge structure spectroscopy clarified that the reducible fraction consisted of Cu bound to Fe hydroxide, whereas the oxidised fraction was a mixture of Cu bound to humic acid (HA) and Cu sulfide. In the oxidisable fraction, chalcopyrite was the predominant species identified in JSd‐2, and Cu bound to HA was the major species identified in JSO‐1 (a soil sample).     

两次强降水过程雨滴谱特征及差异

利用寿县观测站内的Parsivel激光雨滴谱仪结合观测站雨量数据及雷达基数据,分析了发生在2015年6月26—30日梅雨期间和2015年8月7—10日超强台风"苏迪罗"影响期间2次强降水过程的雨滴谱结构特征及其差异,拟合了雨强与雷达反射率因子之间的关系。结果表明:雨强的大小直接影响雨滴谱的特征参量,且随着雨强增大而增大;梅雨锋暴雨中1.0mm直径≤1.5mm的粒子所占比例最多,雨强贡献率最大;台风雨中0.75mm直径≤1.0mm的粒子所占比例最多,但1.0mm直径≤1.25mm的粒子对雨强的贡献最大,说明较大粒子对强降水的贡献较大。     

一次攀西地区飑线天气过程形成机制分析

利用地面气象常规观测资料、区域自动站观测资料、雷达及卫星资料和NCEP 1°×1°的逐6h再分析资料,对2018年5月13日攀西地区南部的飑线天气过程的形成机制进行分析。结果表明:飑线发生在高空槽前,高空槽逐渐东移推动冷性气流沿背风坡东移,然后与前方低层暖空气汇合抬升形成对流;露点锋触发了飑线天气过程的形成;产生飑线天气区域的大气具有上干下湿、不稳定能量高、垂直风切变强、高层风速大和形成之前存在逆温层的特点;高空急流和动量下传对飑线的发生和加强具有促进作用;地形对飑线的形成和天气现象的分布有影响。     

冷空气强风在大型城市中的精细结构和形成机制

地面强风可直接造成人员伤亡和经济损失,严重影响出行安全、工农业生产等社会秩序。强风的发生与天气系统和复杂下垫面的共同作用密切相关,在城市区域尤为明显。受数值模拟技术和计算资源的限制,对实际天气条件下大范围城区的强风现象进行建筑物分辨率的大规模数值模拟研究仍是一个挑战。本研究利用中尺度气象模式嵌套流体计算动力模式的超高分辨率局地气象预报系统,对强冷空气过程造成广州市区的一次强风事件进行数值模拟,深入探讨强风的精细结构和形成机制。结果表明,伴随着强冷空气入侵,广州市区的平均风速和风场高频扰动均明显增强,且在城市冠层顶尤为明显,呈现区域不均匀的三维结构,数值模拟与地面观测相一致。较大范围的强风速和阵风主要出现在建筑物较为低矮的老城区上空,并持续影响下游河道等开阔区域。在高层建筑密集的新城区,虽然整体风速明显减弱,但能在平行风向的街道狭管和下游区域形成局地强风。特别是,超高层建筑群引起显著的垂直环流,导致强风扰动向下传播,造成最大风速达8 m s?1的地面局地强风,阵风指数接近2。上游建筑群引起的风场扰动呈现大尺度湍流结构,能沿着平均气流传播影响数公里之远的下游地区。当风场扰动经过广州塔等单体超高层建筑时,可在其两侧绕流区再次加强,形成局地强风。局地强风和阵风还出现在垂直于风向排列的沿江高层建筑群的侧边,与建筑屏风的阻挡效应和缺口溢出有关。研究结果促进认识城市强风的时空特征和物理机制,有助于提升城市气象的精细化预报水平。     

一次强飑线过程极端大风的中尺度分析

利用常规气象观测资料、区域自动气象站加密观测资料和GFS 0.25°×0.25°逐6 h的分析场数据以及多普勒雷达、风廓线等资料,通过背景形势场分析、物理量诊断分析和中尺度分析,对2018年3月4日发生在华东地区的强飑线天气过程进行了诊断分析。结果表明,这次过程具有发生时间(季节)早、移速快、范围广、致灾强等特点,是一次比较少见的早春(冬末)十分强烈的飑线天气过程,是在高空急流辐散区、低空西南急流轴前端、低涡南侧的暖区中发展起来的。飑线过程的地面要素变化十分剧烈,地面有强冷池,与飑线前暖空气之间构成了强的水平温度梯度,致使飑线强度更强;飑线经过时气压涌升所形成的雷暴高压、强气压梯度以及飑线的快速移动均有利于地面极端大风的出现。飑线发展过程中观测到弓形回波、超级单体等强天气系统。中高层动量下传和光滑湖面、喇叭口、狭管效应等特殊地形对于大风的增强效应比较显著,这些因素也加剧了地面极端大风的形成。      

塔里木盆地东北缘一次强对流天气过程中的阵风锋特征研究

利用地面自动站逐小时观测、多普勒天气雷达及WRF模式高分辨率数值模拟,分析2016年7月塔里木盆地东北缘一次强对流天气过程中的阵风锋特征。结果表明,阵风锋前沿较强的辐合抬升运动不断触发多个对流单体,其中大部分单体与其后方的对流系统合并且进一步发展,使得强对流天气不断发展和维持。在对流系统快速发展阶段,阵风锋前沿水平风的垂直切变造成湿位涡的斜压分量显著增强,从而增强局地的条件对称不稳定,为对流系统的发展和维持提供了重要的不稳定能量。不稳定能量释放需要的锋生强迫作用主要是由阵风锋前方的辐合辐散项和倾斜项决定,而阵风锋前沿附近的水平形变项及其上方的非绝热加热项提供相对较弱的贡献。     

"99.6"梅雨锋暴雨模拟资料的诊断分析

利用非静力中尺度模式MM5V3的模拟资料对"99.6"梅雨锋暴雨过程进行了对流动量输送(CMT)和视热源视水汽汇分析。CMT诊断分析表明,水平动量残差在切变低涡发展的不同阶段的作用是不同的,在中尺度低涡发生初期对流层低层动量残差X主要是加速西南气流的北上;在对流层中层动量残差在槽后加速冷空气南下,在槽前加速西南暖湿气流北上,非常有利于东亚大槽的发展。在低涡切变线强烈发展时,850hPa的X方向与发生阶段相反,此时西南气流受到了强烈的减速作用,同时500hPa东亚大槽的前部和后部出现了减速气流的动量残差,槽后冷空气和槽前的暖湿气流都已经受到减速作用,此后低涡切变线逐渐衰减。低涡切变线发展到最强的阶段,强X矢量几乎总是与强烈上升运动区相对应,能量转换E的水平分布表明,大尺度系统与中尺度系统之间的能量转换非常复杂,并不是简单的能量串级过程,但能量主要是从大尺度向次网格尺度转换。200hPa动能转换E的带状分布非常清楚,E的正负大值中心分布在高空急流的2侧,表明高空急流在能量转换的过程中起到非常重要的作用。视热源和视水汽汇的诊断分析显示,强凝结潜热的释放与低涡的发展相伴随,但视热源只与β中尺度系统有明显的对应关系,视水汽汇有和视热源非常相似的分布特征。     

长山群岛海区春季水温垂直结构分析

利用海军大连舰艇学院2006年4月长山群岛海区的CTD调查资料,系统分析了该季节长山群岛海区的温度垂直结构,并探讨了其形成机理。分析指出:4月上、中旬是长山群岛海区季节性温跃层的生成期,群岛东侧和南侧边缘受黄海冷水团形成过程的影响,温跃层的出现概率和跃层强度都远远高于群岛内部;在生成时机上,群岛东侧和南侧边缘海域早于群岛内部水域。中间层和底层海水温度的垂直结构与海流有着很好的相关性,在海洋平流的作用下,海区会产生正跃层、逆跃层、冷中间层、暖中间层等复杂的温度垂直结构。上层海水温度结构主要受海面风场和气温的影响,较强的热辐射和充分的风力搅拌能够加速温跃层的生成。     

对马海峡环流季节变化的模拟及分析

在利用改进的POM模式的基础上,嵌套西北太平洋区域模式HAMSOM结果,建立1个日本海对马海峡海域斜压准预报模式.通过与已有的观测和研究进行对比,得到较为可信的模拟结果.以温度场和盐度场为参考,系统分析讨论该海域的环流结构及其季节变化.对于温度锋和盐度锋的位置,以及对马暖流的流核等存在争议的问题给出了相应的解释.对马海峡作为日本海的上层水体主要输入区域,对马暖流携带的高温高盐水经过该区域时,在温盐等方面呈现出自南向北的递减变化趋势.对马暖流被对马岛分为东西两支,流核深度随季节变化,并且明显存在双核结构.