A groundwater isoscape (δD, δO) for Mexico

Numerous studies have shown that precipitation isocapes drive δD and δ¹⁸O patterns in surficial waters and in terrestrial food webs. While the GNIP (Global Network for Isotopes in Precipitation) dataset provided a key foundation for linking precipitation-terrestrial isoscapes globally, it has insufficient spatial coverage in many countries like Mexico. To overcome this limitation, we hypothesized that shallow phreatic groundwaters in Mexico could be used as an isotopic integrator of long-term seasonally weighted precipitation inputs to the landscape to aid in calibrating spatial H and O isotope datasets for terrestrial, biological and hydrological research. Groundwater was sampled from 234 sites in Mexico at ~ 50 km latitudinal spacing to obtain high spatial resolution and country-wide coverage for the construction of a groundwater isoscape. Our data revealed that shallow groundwater infiltration in Mexico appears largely unaffected by evaporation and reflects seasonally weighted precipitation inputs. These precipitation inputs are primarily biased to summertime when highest rainfall occurs, but a small degree of post-precipitation evaporation revealed a lower d-excess zone that corresponded to the interior semi-arid ecozone. We developed a predictive general linear model (GLM) for hydrogen and oxygen isotopic spatial patterns in Mexican groundwater and then compared the results to a validation subset of our field data, as well external data reported in the literature. The GLM used elevation, latitude, drainage basin (Atlantic vs. Pacific), and rainfall as the most relevant predictive variables. The GLM explained 81% of the overall isotopic variance observed in groundwater, 68% of the variance within our validation subset, and 77% of the variance in the external data set. Our predictive GLM is sufficiently accurate to allow for future ecological, hydrological and forensic isoscape applications in Mexico, and may be an approach that is applicable to other countries and regions where GNIP stations are lacking.     

二十四史天象记录与陈垣历表的朔闰差异

对二十四史及《清史稿》帝纪和天文志中的全部天象记录进行了整理和计算验证,发现其中历日朔闰与陈垣《二十史朔闰表》不合27例。汇集这样的例证,对于恢复中国古代完整的实行历表,是至关重要的。     

初夏西北太平洋副高东西变动对中国南部降水东西差异的影响

西北太平洋副热带高压(以下简称副高)是影响中国气候的大尺度环流系统,为了进一步了解副高对中国气候的影响,本文利用站点观测资料和大气环流再分析资料,通过资料诊断分析和数值模拟方法,探讨了6月副高东西变动对中国南部降水的影响,以及影响副高东西变动的前期海洋因子.结果表明副高东西变动对中国西南和华南地区降水的影响明显不同:副高偏东有利于降水西南偏多而华南偏少,偏西则降水变化刚好相反.其原因与副高东西变化引起的环流差异有关,华南降水与副高东(西)变动时西太平洋地区副高西北侧的东北(西南)风异常以及东亚中低纬度地区异常经向波列的变化直接有关,而西南降水异常不仅与副高东西变动在东南亚地区引起的纬向风异常有关,与青藏高原大地形动力作用对副高北侧异常纬向风的变化也有十分密切的联系.此外,副高东西变动时影响西南和华南地区的水汽来源不同,影响西南的水汽主要来源于赤道印度洋80°E附近越赤道气流,而影响华南的水汽主要来源于副高南侧偏东气流从西北太平洋地区输送的水汽.进一步分析发现前期冬春季热带西北太平洋和赤道西太平洋海温变化的偶极差异与后期初夏副高东西变动有密切联系,冬春季西北太平洋暖海温和赤道西太平洋冷海温变化有利于后期初夏副高偏西,相反则有利于副高偏东,数值模拟结果在一定程度证实了资料诊断分析结果.     

Solid phase characterization and metal deportment in a mussel shell bioreactor for the treatment of AMD,Stockton Coal Mine,New Zealand

The Stockton Coal Mine, located on the West Coast of New Zealand, is evaluating the use of a mussel shell bioreactor (MSB) to treat acidic metalliferous runoff from acid forming overburden. This novel approach is similar in concept to vertical flow wetlands (VFWs) and successive alkalinity producing systems (SAPS). The MSB system is a trapezoidal pit 2 m deep, 35 m long, 3–10 m wide with 60° angle sides. During operation it contained 160 tonnes (240 m³) of mussel shell material and was saturated with a 100–200 mm water cap. Influent flowed through the reactor at a mean rate of 0.3 L s⁻¹ resulting in a hydraulic retention time (HRT) of ≈6 days. The prototype MSB was in operation for a total of 1027 days, from June 2009 through March 2012, and effectively sequestered 99.7% of Al, 99.3% of Fe, 98.8% of Ni, 98.4% Tl and 99.3% of Zn, as determined from a previous evaluation of MSB performance. The MSB also effectively neutralized acidity, which resulted in an increase in influent pH from 2.8 to 6.9 in the effluent. Based on an examination of several excavated pits, five distinct reaction zones developed within the MSB. The reaction zones consisted of an allochthonous sediment layer (0–330 mm), an oxidized iron-rich ocherous layer (at 330–350 mm depth), an aluminum layer (at 350–600 mm depth) with geochemical variations throughout (350–500 mm and 500–600 mm); and a chemically reduced bottom shell layer (at 600–1100 mm). Representative samples were collected from each layer and analyzed using a combination of geochemical and physical methods to assess the stability of the secondary minerals and trace metal deportment within the MSB. Major elements Fe, Al, Ni, Tl, and Zn where preferentially associated with particular layers within the MSB. Elevated concentrations of Fe (110,000 mg kg⁻¹) were observed in the allochthonous sediment and ocherous precipitate layers, while Al (27,816 mg kg⁻¹), Ni (55 mg kg⁻¹), and Zn (655 mg kg⁻¹) were elevated within the aluminum and lower reduced depths within the MSB. Trace Tl (21 mg kg⁻¹) showed varying concentrations throughout the MSB, but was strongly correlated to lower layers of the system. Microbial biofilms were observed within the reduced portions of the shell layers often proximal to bacterial shaped sulfides. The geochemical assessment of the MSB presented in this study is the first of its kind for a MSB, and supports the argument that this system is another viable option for passive treatment of AMD.     

当代生物多样性剧减与古-中生代之交生物绝灭的对比

18世纪以来人类活动对环境造成了强烈破坏,给生物多样性带来了巨大损失.为了了解生物多样性的变化趋势,利用"绝灭物种统计法"、"种-区曲线法"和化石记录对400年以来的生物多样性和古-中生代之交的生物绝灭进行了分析.当代生物多样性剧减表现为物种的快速绝灭(从8×104种/Ma增大到1.2×106种/Ma),而属的绝灭几乎为0;古-中生代之交生物绝灭的初始阶段也表现为物种的快速绝灭(从40种/Ma增大到150种/Ma),并且这个阶段的属的绝灭速率远低于绝灭高峰阶段的相应值(即66属/Ma远小于465属/Ma),可见当代生物多样性剧减相当于二叠-三叠系之交生物绝灭的初始阶段.     

不同强度热带气旋对中国降水变化的影响

基于1960—2017年2 000多个气象台站逐日降水数据和中国气象局热带气旋(TC)最佳路径资料集,采用客观天气图分析法(OSAT)识别得到TC降水。研究表明,中国TC降水总体呈显著下降趋势,较12年前的研究结果下降趋势变缓;TC盛期(7~9月)降水占到TC总降水的78.5%,TC盛期降水和TC非盛期降水均呈显著下降趋势。TC降水气候趋势在空间分布上以减少为主要特征,并表现出明显的地域差异,自南向北呈"减少—增多—减少"的分布型,减少趋势中心位于广东和海南。按TC影响期最大强度分级(弱TC、中等强度TC和强TC)研究不同强度TC降水的变化,结果显示,强TC降水表现出显著减少趋势,主要决定着TC总降水的影响范围和趋势等主要特征。进一步分析发现,影响TC频数在1960—2017年呈显著减少趋势,并在1995年发生突变;对1995年前后2个时期的对比研究显示,与前一时期(1960—1994年)相比,后一时期(1995—2017年)影响TC活动频次在20°N以南的海域呈现出显著的减少趋势,减少大值中心位于南海北部,而且这一特征也主要由影响TC中的强TC所决定;强TC的这一变化趋势导致了华南地区尤其是广东和海南TC降水日数的减少,进而使得TC降水减少。     

安徽省2021年梅雨期降水预报检验分析

检验梅雨期降水的预报效果,对于提升梅雨期降水预报能力、减少梅雨期降水带来的人员伤亡和经济财产损失有着重要的意义。文章对安徽省2021年梅雨期（6月10日—7月10日）六个客观模式和一个主观订正预报产品进行了检验分析,其中包含了三个区域模式数值预报（中国气象局中尺度天气数值预报系统（简称CMA-MESO）、中国气象局上海数值预报模式系统（简称CMA-SH9）、安徽WRF）、三个全球模式数值预报（中国气象局全球同化预报系统（简称CMA-GFS）、欧洲中期天气预报中心确定性预报模式（简称ECMWF）、美国国家环境预报中心全球预报系统（简称NCEP-GFS））和安徽智能网格主观订正预报的降水产品,进行了检验分析,结果表明：传统检验中安徽智能网格和区域模式对晴雨准确率的预报效果优于全球模式,又以CMA-MESO最优;在暴雨及以上量级的强降水预报中,传统检验表明安徽智能网格预报的得分最高（23.83）,ECMWF模式则是客观模式预报中效果最好的（20.12）,CMA-SH9次之（19.34）;通过对除安徽智能网格以外的各个客观数值模式进行的MODE空间检验可知,不同数值模式间暴雨预报误差原因不尽相同,ECMWF与各区域数值模式主要是由雨区位置的预报偏差,尤其是纬度偏差导致的,NCEP-GFS全球模式对降水强度和雨区面积的预报偏弱偏小比较明显,CMA-GFS在强降水方面的预报可参考性较差;各个主客观预报暴雨及以上量级预报,整体表现出较明显的日变化特征,在午夜前后、上午时段TS评分较高,而午后到傍晚评分较低,这个现象或许是梅雨期的午后降水多以地表太阳加热引起的短历时热对流降水为主造成的。     

青藏高原三江源和河湾区夏季降水变化特征及对高原夏季风的响应

本文利用1981～2020年观测数据和ERA5再分析资料,将青藏高原腹地三江源和东南重要水汽通道河湾区作为典型研究区域,分析了降水不同时间尺度变化特征及其典型强弱年对高原季风环流系统的响应,结果表明：（1）三江源和河湾区降水的季节变化均呈双峰型分布,峰值出现在7月初和8月下旬。夏季降水在21世纪初发生年代际转折,尤其是三江源降水量在近20年增加明显。两个高原季风指数DPMI(Dynamic Plateau Monsoon Index)和ZPMI(Zhou Plateau Monsoon Index)的夏季风爆发时间均超前于河湾区和三江源降水的明显增加期。三江源夏季降水年际变化与两个高原夏季风指数有较好的相关性。三江源与河湾区虽然相邻很近,但三江源夏季降水受高原季风影响程度远大于河湾区。当高原夏季风增强（减弱）时,三江源降水量偏多（少）。（2）三江源降水偏多年,南亚高压偏东偏强,低层高原主体低压异常,有利于西南风和东南风在三江源区域交汇,南方暖湿空气能够深入高原腹地导致水汽辐合偏强。河湾区降水偏多年,河湾区及整个高原主体附近高度场并没有明显异常,河湾区的水汽输送主要有两条路径,一条来自孟...     

结合毫米波雷达提取降水条件下风廓线雷达大气垂直速度的研究

风廓线雷达主要是利用大气湍流对电磁波的散射作用,在晴空条件下对大气风场等进行探测。在降水天气下,风廓线雷达能同时接收到大气湍流回波和雨滴的散射回波信号,其探测到的回波功率谱中降水信号谱和大气湍流信号谱叠加在一起,使得大气的运动被雨滴的运动信息所掩盖,给后续的大气风场反演带来误差。而毫米波云雷达在降水天气下仅能探测到云雨粒子的回波而无法探测到大气湍流回波,基于这一差异结合毫米波云雷达资料对风廓线雷达功率谱数据进行订正,剔除其中的降水回波信息,进而获取正确的大气运动垂直速度。通过一次典型弱降水天气过程的雷达资料对该方法进行了可行性验证,并将计算得出的大气垂直速度与传统双峰法提取的大气运动垂直速度及原始风廓线雷达垂直速度进行了对比分析,显示在弱降水天气下该方法能有效消除降水对风廓线雷达垂直速度测量的影响,提高弱降水天气下测速准确率,并且在湍流谱极其微弱的情况下该方法也能准确地获取到大气运动垂直速度信息。但是云雷达回波在降水时会有衰减,虽然是弱降水也会导致在高层距离库上的订正效果变差,故目前只适用于弱降水时低距库处的降水订正。      

基于青藏高原春季感热异常信号的中国东部夏季降水统计预测模型

使用1980-2014年由青藏高原中东部的地面气象观测台站观测资料计算得到的地表感热通量以及中国东部高分辨率的降水格点资料,在年代际变化和年际变率两个时间尺度上,使用最大协方差分析方法研究了青藏高原春季感热与中国东部夏季6、7和8月降水的关系,基于最大协方差关联因子的时间尺度分解回归分析方法建立了一个降水统计预测模型。青藏高原春季感热的各个关联预报因子与中国东部夏季各月降水的相关分析表明,在年代际成分中,6、7和8月在中国东部绝大部分地区均存在显著相关,方差贡献分别为75.6%、99.9%和79.7%;在年际成分中,相关区域在6月是华南地区、华北沿海地区和江淮流域,7月是华南地区西南部、长江流域、东北地区东南部和黄河中下游地区,8月是东北地区和华南地区西部,方差贡献分别为42.7%、43.4%和32.0%。预测模型的解释方差分析和后报试验检验表明,7月对整个中国东部地区预测效果最好,6月主要在长江以南地区,而8月主要在东北地区和华南地区西部预测效果较好。该预测模型能很好描述青藏高原春季感热与中国东部夏季各月降水的关联性,并对局地降水实现较好的定量预测,具有在短期气候预测业务应用的价值。