顾及空间非平稳特征的遥感干旱监测

遥感技术具备实时快速、时空连续、广覆盖尺度等独特优势,在全球气候恶化大背景下,利用遥感干旱监测方法相比于传统地面监测手段,能够提供实时、准确、稳定的旱情信息,辅助科学决策。目前常用遥感旱情监测方法大多依赖全域性数学模型建模,假定了旱情模式的空间平稳特性,因而难以准确反映旱情模式的局部差异特征。本文提出利用地理加权回归模型GWR (Geographically Weighted Regression),考虑旱情模式的空间非平稳特性,综合多种遥感地面旱情监测指数,以实现传统全域旱情监测模型的局部优化。以美国大陆为研究区,监测2002年—2011年共10年的旱情状态。研究表明,GWR模型能够提供空间变化的局部最佳估计模型参数,监测结果更加吻合标准美国旱情监测USDM (U.S Drought Monitor)验证数据,且与地面实测值的最高相关系数R达到0.8552,均方根误差RMSE达到0.972,显著优于其他遥感旱情监测模型。GWR模型具备空间非平稳探测优势,实现了旱情模式的局部精细探测,能够显著提升遥感旱情监测精度,具备较好的应用前景。     

地幔不均一性与地幔循环的多维表征和原因思考

地幔早先经核- 幔- 壳分异形成,后受不同尺度对流和循环的影响,因而具有不均一性特征。近三十年来,地幔化学通过研究大洋玄武岩发现了多样地幔端元和非放射性同位素证据并证明了地幔不均一性,逐渐建全了地幔地球化学体系。然而,地幔不均一性如何对应于时空尺度的地幔循环,以及地球演化如何影响地幔不均一性等,仍不清楚。此外,地球物理研究显示,岩石圈厚度差异、中下地幔的波速异常体以及俯冲板片形态的观测为纵横向对流系统提供了空间不均一性证据支持。联合地球化学和地球物理手段对研究地幔不均一性至关重要,用好透视地幔成分与结构的“双目镜”已成为共识。本文从地幔不均一性结合地球化学场、地球物理的不同表现形式,以及现今及历史时期的洋陆格局的对比,多维度联系地幔循环和演化,思考了超大陆旋回与地幔不均一化的内在逻辑。强调了从全球演化角度看地幔不均一性的重要性和提出多手段联合建立地幔循环驱动模型的展望。     

变质作用、板块构造及超级大陆旋回

麻粒岩相超高温变质作用（GUHTM）主要发育于新太古代至寒武纪岩石中;推测在深部较年轻的,特别是新生代造山带岩石中也会有GUHTM存在。岩石中最初出现GUHTM记录意味着产生瞬时极高热流处的地球动力学发生了改变。许多GUHTM带可能发育于类似现代大陆弧后的构造背景中。在较热的地球上,超大陆及其裂解形成的循环组合,尤其是经岩石圈减薄的洋盆卷入到其外翻过程中可能产生比现代太平洋边缘更热的大陆弧后。中温榴辉岩 高压麻粒岩相变质作用（EHPGM）也是最先发现于新太古代岩石记录中,并发育于从元古宙至古生代岩石中。EHPGM带是对GUHTM带的补充,并经常认为是记录了从俯冲至碰撞造山作用的过程。在元古宙岩石记录中的蓝片岩明显记录了与现代俯冲作用相关的低热流梯度。以发育柯石英(±硬柱石)或金刚石为特征的硬柱石蓝片岩和榴辉岩（高压变质作用,HPM）及超高压变质岩（UHPM）主要是在显生宙形成。HPMUHPM记录了显生宙俯冲碰撞造山带早期碰撞过程中的低热流梯度及陆壳的深俯冲作用。尽管与直觉不同,在超级大陆聚敛期（Wilson旋回洋盆打开和关闭）的大陆地块增生过程,许多HPMUHPM带看来确实是通过小洋盆关闭而发育起来的,反映双重热体制的双重变质带仅发育于新太古代以来的岩石记录中。双重热体制是现代板块构造的特点,而双重变质作用则是板块构造在岩石记录中的特征性标志。尽管构造样式很可能不同,新太古代以来GUHTM和EHPGM带的发育证明“元古宙板块构造体制”的开始。以冷俯冲和大陆地壳深俯冲至地幔,以及其中的部分又从深达300 km处发生折返为标志,“元古宙板块构造体制”在新元古代进化为“现代板块构造体制”,这个转变可由岩石中的HPMUHPM证明。记录这种极端条件的变质带年龄是不一致的,而变质作用发生时间与各大陆岩石圈聚合到超级克拉通（如Superia/Sclavia）或超级大陆（如Nuna (Columbia), Rodinia, Gondwana, 和Pangea）的时间却是一致的。     

东南极普里兹带高级变质作用演化

东南极普里兹带是经历泛非期高级变质和强烈变形的造山带,其内发现有经历格林维尔期高级变质事件的残块。格林维尔期变质矿物组合局部见于姐妹岛和赖于尔群岛,其高峰变质条件达到>950℃和>0.95GPa。泛非期高级变质作用是区域性的,其高峰变质并不像前人想象的那样只发生在中低压麻粒岩相条件下,而是高达850~950℃和0.90~0.95GPa。这些岩石随后经历了近等温减压过程,在760~860℃和0.55~0.70GPa的条件下达到了重新平衡,并进一步减压或近等压冷却至450~750℃和0.30~0.50GPa。同造山的紫苏花岗岩在减压伸展阶段侵位于格罗夫山地区的变质杂岩中,而晚-后造山的A型花岗岩、伟晶岩和花岗岩脉则遍布于整个普里兹带,从而构成一个完整的造山演化序列。由此可见,现有研究资料支持普里兹带是一条冈瓦纳超大陆在泛非期拼合的碰撞造山带的认识。     

大陆碰撞造山带的两类橄榄岩——以柴北缘超高压变质带为例

论述了大陆俯冲碰撞带中地幔橄榄岩的基本特征和成岩类型,并重点讨论柴北缘超高压变质带中不同性质的橄榄岩及其成因。根据岩石学特征,我们确定柴北缘超高压带中发育有两种类型的橄榄岩:(1)石榴橄榄岩,岩石类型包括石榴二辉橄榄岩、石榴方辉橄榄岩、纯橄岩和石榴辉石岩,是大陆型俯冲带的标志性岩石。金刚石包裹体、石榴石和橄榄石的出溶结构、温压计算等均反映其来源深度大于200km。地球化学特征表明该橄榄岩的原岩是岛弧环境下高镁岩浆在地幔环境下堆晶的产物。(2)大洋蛇绿岩型地幔橄榄岩,与变质的堆晶杂岩(包括石榴辉石岩、蓝晶石榴辉岩)和具有大洋玄武岩特征的榴辉岩构成典型的蛇绿岩剖面,代表大洋岩石圈残片。这两类橄榄岩的确定对了解柴北缘超高压变质带的性质和构造演化过程有重要意义。     

大陆岩石圈研究进展

从地震学、地球化学、岩石学等不同学科的角度,对大陆岩石圈研究进展做了简要介绍。不同学科的最新研究成果表明,岩石圈在热状态、化学成分和力学行为等方面具有高度非均匀性。这不仅表现为岩石圈性质和结构随深度的变化,而且还反映在不同时代、大陆与海洋以及克拉通和造山带岩石圈结构特征的显著差异上。性质和结构的差异体现了岩石圈形成和长期演化过程的复杂性。我们认为,不同岩石圈块体之间、岩石圈与深部对流地幔之间普遍存在着相互作用。这种相互作用被认为是稳定克拉通岩石圈遭受改造甚至破坏的深部机制,同时还是地球深、浅部物质交换的重要方式,因而显著影响着地球深部的对流和地表的构造过程。值得注意的是,由于岩石圈本身定义的模糊性及其厚度的不确定性,地震活动与岩石圈强度之间的关系以及大陆岩石圈演化的规律性等问题仍有待于进一步的研究和探索。     

特提斯演化的关键动力学过程与驱动力

特提斯系统经历了漫长的演化历史,包含了多期次的威尔逊旋回,是研究板块构造与地球动力学的理想对象.特提斯演化的典型特征是一系列大陆块体从南方的冈瓦纳大陆裂解,而后向北漂移,最终与北方的劳亚大陆碰撞拼合.该过程中,多期次特提斯洋盆(原特提斯洋、古特提斯洋、新特提斯洋)的张开和关闭是核心要素.本文以大洋板块的生命周期为主线,将特提斯系统演化分解为大陆裂解、俯冲起始、洋脊俯冲、大陆碰撞等四个关键动力学过程,并系统分析了每个关键过程的控制因素和驱动力.(1)特提斯系统窄条形大陆地体的裂解可能受控于板块俯冲,尤其是俯冲板片的远端牵引作用;而块状印度大陆的裂解及印度洋的张开可能是地幔柱与远端俯冲板块共同作用的结果.(2)特提斯系统周期性的大陆地体碰撞拼合产生多期次的俯冲跃迁,是地体碰撞产生的反推力、洋脊推力及板下地幔流牵引力共同作用的结果,并且岩石圈的弱化是关键因素.(3)洋脊俯冲往往伴随着板片断离,该构造体制的转换可能需要地幔流牵引力的辅助,从而实现板块俯冲的延续性;而洋脊俯冲对上盘和下盘都会产生一定的动力学效应,其特征地质记录可用于反演洋脊俯冲历史.(4)青藏高原的巨大重力势能意味着持续至今的印...     

地球系统中的真极移

真极移或行星的再定向,是由质量重新分配造成的固体地球(地壳和地幔)相对于液体外核发生的旋转.其在地球上已经通过卫星观测证实,在太阳系的多个行星和卫星也有一些记录,但真极移在地球历史上是否普遍存在仍有争议.即便如此,真极移在地球上发生的物理基础和经验基础现在都是明确可信的.同时,与板块构造一样,真极移可能会影响地球系统的大部分,因此承认它的存在需要重新解释很多方面,这可能是真极移令人难以接受的原因.本文总结了真极移概念的发展,为未来的研究提供了一个框架,并且明确了真极移的存在,将其视为可以将浅层和深层过程联系起来的地球系统的一个组成部分.具体而言,本文关注大型真极移的时间规律,并在前人研究基础上讨论其与超大陆-巨大陆旋回的关系.分析认为,巨大陆的聚合与大幅度真极移联系紧密.同时,超大陆的存在和裂解与快速真极移联系紧密.本文还介绍了真极移对海平面变化、古气候、生物多样性和地球系统其他方面的影响,这些方面需要在未来进行跨学科检验.     

青藏高原北部和塔里木盆地东部远震横波分裂特征及陆内碰撞变形分析

基于横跨青藏高原北部和塔里木盆地东部的一条包含38个流动台和15个固定台的NW向地震剖面,以及剖面两侧分布的10个固定台站,总计63个宽频带地震台记录的远震波形资料,采用横波分裂测量得到了各台站的快波方向和时间延迟,绘制了青藏高原北部和塔里木盆地东部上地幔各向异性图像.结果显示快波方向和时间延迟具有复杂的空间分布特征.时间延迟分布上,塔里木盆地的时间延迟最小,平均值只有0.6s,不仅小于盆地南、北边缘的阿尔金断裂和天山,而且小于青藏高原北部,反映了稳定块体的时间延迟小于构造活跃块体.快波方向分布上,沿剖面由东至西,快波方向从松潘-甘孜块体南部的NNW向逆时针旋转到北部的NW向,再过渡到东昆仑断裂北部和柴达木盆地南缘的近E-W和ENE向;至柴达木盆地西北缘的祁漫塔格断裂处,快波方向由ENE向突然转向NW向;至阿尔金断裂处,快波方向再次由NW向突然转向ENE向;进入塔里木盆地,快波方向在盆地南部为ENE向,至盆地中部又由ENE向突然转向到盆地北部的NW向;往西至天山,快波方向转为WNW向.基于横波分裂测量的快波方向与地表变形场预测的快波方向的对比分析表明,除塔里木盆地东部5个测点的快波方向...     

南方涛动年际变化与夏季亚澳季风环流及海洋性大陆区域气候异常的联系

利用美国NOAA卫星观测的SOI(Southern Oscillation Index,南方涛动指数)资料以及NCEP/NCAR、CMAP月平均资料,采用相关分析等方法,研究了南方涛动年际变化与夏季亚澳季风环流及海洋性大陆区域气候异常的联系。结果表明:南方涛动具有显著的年际变化特征,这种年际变化对夏季亚澳季风区及海洋性大陆区域的环流、降水及温度异常有重要影响。当SOI正位相时,赤道以南的澳大利亚东部地区以及西北太平洋海域高层为气旋,低层为反气旋,赤道地区的东部太平洋低层为辐散中心,高层为辐合中心,有利于下沉运动维持;加里曼丹岛附近低层辐合,高层辐散,有利于上升运动维持;海洋性大陆地区降水为显著的正异常,东亚地区降水存在较弱的正异常;海洋性大陆地区以及我国青藏高原到东海一带温度为正异常,孟加拉湾及印度半岛区域温度为负异常。