海底沉积物孔隙压力原位长期观测技术回顾和展望

海底沉积物孔隙压力对海底地质灾害过程反应敏感,是表征海床稳定性的一个重要指标,通过海底沉积物的孔隙压力观测可以判断海床的稳定状态,对于海底地质灾害预测预警具有重要意义。海底沉积物孔隙压力观测存在(1)超高背景压力下的高精度测量;(2)贯入过程传感器超量程破坏;(3)系统长期供电及传感器漂移;(4)深海海底布放和回收等技术难点。国际上海底孔隙压力观测技术从20世纪60年代开始发展,逐渐形成了系列核心监测技术和成熟的商业化设备产品。挪威岩土工程研究所NGI与美国伊利诺伊大学共同研发的NGI-Illinois压差式孔隙压力观测系统,是已知最早的海底沉积物孔隙压力观测设备。此后,美国地质调查局USGS、美国桑迪亚国家实验室、英国牛津大学等相继研发了不同结构的观测设备,覆盖浅海到深海。其中,英国海洋科学研究所研发成功的深海孔隙压力原位长期观测设备PUPPI是一个重要的历史节点,该设备能够在6 000 m水深的环境中连续运行一年,成为当时最成功的海底孔隙压力观测设备,其现代化的设备结构和设计理念被后续的观测设备广为借鉴。21世纪以来,得益于海洋科学技术的整体进步,国际孔隙压力观测技术发展呈现加速趋势。法国海洋开发研究院IFREMER研发的Piezometer系列孔隙压力观测探杆,代表了当今世界的先进水平,可能是目前应用次数最多的海底孔隙压力观测设备。我国在深海探测、观测技术领域起步较晚,在深海沉积物孔隙压力原位长期观测技术方面几乎空白,发展很不成熟。其中,中国海洋大学、自然资源部第一海洋研究所等单位进行了较多的探索性研发工作。近年来,以港珠澳大桥建设、南海天然气水合物试采等为标志的大批国家级海洋建设项目如火如荼,深海油气矿产资源开发、深海天然气水合物开采利用等海洋新兴产业快速起步,深海孔隙压力原位长期监测关键核心技术等“卡脖子”问题仍然突出,严重制约了我国海洋工程产业发展的步伐。因此,迫切需要发展具有自主知识产权和关键核心技术的国产深海沉积物孔隙压力原位长期监测技术。本文回顾了国际、国内海底孔隙压力观测技术的相关研究进展,旨在分析总结孔隙压力观测技术及其应用中涉及的一些核心技术和亟待解决的关键问题,以期为我国该项技术的发展和应用提供借鉴。     

万福煤矿不同含水率砂岩蠕变力学特性试验研究

为研究深部巷道围岩在地下水作用下的长期蠕变力学特性,采用自主研制的深部软岩五联流变试验系统,开展不同含水率(0%、0.8%、1.6%、2.4%、3.3%)下砂岩吸水软化单轴压缩试验及单轴蠕变试验。通过试验结果研究表明：砂岩的单轴抗压强度、弹性模量和蠕变破坏应力与含水率呈指数下降关系,蠕变破坏应力与单轴抗压强度的比值在0.76～0.84之间;砂岩衰减蠕变阶段时间随着含水率的增加而减少,随应力水平的增加而增加。径向应变比轴向应变先进入稳态蠕变阶段,破坏应力下径向应变的加速蠕变阶段开始时间要先于轴向应变;基于稳态蠕变速率曲线确定了砂岩的长期强度,径向稳态蠕变速率确定的值略小于轴向,长期强度与含水率之间满足负指数关系;将蠕变试验中径向应变与轴向应变之比定义为μ_c,提出了基于μ_c值的岩石长期强度确定方法且μ_c值与含水率无关,对于本次砂岩样品可以认为μ_c值大于0.3时样品会在一定时间内发生加速蠕变破坏;随着含水率的增加,样品破坏形态由单斜面剪切破坏逐渐演变至X状共轭斜面剪切破坏。研究结果为地下水作用下巷道长期稳...     

Low frequency variations in currents on the southern continental shelf of the Caspian Sea

The Caspian Sea (CS) is the largest enclosed basin in the world, located inside the Eurasian continent in the Northern Hemisphere. Although there have been few studies of the dynamics of the coastal zone in the CS, observations show that oscillations with periods from 2–3 days to 1–3 weeks dominate. These oscillations are presumed to be related to the synoptic variability of direct wind impact and to coastally-trapped waves (CTW). Here, we describe and interpret current meter observations on the continental margins of the southern CS from 2012 to 2014 to identify and characterize CTW there. Time series analysis provides evidence for both remote and locally wind-forced eastward traveling signals with time lags consistent with CTW theory. A wind-forced model with two CTW modes is able to reproduce the structure, amplitudes, and phases of observed alongshore current fluctuations, explaining half of the variance at frequencies less than 1 cpd. Remote forcing effects are present at all times, but are most striking when the local winds are weak, as in summer. The CTW calculations also suggest that the source region for the remote forcing may extend farther north along the west coast of the CS.     

卫星资料揭示的青藏高原对流层上层温度气候演变趋势特征

利用1982—2016年MSU/AMSU-A亮温资料,分析了青藏高原地区对流层上层温度的气候趋势及其演变特征,并利用ERA-Interim和NCEP-R2再分析资料的相应高度大气温度资料进行了对比分析。结果表明,青藏高原地区对流层高层卫星亮温资料总体表现为逐渐增暖现象,这与再分析资料的对应层次大气温度变化有很好的相似性。基于集合经验模式分解方法 EEMD的非线性趋势分析表明,青藏高原地区对流层上层亮温的增温首先出现在青藏高原中部,随着时间演变,增温现象逐渐向青藏高原四周扩散,最后在整个青藏高原地区都出现了一致增温现象。相比于NCEP-R2再分析资料而言,ERA-Interim再分析资料300 h Pa大气温度的演变趋势与观测亮温有很好的相似性,只是增温现象是首先在青藏高原附近,随着时间推移,增温现象逐步向周边地区扩张,最终整个青藏高原地区出现了整体升温现象。但是NCEP-R2再分析资料则是与上述两种资料的温度演变特征有很大的差异,其300 h Pa高度大气温度在前20年表现为明显的降温特征,在最近10年才出现了增温,并逐步向周边地区扩张的现象。     

国产海洋气象漂流观测仪在台风观测中的应用分析

介绍了由我国自主研制的、基于北斗导航通信卫星的、集海洋水文要素和气象要素一体观测的、在恶劣海况条件下能进行连续、可靠观测的海洋气象漂流观测仪,及其在多个海域开展实际的外海观测试验情况。2017年8月20日至9月5日,三台漂流观测仪在广东博贺海洋气象综合试验基地,经历了2017年第13号台风天鸽和第14号台风帕卡两次台风天气过程。对试验期间获取的台风天气过程中气温、气压、海温等观测数据的分析表明,漂流观测仪所获得的观测数据与相关国家级业务观测站点的观测数据具有较好的相关性,揭示了台风天气过程的明显特征,并表现出合理、清晰的日变化特征。上述试验表明,国产海洋气象漂流观测仪已具备在恶劣海况下进行实际观测的能力。     

农业气象测报工作基数统计系统开发与应用

本文介绍了农业气象测报工作基数统计系统(AgMOBase)的框架、数据库、功能模块设计与业务应用情况。AgMOBase系统是农业气象测报业务系统(AgMODOS)配套的业务软件,采用面向对象技术与模块化结构技术开发,由数据层、技术层、应用层和用户层组成4层架构结构。系统已在全国农业气象观测站业务应用,实现气象部门开展的农业气象观测质量考核和软件应用质量考核所规定的日常工作基数统计工作,提供个人和台站的月份/年度详细的基数统计报告。     

机场主导能见度仪器自动观测方法研究

主导能见度是航空活动能否正常进行的重要标准之一。伴随我国通用机场建设,主导能见度的自动观测具有重要的实际意义。本文使用中值法、图形比例法和均值法3种方法,利用机场现有多套能见度传感器进行主导能见度自动观测,并使用3种方法研究分析了天津、大连、海拉尔、成都和重庆5个机场2014年12月10日起连续100天的07:00和19:00 2个时间点的多能见度传感器测量值。结果表明:相比于中值法和图形比例法,均值法具有更小的观测偏差;观测原理和方法、能见度传感器数量、地区气候差异和观测位置差异是影响主导能见度自动观测数据质量的主要影响因素。     

Burial fluxes and sources of organic carbon in sediments of the central Yellow Sea mud area over the past 200 years

Long-term changes of composition,sources and burial fluxes of TOC(total organic carbon) in sediments of the central Yellow Sea mud area and their possible affecting factors are discussed in this paper.Firstly,similarity analysis is employed to confirm that the carbon burial features resulted from two collected cores are typical in the central Yellow Sea mud area where YSWC(Yellow Sea Warm Current) is prevalent.On this basis,the burial flux of TOC here was considered to be 235.5–488.4 μmol/(cm2?a) since the first industrial revolution,accounting for about 70%–90% among burial fluxes of TC(total carbon) in the sediments.Compared TOC/TC ratio in the two cores with that in other marine sediments worldwide,we suggest that the growth of calcareous/non-calcareous organisms and dissolution of IC(inorganic carbon) are important factors controlling the TOC/TC ratio in sediment.Results of two-end mixed model based on δ13C data indicate that marine-derived organic carbon(OCa)is the main part among total burial organic carbon which accounts for a ratio over 85%.Due to the high TOC/TC ratio in the two cores,TC in the sediments also mainly exists as OCa,and the proportion of OCa is about 60%–80%.Away from the shore and relatively high primary production in upper waters are the main reasons that OCa is predominant among all burial OC in sediments of the central Yellow Sea mud area.Burial of OC in this mud area is probably mainly influenced by the human activities.Although the economic development during the late 19 th century caused by the first industrial revolution in China did not obviously increase the TOC burial fluxes in the sediments,the rise of industry and agriculture after the founding of new China has clearly increased the TOC burial flux since 1950 s.Otherwise,we also realize that among TC burial fluxes,TIC account for about 10%–30% in sediments of the central Yellow Sea mud area,so its burial could not be simply ignored here.Distinct from TOC burial,long-term TIC burial fluxes variations relate with climate changes more closely:the East Asian summer monsoon may influence the strength of the Huanghe River(Yellow River) flood,which could further affect the transport of terrestrial IC from land to the central Yellow Sea as well as the burial of these IC in the sediments.     

天津雾和霾自动观测与人工观测的对比评估

为适应地面气象观测业务调整方向,提高新型自动气象站观测资料的质量及可用性,研究中对天津地区10个地面气象站1951—2014年历年2月人工观测及2014年2月自动观测和人工观测的轻雾、雾、霾现象进行对比评估。结果表明:天津地区历年2月轻雾的平均日数为10 d,雾和霾均为2 d,轻雾和霾同期出现的日数占有天气现象的7.4%,而雾和霾同期出现日数仅占0.7%;平行观测期的对比分析得到人工观测轻雾日数比自动观测多11 d,雾日数和霾日数均比自动观测少6 d,其中,轻雾和雾的判别差异集中出现在每日08:00(北京时,下同),霾则基本出现在每日08:00,14:00,17:00,20:00;通过对比自动观测和人工观测的能见度数据发现,二者相对偏差达25.1%,能见度小于15.0 km时,自动观测的能见度有60%~76%数值偏小,特别是08:00和20:00, 因此,在相对湿度满足条件的情况下,能见度的判别误差是导致自动观测与人工观测轻雾、雾、霾现象判别差异的重要原因。     

云底高度的地基毫米波云雷达观测及其对比

对2014年11月20日—12月31日中国气象局大气探测综合试验基地Ka波段毫米波云雷达、Vaisala CL51激光云高仪、L波段高空探测系统观测的云底高度进行对比分析。结果表明:在低能见度条件下,毫米波云雷达对云的探测能力明显优于激光云高仪,随着能见度的增加,两设备云探测能力差距在减小;毫米波云雷达与激光云高仪同时观测到有云时,二者观测的云底高度相关系数为0.92;毫米波云雷达与探空观测云底、云顶高度的相关系数分别为0.93和0.78;云雷达观测的云底高度均略低于激光云高仪和探空,云雷达观测的云顶高度略高于探空。