“关键资源地球化学勘查”专辑特邀主编寄语——关键元素分布与关键资源勘查

关键资源已经成为工业4.0和低碳能源不可替代的原材料。构成关键资源的元素有50余种, 这些元素是现代社会的先进制造、电子产品、低碳能源、国防安全、生物医药等必须的原材料, 因此也称为关键元素。地球化学勘查是研究和探测关键元素分布和超常富集, 寻找关键资源行之有效的方法。中国在关键元素的分布和深部探测地球化学领域走在了国际前列, 形成了从全球尺度、全国尺度、矿区尺度直到纳米尺度地球化学探测技术体系, 实现从二维到三维、从浅表矿到千米深度矿产探测能力的飞跃, 不仅圈定了一批全国稀土、锂、铀的超常富集区, 而且取得了多处深部金矿和铜矿勘查的重大突破。本专辑选择部分研究成果介绍了稀土元素、新能源金属(铀、锂、钴)、金、铜等关键资源地球化学勘查中取得的新进展和成果。为了响应国家号召“把论文写在祖国大地上”, 专辑作者把优质素材形成的论文发表在自己的杂志上, 作为本期特邀主编对他们的奉献精神表示衷心感谢和崇高的敬意！     

基于BP人工神经网络平潭海域赤潮叶绿素a浓度模型演算研究

以福建平潭海域为研究对象、以叶绿素a浓度为输出指标,根据2009-2018年赤潮期数据规律及2013-2017年海洋监测数据主成分分析结果,对拟构建的BP模型进行输入指标筛选,选定结果包括4个气象因子和4个水质因子。基于此结果,对2013-2017年的698组海洋监测数据中叶绿素a浓度进行归一化处理并进行模型演算,随机选取80%数据作为演算模型的训练样本,其余进行模型验证。通过交叉变换输入指标,寻求最优的输入节点组合,以气温、溶解氧浓度、日照时长指标为输入参数时,BP模型误差较小(均方根误差为0.05μg/L,平均绝对误差为0.03μg/L),演算结果精度较高(可决系数R~2=0.81)。以上结果表明,气温、溶解氧浓度和日照时长对叶绿素a浓度表征效果较好,可为平潭海域以叶绿素a浓度作为判定指标的赤潮预警研究提供参考。     

海相软土场地水泥土劣化机理室内试验研究

将水泥土和周围土体作为研究对象,利用室内化学分析试验得到了离子浓度的时空分布规律,并从腐蚀离子干预水化反应进程和分解水化产物两个过程揭示了海相软土场地水泥土劣化机理。Ca^2+由水泥土向土体中扩散,Mg^2+、SO42^-及Cl^-从土体向水泥土扩散;随着水化反应的进行,Ca^2+不断生成,水泥土中足够多的Ca^2+是保证水化反应进行并维持水化产物稳定的必要条件,Ca^2+不断向土体扩散是水泥土劣化的原因之一;水泥土内部的SO42^-及Cl^-在浓度较低(分别低于9和15 g/L)时有利于水泥土强度的提高,浓度较高时则导致水泥土发生胀裂;水泥土中Mg^2+的存在会阻碍水化产物的生成并分解水化产物,但浓度较低(低于3 g/L)时,影响不明显;土体中Mg^2+、SO42^-及Cl^-浓度高于水泥土中的浓度,在水泥土表层与水化产物反应生成胶结性差及膨胀性高的物质,促使水泥土劣化。     

西港海洋牧场底层海水溶解氧浓度时变特征

利用海底有缆在线观测系统获得的连续实时观测数据,研究了2016年6月2日至10月22日期间威海市西港海洋牧场底层海水溶解氧浓度的时间变化特征,并探讨了其影响机制。结果表明,观测期间底层海水溶解氧浓度整体呈先减小后增大的变化趋势,其变化范围为2.99 mg/L至11.43 mg/L,均值约为6.65 mg/L。进一步分析表明：（1）底层海水饱和溶解氧浓度的变化并不显著,于6月出现过饱和现象;（2）海水温度是底层海水溶解氧浓度日际变化和月变化的主要影响因素;（3）7月至8月中旬,在季节性温跃层抑制垂向混合和水温升高的共同影响下,底层溶解氧浓度总体呈下降趋势;（4）日平均风速与日平均海水溶解氧浓度的相关性并不显著,但大风期间底层海水溶解氧浓度存在先升高后降低的变化特征;（5）底层海水溶解氧浓度的日变化以全日周期为主,可能主要受生物过程、垂向混合扩散和潮流输运等日变化的影响。本研究对于进一步探讨山东半岛海洋牧场区域海水溶解氧的时空分布特征及其影响机制具有重要意义。     

新疆大风集中程度时空特征分析

基于2003—2017年新疆64个气象站点大风资料,以累积大风天数、连续大风天数、大风集中期和集中度为指标,探究该区大风天数的集中程度时空特征。研究表明：（1） 新疆年内大风天气主要集中在4~7月,连续大风天数主要以1~3 d为主。（2） 近15 a来,大风天气发生频率逐渐减少,频次越高递减幅度越大,但有趋向冬季、极端发展的趋势。（3） 空间尺度上,大风天气主要集中在北疆和东疆,而连续3 d以上大风天气主要集中在山谷地区。（4） 2003—2017年新疆地区年内大风天气分布总体在逐渐集中,集中期在逐渐提前。（5） 南疆和北疆西部以及东疆中东部年内大风天气分布较为分散,南疆南部和北部较为集中。（6） 南疆东南、北疆北部和东疆东北大风天气年内集中时段相对较早,南疆西北、东疆西部相对较迟。（7） 新疆地区大风集中度和集中期具有明显的聚集现象,高高聚集区域位于南疆南部和中部,低低聚集区域位于北疆和东疆的北部。     

中国城市群的空间模式——分散性区域集聚的理论背景、形成机理及最新进展

从空间模式而言,城市群的本质是人口和经济活动在更大范围城市地域实体内的集聚。在这一集聚体内,原乡村地区密集参与着工业化、经济发展。在国内外经典文献分析的基础上,论文将城市群这一特征概括为分散性区域集聚,并认为分散性区域集聚是信息技术革命以来经济全球化空间选择的结果,也是中国政策制度背景的产物。作为全球制造业生产平台和协调控制中心在空间上的独特反映,这一根本属性使得城市群区别于传统区域,在空间上并不遍在;其分散性的发展特征使得它同时代表着最为严重的资源环境约束,值得特别关注。从分散性的地域单元入手的规划策略较目前的城市群整体战略而言,可能较易实施和取得效果。同时,随着中国内需战略和“一带一路”倡议的实施,城市群发生发展的国内外背景正在发生重要转变。分散性区域集聚的空间模式并不一定适用于中国所有区域,在进行规划管理时,必须审慎对待这一客观事实。     

高效卤水浓缩方法研究

针对盐田自然蒸发中卤水浓缩效率低的情况,本文提出了一种装置:空气能蒸发器;基于增大蒸发面积的原理,将二维蒸发平面扩展为三维,通过考察风速、单位体积蒸发面积对蒸发量的影响,得出了最佳蒸发量对应的单位体积蒸发面积。当单位体积蒸发面积为196m~2/m~3时,单位装置体积的每小时蒸发量最大,可达30 kg/m~3h~(-1),之后考察用该装置蒸发卤水的效果,本装置蒸发效果较好,效率很高,对盐田生产具有一定的指导意义。     

北京地区气溶胶粒径尺度谱与PM2.5浓度转换模型研究

大气细颗粒物（PM_2.5）质量浓度是重要的空气质量指标之一。为了促进区域PM_2.5浓度监测的研究,同时拓展利用CE318太阳光度计等光学传感器反演的大气气溶胶产品的应用领域,本文首先基于北京地区2014年—2017年大气气溶胶反演的粒径尺度谱分布产品,计算表征PM_2.5的粒子体积,并结合同一时间北京地区35个空气质量站点提供的PM_2.5质量浓度参考值计算转换系数,对样本区间进行划分以构建转换模型。其次,利用各CE318站点数据所得转换系数及其相对精度,对研究区PM_2.5质量浓度估算误差空间分布,以及转换系数偏差对估值误差贡献情况进行评价。研究结果表明,由CE318站PM_2.5粒子体积与其临近空气质量站PM_2.5质量浓度联合建立的转换系数是一种与气溶胶理化属性密切相关的参数指标,可将时间和空间维度上PM_2.5体积与PM_2.5质量浓度之间的关系映射到由理化属性主导的维度上,可用于对估值模型进行细化和分类,构建分段转换函数模型,使得各分段区间内具有较高的模型拟合精度。基于转换系数的北京地区PM_2.5浓度估值的相对误差多年均值介于12.8 %—28.7 %,而转换系数相对偏差对PM_2.5质量浓度估值相对误差的影响显著,二者之间具有“r”型结构。当转换系数相对偏差介于-16.3 %至24.5 %时,该偏差的出现概率约为66.5 %,使得PM_2.5质量浓度估值误差在20 %以内,表明采用此种方法对相应站点的PM_2.5质量浓度进行估值具有相当的精度和稳定性。以上研究结果可为地面观测站稀少区域利用卫星光学遥感开展空气质量大范围监测应用提供理论前提和技术支持。     

利用卫星遥感和再分析数据刻画2017-2018年格陵兰北部罕见冰间湖事件

以90%海冰密集度为阈值,基于卫星遥感数据,2017-2018年冰季在格陵兰北部识别了两次冰间湖事件,分别出现在冬季和夏季。冬季的冰间湖事件从2018年2月20日持续至3月3日,夏季的事件从8月2日持续到9月5日。AMSR2被动微波的海冰密集度产品表明,冬季和夏季冰间湖事件对应的最低海冰密集度分别为72%和65%。两次冰间湖事件都与格陵兰北部东西气压梯度异常引起的南风加强有关,而气压梯度的异常则与对流层中部极涡的扰动有关。冬季冰间湖事件期间,相对暖和的气温和频繁出现的冰间湖,导致冬季海冰生长不持续,海冰热力增厚较小,这为夏季海冰发生破碎并形成冰间湖创造了条件。南风减弱和新冰生成是冬季冰间湖消失的主要原因。对于夏季的冰间湖,导致其消失的主要原因则是从北部输入的浮冰增加。Sentinel-1 合成孔径雷达产品相对AMSR2被动微波观测产品更加适合于应用到冰间湖事件伴随的新冰生长,这与前者具有更高的空间分辨率有关。格陵兰北部是北冰洋多年冰的聚集地,该区域被认为是北冰洋海冰的“避难所”。因此区域在2017-2018年出现罕见的冰间湖事件,对于整个北冰洋海冰的快速减少具有重要意义,也助于北冰洋海冰,尤其是多年冰的消退。     

海州湾水流紊动强度和含沙量对沉降速度的影响研究

选取海州湾近岸潮流和含沙量实测资料,分析水体紊动强度与含沙量对近岸絮凝体沉降速度的影响,提出了新的沉降速度确定方法。研究表明：淤海州湾近岸泥沙沉降速率大部分在 0.05 ~ 2.50 mm/s 之间,潮周期内泥沙絮凝体的沉降速度 有明显变化。于含沙量较小时,泥沙絮凝体的沉降速度基本随含沙量的增加而增加;含沙量较大时,含沙量与沉降速度呈现出负相关,无论是大潮还是中潮,当含沙量达到 0.7 kg/m3左右时,絮团沉降速度最大,而随着含沙量的增大,絮团沉降速度开始减小。盂在涨落潮垂线平均流速最大时刻,紊动强度达到峰值,含沙量较低时,随着紊动强度增加,沉降速度也随之增加,大潮期间紊动强度对泥沙沉降速度的影响高于中潮。榆新的泥沙沉降速度计算公式不仅考虑了含沙量,还计入了紊动强度 G,大大提高了沉降速度计算值与实测值的相关性。