月球第谷区域内“冻融地貌”的发现

随着月球探测的不断深入,月球上是否有水或水冰的存在已引起开展行星和月球研究的科学家们的高度关注。以往的研究多偏重于仪器的探测,以及极少量的样品测试分析,结果并不令人满意。我们通过对月球高分辨率的卫星影像资料的详细解析,从水和水冰形成的特有的地貌类型——冻融地貌入手,发现月球上存在大量由冻融作用产生的与地球相似的"冻融地貌"类型,主要有:冻融泥流、冻胀丘、冻胀脊、冻胀裂隙、热融塌陷、热融滑坡等,并且以哥白尼纪的第谷月坑及周边保留最多、最好和最完整。这些"冻融地貌"的发现,对探讨月球上是否曾经存在水或水冰,以及进一步开展月球形成演化等科学问题的研究具有重要意义。     

冻融模型相似性分析及试验验证

为提高冻融模型与原型的相似程度,提出冻结指数相似比和实验室修正系数的概念及计算方法。以哈尔滨地区黄土为试验材料,将该地区2010–2012年3年日平均气温进行线性简化,基于含相变热传导的微分方程基础上,采用相似理论,在几何、温度和时间比尺约束下对密度为1.60 g/cm3、含水率为20 %的试样进行冻融循环模型试验,确定实验室修正系数K值为1.13,得到冻结指数相似比CI为1:102.5。对冻融阶段温控历时进行优化,进行冻融循环模型试验。通过对比可知,优化后模型的最大冻深值为21.33 cm,与模型预定值20 cm相差仅6.5 %;优化后冻融模型弥补了太阳辐射对冻深的影响,一个冻融周期由108.14 h减少为84.53 h。以实验室修正系数K和冻结指数相似比CI优化冻融过程的各温控阶段历时合理,显著提高了冻融模型的最大冻深和冻融过程在几何比尺和时间比尺上的相似度。     

扬子克拉通北缘神农架南华系莲沱组寒冷气候的沉积学证据:冻融构造*

中国华南新元古代成冰纪斯图特(Sturtian)冰期“前夜”的古气候(温室抑或冰室)环境一直未得到一致的认识。新近在扬子北缘神农架成冰系底部层位莲沱组上部发现一系列软沉积物变形构造,表现为紫红色基质内发育灰绿色砂质脉体群。依据这些脉体宏观—微观形态、结构构造以及地球化学特征等分析认为,它们可能是寒冷气候下的沉积物冻融构造,还或许代表永久冻土的存在。根据形态,将砂质脉划分为2组4种类型,即刚性破裂的网状、枝状脉体与塑性变形的条带状、斑块状脉体。研究结果表明,脉体具有颗粒结构明显、杂基含量低、脉壁边缘颗粒弱定向性和Fe³⁺的亏损特征,脉体曾发生液化流动;脉体与基质间Bi、Pr、W、La等微量元素存在差异,2种不同的稀土元素富集类型否定了成岩后期蚀变成因;河流二元结构、Sr/Ba值介于0.05~0.25之间、V/Ni值介于0.05~0.5之间,均表明它们发育在曲流河的洪泛平原与滨岸环境;脉体与基质的碳氧同位素负异常(δ¹³C_PDB 为-17‰~-14‰,δ¹⁸O_PDB 为-15‰~-13‰)与低CIA值(55~65)揭示了可能的寒冷气候背景。上述一系列地质和地球化学证据都支持扬子北缘神农架南华纪(成冰纪)斯图特冰期开始前寒冷气候的存在,为莲沱组沉积晚期寒冷气候条件的识别和认定,特别是为研究扬子地块的“雪球地球”事件的响应,开辟了新的研究思路与途径,同时也为华南成冰纪冰期的划分及其国内外对比提供了新的沉积地质学标识和科学证据。     

Aviation-Produced Aerosols and Contrails

Liquid and solid particles in the plumes of jet aircraft cruising in the upper troposphere and lower stratosphere lead to the formation of ice clouds (contrails), modify the microphysical properties of existing cirrus clouds, and provide sites for heterogeneous chemical reactions. Characterization of aviation-produced particles in terms of physico-chemical properties is an important step in assessing the global impact of aircraft emissions upon atmospheric chemistry and climate parameters. Chemistry and microphysics of the gas-aerosol system in aircraft plumes and its evolution in the atmosphere is a field of intense research. This paper reviews the current knowledge (mid-1998) and outlines possible atmospheric implications.     

混凝土大坝冻融破坏问题的数值计算分析

根据大坝上游水库水温和气温观测资料,建立了大坝上游水库水温和当地气温的回归模型。采用有限元数值计算方法,分析了混凝土大坝的温度场,研究了混凝土大坝由于气温变化引起的应力场交替变化。研究表明,由于气温随季节的交替变化,大坝下游面浅层的最大主应力远大于混凝土的抗拉强度,进而导致混凝土大坝下游面的冻融老化甚至破坏。计算结果表明,有限元数值模拟结果与现场勘查结果基本一致。     

一个检测水中冻结核含量的新装置

为了检测降水物中冻结核的相对浓度,在Vali均匀水滴冻结实验方法的基础上,研制了一种可自动检测冻结信号和处理实验数据的装置。其主体是由一组热电偶制冷的冷台,49个热敏元件等间隔地贴在冷台上,其中一个贴上小型的Pt100测温元件,另一个作为信号参考,其他47个热敏元件各滴上一个被测水滴。试验进行时冷台和水滴线性降温,降温率由818P4欧陆控温仪控制。每个水滴冻结时释放的潜热被热敏元件检测,经电路转换为电压信号,全部水滴冻结产生的一串等值信号由计算机实时跟踪监测。可得到水滴冻结的温度谱和时间谱。通过软件计算可方便地推导出水中所含冻结核的微分和积分浓度的温度谱。与以前的同类装置相比,提高了效率和检测精度。文中简要地介绍了该系统的结构、软件功能、试验程序,并给出了几种人工和自然水样的初步检测结果。这个装置对检测水中冻结核和播云催化剂研究都是有用的。人工冰核(如AgI)常用于人工增雨作业,如果对催化前后的降水样品取样检测它们的冻结核含量,可能发现其中的差别,有助于评估播云效果。     

青藏高原北麓河附近不同地表覆被下活动层的水热差异研究

通过对青藏高原北麓河附近天然状态和工程活动状态下不同场地(砂砾路面、铲除植被、草甸地表)的活动层水热状态监测研究,对比分析了不同工程活动对场地活动层的水热传输特征和冻融过程的影响.结果表明,由于工程活动改变了场地下垫面性质,造成了不同场地活动层冻融过程、活动层厚度等的差异,进而影响了多年冻土变化.冻融期间工程活动场地活动层的水热状态变化要比天然场地强烈而且差异较大,工程活动场地冻土的稳定性比天然场地低.     

排水站冰冻破坏原因分析及抗冰冻设计方案研究

在寒冷地区建筑的排水站,由于冰冻而造成的破坏影响了工程的使用性能,甚至会使其完全失去作用.针对具体的排水站工程,分析了冰冻破坏的原因,其中的排架柱为静冰压力和冻融循环联合作用引起的破坏;集水池护坡为冻融反复作用的冻融“疲劳”破坏.根据破坏原因分析与计算结果提出抗冰冻破坏的设计方案,对排架柱采用正锥体结构并设防水层,对护坡采用3种不同结构型式,分别是混凝土砌块护坡、混凝土板护坡和对原护坡的改造方案.经计算,3种方案均可以达到抗冻胀破坏的目的.     

青藏高原土壤冻结始日和终日的年际变化

利用青藏高原1981-1999年青海和西藏58个气象站观测的土壤冻结上、下限记录,分析了冻结始日、冻结终日的空间分布和年际变化特征.结果表明:最早、最晚和平均冻结始日的分布基本一致,都是由北向南逐渐推迟的;最早、最晚和平均冻结终日的空间分布也比较一致,呈现南北早、中部晚的特点.在20世纪80年代高原土壤冻结多偏早,解冻多偏晚,冻结日数偏多;而90年代正好相反,冻结多偏晚,解冻多偏早,冻结日数偏少;冻结始日有明显的3～4a周期变化,冻结终日有明显的准7a周期变化;1981年、1982年为冻结早、解冻晚年,1983年、1990年为冻结晚、解冻晚年,1993年、1999年为冻结晚、解冻早年.     

辽西地区风积土冻融特征的试验研究

针对辽西地区的风积土进行了单向冻结试验,研究了土样在冻结过程中的温度变化规律和温度梯度对冻胀的影响;分别针对封闭系统和开敞系统进行了有外加荷载和无外加荷载作用下的冻融试验,对在一定温度条件下荷载和水分对风积土冻融性质的影响进行了试验研究,获得了温度、外荷载和水分对冻融影响及其冻融演变规律。研究结果表明,温度和温度梯度是影响土体冻胀的主要因素,而外荷载主要对融沉的演化过程和最终冻胀量产生影响,水分的迁移则主要对冻胀的演化过程产生影响。