全球温度变化的热力学平衡和最新发现

本文提出了一种新的研究全球气候温度变化的思路。为发现全球气候变化的宏观规律,把生物圈系统作为一个整体的物质进行研究,从而把纷繁复杂的全球气候温度变化问题归纳成经典物理学的热量与温度变化问题。给出了广义生物圈的热平衡测量Q值和温度变化的热力学公式,并在实际数据的基础上通过计算发现人类使用矿物燃料和核能所排放的热量理论上可使全球海平面每年升高35 mm或者可使大气对流层温度每年升高011 ℃。该发现表明:能源热量因素已成为影响全球温度变化的重要因素。     

1.0GPa和常温至1100 ℃条件下角闪石斜长片麻岩的V_p变化:实验测量与理论计算

在1．0GPa、常温至1100℃条件下测量了角闪石斜长片麻岩的纵波速度（Vp）,并统计了不同温度实验产物中各种矿物的体积百分含量。结果显示,1．0GPa下,角闪石斜长片麻岩的Vp首先随温度升高（室温至700℃）缓慢降低约6％,然后（700—850℃）快速降低约6％,再（850～950℃）转而急剧升高15％～25％,最后（T〉950℃）又快速下降。实验产物分析表明在高温高压下α-石英-β石英相变和岩石部分熔融是岩石Vp异常变化的主要因素。由取样产物的矿物含量和弹性参数,计算了各温度条件下岩石的Vp得出与实验测量相同的波速-温度变化趋势,即Vp随温度升高先缓慢降低,接着快速降低后又急剧升高,最后又快速减小。实验测量和理论计算对比研究表明,通过高温高压下岩石中的物相变化观测结果进行岩石波速的计算,是检验岩石弹性波速测量结果和研究地球内部地震波结构的一种有效方法。     

关于A型花岗岩判别过程中若干问题的讨论

自A型花岗岩提出(1979年)30年来,其内涵和外延相对于原始定义而言已发生了很大的变化.主要针对A型花岗岩的各种判别方法(尤其是判别图解)的有效性和局限性进行了讨论.这些判别方法对于A型花岗岩的判定并不总是奏效,所以在实践过程中不能过于依赖判别图解,否则就很容易得出错误的结论.实际上,A型花岗岩最本质的特征很可能在于它是一种高温花岗岩(相时于I型争S型花岗岩),因此较高地温梯度下的各种地球动力学背景均有利于这一类型花岗岩的发育.     

积雪底部温度(BTS)方法在冻土分布调查和模型研究中的应用:研究进展

多年冻土的调查方法很多,如坑探、物探、遥感等,但相对于积雪底部温度(BTS)测量方法来说,这些方法都比较费时、费力、费钱.目前,BTS已经被成功应用于阿尔卑斯山等地多年冻土的调查研究,不过在国内的应用却是个空白.引入BTS方法,希望能为我国多年冻土的研究开辟一条新路.     

青海湖北岸土壤温度变化特征

利用1981-2008年刚察站0～320cm逐月平均土壤温度资料和2001-2008年逐日土壤温度观测资料,分析了青海湖北岸土壤温度变化特征、气候突变和异常年份.结果表明:各层年、季平均土壤温度呈现为极显著的升高趋势,升温率为0.25～0.91℃.(10a)-1;月平均土壤温度呈波形变化,位相随深度增加而滞后;日平均土壤温度呈正弦曲线变化;1月和10月随着深度的增加,土壤温度逐渐增大,4月和7月土壤温度随深度增加而减小;14:00时土壤温度随着深度增加逐渐下降,2:00时、8:00时和20:00时土壤温度随着深度增加而升高;除冬季5cm和15cm,秋季40cm平均土壤温度变化相对平稳,未出现突变现象外,其余各层年、季平均土壤温度均发生了突变;15cm、20cm、40cm、160cm和320cm年平均土壤温度均在20世纪80年代出现了异常偏冷,春季平均土壤温度出现了异常偏暖现象,其余各季和年平均地均表现为异常偏冷.     

Differential Thermal Regimes of the Tarim and Sichuan Basins in China: Implications for Hydrocarbon Generation and Conservation

The uncertainty surrounding the thermal regimes of the ultra-deep strata in the Tarim and Sichuan basins, China, is unfavorable for further hydrocarbon exploration. This study summarizes and contrasts the present-day and paleo heat flow, geothermal gradient and deep formation temperatures of the Tarim and Sichuan basins. The average heat flow of the Tarim and Sichuan basins are 42.5 ± 7.6 mW/m2 and 53.8 ± 7.6 mW/m2, respectively, reflecting the characteristics of ‘cold’ and ‘warm’ basins. The geothermal gradient with unified depths of 0–5,000 m, 0–6,000 m and 0–7,000 m in the Tarim Basin are 21.6 ± 2.9 °C/km, 20.5 ± 2.8 °C/km and 19.6 ± 2.8 °C/km, respectively, while the geothermal gradient with unified depths of 0–5,000 m, 0–6,000m and 0–7,000 m in the Sichuan Basin are 21.9 ± 2.3 °C/km, 22.1 ± 2.5 °C/km and 23.3 ± 2.4 °C/km, respectively. The differential change of the geothermal gradient between the Tarim and Sichuan basins with depth probably results from the rock thermal conductivity and heat production rate. The formation temperatures at depths of 6,000 m, 7,000 m, 8,000 m, 9,000 m and 10,000 m in the Tarim Basin are 80°C–190°C, 90°C–220°C, 100°C–230°C, 110°C–240°C and 120°C–250°C, respectively, while the formation temperatures at depths of 6,000 m, 7,000 m, 8,000 m and 9,000 m in the Sichuan Basin are 120°C–200°C, 140°C–210°C, 160°C–260°C and 180°C–280°C, respectively. The horizontal distribution pattern of the ultra-deep formation temperatures in the Tarim and Sichuan basins is mainly affected by the basement relief, fault activity and hydrothermal upwelling. The thermal modeling revealed that the paleo-heat flow in the interior of the Tarim Basin decreased since the early Cambrian with an early Permian abrupt peak, while that in the Sichuan Basin experienced three stages of steady state from Cambrian to early Permian, rapidly rising at the end of the early Permian and declining since the late Permian. The thermal regime of the Sichuan Basin was always higher than that of the Tarim Basin, which results in differential oil and gas generation and conservation in the ultra-deep ancient strata. This study not only promotes theoretical development in the exploration of ultra-deep geothermal fields, but also plays an important role in determining the maturation phase of the ultra-deep source rocks and the occurrence state of hydrocarbons in the Tarim and Sichuan basins.     

中国干旱-半干旱区表土bGDGTs与气候环境因子数据再分析

文章通过收集中国北方干旱-半干旱区域已发表的bGDGTs数据,重新计算了不同地区表土bGDGTs各组分与温度及pH等环境因子之间的相关关系。主要获得以下认识：1）不同于干旱区,半干旱区bGDGTs的异构体指标与土壤pH表现为强相关,在4个异构体指标（IBT、CBT'、IR'_IIa、IR'_IIIa）中CBT'、IR'_IIIa计算的pH结果精度较高;2）半干旱区f（5 me）与pH表现为强相关（-0.847）,指示了基于5-甲基bGDGTs的指标同样具有重建半干旱区pH的潜力。但是目前缺乏CBT'_5ME-pH之间的转换函数;3）全球温度校正方程计算得出的温度误差普遍大于中国区域校正方程（中国北方、青藏高原等区域）获取的温度误差。通过整合数据重新计算发现4个区域温度校正方程（MBT'_5ME、Tmr、MAATsr、Index 1）计算的温度结果具有较小的误差,且在半干旱区重建的温度结果更为精确;另外MAATsr、Index 1的区域温度校正方程也适用于干旱区的温度重建,但是由于本文集成数据中包含的干旱区样本较少,因此在实际应用中需要谨慎。在未来的研究中需要加强干旱-半干旱区尤其是干旱区的地表过程研究,为建立该地区的温度校正方程提供更多有用的信息。

     

基于CMIP6模式的黄河上游地区未来气温模拟预估

利用第六次国际耦合模式比较计划（CMIP6）提供的5个气候模式,并结合基于地面气象站的CN05.1气象资料,评估了CMIP6模式对黄河上游地区1961—2014年气温变化的模拟能力。基于7个共享社会经济路径及代表性浓度路径（SSP-RCP）组合情景,结合多模式集合平均预估了2015—2100年黄河上游地区年均气温和季平均气温的时空变化规律。结果表明：多模式集合平均能较好地模拟黄河上游地区历史平均气温的空间分布格局与年变化。7个未来情景一致表明,2015—2100年黄河上游地区年平均气温呈现波动上升趋势［0.03～0.82 ℃?（10a）^-1］。其中,低辐射强迫情景下（SSP1-1.9、SSP1-2.6及SSP4-3.4）气温先呈现增加趋势,21世纪中期到达增幅峰值,之后增温呈现放缓趋势;而中、高辐射强迫情景下（SSP2-4.5、SSP3-7.0、SSP4-6.0及SSP5-8.5）气温表现为持续上升态势。空间上,未来气温增幅显著的区域位于黄河上游西部地区;时间上,呈现夏季增温快,春季增温慢。四季增温的空间分布呈现出一致特征,表现为西部增温强于东部,北部增温强于南部。研究结果可为黄河流域水资源管理及气候变化的适应性研究提供科学依据。     

大兴安岭多年冻土泥炭地无机氮动态对秋季冻融的响应北大核心CSCD

大兴安岭多年冻土泥炭地是对全球变暖响应敏感的地区之一。在全球变暖、多年冻土退化背景下,为了探明秋季冻融对多年冻土泥炭地无机氮时空变化的影响,本研究于2019年9—11月以大兴安岭三种多年冻土泥炭地为研究对象进行野外原位实验,分析了秋季冻融前、中和后期多年冻土泥炭地浅层和深层土壤无机氮的时空变化特征以及浅层和深层土壤含水量和温度的变化规律,建立了土壤无机氮含量与土壤温度和含水量间的多元线性回归模型。研究表明:多年冻土小叶章泥炭地(XY)、兴安落叶松-泥炭藓泥炭地(XA)和白毛羊胡子苔草泥炭地(BM)的土壤铵态氮(NH_(4)^(+)-N)含量变化范围:(1.00±0.00)~(20.60±0.20)mg·kg^(-1),硝态氮(NO_(3)^(-)-N)含量的变化范围:(0.02±0.01)~(14.64±1.11)mg·kg^(-1),且无机氮以土壤NH_(4)^(+)-N为主;秋季冻融后期无机氮含量明显高于前期。尽管水热交互作用对该时期无机氮没有显著影响,但是在不同冻融阶段,无机氮对环境因子的响应程度存在差异:在秋季冻融前、中和后期浅层无机氮动态分别与浅层温度和含水量的变化相关,但在整个秋季冻融期间BM浅层无机氮含量仅对10~20 cm含水量存在响应(R^(2)=0.344,P<0.01)。研究表明,秋季冻融期内,多年冻土泥炭地无机氮发生初步累积,且浅层环境因子对无机氮响应程度最大。本研究可补充大兴安岭多年冻土泥炭地秋季冻融对土壤无机氮影响研究的相关数据,并为多年冻土泥炭地响应全球变暖的温室气体释放的研究提供基础数据支撑。     

内蒙古西辽河平原植被指数时空变化及其影响因素研究

西辽河平原位于我国北方农牧交错带,属半干旱气候,发育科尔沁沙地,生态环境极其脆弱,开展植被指数时空变化及其影响因素研究,对于预测土地退化风险意义重大,可为该流域生态环境保护治理及水资源合理开发利用提供技术支撑。利用2000—2019年MODIS NDVI数据,采用一元线性回归趋势法和Mann-Kendall检验分析了近20年来该地区的植被生长变化趋势及突变情况。从影响植被生长的水热条件出发,分析了NDVI值与气象因素（降水、气温）、土壤湿度、地下水埋深等因子的相关关系;结合人类活动,分析了土地利用类型变化对NDVI值的影响。结果表明：（1）2000—2019年生长季NDVI值整体呈上升趋势,不存在显著突变点,最高值0.56,最低值0.41。（2）NDVI值在空间上呈现“东高西低”的分布特征,不同用地类型的NDVI值由大到小依次为耕地>林地>沼泽地>滩地>草地>盐碱地>沙地。（3）92.5%的区域植被呈增长趋势,7.5%的区域植被呈减少趋势。（4）NDVI值与降水、气温、土壤湿度呈正相关关系,相关系数分别为0.86,0.78,0.81,降水对植被影响最大。（5）最适宜天然植被生长的地下水埋深约为3 m,当地下水埋深大于10 m时,NDVI值会随着埋深的增加剧烈减小。（6）人类活动如土地开垦、植树造林是近20年来NDVI值呈增加趋势的主要原因之一,在一定程度上改善了当地生态环境。