极锋以南洋区N_2O源汇特性初析

N_2O是大气中最重要的温室气体之一,目前已经有大量的研究对海洋N_2O循环及海洋对N_2O收支的贡献进行追踪报道。然而,极区相关研究仍然十分有限。本研究利用中国第25、26次南极科学考察的机会,对南大洋进行的采样以及实验室分析,结果显示,南大洋表层海水存在亚热带锋附近N_2O过饱和,亚南极锋附近接近饱和,和极锋以南洋面的不饱和的特征。海冰融化后,其融冰水的注入是N2O不饱和特征形成的主要原因。运用正态分布选取站观测风速95%以上的风速范围进行平局估算出极锋以南洋区海气通量,结果显示,极锋区以南表层海水是大气N_2O的汇区,年吸收通量约为3.5×10~(-4)—7.7×10-4Tg·a-1(百万吨氮/年)。     

利用旋转平台模拟双河口羽流相互作用的研究

本文通过旋转平台实验室实验的方法,探讨了双河口情况下两个羽流将如何发生相互作用。在研究中,提出了一种新颖的技术对河口羽流的各切面流场进行测量,来获得河口羽流多个平面的速度场及涡度场,并基于此模拟了双河口羽流系统的准三维结构。通过对不同入流速度下的双河口羽流流场演变过程和内部结构进行了一系列对比研究,以期揭示上游河流的入流如何影响下游河口涡旋的形成及在羽流相互作用情形下各个羽流的演变。实验结果表明:随着上游入流流量的增加,上游羽流形成的沿岸流对下游河口涡旋沿岸迁移的促进和离岸输运的抑制作用将更加显著。特别是在上游入流流量等于或大于下游入流流量的情况下,下游羽流河口涡旋的体积增长明显较单一河口情况放缓。在上游入流流量较大的情况下,下游原有河口涡旋被推向更下游位置,在远离河口的位置形成另一个河口涡旋。在垂直方向上,我们可以观察到高上游入流流量条件下的下游河口涡旋的深度较小,更有利于形成三层流体的情况。本研究对多河口近海流域的营养盐及污染物的输运情况等社会和生态问题的研究有着重要的意义。     

强人类活动驱动下珠江磨刀门河口径潮动力的季节性异变特征

人类活动对河口环境影响巨大,揭示在强人类活动驱动下河口径潮动力非线性相互作用的异变特征,有利于了解人类活动影响河口动力地貌的机制,对河口区水利工程建设及环境保护等具有重要指导意义。基于1960—2016年珠江磨刀门河口沿程潮位站(甘竹、竹银、灯笼山、三灶)的逐月高、低潮位数据及马口水文站的月均流量数据,统计分析了磨刀门河口在强人类活动驱动下月均水位、潮波振幅及其空间梯度(即月均水位坡度和潮波振幅衰减率)的季节性异变特征。结果表明,1990年和2000年为磨刀门河口径潮动力的异变年份, 1990年前为自然演变阶段, 2000年后为恢复调整阶段,1990—2000年为过渡阶段;高强度采砂导致的河床下切使磨刀门河口月均水位及月均水位坡度显著减小,夏季减小幅度最为明显,沿程平均分别减小0.53m和8.93×10^-6;月均水位坡度减小导致潮波衰减效应减弱,进而使沿程潮波振幅增大,多年平均增大0.071m;磨刀门河口径潮动力相互作用具有明显的季节性差异,夏季月均水位坡度随流量增大在上游抬升明显,冬季月均水位坡度在上游显著减小,但在下游略有抬升;随着流量的增大潮波振幅的衰减作用...     

离子迁移谱现场观测渤海和北黄海二甲基硫的研究

渤海、黄海是高产二甲基硫（Dimethyl Sulfide, DMS）的大陆架海区。该海区DMS的现场调查研究有助于准确评估海洋DMS释放量及其对全球气候变化的负反馈作用。目前,无论是基于模型还是直接测量法的通量估算均以表层海水或低层大气DMS浓度为基础,因此,先进的检测技术对其通量估算的准确度具有决定性作用。气相色谱法、质谱法、化学发光法以及卫星遥感技术是现在常用的观测技术,而本文则基于苯辅助光电离离子迁移谱技术进一步提出了一种可在海域现场观测海水中DMS的方法。通过结合动态气提-Nafion管在线除水进样系统,消除环境水汽的干扰;在最优条件下,基于DMS两个产物离子峰,可以实现0.10～120 nmol/L之间DMS的定量分析,检测限低至0.065 nmol/L;然后将所建方法应用于2019年秋季渤海、北黄海海水中DMS的现场观测。结果表明,表层海水中DMS的浓度为0.080～0.96 nmol/L（平均值为（0.44±0.34）nmol/L）,其海气通量为0.12～17.75 μmol/（m²·d）（平均值为（ 3.23±4.02）μmol/（m²·d））;通过结合实验室检测结果、环境因子和浮游植物群落结构讨论了海水样品低温储存条件下DMS的变化和影响因素,结果显示,营养盐成分及浮游植物群落结构是影响储存样品中DMS浓度显著增加的主要因素,进一步表明了现场观测方法的建立对海洋DMS释放量的准确评估具有重要意义。     

日本海天然气水合物气源成因及主控因素探讨

为了探讨日本海天然气水合物的气源成因及其控制因素, 收集和整理了日本海西南郁陵盆地和日本海东缘上越盆地及邻近的相关资料。结果显示,上越盆地及邻近海域甲烷羽状流、麻坑、自生碳酸盐岩及地震剖面上“气烟囱”和BSR等发育,块状水合物出露海底为热解成因;郁陵盆地羽状流不太发育,而自生碳酸盐岩和地震剖面上的“气烟囱”较发育,钻孔发现的水合物主要为生物成因。结合日本海构造演化特征综合分析认为,日本海东缘热解成因水合物的主控因素是近S—N向和近E—W向交互断裂作用以及NE—SW向的晚期构造挤压;日本海西南海域生物成因为主兼热解成因水合物的主控因素是NEE—SWW向的晚期构造挤压;而日本海西北海域构造定型早且缺少晚期构造挤压,因此,推测其水合物气源应该主要为生物成因,热成因的可能性很小。     

钾稳定同位素在水文地球化学领域的研究进展与展望

地表硅酸盐岩矿物风化通常是水体中钙、镁、钠、钾等元素的重要来源,然而相比于水体中的钙、镁和钠,目前对钾的水文地球化学行为的认识仍十分有限。表生地球化学领域最新研究证明风化、吸附等多种水岩反应伴随着较大的钾同位素分馏,表明钾同位素技术可以用于示踪地下水中钾的来源及迁移转化。文章通过系统总结上地壳、水圈和其他地表储库（植物、肥料）的钾同位素组成,发现水圈普遍比大陆上地壳富集41K,为识别地下水的钾来源提供了基础;通过总结钾同位素在常见的水岩作用过程（硅酸盐岩矿物溶解、次生黏土形成、吸附作用、离子交换反应）中的分馏行为,发现硅酸盐岩矿物溶解分馏有限,次生黏土矿物形成引起水体富集41K,表面吸附和离子交换使水体富集39K,不同水岩反应中K同位素行为差异为示踪地下水中钾的迁移转化过程提供了基础;列举了应用钾同位素示踪硅酸盐岩风化和水体污染的最新研究成果。由于钾同位素是硅酸盐岩风化的良好示踪剂,可以利用钾同位素揭示CO2较充足含水层中钾元素释放及迁移转化机理;由于表面吸附和离子交换控制的钾同位素分馏方向与风化控制的钾同位素分馏方向不同,可以利用钾同位素识别出地下水循环过程中多种水岩反应对钾迁移转化的共同控制。在此基础上,对钾同位素在水文地球化学领域的应用进行了展望：（1）开展研究区多端元控制下地下水钾来源贡献的研究;（2）开展地下水漫长循环过程中钾迁移转化的定量研究;（3）联合使用多种同位素示踪碳循环相关的过程。     

论河南“75.8”特大暴雨的研究:回顾与评述

“75.8”河南特大暴雨的发生已经过去40年了,它在人们的记忆中留下深刻的印象。这场暴雨在1975年8月5—7日3 d之内在河南南部的局部地区降下了1605 mm的总雨量,1、3、6、12 h雨量均破中国降水的历史记录。由于水库垮坝,洪水夺走了该区约2万6千人的生命,经济损失巨大。在这40年间,中国的暴雨研究和预报都取得了重大的进展。其中一个重要原因是中国的气象和水文部门从这场空前强烈的大暴雨和大洪水事件中吸取了宝贵的经验教训,多年来,以这场超级大暴雨洪水为借鉴,不断促进和鼓励中国气象学家向暴雨研究和预报发展的更高目标前进。有感于此,回顾和评述了当年老一辈科学家在比较艰苦的条件下所进行的这次大暴雨的研究活动,以及所获得的卓越科学成果。即使从今天来看,其中不少成果也具有创新性的意义,在中国暴雨研究的发展史上,占有十分重要甚至里程碑式的地位。文中重点对其中的关键科学问题进行了评述,包括:(1)“75.8”特大暴雨的雨情和极值;(2)“75.8”特大暴雨发生的原因;(3)“75.8”特大暴雨的动力诊断;(4)暴雨中尺度分析;(5)地形对暴雨的增幅作用。希望以此纪念河南“75.8”特大暴雨发生40周年,并表达对参与此次研究活动的老一辈科学家深深的怀念和敬意。     

中国不同气候区土壤湿度特征及其气候响应

为获得中国不同气候区各层深度土壤湿度变化特征及其对气候变化的响应,利用中国区域台站观测土壤湿度资料、降水及气温资料,采用趋势、相关性分析及突变检验等方法,讨论了东北、河套、江淮区域1981~1999年不同深度土壤湿度变化特征及其对气温、降水的响应。结果表明:东北、江淮地区为土壤湿度高值区,河套地区为土壤湿度低值区,土壤湿度由浅层至深层呈上升趋势;东北、河套地区降水和土壤湿度变化呈正相关,江淮地区降水和土壤湿度呈负相关;东北、河套地区气温和土壤湿度变化呈负相关,江淮地区气温与土壤湿度呈正相关关系。土壤湿度对降水的响应比对气温变化的响应更加显著。     

FEM for stability analysis against overturning of portal water injection sheet pile

Portal water injection sheet pile （PWISP）, as a retaining wall, appeared in seashore engineering in 2000. Although there have been many systematic methods addressing the issue, there are very few focusing on the new structure because of the difficulties in defining the earth pressure between the two piles. A new method is proposed in this paper to obtain the earth pressure between the PWISPs. Stability analysis against overturning follows as a consequence. Using Finite Element Analysis （FEA） software ANSYS, both the nonlinear characteristics of the soil and those of the contact elements are taken into account to obtain the earth pressure distribution on the contact surface. Based on the results of the FEA, Rankin＇s theory and the slip plane theory, the formula of the earth pressure on the inner surfaces between the piles is given. Assuming the PWISP as the analysis object and the earth pressure as an outside force acting upon it, the equation of stability against overturning of the PWISP is presented. Finally, some parameters are discussed about the stability of the PWISP against overturning, such as the embedded depth of the front pile, the distance between the two rows of piles, the internal friction angle and the cohesion of the earth. The results show that the increase of the cohesion and the internal friction angle will decrease the distance and the embedded depth, and therefore enhance the stability against overturning. Specifically, when the distance is 1/3-2/3 of the maximal excavation depth, the two rows of piles give the best performance in stability.     

基于空间语义的地质剖面自动连接算法

地质条件的复杂性决定了地质剖面图完全自动连接的准确性较低。提出一种基于空间语义关系的空区域搜索算法,通过人机交互方式将专家知识应用于剖面连接过程,实现了融合人工编辑的剖面自动化连接方法。该算法通过读入交互结果获得专家知识,在此基础上对剖面地层进行自动化连接。通过语义分解的策略,可以针对实际情况任意组合需要的连接命令。