结合Ka和X波段双偏振雷达对北京一次锋面降雪过程雪带的观测分析

本文设计了中国科学院大气物理研究所位于同一观测站内的一部单发双收Ka波段双偏振雷达和一部双发双收X波段双偏振雷达高效结合观测的方法,并首次将Ka和X波段双偏振雷达结合应用在降雪过程的观测中,对2019年2月14日锋面气旋系统在北京地区降雪过程中雪带的形成、发展、消亡过程的宏微观结构进行了分析。结果表明,雪带的垂直结构符合以往对层状云垂直分层的物理认识,类似但不同于雨带由凝结增长层、丛集层、淞附层、融化层组成的四层结构,雪带只包含由上层“播种”至下层的冰晶形成的凝结增长层、丛集层和淞附层三层。由于各层水平风速不同,雪带的三层结构并非垂直排列。多个雪带不断生成发展维持降雪,直至冰晶凝结生长层变空,云从冰晶凝结生长层分裂为多层云后各自消散。证明了Ka和X波段双偏振雷达结合的必要性和高效性,丰富了对锋面气旋系统雪带的认识,补充了Ka波段和X波段雷达对降雪的观测研究。     

Ka/Ku双波段云雷达反演空气垂直运动速度和雨滴谱方法研究及初步应用

在Ka波段云雷达上升级改造建成的Ka/Ku（Ka和Ku波段波长分别为8.9 mm和2.2 cm）双波段云雷达2019年用于华南云降水垂直结构观测,以改进云内动力和微物理参数探测能力。为了利用该双波段云雷达研究华南降水微物理和动力结构,本文提出了基于双波段云雷达回波强度谱密度（S_Z）数据和最优估计技术的云内空气垂直运动速度（V_air）、雨滴谱（DSD）、含水量（LWC）、雨强（R）的反演方法（DWSZ）,雨区衰减的订正方法。利用2019年在广东龙门观测的一次降水过程数据,对比分析了云雷达反演的微物理参数与雨滴谱直接观测量,并检验了云雷达反演的低层空气垂直运动速度,利用反演结果分析了一次混合云过程的V_air与这些微物理参数的垂直结构和相互关系。结果表明:Ka/Ku双波段云雷达合理反演了微降水微物理和动力参数及其垂直分布,经过衰减订正的Ka和Ku波段回波强度偏差明显减小。该双波段云雷达数据可以用于分析0～30 dBZ回波强度的云降水垂直结构。本次过程为混合云降水,对流单体前部存在明显的上升气流,后部存在下沉气流;从平均垂直结构来看:V_air和粒子平均直径（D_m）在2 km高度层到达最大,粒子数密度（N_w）、LWC和R在2 km以下明显增强,粒子直径却减小,水汽凝结过程、雨滴碰并云滴是本次过程的主要机制。这一工作验证了Ka和Ku波段组合的双波段云雷达的可行性,为Ka/Ku波段云雷达技术的推广,单波段云雷达反演算法进一步改进,云降水精细结构分析等提供了基础。     

喜马拉雅东段库曲岩体锂、铍和铌钽稀有金属矿物研究及指示意义

稀有金属矿物记录了花岗伟晶岩成岩成矿的重要信息。喜马拉雅是全球著名的淡色花岗岩带,库曲岩体位于喜马拉雅东段的特提斯喜马拉雅岩系中。本文调查了库曲岩体的二云母花岗岩、白云母花岗岩、电气石花岗岩和花岗伟晶岩,其中,花岗伟晶岩涉及花岗岩的伟晶岩相和独立伟晶岩脉。库曲岩体产出的稀有金属矿物包括锂辉石、锂绿泥石、绿柱石、铌铁矿-钽铁矿、钇铀钽烧绿石和细晶石,它们主要赋存于似文象伟晶岩、石英-钠长石-白云母伟晶岩、块体长石-钠质细晶岩、块体长石-电气石钠质细晶岩、锂辉石-块体长石-细晶岩、白云母花岗岩的伟晶岩相以及电气石花岗岩内。显微镜观察、电子探针和LA-ICP-MS测试结果显示锂辉石具有四种产状,包括粗粒锂辉石自形-半自形晶、细粒锂辉石-石英镶嵌晶、中细粒锂辉石-钾长石-钠长石-云母镶嵌晶以及发育锂绿泥石的粗粒锂辉石,揭示了其形成时复杂的熔流体动荡结晶环境。绿柱石背散射电子图像（BSE）下呈均一结构和不均一结构（蚀变边、不规则分带和补丁分带）,元素替代机制包括通道-八面体替代、通道-四面体替代以及通道中碱金属阳离子间的置换。铌铁矿族矿物包括原生、蚀变边和不规则分带结构,部分被钇铀钽烧绿石和细晶石交代。与原生铌铁矿相比,蚀变边和不规则分带铌铁矿族矿物总体上富钽贫锰,显示了结晶分异、过冷却引起的过饱和以及流体作用。根据稀有金属矿物揭示的成因信息,独立伟晶岩脉（似文象伟晶岩）、白云母花岗岩的伟晶岩相和电气石花岗岩在岩浆分异程度、经历的演化过程、以及流体活动方面存在差异,很可能是不同期次岩浆活动的产物。库曲岩体绿柱石的Rb和Zn含量、以及铌铁矿族矿物的Sc₂O₃、SiO₂和PbO含量,与已有指示标志存在相关性,作为潜在指示标志仍需开展更多的研究工作。综合含锂辉石伟晶岩的产出、岩浆分异演化程度、多期花岗质岩浆活动、复杂的流体作用以及所属锂丰度高值区等因素,库曲岩体是喜马拉雅东段找锂的有利地段。     

扬子地块新元古代裂谷盆地莲沱组沉积分异及其物源分析

扬子地块莲沱组及相当地层单元的划分和对比,一直是我国南华系（即Cryogenian）研究关键难题之一.新元古代裂谷盆地开启早期,构造-沉积分异作用,同裂谷相变很大,使得盆地边缘区地层序列不完整.过分依赖岩石地层单元对比,历存分歧,典型的就是关于莲沱组与板溪群地层对比、时代归属以及莲沱组的沉积环境问题.本文通过对扬子地块东南缘莲沱组沉积古环境分析和锆石U-Pb精确定年,认为莲沱组沉积时限为790~720 Ma,相当于板溪群中上部,是华南新元古代裂谷盆地沉积充填序列的第Ⅱ旋回.莲沱组顶部U-Pb最小年龄约720 Ma,制约了扬子地块Sturtian冰期的启动年龄≤720 Ma.通过对中扬子地块从北向南展布的莲沱组陆相-海陆过渡相-海相不同的沉积单元岩相组合的沉积特征观察研究,分析沉积环境并建立了沉积模式;莲沱组及休宁组碎屑锆石记录了莲沱组沉积时该盆地在780~760 Ma经历了持续热隆升与地层剥蚀,揭示了中国南方扬子和华夏地块聚合与裂解事件的重要信息.      

特约主题信息

从上世纪80年代起,我会就形成了依靠专业委员会及各学科专家,每十年对所属学科领域发展动向进行学术性回顾的传统。四十年来这一传统的坚持及发扬,对于帮助广大科技人员了解各分支学科研究进展、展望发展趋势和推进各学科领域发展起到了重要作用。这不仅是科学发展史研究的一个重要组成部分,也是学术团体的重要责任和义务。自我会成立至今,已相继编辑出版了4部有关学科十年进展的专著,近400万字。进入21世纪以来,我国在矿物学、岩石学、地球化学、沉积学及其相关领域的研究都已取得长足的进展,在一些领域还有重大突破。对这些进展及时进行总结,无疑对学科发展有着十分重要的意义。     

方解石(10(-1)4)晶面在含重金属溶液中的生长及新生长面的溶解

溶液中的金属离子对方解石的生长和溶解均有影响,但关于方解石中固有的杂质离子对其溶解的影响还了解甚少.本研究利用原位原子力显微镜(AFM)考察了室温下方解石(10(-1)4)晶面在含Mn2+及含Cd2+溶液中的生长过程,并对其新生长面直接进行原位溶解观察.实验表明,溶液中的Mn2+和Cd2+可参与方解石的生长,分别形成(Ca,Mn)CO3固溶体和(Ca,Cd)CO3固溶体.新生成的含Mn、Cd方解石的溶解速率仅为纯方解石的14.3％～60.3％,说明晶体中的Mn和Cd可抑制方解石的溶解.因此方解石生长阶段可通过在(10(-1)4)晶面形成含重金属固溶体从而固定Mn和Cd,由于新生长的固溶体溶解速率小于纯方解石,从而延缓Mn和Cd的迁移,并降低其环境污染的风险.     

宏观各向异性多孔介质中流体变形及溶质运移

为深入探究含水层中多孔介质的不规则形态和分布对于地下水流场及溶质运移的作用,根据沉积环境中已被发现的倾斜交叉分层地质单元结构,人为构造多孔介质双层交叉鱼骨结构,使其形成宏观各向异性水力传导特征,通过数值模拟研究该结构及其空间位置对于流场和溶质运移的影响。研究发现:宏观各向异性多孔介质引发了螺旋状流动,导致流线的拉伸和折叠,使得溶质羽发生不规则变形,显著提升了非反应性溶质的稀释程度;宏观各向异性结构和溶质羽在三维空间中的垂向相对位置对于溶质运移具有显著影响。     

“可持续社会指数”的研究综述与展望

正确评价和监测区域可持续发展水平,是实现2030年可持续发展目标的关键参考.随着观测手段和计算机技术的蓬勃发展,以指标观测和指数表达为基础的“指标时代”的到来为研究区域可持续发展水平提供了一个思路.“可持续社会指数”是全要素的综合评价,可以综合衡量国家尺度的可持续发展程度,并长期监测.从理论研究、指标框架和方法论的角度详细介绍了“可持续社会指数”,从对“可持续社会指数”的指标选取和指数计算方面的局限和改进两个方面,对其相关研究进行综合梳理.最后,提出了未来可能应用的研究方向.     

人类从哪里来？——（4）人类演化与古地理、古环境和古气候变化

详细介绍了8 Ma以来全球气候变化的规律,研究表明地球上主要发生过3次冷气候事件：第一次冷气候事件大约发生在距今7 Ma,一股强烈的干冷气流刮过欧洲大陆,穿越赤道地区直达非洲大陆,使得原始森林开始萎缩,面积的缩小导致古猿与人类发生演化分异;第二次冷气候事件大约发生在距今4.2 Ma,那时干冷气候持续发展,非洲大陆的原始森林进一步萎缩,并逐渐演化为稀树草原,出现了南方猿人和傍人;第三次冷气候事件大约发生在距今2.3 Ma,全球气候变化波动较大,冷-暖气候交替发育,地球上出现了真正意义上的人（人属）,并逐渐演化成现代人。根据目前的研究,人类的起源和演化与古地理、古环境和古气候变化密切相关,人类演化历史大致可分为7个时期：撒海尔猿人—原初猿人时期、地居猿人时期、南方猿人—傍人时期、能人—鲁道夫人时期、匠人—直立人时期、先驱人—海德堡人时期和智人时期。     

世界气象中心(北京)全球预报服务共享平台设计与实现

世界气象中心(北京)建设是中国气象局承担世界气象组织(WMO)的全球数据处理和预报系统(GDPFS)要求的任务,为全球实时气象预报预测业务提供高效丰富的无缝隙天气气候监测、预报、预测分析指导产品及数据产品服务共享,提高区域性国际天气业务会商交流效率,国家气象中心设计并实现了世界气象中心(北京)全球预报服务共享平台,通过分析全球监测、预报预测等业务数据海量、异构、实时性强等特征,采用浏览器/服务器(B/S结构)多层架构和分布式实时处理、任务调度等关键技术实现了全球实况监测、天气模式、气候模式、模式检验数据的高效加工预处理、产品分析制作、产品自动流转、网络服务共享和业务指导等全流程业务功能,并提供了国际天气预报会商等专业化功能。平台自2018年6月6日业务运行以来,已有13个国家和地区注册会商用户,超过15万次全球访问量,为全球专业用户高效提供了全球实时天气监测、预报服务产品业务指导,未来将成为中国气象局对外气象业务指导和气象服务的重要窗口和纽带。