深海采矿转臂机构采矿姿态优化研究

针对海底地形不平坦特性,提出了一种变幅机构来自适应海底地形采矿姿态的采矿机构。综合考虑采矿机构采掘头距海底高度对采矿率影响,利用关键点法建立了节臂上的点到海底地形距离的数学模型。在此基础上,建立了以采矿率最高为目标的最优采矿姿态数学模型。以某实际地形为例,采用模拟退火遗传算法优化求解最优采矿姿态。根据其优化后结果可知,其最优采矿姿态与海底地形坡度变化一致,从而证明了采矿姿态模型的正确性。     

水下土体剪切界面摩擦力试验研究

基于在自行改进设计的水下土体剪切界面摩擦力测定装置进行的室内试验结果,对不同粒组、含水率及剪切速率条件下土体剪切界面抗剪强度和摩擦力进行了研究。试验结果表明,不同土体间剪切界面抗剪强度和摩擦力与土体颗粒粒组、含水率相关性表现不同。随着含水率的增加,粉砂抗剪强度和摩擦力呈增加趋势,细砂、中砂抗剪强度和摩擦力受含水率变化影响较小。土体颗粒粒组不同,抗剪强度和摩擦力有明显差异,表现在粉砂大于细砂和中砂,小于黏粒含量较高的粉土,细砂和中砂的差别较小。试验条件下得到的粉砂、细砂、中砂土体与粉质土底床间的水下剪切界面摩擦力值在0.2~1.0 kPa区间,并结合海洋地质实例说明界面摩擦力的应用。     

Low calcification rates and calcium carbonate production in Porites panamensis at its northernmost geographic distribution

Porites panamensis is a hermatypic coral present in the eastern Pacific Ocean. Skeletal growth parameters have been reported, but studies of the relationship between annual calcification rates and environmental controls are scarce. In this study, we investigated three aspects of the annual calcification rates of P. panamensis: growth parameters among three P. panamensis populations; the sea surface temperature as a calcification rate control spanning a latitudinal gradient; and calcium carbonate production among three sites. Growth parameters varied among the sites due to the colony growth form. Massive colonies in the north showed a higher calcification rate than encrusting colonies in the south (mean: 1.22–0.49 g CaCO₃ · cm^?2 · yr^?1), where variations in calcification rates were related to growth rate (0.91–0.38 cm · yr^?1) rather than to skeletal density differences (overall mean ± SD, 1.31 ± 0.04 g CaCO₃ · cm^?3). Our results showed a positive linear relationship between annual calcification rates and sea surface temperatures within these P. panamensis populations. Differences were related to distinct oceanographic environments (within and at the entrance of the Gulf of California) with different sea surface temperature regimes and other chemical properties. Different populations calcified under different environmental conditions. Calcium carbonate production was dependent upon the calcification rate and coral cover and so carbonate production was higher in the north (coral cover 12%) than in the south (coral cover 3.5). Thus, the studied sites showed low calcium carbonate production (0.25–0.43 kg CaCO₃ · m^?2 · yr^?1). Our results showed reduced calcification rates, regional temperature regime control over calcification rates, different growth forms, low coral cover and low calcium carbonate production rates in P. panamensis.     

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超旱生植物红砂与珍珠光合生理生态日变化特征初探

超旱生植物红砂与珍珠长期生活在严酷的生境中,形成了独特的生物学特性和生理生态适应性。在自然条件下研究了两种超旱生植物的光合生理生态日变化特征。结果表明,红砂和珍珠光合作用受环境变化影响明显,具有一定的可塑性:①在土壤含水量（SWC）、光、温、湿等条件较好的8月22日,两植物净光合速率（Pn）、蒸腾速率(Tr)日变化呈不明显双峰型。Pn红砂高于珍珠,日平均分别为(7.74±0.79)μmol\5m-2\5s-1 和(5.64±0.75)μmol\5m-2\5s-1;Tr也是红砂高于珍珠,日平均分别为(24.38±3.07)mmol\5m-2\5s-1和(15.41±2.01)mmol\5m-2\5s-1;水分利用效率（WUE）则相反,日平均珍珠大于红砂,分别为0.35 μmol·mmol-1和0.31 μmol·mmol-1。②在SWC、光、温、湿等条件较差的9月28日两植物Pn、Tr日变化呈单峰型,且值明显小于8月22日,而WUE则高于8月22日。通过对两种超旱生植物小枝水势、叶片气孔导度及叶绿素荧光参数生理特性变化的分析,得出两植物光合作用受到气孔和非气孔等多种环境及自身因子的影响。     

原地生成宇宙成因核素在地学研究中的应用

传统测年方法(14C、热释光、光释光等)无法直接测量地貌面或基岩面的形成年代,利用宇宙生成核素定出的年代可以直接计算地质、地貌体的暴露年代和埋藏时代。随着测量仪器的长足进步,特别是加速器质谱(AMS)检出限(可测至106原子)的大幅度提高,原地生成宇宙成因核素定年技术给地貌学带来了革命性的变化,因此宇宙生成核素被广泛应用于古气候学、构造地质学、火山年代学及古地磁学等。本文阐释了原地生成宇宙核素定年方法的基本原理,并在地学领域应用的现有基础上,从冰川、断层、阶地等研究对象出发,以沉积物埋藏年龄、地表侵蚀速率、断层滑动速率等为研究内容,具体描述该定年技术在冰川地貌、构造地貌、地貌过程及地貌演化研究中的国内外研究现状,以及应用中尚待解决的诸如核素产生速率与空间、时间关系;样品地质、地貌条件对结果造成的不确定性等问题。     

北方农牧交错区干旱特征变化及其对植被总初级生产力的影响

北方农牧交错区地处半湿润/半干旱生态脆弱过渡带,干旱是影响该区植被生产力的关键因素之一。探究干旱对植被总初级生产力的影响,对深刻理解气候变化下生态系统生产力变化响应特征及优化区域碳水循环具有重要意义。为了更好地了解水分限制区不同干旱特征对GPP影响,本研究以北方农牧交错区为例,基于长时间序列的标准化降水蒸散发指数(SPEI3,1900—2020年)和植被总初级生产力(GPP,1982—2018年)等数据,首先采用小波分析明确SPEI3与GPP强相关周期,在此基础上利用游程理论识别干旱特征,进而分析了北方农牧交错区干旱特征与GPP的变化趋势,最后厘定了不同干旱特征对GPP的影响。结果表明:(1) 1982—2018年北方农牧交错区SPEI3与GPP在半年周期和年周期存在显著相关关系,滞后效应随时间变化而变化;年际分析能够减弱滞后效应对SPEI3与GPP相关性的影响;(2) 1900—2020年北方农牧交错区干旱历时、干旱烈度和烈度峰值均呈现显著增加趋势,干旱烈度随着干旱历时和烈度峰值的增加而加剧,干旱特征高值区往往具有更强的增加趋势;(3) 1982—2018年北方农牧交错区GPP总体呈...     

2011年日本东北大地震（M_W=9.0）震间与震前变形场特征及其对强震预测的启示

强震震前(preseismic)动力学过程的研究对于地震预测具有十分重要的意义,但由于观测资料的限制,目前对强震前孕震区力学状态及其演化过程的认识还非常有限.2011年日本东北9.0特大地震(Tohoku-Oki)发生在GPS观测台站最为密集的地区,为研究特大地震震间(interseismic)与震前的变形状态提供了难得的机会.文中将利用日本东北大地震之前连续的GPS观测资料,分别计算震间与震前的速度场与变形场.通过对比分析发现,日本东北地区(Tohoku)震前的应变状态与震间的有很大的不同,震间的变形主要受到太平洋板块向日本海沟北西西向的俯冲挤压作用所控制,其主压应变以近东西向压缩为主,日本东北地区的运动方向与太平洋板块的运动方向大体一致.但是,临近地震前(震前)日本东北地区的运动方向发生了很大变化,震前30天的连续GPS观测结果显示,速度场的优势方向经常变换,间歇性地出现与太平洋板块运动方向相反的情况.这意味着震前孕震区的力学状态发生了很大的改变.这种变化可能与震前破裂成核或慢滑移及慢地震等过程有关,这些过程将加速或促进大地震的发生,从而为大地震的发生准备了力学条件.值得特别强调的是,这些现象都是可以通过直接观测能够发现的大地震之前的异常现象.由此可见,加密GPS站点进行连续观测,寻找震前变形异常区以及探索异常的物理机制对于地震预测预报有重要的科学意义.     

基于模糊集分析的土壤质量指标高光谱反演

通过对横山县84个土样350~2 500 nm波段的光谱曲线分析,进行土壤质量12项指标的光谱反演。为获得有效光谱反演指标,利用单相关分析方法计算土壤质量指标与光谱反射率的相关系数并绘制相关系数曲线,根据极大相关性选择最佳波段作为光谱反演指标;剔除异常样本后,利用模糊识别理论建立土壤质量指标反演模型,通过优化得到模型的最佳参数。土壤质量12项指标光谱反演模型的平均检验误差均小于15%,说明模型的精度较高。     

基于滑体渗透性与库水变动的滑坡稳定性变化规律研究

在三峡工程试运行期间,库区滑坡因地质结构和渗透性的不同,其变形情况存在明显差异,因此,除研究滑坡地质结构外,还应加强不同渗透性滑坡在库水变动下的稳定性响应规律研究。以三峡水库库首区黄荆树滑坡实例为计算模型,分析库水位在175～145 m间以0.5～2.0 m/d变化时4种不同渗透性滑坡的渗流场特征;再以库水影响系数? 和稳定性变化率为评价指标,研究在滑体渗透性和库水变动条件下的滑坡稳定性变化规律。研究表明,当库水影响系数? 在-0.107～-0.322时,稳定性变化率? 最大,且随? 减小滑坡稳定性增加率? 减小;当? 在-0.644～-769.231时,随? 减小稳定性增加率? 变化不明显;当? 在576.923～769.231时,库水位上升时滑坡稳定性降低较少;当? 在0.107～384.615时,影响系数? 与稳定性变化率? 的相关性不明显。其结果对于库区滑坡的监测预警有较强的应用价值