中国大陆降水时空变异规律——Ⅲ. 趋势变化原因

中国大陆现代降水表现出若干长期变化特征,对现代降水趋势性变化的原因,目前还没有很好了解。结合多种资料分析以及前人研究成果,对中国大陆近几十年降水变化趋势的原因进行了探讨,得到以下初步认识:① 现代降水量变化趋势具有明显的地域性差异,全国平均没有表现出显著增加或减少的长期变化,但强降水事件频率和降水量出现明显增多,而小雨事件特别是痕量降水事件显著减少。② 再分析资料表明,最近几十年全国水汽净收支量在一定程度上增加了,实际观测资料显示近地面和对流层中下层空气比湿或大气可降水量出现较明显上升趋势。③ 代用资料序列分析显示,全国大部地区近几十年降水变化仍处于晚近历史时期正常自然波动范围内;近百年观测的降水量序列也表明,黄淮海地区降水具有多重时间尺度相互叠加作用特点,低频自然气候变异的影响信号有清晰表现。④ 人类活动引起的大气中温室气体浓度增加对全国或东部季风区现代降水变化影响的信号,目前仍难以识别;区域性近地面风速减弱导致的雨量观测系统偏差以及大范围气溶胶浓度增加,可能是东部季风区大多数台站观测到的强降水事件频率增加和小雨频率显著减少的两个重要原因。⑤ 主要与城市化影响相关的地面观测资料系统偏差,可以部分解释现有分析表明的短历时强降水事件频率和累计降水量增加现象,同时也很可能是城市台站小雨和痕量降水事件频率明显下降的另一重要原因。     

冀中平原深部地下热水资源可更新特征与依据——以辛集馆陶组地下热水系统为例

针对冀中平原深部地下热水资源可更新性问题,以辛集馆陶组地下热水系统为例,采用相同开采强度下地下热水位降幅异常变化的识别方法,通过2000年以来该地下热水位年际及月际降幅与开采量和上游山区年降水量之间响应变化特征研究,结果表明:(1)冀中平原辛集地区馆陶组地下热水资源具有一定的可更新能力,与上游山区年降水量变化相关,还与地下水位埋深、当年开采引起的水位降幅大小和开采疏干层位砾粗砂岩及细砂岩占比状况有关;(2)辛集地区馆陶组地下热水大规模开采,是该地下水系统获得上游区侧向流入补给的必要条件,属于开采激发型补给,更新补给的资源数量有限;(3)从2000年以来该区地下热水水位动态变化趋势来看,目前该区地下热水资源已处于超采状态,需要压采或人工回灌增大补给,否则难以可持续开发利用。     

基于小波分析的抚松县降水量变化对矿泉水资源量的响应研究

大气降水是抚松县矿泉水资源的重要补给来源,探究其变化规律及极值概率对泉流量是否能够得到持续补给具有重要意义。为此,首先利用1960~2013年的降水资料和1981~2008年部分泉流量观测数据,对抚松县降水量的年内分配、年际变化和不同年代降水量均值变化进行降水特征分析;之后,运用皮尔逊Ⅲ型模型分析最大年降水量的概率分布;接着,利用1981年7月~2008年11月期间降水量和部分泉的泉流量监测数据,采用连续小波分析法对二者周期进行分析;最后,运用交叉小波变换法对同一时段内降水量和泉流量多时间尺度变化的相关性进行分析。结果表明:1960~2013年的54间,研究区内年降水量呈现周期性变化,变差系数为1.017×10-17,降水稳定,未发生异常变化。降水量和泉流量均存在约11个月的主震荡周期,二者属于同相位(即泉流量对降水量的变化产生即刻反应),降水量作为本区矿泉水补给的重要影响因素,可为矿泉水资源得到有效补给提供保证。     

珠江流域降水集中度时空变化特征及成因分析

基于珠江流域内43个常规气象站点1960~2012年的逐日降水资料,计算了流域内各站点长期降水集中度(LCI)和逐年降水集中度(ACI);采用Mann-Kendall趋势检验法和Sen’s坡度检验法检测ACI时间上的变化趋势;同时采用反距离权重插值法(IDW)对LCI的区域特征和ACI的变化趋势进行空间插值以分析降水集中度的时空分布规律;采用随机森林(RF)算法对降水集中度的影响因子进行重要度分析。结果表明:(1)珠江流域逐年降水集中度ACI的年际变化不明显,东南部呈上升趋势,西北部呈下降趋势;(2)珠江流域西北部长期降水集中度LCI值偏小,即降水分布较平均;东南部长期降水集中度LCI值偏大,即降水较集中,表明该地区降水极值情况发生的几率相对较高,该空间分布趋势可能是受距离海洋的远近及海拔的影响;(3)众多气候影响因子中,东亚夏季季风(EASMI)对珠江流域的降水集中度影响最明显。     

北极秋季海冰密集度与中国初冬降雨之间的关系

本文通过对中国地区实测降水及北极海冰卫星数据的分析,研究了北极秋季海冰密集度与中国初冬降雨的关系。合成分析的研究结果表明2000年之前中国南方和北方冬季降水偏少,中部降水偏多,这之后中国南方和北方冬季降水增加,中部降水减少。SVD研究结果显示,北极海冰减少使得近三十年来中国南方和北方冬季降雨呈现逐渐增多,中部地区(从青藏高原向东北方向至日本)降雨逐步减少的趋势。随着北极海冰的进一步减少,如遇合适的气候条件,南方冻雨出现的概率会加大。北极秋季海冰异常的回复过程加之冬季海冰异常的延续信号在中国、蒙古及日本北部激发一个阻塞高压,以巴伦支海/卡拉海为中心激发一个异常低压。这使得来自北冰洋大西洋扇区的冷空气南下至欧洲大陆和亚洲北部,在阻塞高压的影响下,冷空气进一步南下,进入东亚地区。这不仅使得亚洲冬季温度降低,也为中国北部降水增加提供条件。     

低分子质量褐藻寡糖的高效酶法制备及其抗氧化活性评价

褐藻寡糖具有多种生理活性,本研究通过酶解与分级条件的优化,获得了低分子质量褐藻寡糖的酶法制备工艺,并在体外模型上评价了不同分子质量组分的抗氧化活性。结果表明,优化后的褐藻寡糖制备条件为:底物浓度1.20%,酶底比4.35 U/mg,酶解时间4 h。进一步采用乙醇沉淀和超滤分离后,获得了重均分子质量分别为0.84、1.40、2.25和34.56 k Da的4种组分,其得率分别为50.82%、5.15%、11.48%和12.00%。各组分均具有一定的还原能力,可有效清除DPPH和羟自由基,其中低分子质量组分A的抗氧化活性最为显著,其清除羟自由基的能力与维生素C相近。     

Origin of abundant moonmilk deposits in a subsurface granitic environment

Subsurface granitic environments are scarce and poorly investigated. A multi‐disciplinary approach was used to characterize the abundant moonmilk deposits and associated microbial communities coating the granite walls of the 16th Century Paranhos spring water tunnel in Porto city (north‐west Portugal). It is possible that this study is the first record of moonmilk in an urban subsurface granitic environment. The morphology and texture, mineralogical composition, stable isotope composition and microbial diversity of moonmilk deposits have been studied to infer the processes of moonmilk formation. These whitish secondary mineral deposits are composed of very fine needle‐fibre calcite crystals with different morphologies and density. Calcified filaments of fungal hyphae or bacteria were distinguished by field emission scanning electron microscopy. Stable isotope analysis revealed a meteoric origin of the needle‐fibre calcite, with an important contribution of atmospheric CO ₂, soil respiration and from weathering of Ca‐bearing minerals. The DNA ‐based analyses revealed the presence of micro‐organisms related to urban contamination, including Actinobacteria, mainly represented by Pseudonocardia hispaniensis , Thaumarchaeota and Ascomycota, dominated by Cladosporium . This microbial composition is consistent with groundwater pollution and contamination sources of the overlying urban area, including garages, petrol stations and wastewater pipeline leakage, showing that the Paranhos tunnel is greatly perturbed by anthropogenic activities. Whether the identified micro‐organisms are involved in the formation of the needle‐fibre calcite or not is difficult to demonstrate, but this study evidenced both abiotic and biogenic genesis for the calcite moonmilk in this subsurface granitic environment.     

1965-2015年新疆夏季不同等级降水的空间分布特征

根据新疆51个台站1965-2015年夏季逐日降水资料,将降水划分为小雨、中雨及大雨3个等级,分析了新疆近51 a夏季不同等级降水量、降水日数及降水强度的空间分布特征,并讨论了各等级降水日、降水量及降水强度与总降水量的空间相似程度以及各等级降水对夏季总降水的贡献。结果表明：新疆降水主要集中在夏季,并以小雨为主。以天山山脉为界,南北两疆降水空间分布存在明显差异,北疆夏季降水量（日）占年降水量（日）的36%~45%（36%~39%）,南疆夏季降水量（日）占年降水量（日）的51%~63%（48%~60%）;新疆夏季不同等级降水量、降水日及降水强度的空间分布不均匀。新疆夏季总降水量与各等级降水量的空间相似系数最为密切,与各等级降水强度的空间相似系数相对较小;新疆夏季小雨贡献率最大,中雨其次,大雨最小,夏季降水量和降水日的变化主要受小雨的影响。     

广西桂林凉风洞秋冬季滴水和沉积物氧同位素对极端降水的记录研究

近年来,全球环境变化导致的极端气候事件的发生频率剧增,引起了国内外学者的广泛关注。由于器测记录时间较短,因此需要通过精确连续记录古气候变化的石笋来解译极端气候事件的规律。本文针对桂林凉风洞2015年9月至2016年1月的大气降水、洞穴滴水和现代沉积物的氧同位素组成进行了高分辨率的监测。监测结果揭示了由于秋冬水汽源的改变,导致桂林地区大气降水δD、δ~(18)O同位素值显示逐渐偏正的季节性变化,并且建立了该区域大气降水线为:δD=8.8δ~(18)O+16.38。由于大气降水作为凉风洞水源补给唯一来源,使得洞穴滴水的δ~(18)O继承大气降水的δ~(18)O所蕴含的环境信息,进而记录在洞穴现代沉积物中。但是受到洞穴顶部岩溶表层带的平滑或者均一化的作用,使得洞穴滴水的δ~(18)O同位素值要偏正于大气降水的δ~(18)O同位素值。在极端降水信号输入岩溶表层带后由于存在不同的水文地球化学过程,从而导致洞穴沉积物对其极端降水事件的响应时间存在不同,并且在δ~(18)O同位素值也存在明显差异。因此,系统监测洞穴滴水、沉积物δ~(18)O同位素对外界环境信息的响应过程,能为量化或精确解译石笋δ~(18)O同位素记录所指代的古气候环境信息提供基础。     

几种梯度场计算的数值算法及其地学应用

梯度作为标量场在空间上最重要的微观变化特征,能较好地反映其在空间上的变化趋势。本文介绍了中心差分算子、相邻梯度因子和Sobel梯度算子三种梯度数值算法。以点电荷在三维空间中产生的电势场构造了一标量场,通过理论公式求解了其梯度值,并将理论梯度值与三种数值算法的结果进行了对比与统计分析,验证了三种梯度数值算法的有效性和适用性。结果表明,排除场源的影响后,Sobel梯度算子相较其它两种数值算法更逼近于理论梯度值。最后,利用Sobel梯度算子求取了某铜矿区可控源音频大地电磁法(CSAMT)三维视电阻率场的梯度场,用梯度场刻画了视电阻率在空间上的变化趋势,提高了对三维地下空间的电性分布规律和地质情况的认识。