深海海底边界层原位观测系统研发与应用

为进一步研究南海北部陆坡海洋动力过程对深海海底边界层的影响,研发了“深海海底边界层原位观测系统(In-situ Observation System for Bottom Boundary Layer in Abyssal Sea)”,ABBLOS。观测系统主体为坐底式深海运载平台,最大工作水深可达6 700 m(实际工作水深取决于搭载设备的耐压水深),是研究深海海底边界层问题的重要技术创新。观测平台由上下两部分框架结构组成,上部框架用于搭载和回收观测设备,下部支撑架为配重,并且用于提供距离海底1 m的观测空间;同时创新性地设计了“卡槽定位-螺栓紧固”的连接方式连接上下两部分,连接方式简单可靠,保证了平台回收成功率。ABBLOS集成了75 k-ADCP、高频ADCP、ADV、高精度压力计、海底摄像机等设备,以及甲烷、温盐深、浊度、溶解氧、氧化还原电位等传感器,首次实现了内波、中尺度涡等海洋动力过程与海底边界层物理化学参数的动态变化同步观测,特别是可以观测距离海底1 m高度范围的水体流速剖面,并且达到7 mm一层的垂向空间分辨率。研制完成后,2020年在南海北部陆坡神狐海域655 m和1 405 m水深处分别成功布放并回收,观测时间共计34天,采集到观测站位上覆海水的流速剖面结构,捕捉到了平均周期为1天1次的内波作用过程,以及海底边界层的多种物理化学参数。初步分析655 m水深处的观测数据后,发现深海海底边界层的温度、压力、溶解氧、密度和盐度等参数受控于海洋潮汐过程,尤其是温度和压力的变化基本与潮汐周期同步。海底边界层氧化环境较为稳定,甲烷浓度由高变低,但是基本在海洋溶解甲烷平均浓度范围内。与潮汐相比,内孤立波对深海海底边界层水体的影响程度较小,但是明显可以引起沉积物的再悬浮,引起的海底边界层的海水浊度从背景值的0.01 NTU增大到48 NTU,海底摄像机也记录到了内孤立波期间深海底层海水突然变浑浊的过程,说明南海内孤立波可以影响海底沉积物的输运。     

有载冻融作用对深部重塑黏土抗剪强度影响的试验研究北大核心CSCD

深厚表土层冻结法凿井工程中,深部土体由于经历了高压冻融作用,导致其工程性质变化,认识冻融作用对其强度与变形影响,对于冻融病害防治有一定意义。本文通过室内试验对深部重塑黏土进行了有载冻融,并对不同干密度、围压、冻结温度和融化温度条件下的深部冻融重塑黏土进行三轴剪切试验,探讨有载冻融作用下深土重塑土抗剪强度的变化规律。研究结果表明:冻融作用使深部重塑黏土的偏应力-应变关系由软化型转变成硬化型;同时,经冻融作用后其抗剪强度与割线模量都产生了一定的下降,在本试验条件下,抗剪强度最高下降了48.8%,割线模量E_()最大下降了72.0%。通过对各影响因素的显著性分析,发现初始干密度对抗剪强度和割线模量影响最为显著,围压对两者的影响最弱。     

钛同位素地球化学综述

随着分析技术的进步,非传统稳定同位素体系在地球化学、天体化学和生物地球化学等研究领域的应用日益广泛。钛(Ti)是一个非常重要的过渡族金属元素,在地球和其他类地球行星中广泛存在。但是由于Ti是一种难熔的、流体不活动性元素,高温地质过程中Ti同位素分馏很小。人们对Ti同位素体系的地球化学应用的关注相对其他非传统稳定同位非常有限。而近年来,随着化学纯化方案的优化以及双稀释剂方法的改进和仪器质谱性能的提高,Ti同位素组成的高精度测试已经能够实现。天然样品中Ti同位素组成的变化随之得以发现,使得学者们能够利用这一新的稳定同位素体系来解决与高温和低温地球化学相关的问题。很快Ti同位素体系地球化学研究成为当前国际地质学界的前沿研究课题和新的发展方向之一。本文首先在简要介绍Ti元素和Ti同位素体地球化学性质的基础上,介绍了Ti元素化学分离和Ti同位素分析方法。随后笔者总结了已有的不同类型球粒陨石和地球样品的质量相关Ti同位素组成研究结果,对硅酸盐地球的Ti同位素组成做了初步评估。前人对高温地质样品的Ti同位素组成研究初步探明Ti同位素在岩浆演化过程,例如部分熔融和结晶分异等重要地质过程中的分馏行为。笔者在此基础上探讨了结晶分异过程中引起Ti同位素分馏的主要控制因素,指出Ti同位素是潜在的研究岩浆演化过程的新工具。最后笔者探讨了Ti同位素地球化学未来的发展方向,以加速我国在Ti同位素地球化学方面的应用研究。     

1981—2020年贵州省降雪时空分布特征

利用1981—2020年贵州省降雪日数、初始日期、终止日期资料,分析了贵州降雪的气候特征,以及降雪日数与海拔高度、纬度的关系。结果表明：1） 贵州降雪日数西北多、南少,大值中心位于贵州西北部;降雪日数整体偏少,呈逐渐减小的趋势,2012年为突变点,整体上降雪日数每10 a减少1.6 d。降雪从11月开始出现,持续到次年3月,主要集中在冬季;开始时间集中在08—10时和20—21时;降雪具有明显的间歇性特征,降雪天气过程中仅发生1次降雪的占全部降雪过程的48.1%,主要在贵州南部,持续3 d及以上的过程集中在贵州中北部。2） 降雪初始日期集中在12、1月,最早11月;终止日期集中在2、3月,最晚4月。贵州中北部开始降雪多为12月,终止降雪多为2月;南部初始多为1月,终止降雪多为1—2月。贵州中北部降雪期更长,开始到结束间隔约为60—129 d,而南部大部为40 d以下,全省平均54 d。3） 降雪日数随着海拔高度每升高100 m增加2.3 d,纬度每增加1°增加11.4 d。     

Effects of precipitation and landuse on runoff during the past 50 years in a typical watershed in the Loess Plateau, China

In the past century, great progress has been made worldwide in our understanding of forest-water relationship. The successful forestation programs implemented in China-which have improved the ecological environmental conditions-have gained the attention of many researchers and highlighted the relationship between forestation and water yields. The arid and semi-arid Loess Plateau has received attention from water engineers and eco-hydrological researchers in China because of a shortage in water resources. We selected one of the oldest stations conducting soil and water conservation experiments, the Xifeng soil and water conservation station, and chose the Nanxiaohe catchment and its paired catchments （Yangjiagou catchment and Dongzhuanggou catchment） as our research areas. Trends in precipitation, air temperature, streamflow over the past 50 years, and the effect of changing land use on streamflow were analyzed. The Mann-Kendall test showed that precipitation had a negative trend （downward trend）, whereas air temperature showed a positive trend （upward trend） from the past to present in the Nanxiaohe catchment. However, the trends seen in precipitation, air temperature did not contain any ＂jumping points.＂ The paired catchment approach is used to detect the effects of land cover change on hydrology in the Yangjiagou and the contrast catchment, i.e., Dongzhuanggou catchment in our study. The results showed a large change in land use in the Yangjiagou catchment from 1954 to 2008. An increase in forested land （from 0% to 40.08% from 1954 to 2008） and a reduction of bare land （from 51.26% to 5.50% from 1954 to 2008） accounted for a large part of the change in land use. However, the land use changed little in the contrast catchment. The comparison of streamfiow in the paired catchments showed that forestation reduced streamflow by 49.63% （or 6.5 mm） each year.     

利用空间VLBI技术建立参考系及联系

本文首先介绍了目前国际上空间VLBI的基本情况,进而对空间VLBI技术在参考系的建立和联系方面潜在的应用前景进行了初步的探讨。     

复杂深海工程地质原位长期监测系统研发与应用

海底滑坡、浊流等深海底地质灾害严重威胁海洋工程安全,是国家深海开发亟待解决的风险问题。为避免深海海底地质灾害对海底工程造成危害,解决深海海底地质灾害监测预警的难题,我们研发了一套复杂深海工程地质原位长期监测系统。该系统通过声学、电阻率、超孔隙水压力等方法监测深海海底沉积物的物理力学性质变化,实现了对深海海底地质灾害的监测和预警。该系统主要包括海床基搭载平台、监测系统、通信控制系统、供电系统等。其中监测系统主要通过原位长期监测海底沉积物的电阻率、声学、超孔隙水压力等的变化来获取海底沉积物的物理力学性质变化;通信控制系统可以实现海底到海面,再到陆地的双向通信和数据传输。其中供电系统通过独特设计的海水电池工艺,可以满足该系统在海底长期工作一年的电量需求。复杂深海工程地质原位长期监测系统已完成了近海测试,并搭载“海洋地质六号”“东方红三号” “张謇号”等科考船在南海进行了多次远海海试,获取了丰富的实测数据。电阻率监测系统采用温纳法滚动测量,测得的水土界面位置平均电阻率为0.207 Ω·m。超孔隙水压力监测系统采用开放式结构的压差式光纤光栅孔压测量方法,监测到孔压观测的4个标志性阶段:(1)贯入过程引起的超孔隙水压力累计,峰值为34.942 kPa,历时0.182 h;(2)贯入完成后累积的超孔隙水压力衰减,衰减到9.973 kPa,历时为0.810 h;(3)环境应力引起的超孔隙水压力实时响应,超孔隙水压力的变化范围为8.327~14.384 kPa;(4)残余孔隙水压力平均值为11.150 kPa。声学监测系统采用两个一发三收模式,测量的海水平均声速为1 533 m/s,测量的海底沉积物自上而下的平均声速依次为1 586、1 587、1 784、1 735、1 831 m/s。复杂深海工程地质原位长期监测系统的成功研制将显著提升目前海洋工程地质原位长期观测的技术能力,解决复杂深海工程地质评价及地质灾害监测预警的技术难题。     

Earth orientation determinations by short duration VLBI observations

Summary In May 1989 and April 1990 the radio telescopes of the Wettzell Geodetic Fundamental Station in Germany and of the Shanghai Observatory near Seshan in China observed two series of daily VLBI experiments of short duration for precise determination of UT1. In 1990 a few experiments were complemented by the Hartebeesthoek Radio Astronomy Observatory in South Africa and the Medicina telescope of the Bologna Istituto di Radioastronomia in Italy. Employing the South African station together with the east-west baseline formed by the observatories of Seshan and Medicina permitted simultaneous determinations of UT1 and polar motion. Here we report on the results of these observations. Comparing the UT1 results with those of the IRIS Intensive series gives a clear indication of the absolute accuracy of such short duration VLBI measurements which is estimated to be of the order of ±60µs.     

长江经济带生态用地变化类型识别及驱动因素分析

生态用地能够为人们提供生态产品和生态服务,对于维持生态系统健康与安全有着不可替代的作用。在我国城镇化进程快速推进的过程中,生态用地被大量侵占、受损严重,许多土地生态功能丧失。本研究基于1995-2015年的土地利用数据,探究长江经济带生态用地变化时空演变规律,并使用地理探测器和地理加权回归模型对于生态用地变化的驱动机制分别开展全局效应与局部效应分析。本研究将生态用地变化划分为5个类型:严重受损、轻微受损、保持不变、轻微恢复、明显恢复。研究结果表明:1995年至2015年,长江经济带生态用地面积呈现先增加后减少的趋势,但是总体的趋势是减少的,受损面积大于恢复面积。其中,减少的面积主要来自于林地和耕地。在这20年间,从生态用地变化类型来看,保持不变类型的面积最大,其次是轻微受损和轻微恢复类型。生态用地变化是多种因素相互作用的结果,而任何两个驱动因子共同作用的解释力都大于单一的驱动因素。此外,根据地理位置的不同,不同驱动因子对于生态用地变化的影响也不同。本文研究结果有助于土地管理者和政策制定者更好地制定区域和地方的相关土地利用政策。相关经验教训也可以推广到其他地区,以更好地管理生态用地,实现可持续发展。     

空间VLBI与天文地球动力学

介绍了空间VLBI的精密定轨及其在天文地球动力学应用研究中的最新进展．指出因为空间VLBI的时延和时延率观测量同时涉及到射电参考系、动力学参考系和地固参考系,所以特别适合于参考系的直接连接工作．对为评价参考系连接的精度而发展的协方差分析理论也作了介绍,还分析了将时延和时延率资料用于精密定轨时遇到的困难及其解决办法．