中国物理海洋学研究70年:发展历程、学术成就概览

本文概略评述新中国成立70年来物理海洋学各分支研究领域的发展历程和若干学术成就。中国物理海洋学研究起步于海浪、潮汐、近海环流与水团，以及以风暴潮为主的海洋气象灾害的研究。随着国力的增强，研究领域不断拓展，涌现了大量具有广泛影响力的研究成果，其中包括:提出了被国际广泛采用的“普遍风浪谱”和“涌浪谱”，发展了第三代海浪数值模式；提出了“准调和分析方法”和“潮汐潮流永久预报”等潮汐潮流的分析和预报方法；发现并命名了“棉兰老潜流”，揭示了东海黑潮的多核结构及其多尺度变异机理等，系统描述了太平洋西边界流系；提出了印度尼西亚贯穿流的南海分支(或称南海贯穿流)；不断完善了中国近海陆架环流系统，在南海环流、黑潮及其分支、台湾暖流、闽浙沿岸流、黄海冷水团环流、黄海暖流、渤海环流，以及陆架波方面均取得了深刻的认识；从大气桥和海洋桥两个方面对太平洋–印度洋–大西洋洋际相互作用进行了系统的总结；发展了浅海水团的研究方法，基本摸清了中国近海水团的分布和消长特征与机制，在大洋和极地水团分布及运动研究方面也做出了重要贡献；阐明了南海中尺度涡的宏观特征和生成机制，揭示了中尺度涡的三维结构，定量评估了其全球物质与能量输运能力；基本摸清了中国近海海洋锋的空间分布和季节变化特征，提出了地形、正压不稳定和斜压不稳定等锋面动力学机制；构建了“南海内波潜标观测网”，实现了对内波生成–演变–消亡全过程机理的系统认识；发展了湍流的剪切不稳定理论，提出了海流“边缘不稳定”的概念，开发了海洋湍流模式，提出了湍流混合参数化的新方法等；在海洋内部混合机制和能量来源方面取得了新的认识，并阐述了混合对海洋深层环流、营养物质输运等过程的影响；研发了全球浪–潮–流耦合模式，推出一系列海洋与气候模式；发展了可同化主要海洋观测数据的海洋数据同化系统和用于ENSO预报的耦合同化系统；建立了达到国际水准的非地转(水槽/水池)和地转(旋转平台)物理模 型实验平台；发展了ENSO预报的误差分析方法，建立了海洋和气候系统年代际变化的理论体系，揭示了中深层海洋对全球气候变化的响应；初步建成了中国近海海洋观测网；持续开展南北极调查研究；建立了台风、风暴潮、巨浪和海啸的业务化预报系统，为中国气象减灾提供保障；突破了国外的海洋技术封锁，研发了万米水深的深水水听器和海洋光学特性系列测量仪器；建立了溢油、危险化学品漂移扩散等预测模型，为伴随海洋资源开发所带来的风险事故的应急处理和预警预报提供科学支撑。文中引用的大量学术成果文献(每位第一作者优选不超过3篇)显示，经过70年的发展，中国物理海洋学研究培养了一支实力雄厚的科研队伍，这是最宝贵的成果。这支队伍必将成为中国物理海洋学研究攀登新高峰的主力军。     

页岩压裂过程的连续时域电磁法动态监测试验（英文）

页岩气开发水压过程中监测裂缝的空间展布对页岩气稳产高产并指导压裂至关重要。常规的时移地震、井间地震及微震监测不但成本高,监测效果显示周期长,且不能直观展示压裂液的平面和空间形态的动态变化。本试验研究首先对压裂液及压裂液充填的岩样进行了电性测试与分析,发现其具有极低阻与高极化特征,表明可控源电磁法进行页岩压裂过程的动态监测有着良好的电性基础。其次,基于试验区井震资料建立的地电模型,通过改变储层电性进行正演模拟,研究了电场分量的变化规律,提出了瞬变电磁法动态监测的归一化残差电阻率成像方法。最后,以时移电磁长偏移距瞬变电磁阵列法为手段,在我国南方涪陵页岩开发区水平压裂井上进行了连续时域电磁法动态监测试验。通过参研单位高度协同,采取了大功率与数百道阵列观测方式,获取了埋深在2800米处三个压裂段上方地面224个物理点近9个小时的电场时间序列数据。处理结果表明,该方法能有效观测到压裂液引起的电场信号变化。通过残差处理与电阻率成像,获取了储层改造过程的动态图像,结合地震、测井与水平井位的标定,解释了压裂液平面和空间展布,其结果对页岩气有效压裂与安全开采有重要指导意义,展示出连续时域电磁法在页岩气开发的压裂监测中有着广阔的应用前景。     

基于数值模拟的再生水对地下水质影响实例

为了探讨在再生水地表回灌条件下,再生水对地下水中氨素和主要盐分浓度变化的影响,选取现实存在的清河再生水湿地公园为例,以氨氮、Cl-离子为主要研究对象,利用Hydrus-1D溶质运移模型和Modflow、MT3DMSD耦合地下水模型,模拟了再生水长期利用后的地下水氨氮和Cl-指标变化情况。研究结果显示,再生水到达包气带底部时,水中氮氨、Cl-离子含量高于研究区潜水地下水中的相应指标含量,氨氮超出地下水质量Ⅲ类标准。预测5~20年后,潜水中氨氮超标面积不断扩展,20年后将达14km2,氨氮超标垂向延伸至第一层弱透水层;Cl-离子在潜水中不超标,但在湿地公园周边浓度有所增加。湿地公园再生水的长期地表回灌将给当地地下水质量带来负面影响。     

柴达木盆地土壤盐渍化程度快速动态监测

针对柴达木盆地土壤盐渍化的时空变化问题,该文采用了反演土壤盐度指数的方法快速评估了该地区的盐渍化程度变化及其空间分布,并且选择2015年利用土壤采样方法获取标本验证SI在研究区的适用性,集成RS技术和GIS空间分析的优势,综合利用空间分析和时序分析技术对柴达木盆地2000-2015年的盐渍化程度和分布面积进行了时空变化分析.研究结果表明了 SI值在研究区的适用性,同时发现2000-2015年,柴达木盆地土壤盐渍化的面积和程度整体上均有明显降低趋势,尤其在重度盐渍化区域更为明显,但中、低度积盐面积,程度均有所增加.研究可以为柴达木盆地土壤盐渍化程度的快速评估提供参考.     

印尼贯穿流源区马鲁古海与哈马黑拉海水团来源的季节和年际变化

So far, large uncertainties of the Indonesian throughflow(ITF) reside in the eastern Indonesian seas, such as the Maluku Sea and the Halmahera Sea. In this study, the water sources of the Maluku Sea and the Halmahera Sea are diagnosed at seasonal and interannual timescales and at different vertical layers, using the state-of-the-art simulations of the Ocean General Circulation Model(OGCM) for Earth Simulator(OFES). Asian monsoon leaves clear seasonal footprints on the eastern Indonesian seas. Consequently, the subsurface waters(around 24.5σ_θ and at ～150 m) in both the Maluku Sea and the Halmahera Sea stem from the South Pacific(SP) during winter monsoon, but during summer monsoon the Maluku Sea is from the North Pacific(NP), and the Halmahera Sea is a mixture of waters originating from the NP and the SP. The monsoon impact decreases with depth, so that in the Maluku Sea, the intermediate water(around 26.8σ_θ and at ～480 m) is always from the northern Banda Sea and the Halmahera Sea water is mainly from the SP in winter and the Banda Sea in summer. The deep waters(around27.2σ_θ and at ～1 040 m) in both seas are from the SP, with weak seasonal variability. At the interannual timescale,the subsurface water in the Maluku Sea originates from the NP/SP during El Ni?o/La Ni?a, while the subsurface water in the Halmahera Sea always originates from the SP. Similar to the seasonal variability, the intermediate water in Maluku Sea mainly comes from the Banda Sea and the Halmahera Sea always originates from the SP. The deep waters in both seas are from the SP. Our findings are helpful for drawing a comprehensive picture of the water properties in the Indonesian seas and will contribute to a better understanding of the ocean-atmosphere interaction over the maritime continent.     

陕西省明长城文物保护监测

结合地理国情普查试点工作的技术和方法,详细阐述了陕西省明长城文物保护监测生产过程中地理国情要素信息提取方法,获取明长城监测数据,对监测成果进行统计分析,总结明长城文物保护监测生产技术方法,并提出保护明长城的建议.     

湖北嘉鱼左山锰矿床地质特征及成因浅析

湖北嘉鱼左山锰矿床属风化残积型锰矿床,矿体完全受层位控制,产出状态与风化程度和氧化深度有关,一般深3-30米左右。呈似层状,倾向总体和地层一致,但比地层稍缓。含矿岩系为二叠系下统茅口组中段下部(P1m2-1),含锰燧石结核灰岩,和含锰碎屑灰岩。矿石氧化程度较高,锰矿体系含锰灰岩强风化后残留在原地的次生氧化锰矿(俗称锰帽),呈褐色,松散状。与原岩界线分明,半风化的过渡状态少见。     

潍坊市浅层地下水超采区含水层疏干危害研究

基于潍坊北部平原区1983-2016年地下水监测资料为基础,对研究区地下水水位及地下水漏斗动态变化特征进行分析,预测其未来演化趋势.在此基础上选择昌邑、寒亭和寿光地下水超采区范围内的典型监测井进行抽水试验,对地下水超采引起的含水层疏干的危害程度进行评价,结果表明:研究区地下水动态变化主要影响因素是降水和人工开采,198...     

爆炸荷载作用下深埋圆形隧洞的饱和黏弹性土-衬砌系统动力响应

假定土骨架服从标准线性固体黏弹性本构关系,研究了深埋圆形隧洞的饱和黏弹性土-弹性衬砌耦合系统在轴对称爆炸作用下的瞬态动力响应。首先,基于饱和土的Biot模型和衬砌的弹性理论,通过引入势函数和Laplace变换,利用弹性衬砌和饱和黏弹性土界面处的连续性条件以及边界条件,得到饱和黏弹性土体和弹性衬砌位移、应力和孔隙水压力等在Laplace变换域中的解析解。其次,利用Laplace数值Crump逆变换得到耦合系统在时间域的动力响应,数值分析了不同土体模型下土体-衬砌耦合系统的径向位移和环向应力以及土体孔隙水压力等。结果表明：对不同土体模型的土体-衬砌耦合系统,其在爆炸载荷作用下的动力响应性态基本一致,但动力响应的振动周期和幅值等具有明显的差异。同时,对于饱和黏弹性土-弹性衬砌系统,土体黏性参数对土体径向位移和孔隙水压力有明显的影响,但对土体环向应力影响较小。     

一种基于模糊正域类的模糊属性约简方法

为了实现模糊信息系统属性约简问题,探讨一种基于正域类的模糊属性约简方法。利用模糊二元相似关系建立模糊相似类的方法,进而定义决策属性关于条件属性的模糊正域类,得到正域类属性的重要度。结果表明:一方面,实现模糊信息系统属性约简;另一方面,通过取不同的相似精度,得到不同属性约简集。