含氮气体在海盐表面的非均相反应对中国近海大气氮干沉降的影响

通过改进WRF-CMAQ大气化学传输模型的非均相反应模块,模拟了2014年春季(4月28日～5月18日)中国东部沿海和近海海域大气中含氮物质的浓度和干沉降通量,分析了含氮气体在海盐表面的非均相反应过程对含氮物质浓度、相态分配和干沉降通量的贡献。模拟结果表明,海盐表面含氮气体的非均相反应使得渤海、黄海、东海等近海海域大气中NO_2、N_2O_5、HNO_3气体向粗颗粒NO~-_3(NO~-_(3coarse))转化,模拟期间三种气体平均浓度分别降低了0.4%～5.2%、4.7%～18.2%和9.2%～15.6%,NO~-_(3coarse)平均浓度增加了25.3%～35.1%;受含氮物质相态变化的影响,总无机氮日均干沉降通量在渤黄东海大气中增加了1.5%～3.7%,其中NO~-_(3coarse)日均干沉降通量增加27.6%～52.4%,而HNO_3和N_2O_5气体日均干沉降通量分别减少9.6%～16.0%和12.3%～23.9%。污染天气条件下,总无机氮干沉降受非均相反应的影响较干洁天气更加显著,渤海、黄海、东海总无机氮日均干沉降通量可提高4.2%～17.1%,分别为干洁天气条件下的2.3、2.9和1.9倍。     

大气污染物排放量与颗粒物环境空气质量的空间非协同耦合研究——以武汉市为例

针对区域大气污染物排放量与空气质量在时空分布上存在不完全协同、匹配的现象,论文选择SO₂、NO_X、PM_2.5、CO和VOCs作为大气污染物指标,选择气溶胶光学厚度(Aerosol Optical Depth, AOD)表征颗粒物环境空气质量,以武汉市为例,综合应用耦合模型和空间错位指数模型研究2类指标之间的空间非协同耦合规律。主要结论如下：① 武汉市大气污染物排放量与颗粒物空气质量具有不同空间分布特征,大气污染物排放量呈现由城市中心城区向远城区递减的趋势,其中SO₂、PM_2.5和VOCs的排放具有明显的中心聚集现象,而NO_X和CO聚集现象不显著,且与道路分布明显相关;AOD分布具有明显的空间差异性,总体上呈由西北向东南依次递减的趋势。② 武汉市大气污染物排放与颗粒物空气质量的空间非协同耦合规律：越靠近城市中心城区,空间协同耦合现象越显著,空间错位现象越弱;越远离主城区,空间非协同耦合现象越显著,空间错位现象越显著;SO₂排放量与AOD在武汉市远城区的空间错位指数均大于0.7,且耦合度指数小于0.3,呈现较强的非协同耦合特征,NO_X、VOCs、PM_2.5的排放量与AOD在武汉中心城区的空间错位指数均小于0.5,且耦合度指数大于0.5,协同耦合现象较为显著。③ 基于时空非协同耦合分析城市大气环境污染治理建议：针对污染物与AOD空间错位不显著的城市中心城区,以本地减排治理为主;针对污染物与AOD空间错位显著的远城区,应在污染溯源分析的基础上进行区域协调综合治理。     

大洋多金属结核中铁锰质矿物拉曼光谱特征初探

拉曼光谱是一种快速无损的分析手段,它既可观察样品的显微结构构造,也可分析样品的成分和结构。为了丰富多金属结核的岩石矿物学特征,文章对西太平洋某海山区的多金属结核样品进行了X射线粉末衍射分析和拉曼光谱分析。X射线分析结果显示该区域样品主要含有水羟锰矿、钡镁锰矿、斜长石、钙十字沸石和石英,显微构造主要有纹层状构造、柱状构造、树枝状构造、充填构造等。通过分析对比潮湿样品和烘干样品铁锰质矿物的拉曼特征谱峰,得出结核中水羟锰矿的特征谱峰位于490 cm~(-1)、570 cm~(-1)和626 cm~(-1)附近,钡镁锰矿的特征谱峰则位于640 cm~(-1)附近,与陆地上对应矿物的特征拉曼谱峰不同。结核中的钡镁锰矿结构不稳定,经过风干或者抛磨后部分产生相变,不同显微结构中,相变情况不同。经与RRUFF数据库比对,识别出钙十字沸石、斜长石等自形晶,多分布于结核最内层,往结核外层总体减少。矿物微晶多见铁锰质矿物微晶和钙十字沸石微晶,铁锰质矿物绕其向外生长。     

东太平洋海隆13°N表层含金属沉积物物质组成与元素赋存状态

为了解不同类型含金属沉积物在物质组成和元素赋存状态的差异,对东太平洋海隆13°N洋中脊两侧表层含金属沉积物(站号:E271和E53)进行了矿物学、地球化学分析,顺序提取实验,并与前人对轴部表层沉积物(站号:17A-EPR-TVG1)的研究结果作了对比分析。研究结果表明, E271和E53是远端含金属沉积物,由非浮力热液羽状流中颗粒物沉降所形成的;17A-EPR-TVG1沉积物是近喷口含金属沉积物,由黑烟囱或者热液硫化物丘状体崩塌、堆积,或者由热液羽状流中Fe-Mn氧化物和硫化物快速沉淀而形成的,近喷口沉积物比远端沉积物更富集Fe、Cu和Zn等元素。元素在两种含金属沉积物中的赋存状态基本相同,除了Fe,Cu,Zn,Mo和稀土元素(REE)等元素在远端沉积物中主要存在于Fe-Mn氧化物相,在近喷口沉积物中主要在残留相中。远端沉积物中REE页岩标准化配分模式与海水相似,表明REE主要来自海水,而近喷口沉积物中REE配分模式与热液流体相似,说明REE以高温热液流体来源为主。相关研究结果加深了对热液沉积作用研究的认识。     

Smectite formation in metalliferous sediments near the East Pacific Rise at 13°N

A 43 cm long E271 sediment core collected near the East Pacific Rise(EPR) at 13°N were studied to investigate the origin of smectite for understanding better the geochemical behavior of hydrothermal material after deposition.E271 sediments are typical metalliferous sediments. After removal of organic matter, carbonate, biogenic opal,and Fe-Mn oxide by a series of chemical procedures, clay minerals(2 μm) were investigated by X-ray diffraction,chemical analysis and Si isotope analysis. Due to the influence of seafloor hydrothermal activity and close to continent, the sources of clay minerals are complex. Illite, chlorite and kaolinite are suggested to be transported from either North or Central America by rivers or winds, but smectite is authigenic. It is enriched in iron, and its contents are highest in clay minerals. Data show that smectite is most likely formed by the reaction of hydrothermal Fe-oxyhydroxide with silica and seawater in metalliferous sediments. The Si that participates in this reaction may be derived from siliceous microfossils(diatoms or radiolarians), hydrothermal fluids, or detrital mineral phases. And their δ30 Si values are higher than those of authigenic smectites, which implies that a Si isotope fractionation occurs during the formation because of the selective absorption of light Si isotopes onto Feoxyhydroxides. Sm/Fe mass ratios(a proxy for overall REE/Fe ratio) in E271 clay minerals are lower than those in metalliferous sediments, as well as distal hydrothermal plume particles and terrigenous clay minerals. This result suggests that some REE are lost during the smectite formation, perhaps because their large ionic radii of REE scavenged by Fe-oxyhydroxides preclude substitution in either tetrahedral or octahedral lattice sites of this mineral structure, which decreases the value of metalliferous sediments as a potential resource for REE.     

海洋气团对沿海城市大气环境影响与识别研究

本研究通过识别海洋气团特征及沿海城市大气受到海洋气团的影响方式与程度,为评价沿海城市空气环境质量提供科学依据。以青岛市为例,收集大气气溶胶样品中放射性核素~(210)Pb、40K数据及采集时段当地大气颗粒物数据;分析~(210)Pb活度浓度与气溶胶颗粒物浓度变化;对当地当时大气气团进行溯源分析。研究表明:(1)研究期间青岛沿岸地区2015年4月至2016年6月与2016年6月至2017年6月大气污染特征显著不同,前者~(210)Pb活度浓度与污染颗粒物浓度显著相关,而后者~(210)Pb活度浓度与污染颗粒物无相关关系;(2)穿越海洋的陆地气团呈现出高活度浓度、低颗粒物浓度的特征;来自海洋气团的气溶胶呈现出低活度浓度、低颗粒物浓度的特征;(3)海洋气团气溶胶中~(210)Pb活度浓度较低。临近大陆的海洋(黄海、东海)上层大气受到大陆气团的影响,其海洋气团的特征有所减弱。~(210)Pb活度浓度、颗粒物浓度(PM2.5)可作为判断海洋气团的指标,识别"来自海洋的气团"与"经过海洋的气团"。     

中国海洋上空细粒子气溶胶与短寿命痕量气体的时空关系

定量分析气溶胶与痕量气体之间的时空变化关系有助于进一步研究气粒转化。本文采用2006年—2015年MODIS气溶胶光学厚度(AOD)、细粒子模态比(FMF)和OMI痕量气体(SO_2、NO_2和HCHO)数据,对黄海、东海和南海区域上空的细粒子气溶胶与痕量气体进行定量分析。先对气溶胶和痕量气体作均值分析发现:AOD_(fine)、SO_2、NO_2和HCHO的均值在黄海、南海、东海均依次减小;再对气溶胶对痕量气体的敏感度分析发现:黄海地区的AOD_(fine)对SO_2最敏感,敏感度为0.424,这与中国东部沿海城市的人为排放有关;而东海和南海地区对HCHO的敏感度较高,依次为0.664和0.545,主要受东南亚和中国南方地区生物质燃烧影响。最后,对3个区域的气溶胶与痕量气体按季节作相关性分析发现:黄海地区AOD_(fine)在夏秋两季与SO_2的相关性较强(R0.5),主要由于夏秋两季的温湿度大,利于发生气—粒转化;东海地区夏季HCHO与AOD_(fine)相关性较明显(R=0.57);南海春季HCHO与AOD_(fine)相关性较好(R=0.57),呈现出区域与季节性的变化。最终发现,气溶胶与痕量气体随着时空变化存在相关关系。     

世界大洋金属矿产资源勘查开发现状及问题

世界大洋底蕴藏着丰富的金属矿产资源,其所含的锰、钴、镍、稀土等矿产是陆地含量的数十倍乃至数百倍或更高,因此是未来矿产资源的接替区。本文介绍了世界大洋多金属结核、富钴结壳、多金属硫化物及深海稀土等资源现状、分布及潜力,分析总结了21世纪以来国际海底区金属矿产勘查合同现状,并介绍了俄罗斯、巴布亚新几内亚、日本、中国等国家在其专属经济区内进行多金属结核、多金属硫化物开采实验的情况。由于世界大洋金属矿产资源丰富,潜力巨大,其勘查开发日益受到世界各国的重视,国际海底勘探合同不断增加,商业开发提上日程,但国际海底区的金属矿产资源开发仍面临技术、规章、环境等方面的制约和挑战。     

北京地区Landsat 8 OLI高空间分辨率气溶胶光学厚度反演

卫星气溶胶光学厚度(AOD)反演中,传统暗目标方法在反射率较低的水体、浓密植被覆盖区域取得了较好效果,在反射率较高且结构复杂的高反射地表上空目前多采用深蓝算法,但存在空间分辨率较低,对细节分布描述性较差等问题。为解决这一问题,本文首先以5年(2008年—2012年)长时间序列MODIS地表反射率产品为基础,采用最小值合成法建立500 m分辨率逐月地表反射率产品数据集,然后利用地物波谱库中典型地物波谱数据,分析建立MODIS与Landsat 8 OLI传感器蓝光波段反射率转换模型,最后北京地区AERONET地基观测数据确定了气溶胶光学物理参数,并反演获取了北京地区上空500 m分辨率的AOD分布。为验证反演算法的精度,分别将反演结果同AERONET及MODIS/Terra气溶胶产品(MOD04)进行交叉对比,同时利用相关系数R,均方根误差RMSE,平均绝对误差MAE以及MODIS AOD产品预期误差EE共4个指标进行衡量。结果表明:算法反演获取的AOD与AERONET观测值具有较高的一致性,各指标分别为R=0.963,RMSE=0.156,MAE=0.097,EE=85.3%,稍优于MOD04产品(R=0.962,RMSE=0.158,MAE=0.101,EE=75.8%),并且有效的对比点数也高于MOD04。通过与地基观测相比,卫星遥感获取的高分辨率城市地区AOD精度可作为定量评估城市空气质量的有效依据。     

基于数据同化的长春市雾霾反演与空间特征分析

近年随着长春地区冬季雾霾天气的频繁出现,大气可吸入颗粒物(PM2.5)已成为长春地区的主要空气污染物之一。遥感技术与污染物模型相结合是近年来预报空气质量的一种有效方法。本文以2015—2016年长春市冬季雾霾天气为例,利用MODIS遥感影像获取的气溶胶光学厚度(AOD),反演长春市地表PM2.5浓度值,得到长春市空气污染物空间分布图,并分析长春市空气污染物的时空分布特征。同时利用AOD反演的PM2.5浓度值作为数据同化资料,对长春市地表PM2.5浓度值进行预报,预测结果令人满意。研究结果表明:数据同化与遥感信息技术结合进行雾霾预测是一种有效的手段,可为雾霾反演的数据提供可靠的信息。