多区域海洋M3分潮的观测与验证

M₃海洋分潮(三阶潮或一日三次周期潮汐)经常受到忽视,因而对M₃分潮进行更精确的分析研究,可以提高潮汐预测、海洋数值模拟、大地测量的准确度.尽管M₃分潮在整体潮汐所占比例较小,但由于陆架共振及其他影响,某些沿海地区M₃潮可大大增强.本文使用157个验潮站的数据,以及9年时间窗口,对水位变化进行了潮汐谐波分析.本文还分析了太阴M₃潮,将这些结果与全球同化的模型数据(TPXO9v5a)进行了比较,重点研究了西太平洋和欧洲陆架地区.与验潮站数据相比,大部分区域TPXO9v5a导出的M₃潮振幅和相位滞后表现良好,但在沿海和地形复杂的区域,其结果误差较大.在欧洲陆架海域使用了一个浅水数值模型(MARS),该模型在某些地区优于TPXO的结果.在欧洲陆架海域的五个子区域中, TPXO在三个地点的M₃振幅及相位滞后预测的均方根误差(RMSE)更小.而在其他子区域, MARS模拟结果更为准确.本文发现一些地点的M₃振幅有着显著长周...     

中国花粉R值特征

建立现代孢粉-植被定量关系是第四纪孢粉学研究的热点和难点. R值计算简单、表征直接,是校正现代孢粉和植被非线性关系的一种传统指标.本文基于中国1987～2021年发表的花粉R值数据,经筛选、校正和标准化等处理,建立了中国花粉R值数据集,包含了898个现代花粉采样点和2115条花粉R值数据,涵盖了152个花粉类群,分属于65科、113属.集成分析中国花粉R值特征,结果表明:(1)在宏观空间尺度上证实了基于样点尺度的传统认知,中国花粉R值整体变异性大,约2/3呈低代表性,如杉科(Taxodiaceae)、榛属(Corylus)、白刺属(Nitraria)、柽柳属(Tamarix)、莎草科(Cyperaceae)、禾本科(Poaceae)、豆科(Fabaceae), 1/3呈超代表性,如松属(Pinus)、云杉属(Picea)、桦木属(Betula)、麻黄属(Ephedra)、藜科(Chenopodiaceae)、蒿属(Artemisia),且低代表性较强,超代表性较弱;而栗属(Castanea)、栎属(Quercus)、蓼科(Polygonaceae)、菊科(Asteraceae)花粉代表...     

胶东型金矿成因模型

巨型金成矿省成因是国际前沿科学问题,巨量金来源与成矿驱动机制是矿床成因研究的关键难题.胶东成矿省不足1万km²内已探明黄金资源储量～5500吨,成矿强度世界罕见,已有成矿理论难以完整解释.胶东金矿床形成于大陆内部多重构造复合域,金成矿发生于古元古代基底岩石区域变质作用约19亿年之后以及三叠纪大陆碰撞作用约1亿年之后的早白垩世120Ma左右的构造体制转换过程中.胶东金矿床和造山型、侵入岩型金矿床成矿构造环境和赋矿围岩存在差异,成矿机制也显著不同.矿床和基性岩具有紧密的时空与成因关系,胶东成矿流体起源于富集地幔,成矿期基性脉岩具低ε_Hf(t)值(-29.9～-9.1)和锇含量(0.002～0.16ppb)、重氧同位素(δ¹⁸O达8.23‰)和高初始锇同位素比值(¹⁸⁷Os/¹⁸⁸Os:0.1352～0.8858),证实其岩石圈地幔具有被大量古老地壳物质交代的特征,并且胶东西部岩石圈地幔富集程度总体高于东部,这可能是西部资源量占比远超东部的重要原因.胶东基性脉岩显示较轻的Mg同位素特...     

喜马拉雅淡色花岗岩铷铯成矿作用

西藏喜马拉雅淡色花岗岩带中新发现铯沸石锂云母钠长花岗岩,其中铯沸石是首次在中国喜马拉雅带内发现的铯独立矿物.该岩石位于吉隆岩体的北部,与吉隆岩体电气石二云母花岗岩共生.其主要稀有金属矿物包括锂云母、锂辉石、铯沸石、锡石和细晶石等.矿物化学分析结果显示,云母主要为含锂白云母-锂云母, Li₂O和Rb₂O平均含量为4.07wt.%和0.76wt.%;锂辉石的Li₂O平均含量为7.95wt.%;铯沸石的Cs₂O和Rb₂O平均含量为34wt.%和0.16wt.%.全岩Li₂O、Rb₂O和Cs₂O含量分别为0.49～1.19wt.%, 0.12～0.24wt.%和0.69～2.33wt.%,均达到了工业品位.锡石和独居石定年结果表明,该岩石形成于19～18Ma,略晚于吉隆电气石二云母花岗岩(22～20Ma).结合上述两类岩石之间的脉动接触关系、形成时代及全岩和矿物化学成分,本文认为它们应形成于同一岩浆体系,铯沸石是岩浆发生...     

2022年1月15日汤加火山海啸对中国沿海的影响分析

2022年1月15日12:15(北京时间),汤加附近的洪阿-汤加-洪阿哈派(Hunga Tonga-Hunga Ha′apai)火山喷发,造成了剧烈的气压扰动并激发了大气兰姆波,后者通过海气界面引发了胁振水波.胁振波与兰姆波以约306m/s的平均速度在洋盆传播,自由海啸波以速度较慢的重力波速度跟随其后.中国沿岸26个验潮站水位显示,台湾岛东部验潮站在15日约20:00记录到了与大气兰姆波几乎同时到达的胁振波;然而,大陆验潮站在兰姆波到达至少2h之后,才监测到海啸波.理论分析和数值试验表明,在胁振波从琉球群岛和吕宋海峡外侧入射大陆沿海的过程中,面对逐渐变浅且宽广的陆架,胁振波逐渐与兰姆波相位分离,演变成了浅水重力波.后续到达的自由海啸波与演变的浅水重力波叠加,造成中国沿海超过36h的水位波动.台湾岛东部监测到的最大波幅为乌石站44cm,大陆东部沿海和华南沿海最大波幅分别为石浦站22cm和珠海站13cm.采用谱方法对波能进行分析,结果显示,影响台湾岛东部的海啸主成分为自由海啸波;而对大陆沿海而言,演变的重力波与自由海啸波能量几乎相当,这是由于前者周期更长,能量更加不易耗散,浅水效应也更加显...     

基于量子计算机的海洋环流模拟算法

对海洋环流进行准确且高效的模拟是海洋科学的一个基本任务,也是一个众所周知的难点,因为它涉及求解多变量的非线性偏微分方程组.本文首次提出一种基于量子计算机的海洋环流模拟算法,可以提供指数级的量子算力加速.本文算法从海洋动力学原始方程出发,经过空间和时间离散化得到若干具有稀疏系数矩阵的线性方程组,然后利用变分量子线性方程求解器求解,从而使算法更容易在近期量子计算机上运行.这一算法属于量子-经典混合算法,为此我们发展了一套基于量子存储器和l_∞范数态层析的数据流控制方案,以完成量子计算机与经典计算机之间的数据交互.我们在MATLAB、量子虚拟机和真实量子计算机等多种计算平台上验证了算法的有效性,并讨论了测量次数和量子门噪声等因素对算法输出结果准确性的影响.结果表明,误差缓解技术可以有效提高输出解的精度.我们的算法是利用量子计算机模拟海洋环流这一挑战性问题的一个重要进展,随着量子计算科技的迅速发展,它有望在不久的将来获得应用,从而有力地促进海洋科学的发展.     

中国近海海平面季节尺度变化的时频分析

用连续小波变换方法，对中国近海验潮站资料(20～30a)和Topex/Poseidon卫星测高海平面变化资料(1992年10月～1998年9月)进行分析，给出了南海、黄海和东海海平面变化在季节尺度上的时频特征. 结果表明，黄海和东海的海平面变化较相似，存在显著的周年和准双月的振荡信号；南海具有较明显的周年信号和较弱的半年周期信号；浅海区和深海区的海平面季节尺度变化在周期性与强度上存在明显差异.     

基于月球动力学演化的地质年代划分

月球地质年代表将月球的地层按形成的时间顺序划分为不同的时代,能够清晰地表达月球的整体演化历史.在地基望远镜观测和阿波罗时代早期,由于当时所用数据的空间覆盖度和分辨率有限,所建立的月球地质年代划分存在部分缺陷.在阿波罗时代结束以来的几十年里,人类对月球进行了更广泛的研究,拓展了对全月地质演化的认识和理解.基于对月球动力学演化的综合性分析,本文对当前的月球地质年代表进行了更新,特别考虑了内动力地质作用和外动力地质作用在月球早期演化中所发挥的作用.首先,根据内动力和外动力在不同时期对月球改造的效应,提出了三阶段月球动力学演化模型,并建立了三个相应的“宙/宇”级别的年代及地层单元.其次,为了更清晰地反映月球的演化历史,以南极-艾肯(SPA)盆地的形成为界线将前酒海纪划分为了岩浆洋纪和艾肯纪,其中较年轻的艾肯纪是以SPA盆地的形成为起点.本文识别了SPA盆地的溅射物地层,即达斯建造,其沉积在月球的原始月壳上,是岩浆洋结束后保存下来的最古老的外动力成因地层.更新的月球地质年代表系统综合了阿波罗时期以来月球探测和研究的成果,构建了一个描述月球演化历史的系统框架,能够更方便地开展月球地质研究,对其他类...     

2001～2018年瓦里全球本底站氧化亚氮浓度变化特征

对中国瓦里关站(WLG)(36°17’N, 100°54’E, 3816m asl)2001～2018年空气样品中大气N₂O摩尔分数进行了分析,得到逐年年均值、增长率和季变化特征.瓦里关站的N₂O浓度呈长期持续增长趋势,季节变化特征明显, 18年的平均年增量为(0.9±0.01)ppb a^-1(1σ)(1ppb=10^-9),接近全球平均值.平均季节变化的低值出现在6月,浓度为-(0.25±0.04)(1σ) ppb,高值出现在9月,浓度(0.13±0.07)(1σ) ppb,季节振幅为0.38ppb.季节变化主要受地面排放源、边界层高度和对-平流层传输(STE)等影响.多年增长率变化一定程度受热带平流层的准两年波动(QBO)影响.不同季节的后向轨迹聚类分析显示, N₂O主要来自中亚干旱和半干旱低排放地区的气团输送,表明瓦里关的大气N₂O浓度一定程度代表了亚洲内陆地区的背景水平.     

预测区域尺度深层土壤有机碳的方法

深层土壤有机碳(soil organic carbon, SOC)在陆地生态系统碳循环中发挥着重要作用,对其准确估算是科学认识土壤碳汇潜力的基础.然而,如何准确估算区域尺度深层土壤SOC一直是亟需解决的难题.文章建立了基于深度分布函数的预测区域深层土壤SOC的经验方法,利用全球4个不同区域的土壤剖面SOC数据库对该方法的适用性进行评估,并验证了该方法在中国黄土高原地区的应用.结果表明,在本研究所选择的深度分布函数中,负指数函数对土壤剖面SOC的模拟效果最佳,其参数C_e和k分别与0～20cm土层SOC含量和0～40cm土层SOC变化率呈现显著的线性关系.基于这些关系,建立了预测区域尺度负指数函数C_e和k的经验方程.结合负指数函数与经验方程,形成了预测区域尺度深层土壤SOC的经验模型.该模型能准确预测黄土高原样点和区域尺度500cm土层土壤SOC.因此,本研究提出的方法可简单、快速、准确地预测区域尺度深层土壤SOC.     

流域水文系统产水机制稳定性研究

流域水文系统受下垫面和气候条件的共同作用,研究其产水机制的变异规律,是合理制定变化环境下水资源管理措施、实现水安全保障的基础.本文基于Budyko框架和气候模式的历史及未来数据(CMIP6),利用Budyko全微分分解法探究了下垫面和气候变化对流域产水变异的补偿机制;基于泰勒展开式求解将Budyko各阶敏感系数(一阶到高阶项)表征流域产水率对下垫面与气候的敏感程度;根据流域外部基本特征(产水率、下垫面特征参数及干燥指数)和内部敏感系数,进一步结合联合概率函数和主成分分析方法探究了流域产水机制稳定性及其演变规律.结果表明:(1)在全球各气候分区中,下垫面和气候变化对流域产水率变异互相补偿,即气候与下垫面改变引起的产水率变化可以基本相抵,使未来流域产水率维持稳定.(2)各阶流域敏感系数表明,未来流域对下垫面敏感性增加,对气候的敏感性降低,其中干旱区流域对气候和下垫面敏感性均增加.(3)未来流域水文系统产水机制稳定性逐步下降,即从基准期(1901～1950年)到变化期(2051～2100年),稳定性系数从0.054下降到0.021;其在干旱区改变量最大,可达(-0.347±0.18),而在半...     

中国碳酸盐岩地区岩溶无机碳汇格局及影响因素

碳酸盐岩化学风化碳汇降低了大气CO₂浓度上升和全球变暖的速率,然而,其碳汇通量(CCSF)的估算结果仍存在不确定性,并且气候变化和生态修复对CCSF的贡献率尚不清晰.为此,本文汇编了中国不同流域离子浓度站点数据,并采用经典热力学溶蚀模型,重新评估了中国1991～2020年CCSF的潜力和时空格局,并定量分析了温度(MAT)、降水(MAP)、蒸散发(ET)、土壤水(SM)和归一化植被指数(NDVI)等因子对CCSF的贡献率.结果发现:(1)中国CCSF为22.76t CO₂km^-2a^-1,高于全球平均水平(15.77t CO₂km^-2a^-1);总量(CCS)为4772.67×10⁴t CO₂,以252.98×10⁴km^-2的碳酸盐岩面积贡献了全球14.91%的CCS.(2)中国CCSF由东南向西北逐渐减少,其中南方岩溶区、青藏岩溶区和北方岩溶区CCS...     

全球变暖背景下中国森林春季木质部物候提前的模拟证据

植被物候对当前和未来全球气候变暖的响应,直接影响森林生态系统初级生产力的变化.然而,由于树木木质部物候的监测数据十分稀少,学界较少关注树木木质部物候的变化,这阻碍了对森林大空间尺度碳收支的评估和预测.本研究使用基于生理生态过程的树轮生长模型(Vaganov-Shashkin模型)模拟1962～2016年中国森林站点春季树木木质部物候(木质部生长季开始时间)的时空变化.使用实测树轮宽度序列(70条)对树轮生长模型模拟结果进行校正,校正后的模拟结果与已有独立的微树芯监测结果显著相关.模拟结果发现,全球变暖背景下春季木质部物候在1962～2016年期间显著提前,其提前速率在20世纪90年代后显著增快,平均每年提前0.25天.生长季前的日均温与大多数站点(71%)的生长季开始时间显著相关,表明其可能是中国树轮站点春季木质部物候的主要气候驱动因子.春季增暖的气温允许树木生长的热量需求更早达到,因此导致春季木质部物候显著提前.生长季前日均温每升高1℃,春季物候提前6～7天,这将有益于偏冷湿环境下树木的径向生长.模拟的春季树木木质部物候与遥感物候间存在显著正相关,表明全球增暖背景下树木初生生长和次生...     

嫦娥五号月壤中富KREEP角砾岩及其意义

月球角砾岩为研究月壳的物质组成、冲击过程和演化历史提供了重要依据.本文重点研究了嫦娥五号(CE-5)月壤中一颗独特的表壤角砾岩(CE5C0000YJYX070GP, CE5C).它主要由玄武岩碎屑、单矿物碎屑以及冲击熔融碎屑(包括中钛玻璃、高铝玻璃和含晶体冲击熔融碎屑)组成,是CE-5样品中已知粒度最大且岩相组成最为复杂的角砾岩之一.综合借助扫描电子显微镜、TESCAN综合矿物分析仪、电子探针和激光剥蚀电感耦合等离子体质谱等技术,对其中代表性碎屑的岩相学和矿物化学进行了详细研究.分析结果表明, CE5C是一颗月海-高地混合型表壤角砾岩,含有丰富的类KREEP组分(>20vol.%).这是首次在CE-5样品中发现如此高比例的类KREEP组分. CE5C中钛玻璃原岩为富铁(24.0wt.%)、中钛(5.5wt.%)类型玄武岩. CE5C高铝玻璃的化学成分特征与KREEP组分一致.结合着陆区区域地质背景, CE5C角砾岩可能起源于P58/Em4月海单元与东部邻近高地之间的混合区域.虽然CE5C代表性有限,但其中较多的外来类KREEP组分为理解CE-5着陆区的物质来源提供了重要视角. C...     

云母Rb-Sr等时线年龄原位微区LA-ICP-MS/MS测定

云母具有较高Rb/Sr比值,且Rb-Sr同位素体系在该矿物中的封闭温度高于中、低温矿产的成矿温度,因此对其进行激光原位微区Rb-Sr等时线定年是解决中、低温热液矿床成矿时代的一个重要途径.本文利用三重四极杆等离子体质谱仪(ICP-MS/MS)与193nm激光剥蚀系统(LA)联用,以SF6为反应气体,实现了同质异位素⁸⁷Rb⁺对⁸⁷Sr⁺的干扰去除,建立了激光原位微区云母Rb-Sr等时线定年方法,并分析了影响其分析准确度的因素.随后,采用该方法对K-Ar法地质年龄国家一级标准物质ZBH-25黑云母(GBW04439)进行了激光原位微区Rb-Sr等时线年龄测定.结果显示,采用NIST SRM 610为外部标准物质对样品数据进行校正时,获得的ZBH-25黑云母Rb-Sr等时线年龄相对于K-Ar年龄推荐值偏年轻约12%(RSD).由此表明,在LA-ICP-MS/MS测定云母Rb-Sr等时线年龄的过程中, NIST SRM 610标准玻璃与样品间存在明显的基体效应,导致年龄结果偏离样品推荐值.针对这一问题,本...     

中国328个城市的植被覆盖度长期变化特征及其驱动因子

城市绿地有助于促进城市居民健康,增强城市生态系统生物多样性,减轻环境污染,缓解城市热岛效应.然而城市植被盖度异质性高,量化难度大.本文利用30m分辨率的陆地卫星数据,研究了1990～2022年间我国328个城市植被覆盖度的变化.结果显示, 1990～2005年,由于城市内建筑容积率和不透水表面的增加,全国平均城市植被覆盖度由0.38降至0.35.此后,城市植被覆盖度开始逆转,到2022年增长至0.45,这种增长趋势在新建城区最明显. 2005年以前,平均城市植被覆盖度的降低主要是低植被覆盖区域的扩张造成的;此后,城市植被盖度的增加则表现为高植被覆盖区域的扩张.城市植被覆盖度变化趋势的转折与2004年以后国家陆续出台政策要求增加城市绿地覆盖度有关,城市国内生产总值与城市植被覆盖度变化呈现最高相关性.对于大城市和中等规模城市,影响植被覆盖度的前三个因子分别为国内生产总值、城市人口和气温.但对于干旱/半干旱地区的城市,植被覆盖度变化对气候因素(如降水)的敏感度更高.尽管近年来中国城市的总体植被覆盖度显著增加,但在小城市和大城市老城区的城市绿地仍有改善空间.     

基于供需分离加剧的近30年来中国谷物碳排放转移时空演变

食物系统是人为温室气体排放的重要来源之一,在“双碳”背景下由于食物生命周期生产和消费分离加剧引发的碳排放转移对整体食物系统温室气体减排的影响还尚不明确.本研究初步构建了水稻、小麦、玉米三类谷物生产阶段生命周期的排放清单,分析了谷物供需关系的时空演化特征.引入空间均衡模型,模拟了中国1990～2018年不同类型谷物的区域间流动并核算由此产生的碳排放转移及其效率与特征.研究发现:(1)谷物供需不均衡程度加剧,供给和消费的重心距离扩大了3.2倍,谷物供需分离导致全国谷物区域内自给能力减弱.(2)水稻和小麦区域内供给增多导致排放转移总量逐渐减少,玉米跨区域供给增多导致排放转移总量逐渐增加.(3)谷物整体的空间排放转移效率较高,小麦和玉米的排放转移引起了全局高效减碳,而水稻的排放转移相对低效增碳.(4)全国各省份谷物生产碳足迹呈下降趋势,但由于谷物供需分离加剧导致部分粮食主产区表现为低效增碳.本研究建议:基于“双碳”治理目标,进一步优化种养空间结构,加强区域内谷物供给,结合分区治理策略加强低碳生产结构优化与耕地利用结构调整.     

青藏高原地形重力波对东亚春季降水的重要作用

春季持续性降水是东亚夏季风爆发前的主要雨季,对东亚地区乃至全球水循环都具有深刻影响.过去研究揭示了青藏高原大尺度地形的动力和热力作用对东亚春季降水的重要影响,但青藏高原小尺度地形的作用尚不明确.本研究发现,副热带西风流受青藏高原小尺度地形扰动激发的地形重力波,同样对东亚春季降水具有重要贡献.垂直传播的地形重力波在对流层中层发生破碎,产生纬向拖曳,从而驱动跨越青藏高原的经向环流.在青藏高原南侧,经向环流上升支的动力抽吸作用使得对流层低层气压减弱,从而增强经向气压梯度力和西南季风,将更多水汽输送至下游东亚地区,最终导致春季降水的增多.该研究有助于更加全面地理解青藏高原多尺度地形对东亚春季降水的影响,为西风-季风协同作用提供了新的视角.     

海洋三维大地电磁的两步反演法:模型测试

大地电磁(MT)响应的反演已被广泛用于探索地球内部的电导率分布.因为大多数三维反演方法的反演结果都会受到初始模型的影响,因此在三维大地电磁反演中,使用好的初始模型非常重要.尽管均匀初始模型广泛用于三维反演,但一维的初始模型也是个不错的选择,因为一维模型较均匀模型可以更恰当地描绘地球内部的实际电导率变化.本研究提出了一种分两步进行的三维反演方法,该反演方法尤其适用于海洋大地电磁研究.该方法首先反演得到一维初始模型,进而依此反演三维电导率结构,并且这两次反演中均考虑了表层三维地形变化.该方法测试了含有不同地形变化(凹陷、平滑变化、槽形和方形高原地形)和不同三维棋盘类型异常(尖锐或平滑横向电导率变化)的三维电导率模型.文章比较了基于所提出方法获得初始模型和基于地形校正方法得到的初始模型,还对基于本研究方法得到的三维反演结果与基于不同的均匀初始模型得到的反演结果进行了比较.利用新引入的模型矢量参数的方向信息讨论了这些反演的结果,验证了该方法的性能和有效性.文章还揭示了新引入的模型向量参数可用于显示反演的收敛性,将有助于选择合适的反演模型.     

三论青藏高原近地表大气氧含量影响因素及其贡献率

全球变暖背景下,预计21世纪大气中的氧气浓度将继续下降.青藏高原地处高海拔地区,缺氧形势严峻,对影响其大气氧含量因素及其量化研究仍相对匮乏.本文对北京房山站的气象要素、青藏高原生态系统产氧、碳汇和近地表大气氧含量进行了联合观测.利用季节差异和统计方法,计算了植被对近地表大气氧含量变化的相对贡献率.研究结果表明,太阳辐射、大气湿度、生态系统耗氧和产氧对近地表大气氧含量有显著影响,且其影响呈现出时空差异.基于季相差异计算结果,植被对近地表大气氧含量影响显著,贡献率达到16.7%～24.5%,已有研究低估了植被的贡献率.研究结果为认识影响近地表大气氧含量的因素提供了重要依据,突出了植被的贡献率.为更好地了解青藏高原的氧气动态,未来需在青藏高原进行更多土壤呼吸和植被光合作用的实地观测,以厘清碳储、碳汇等对近地表大气氧含量的贡献.