全球火山活动时空分布特征及其对强震活动趋势的指示

基于史密森学会火山目录分析了全球火山活动的时空特征,并结合中国地震台网目录讨论了火山活动对全球和中国大陆强震活动趋势的指示意义。结果显示:①全球火山活动表现出较为显著的百年周期特征,且百年周期内火山活动和M≥8.0大震之间存在着频次准同步和能量互补现象;②中国大陆1955年前后强震活动状态的变化可能与同期全球火山活动状态变化密切相关,且二者可能受控于百年周期内地球内部能量积累与释放的状态变化;③2022年汤加火山的剧烈喷发意味着地球内部能量仍在持续释放。结合全球M8地震和中国大陆M7浅源地震的活动特征,认为当前及未来一段时间全球及中国大陆的大震活动状态可能与二十世纪上半叶相似。

SDC/YSZ/GDC复合电解质膜燃料电池研究

在钐掺杂的氧化铈(SDC)主电解质层上利用射频磁控溅射法沉积了氧化钇稳定的氧化锆(YSZ)电子阻隔层和钆掺杂的氧化铈(GDC)化学隔层,制备了SDC/YSZ/GDC多层复合电解质膜及电池。对复合电解质膜的固体氧化物燃料电池进行了物相分析、微观结构表征和电化学性能测试。结果表明,复合电解质膜有效提升了电池的开路电位(OCV)和最大输出功率密度,这是因为复合电解质膜具有较高的离子电导率和电子电阻。

净化甲醇重整气用于PEMFC的研究进展

质子交换膜燃料电池(PEMFC)使用氢气作为燃料,但氢气的存储和运输仍然面临诸多挑战。选择液态储氢燃料甲醇进行在线制氢是解决氢源问题的有效途径之一。其中,甲醇水蒸汽重整制氢具有反应温度适中、高产氢、吸放热容易平衡等特点,得到广泛关注。从不同的应用场景出发,概述了甲醇水蒸汽重整制氢用于PEMFC电动车高纯氢气净化示范装置、燃料电池通信基站、高速公路智慧能源站等研究进展,总结了不同重整气净化工艺及其应用现状,并展望了未来的研究方向。

关于1920年海原大地震震级高估的讨论

1920年海原大地震作为史料记载以来中国大陆震级最高、伤亡最多的极具破坏性的地震之一,开启了我国用现代地震学方法研究大地震的新篇章,在我国地震研究史上具有里程碑的意义。最新研究结果表明,1920年海原大地震的矩震级为M_(W)(7.9±0.2),与文献和大众广泛接受的M8(1/2)的数值相差较大。本文通过对震级标度及其演化历史的总结和梳理,阐述了仪器记录早期阶段基于地震波波形振幅和频率的震级标定存在系统偏差的问题,这与仪器限制、台站稀疏、标定不统一等因素有关,也使得1920年海原大地震和同时期世界上其它一些重要大地震的震级不同程度被高估。在各种震级标度中,矩震级MW与地震破裂面积和位移等物理参数关联,是地震震级的最佳标定方法。震级作为表述地震大小和能量的重要参数,被广泛地用于评估断层未来的地震潜势;震级的偏差对地震活动时空分布样式的研究会产生重要影响,并造成基于历史地震资料的地震危险性评价和灾害评估等产品的可信度降低。因此,本文倡导对历史地震震级进行检验和修订,并建议1920年海原大地震的震级采用矩震级M_(W)(7.9±0.2)表示,修正后的1920年海原大地震的震级与2008年汶川地震(M_(W)7.9,M_(S)8.0)和2001年昆仑山大地震(M_(W)7.8,M_(S)8.1)相当。

“中国地震预报论坛学术交流(2023)”专辑序

1引言自2013年以来,中国地震预报论坛(以下简称“论坛”)已成功举办十一届年度学术交流会议^(①)。为了能够有效记录学术交流实况,并有助于历次交流内容的查阅和检索,国家工程技术图书馆自2014年开始完整收录中国地震预报论坛年度学术交流文集(注:早期为摘要集,自2021年开始限定篇幅和字数,拓展为短文以达会议文集之实)。为了提升年度学术交流文集的质量及其影响力,中国地震预报论坛2017—2019年期间的论坛年度学术交流论文专辑在《国际地震动态》每年第8期出版。

氢燃料电池电堆寿命影响因素及机理分析

氢燃料电池是一种电化学转化装置,与传统内燃机相比,具有启动速度快、工作效率高、环境友好、噪音小、特征信号低等优点,非常适合在城市交通、太空、水下等环境中使用。然而,受耐久性及成本限制,目前氢燃料电池仍无法达到大规模商用的水平。氢燃料电池耐久性提升成为其未来应用亟待解决的难题,要攻克这一难题,必须深入了解影响电堆衰减的因素及衰减机理。从操作工况和操作条件两个方面综述了氢燃料电池电堆衰减机理及研究进展,重点对膜电极中关键材料(包括催化层、气体扩散层、质子交换膜)在启停工况、动态工况、怠速工况、水管理、热管理、冷启动、气体毒化以及电堆组装条件下电堆的衰减机理等进行了总结。

《地震数值预测总体设计导论》序跋

地震数值预测一直是我们追求的目标,由中国地震局地震预测研究所学者编著的《地震数值预测总体设计导论》(图1)要与大家见面了,为了让大家提前了解该书内容,特刊出张怀教授(序一)、张晓东研究员(序二)、徐锡伟研究员(序三)应邀为该书所作的3个序和吴忠良研究员、邵志刚研究员、张永仙研究员应邀为该书所作的跋。

铁掺杂五边形石墨烯对CO气敏性的第一性原理研究

基于非平衡格林函数结合密度泛函理论,采用第一性原理计算了五边形石墨烯(PG)、CO/PG、Fe-PG和CO/Fe-PG这4种体系的电子性质和输运性质,探究PG以及Fe-PG对CO分子的气敏性。首先,Fe-PG在吸附CO分子过程中大量电荷发生转移,同时具有较低的吸附能,说明CO分子与Fe-PG之间的相互作用较强,表明Fe-PG体系对CO分子的吸附更加敏感。其次,计算出了4种体系的态密度,结果发现Fe-PG和CO/Fe-PG体系之间的态密度发生较大变化,这进一步说明了CO分子与Fe-PG之间具有较强的相互作用,Fe-PG体系对CO分子的吸附具有较为敏感的特性。最后,计算其输运性质,通过输运电流的结果对比发现Fe-PG对CO分子的敏感度比原始PG高出2个数量级,且在零偏压下的透射谱进一步证明Fe-PG是一种检测CO分子的良好传感材料。该研究表明,在PG结构体系中适当引入Fe原子掺杂,可以大幅提升PG对CO分子的气敏性。

电解水制氢技术研究进展与发展建议

随着日益增长的低碳减排需求,氢的绿色制取技术受到广泛重视,利用可再生能源进行电解水制氢是目前众多氢气来源方案中碳排放最低的工艺。本文梳理了氢能需求和规划的进展、电解水制氢的示范项目情况,重点分析了电解水制氢技术,涵盖技术分类、碱水制氢应用、质子交换膜(PEM)电解水制氢。研究认为,提升电催化剂活性、提高膜电极中催化剂的利用率、改善双极板表面处理工艺、优化电解槽结构,有助于提高PEM电解槽的性能并降低设备成本;PEM电解水制氢技术的运行电流密度高、能耗低、产氢压力高,适应可再生能源发电的波动性特征、易于与可再生能源消纳相结合,是电解水制氢的适宜方案。结合氢储运与电解制氢的技术特征研判、我国输氢需求,提出发展建议:利用西北、西南、东北等区域丰富的可再生能源,通过电解水制氢产生高压氢;氢送入天然气管网,然后在用氢端从天然气管道取气、重整制氢,由此构成绿色制氢与长距离输送的系统解决方案。

青藏高原东北缘活动断裂剪切模量及应力状态数值模拟

作为控制断层两盘相对运动的重要因素,断裂带介质力学性能与断层面上的滑动速率及应力状态、区域地壳运动速度场等密切相关.受印度板块北东向推挤以及阿拉善地块和鄂尔多斯地块的阻挡作用,青藏高原东北缘构造变形复杂.本文在综合区域动力学环境、活动断裂空间展布以及下地壳黏滞性结构的基础上构建了青藏高原东北缘三维有限元动力学模型;以GPS速度场为约束模拟研究了断层剪切力学性能对区域地壳运动速度场图像的控制作用,进而在最优模型基础上分析了当前青藏高原东北缘不同断裂的应力状态.结果显示:阿尔金断裂东段和广义海原断裂对区域地壳运动速度场控制作用强烈,但二者剪切力学性能相反,阿尔金断裂东段断层剪切模量与周边地壳介质相当,而广义海原断裂断层剪切模量可低至周边地壳介质剪切模量的1/10000;六盘山断裂和西秦岭北缘断裂对区域地壳运动速度场的控制作用较弱,模拟结果显示二者均具有较强的剪切力学性能.基于最佳模型的应力状态分析指出:阿尔金断裂东段,广义海原断裂西段的木里—江仓断裂、中段的金强河—毛毛山—老虎山断裂、东段的六盘山断裂,以及西秦岭北缘断裂中西段当前应力率水平较高,且与前人给出的青藏高原东北缘高闭锁区域吻合.动力学上的高应力率与运动学上的强闭锁良好吻合,预示着这些断裂是地震危险分析值得关注的区域.

中国大陆活动地块边界带主要断层的强震震间晚期综合判定

由于中国大陆强震主要分布在活动地块边界带上,所以活动地块边界带主要断层成为我国大陆型强震研究的重要目标,各强震孕育阶段的判定是大陆型强震原地复发的动力学过程研究主要内容,而目标断层是否处于震间晚期也是强震时间预测的重要研究基础.虽然地震短临预测仍存在诸多科学难题,但最近20年来全球若干强震相关研究表明,如果放宽预测时间尺度的要求,有些方法也可用于强震震间晚期的判定.本文以中国大陆活动地块边界带的391条断层段为研究目标,利用地震地质的强震破裂空段、大地测量的断层运动闭锁段、地震活动的中小地震稀疏段、数值模拟的库仑应力增强显著段等方法,综合判定中国大陆活动地块边界带可能处于震间晚期的主要断层段.本文结果仅是初步结果,该结果的可靠程度有赖于监测条件,其科学性有赖于大陆型强震孕育发生动力学过程的认识水平,虽然本文尝试给出中国大陆活动地块边界带主要断层的震间晚期判定结果,但其结果可靠程度、精细程度等均存在巨大的改善空间.最后,从断层孕震阶段判定需求的角度,本文尝试给出大陆型震源物理模型的具体基础模型,期望起到抛砖引玉的作用,也期望更多地震学家关注大陆型强震的物理机制及其预测基础研究.

我国新型能源材料发展战略研究

作为战略性新兴产业的重要组成部分,新型能源材料产业的发展关系到国民经济、社会发展和国家安全。本文选取锂离子电池和燃料电池这两种典型新能源关键材料,总结了国内外新能源材料的发展情况,分析了我国相关材料产业发展存在的原始创新不足、关键战略材料产业链安全面临威胁、高端产品自给率不高、高端应用自主保障能力不足以及"产学研用"合作平台欠缺等问题,展望了国内外新材料研发与产业的发展趋势。面向2025年和2035年的发展要求,阐述了我国新能源关键材料在锂离子电池和燃料电池领域的发展思路,细化了发展目标和重点任务。研究建议:完善顶层规划,加大创新驱动政策支持力度,培育优势企业,开展生产应用示范平台建设,加强人才队伍建设,以期实现我国新能源材料的跨越发展。

华北地区库仑应力演化与强震活动关系

采用更加符合长期变形和震后短期变形的Burgers流变模型,模拟了华北地区1303年以来6.5级以上地震引起的同震和震后库仑应力演化.结合华北地区历史地震期幕活动特征,分析了不同活跃期之间、同一活跃期内不同地震之间的库仑应力加卸载效应.结果表明:华北地区不同活跃期的强震主体活动区受控于历史强震的库仑应力加载作用;每个活跃期内强震活动主体区在空间上的迁移与该活跃期内首个7.5级以上地震的触发作用有关;华北地区每个活跃期内强震活动在时间上表现出的“平静期—活跃警告期—高潮期—剩余释放期”应该是区域动力加载过程的一种表现.岩石圈流变松弛效应引起的库仑应力变化对华北地区强震活动时空演化有显著的促进作用.本研究讨论了库仑应力变化在华北地区历史地震活动时空演化过程中可能扮演的角色,为探索华北地区强震活动空间迁移和韵律特征蕴含的构造动力学过程,以及与之相关的地震危险性判定提供参考依据.

基于多学科物理观测的地震概率预测方法在川滇地区的应用

川滇地区是我国地震灾害最为严重的地区之一,地震灾害评估对该地区的防震减灾具有重要意义,概率地震危险性分析是量化地震危险性的有效手段.这一方法要求使用可获得的最佳资料来计算地震的长期发生率.通过对比美国加州地区与我国川滇地区积累的资料发现,目前川滇地区的资料积累水平与加州地区正在使用的第三版加州地震破裂预测模型(UCERF3)的要求还有差距,但已可进行多学科综合地震概率计算.通过收集川滇地区地震地质、大地测量和测震学等资料,计算了川滇菱形块体及周边地区不同震级地震的长期发生率,在此基础上给出了未来30年泊松与非泊松分布下峰值地表加速度超越概率的分布.结果显示,在目标峰值加速度较低时,鲜水河断裂带、安宁河断裂带、则木河断裂带、小江断裂带、红河断裂带和小金河断裂带等川滇菱形块体主要边界带均具有较高的超越概率;在目标峰值加速度较高时,川滇菱形块体东边界的鲜水河断裂带、小江断裂带北段和南段以及莲峰-昭通断裂带仍具有较高的超越概率,但其中安宁河断裂带、则木河断裂带和小江断裂带中段概率相对较低.最后通过将本研究的结果与前人结果对比,讨论了结果异同的原因.

川滇菱形块体东边界库仑应力演化及强震发生概率估算

本研究基于分层黏弹介质模型,考虑强震或大地震同震位错、震后黏滞松弛及主断层段震间构造应力加载三方面效应,给出1480年以来,川滇菱形块体东边界鲜水河断裂带、安宁河断裂带、则木河断裂带和小江断裂带共20个断层段由三方面效应引起的累积库仑应力变化随时间的演化,分析强震间相互作用和强震发生的应力累积背景,定性分析各断层段的地震危险性.同时,分别采用现今台网地震目录和川滇菱形块体东边界各断层段强震复发间隔两种资料,定量计算2030年各断层段的强震发生概率;并基于摩擦本构理论,将周边强震引起的库仑应力变化量作为应力扰动,修正强震发生概率的计算结果.各断层段累积库仑应力演化的结果表明,鲜水河断裂带中部八美段、色拉哈段及南部磨西段、安宁河断裂带冕宁—西昌段、小江断裂带北部巧家—东川段和南部建水段的累积库仑应力显著增加.修正的强震发生概率计算结果显示,鲜水河断裂带中部八美—色拉哈—康定一带、安宁河断裂带冕宁—西昌段、小江断裂带南部华宁—建水一带强震发生概率较高,地震危险性值得关注.本研究基于库仑应力演化计算定性分析强震危险性的同时,基于摩擦本构律理论,结合地震引起的应力扰动和强震发生背景,定量计算修正的强震发生概率,为川滇菱形块体东边界强震危险地点及中长期发震紧迫程度判定提供方法和依据.

车用燃料电池电堆比功率提升的技术途径探讨

燃料电池车作为新能源汽车的一种,以其续驶里程长、动力性能高、燃料加注快、兼容可再生能源等特点,得到愈来愈广泛的重视。燃料电池堆是燃料电池汽车的核心,其比功率是反映燃料电池堆技术水平的重要指标,掌握高比功率燃料电池电堆技术可以降低电堆硬件数量,从而也会使电堆成本得到大幅降低。国际上先进的燃料电池堆由于具有高的比功率使其在车辆有限空间能提供较大功率,满足了车辆动力需求;然而,国内目前电堆比功率相比国际先进水平还有一定差距,针对这一问题,本文从高活性催化剂、增强复合质子交换膜、高扰动流场、导电耐腐蚀薄金属双极板、电堆组装与一致性等多方面,探讨了提高燃料电池电堆比功率的技术途径,基于理论与实践积累分析了燃料电池活化极化、欧姆极化及传质极化与材料、部件、组装的关联性,为进一步提高燃料电池堆性能与比功率提供方向性参考。

中国陆区活动地块边界带主要断层10年尺度强震发生概率

中国陆区孕震环境具有“垂向分层,横向分块”的特征,活动地块边界带对中国陆区的强震具有控制作用,针对活动地块边界带主要断层开展10年尺度强震危险性定量研究对抗震设防工作有重要意义.本文综合不同区域断层离逝率样本建立了中国陆区通用强震复发模型,在此基础上,对各断层段强震概率进行预测.由于中国陆区幅员辽阔,不同断层的研究程度有较大差距,部分断层由于缺乏计算离逝率的资料而无法获得强震概率.因此本文使用不同方法对相关资料进行了补充.针对缺乏强震复发周期记录的断层段,通过统计断层运动速率与强震复发周期的经验关系,使用地震地质资料或大地测量资料给出的断层运动速率计算强震复发周期;针对缺乏强震离逝时间记录的断层段,根据地震目录完整时间给出强震离逝时间的分布.在此基础上,获得了中国陆区活动地块边界带主要断层的391个断层段未来10年的强震累积概率和条件概率.由于相对预测时长对条件概率的影响较大,而中国陆区不同断层段的强震复发周期有较大差别,本文主要依据累积概率分析强震危险性.结果表明,未来10年强震危险性较高的断层段主要集中于川滇菱形地块东边界、青藏高原东北缘、鄂尔多斯地块东边界与西北边界、天山地区和喜马拉雅弧等区域.

新型二维碳材料net-Y光学性质的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理研究方法,对新型二维碳材料(单层net-Y)的光学性质进行了研究.基于反射、吸收、折射和介电函数等数据分析了单层net-Y的光学性质.计算结果表明:在E x、E y和E z这3个方向极化下,单层net-Y的复介电函数、复折射函数、吸收系数等光学性质表现出显著的各向异性.光学性质研究表明:该材料在整体光区具有极不敏感的光反射性质,且在紫外光区具有高吸光系数以及在能量频率为10.0 eV处具有极低的消光系数.此外,与其他波段的光相比,在E y极化下单层net-Y对黄光有更强的光折射响应.

“中国地震预报论坛学术交流(2022)”专辑序

1引言为了能够有效记录学术交流实况,并有助于历次交流内容的查阅和检索,中国地震预报论坛2017-2019年期间的学术交流论文专辑在《国际地震动态》每年第8期出版。2020年度学术交流文集在《地震地磁观测与研究》2021年第2期以“中国地震预报论坛学术交流(2020)”专栏形式刊出,中国地震预报论坛2021年度学术交流文集在《地震地磁观测与研究》2021年增刊1刊出。中国地震预报论坛2022年度学术交流文集拟在本《地震地磁观测与研究》2022年增刊1刊出。自2022年开始,在Frontiers in Earth Science出版英文专辑,以扩大宣传中国在地震预报研究领域的最新进展。

川滇地区4个地温钻孔监测数据分析

通过分析川滇地区4个浅层地温观测台站(宾川台、丽江台、腾冲台和五龙台)的地温日连续资料表明,太阳辐射的年周期影响随着地下深度的增加逐渐减弱,在地下14m深度,太阳辐射年周期的影响已经基本消失,与理论计算存在一定差异,可能与台站地下介质特性及川滇地区普遍发育的热泉有关。太阳辐射的波峰随深度呈指数衰减,波谷随深度呈对数增加,在14m深度处,太阳辐射的波峰波谷影响基本消失。通过牛顿迭代法反演不同深度的热扩散系数,结果显示,宾川、丽江、腾冲3个台站热扩散系数随深度增加而增大;五龙台从4m以下深度开始,其热扩散系数随深度增加而增大。虽然4个地温台站的热扩散系数随深度增加的变化幅度不同,但基本都呈指数函数变化规律。