地球-大气-海洋系统熵收支的估算

地球-大气-海洋系统的能量收支遵循热力学第一定律(能量守恒定律),是守恒的;而系统的熵收支却遵循热力学第二定律(熵增加原理),是不守恒的.文中给出并讨论了地球-大气-海洋系统的熵平衡方程并根据新近的全球多年平均的能量收支和海-气界面通量气候资料,重新对地球、大气和海洋系统界面上的年平均熵收支作出估计,以期为进一步研究系统内部不可逆过程导致的熵产生及其局域熵的时-空变化提供一个定量依据.

海南省海洋渔业生态-经济系统脆弱性及其影响因素分析

根据1998—2019年海南省海洋渔业统计数据,基于暴露性、敏感性、适应性三个维度,运用熵权法构建海南省海洋渔业生态-经济系统脆弱性评价指标体系,探讨海南省海洋渔业生态-经济系统脆弱性时间变化趋势及其影响因素.结果表明:(1)研究期内海南省海洋渔业生态-经济系统脆弱性经历了先升后降的变化历程,2008年以后系统脆弱性波动下降,处于中度脆弱阶段,但2016年以后系统脆弱性有上升趋势;(2)人类渔业活动对海洋渔业生态系统造成的压力持续增加导致研究期内系统暴露性持续上升,经济社会对海洋渔业依赖性减弱有效改善了系统敏感性,抗干扰能力和恢复能力的增强使系统适应性持续提升;(3)海洋渔业捕捞和养殖活动、经济和社会对海洋渔业依赖程度与科技支撑能力是影响系统脆弱性的重要指标,其中,海洋渔业经济社会依赖程度和科技水平的提升是海南省海洋渔业生态-经济系统脆弱性的关键影响因子.

地球系统科学时代的海洋地质-地球物理调查展望

本文基于研究文献搜集和资料统计,总结出海洋地质-地球物理调查具有平台多样化、装备高精化、技术方法系列化、目标综合化的现状特点,并通过分析海洋地质-地球物理调查研究与地球系统科学之间的密切关联性,指出地球系统科学理念对海洋地质-地球物理调查研究范式、方向和内容、技术架构具有宏观全面的指导意义。未来的海洋地质-地球物理调查研究将在调查理念、装备技术、方法手段、合作研究、数据融合交换与共享5个方面有显著的改变和新一轮的转型升级。

我国海洋经济-社会-生态系统耦合协调度研究

判断我国海洋经济-社会-生态系统耦合协调发展态势对促进我国海洋经济高质量发展具有重要的战略决策参考价值。文章运用耦合协调度模型测度2006—2019年我国海洋经济-社会-生态系统耦合协调度水平,并采用障碍度模型分析其主要障碍因子。研究发现:我国海洋经济子系统和社会子系统综合发展指数均呈显著上升趋势,生态子系统综合发展指数最高但未表现出显著增长态势;2006—2019年我国沿海地区整体耦合协调度水平呈上升趋势,耦合协调等级由勉强协调上升为中度协调,三大海洋经济圈耦合协调度水平由高到低依次为东部海洋经济圈、北部海洋经济圈和南部海洋经济圈;海洋劳动生产率、居民人均消费支出、海洋专业专科及以上在校学生数和治理废水项目完成投资额等是制约我国海洋经济-社会-生态系统耦合协调发展的主要障碍因子。

台湾海峡西侧海湾-岛屿系统影响下的流场年季变化——以南日水道为例

台湾海峡地理位置独特,西侧海域海湾-岛屿系统普遍发育,显著影响了海域流场分布。同时,海峡西岸经济区的快速发展对区域海洋动力环境背景场及其变化的精细认识提出了更高的要求。福建莆田南日岛西侧南日水道是连通兴化湾与平海湾的主要水道,是区域海洋动力环境的“咽喉”所在,在区域海洋环境保护与科学开发利用中居于至关重要的位置。为了全面认识台湾海峡西侧海湾-岛屿系统影响下区域海洋动力环境背景场的年季变化,本研究利用布放在南日水道的座底观测系统获得的周年海流资料,结合同期气象风场资料,通过数据统计分析、调和分析、滤波处理和小波变化等手段,研究了南日水道内海流的季节变化规律和驱动余流的动力要素,初步探讨了热带气旋等对海洋动力演化过程的影响。研究结果表明,研究海域潮流为不正规半日浅海潮流,并具有明显的半月周期,涨潮流大于落潮流,涨潮流主方向为WNW向,落潮流主方向为SE—ESE向。旋转谱结果表明,研究海域以半日潮为主,逆时针能量强于顺时针,惯性周期无明显的谱峰。潮流强度的季节变化特征为冬季最强,秋季、春季次之,夏季最弱。夏、秋季的余流流速较其他季节明显偏大,表层余流有明显的季节特征,底层余流全年为北向流。观测点余流主要由风引起,二者有很好的相关性,但频率统计结果显示二者方向不一致,表明余流在地形的作用下发生了转向,其中潮致余流对表层余流贡献较小。小波能量图表明,双台风(热带气旋)期间风和余流均存在1 d及6 d左右的周期信号,二者密切相关。本研究成果对于区域海洋环保以及海域科学开发与应用具有重要的现实意义。

基于“环境-任务”的气象海洋环境构设框架设计

战场气象海洋环境构设的目的是建立一个逼真的仿真环境,使得其中的作战实体在完成作战任务的过程中感受并受到气象海洋环境的各类影响,每类作战实体均有自身的气象海洋环境特性,气象海洋环境与作战实体任务之间存在一种客观的影响关系。该文试图建立一种气象海洋环境-作战任务的影响关系形式化描述方法,基于该方法,提出一种基于“环境-任务”的仿真环境构建框架,降低气象海洋环境构设的复杂度,为高效、有目标的战场气象海洋环境构设提供支撑。

岩浆-热液成矿系统中铁同位素地球化学研究现状

铁元素是岩浆-热液成矿系统中参与成矿的重要金属元素之一,岩浆-热液矿床中富铁矿物(黄铁矿、磁铁矿、黄铜矿、磁黄铁矿、斑铜矿、毒砂、菱铁矿)的δ^(56)Fe值变化较大(-2.07‰~+1.58‰),指示铁同位素在岩浆演化、流体出溶和热液演化过程中均存在明显的分馏,因此,在约束岩浆-热液成矿系统中成矿金属的迁移-富集-沉淀过程和示踪成矿物质来源方面具有巨大的应用潜力。通过整理和分析前人研究资料,文章总结了岩浆-热液成矿系统岩浆演化、流体出溶和热液演化过程中铁同位素地球化学行为的研究现状。岩浆演化过程中铁同位素会发生显著分馏,如部分熔融过程中,熔体相比残余固相富集重铁同位素;矿物分离结晶会引起残余熔体铁同位素组成的变化,主要受含Fe2+或Fe3+矿物结晶的影响,如磁铁矿分离结晶会导致残余熔体铁同位素组成变轻,总体反映岩浆氧化还原状态对铁同位素分馏的主要控制作用,因此,含矿岩体铁同位素组成及其变化可用于确定岩浆的氧化还原状态。流体出溶是含矿岩浆演化成为岩浆热液矿床的关键过程,出溶流体相对于母岩富集轻铁同位素,但实验研究表明出溶流体铁同位素组成可能受其中铁的迁移形式、与流体平衡的含Fe2+或Fe3+矿物的比例、相分离和流体混合等多种因素影响。热液演化过程中,含铁热液矿物沉淀会引起流体铁同位素组成的变化,磁铁矿沉淀会导致流体富集轻铁同位素,而含铁硫化物(如磁黄铁矿)沉淀则会使得流体逐渐富集重铁同位素,显示热液流体氧化还原状态对铁同位素分馏的控制作用。由于黄铜矿被认为可以有效记录流体的铁同位素组成,其铁同位素值被用于区分热液流体氧化还原状态。铁元素作为岩浆-热液成矿系统中直接参与成矿的元素,为直接示踪成矿物质来源提供了可能性,然而,岩浆演化、流体出溶和热液演化过程中铁同位素的明显分馏,导致利用铁同位素示踪成矿物质来源的特殊性。进一步明确流体出溶、热液演化等地质过程中的分馏规律,是利用铁同位素示踪成矿物质来源的关键。

中国典型季风海洋性冰川区“冰川-径流”系统的全球变化敏感性研究

分析多种数据和资料,再现海螺沟冰川过去100年来的冰川进退过程,分析发现,冰川末端变化阶段在滞后期的基础上,与北半球和中国气温变化的阶段相对应。运用水量-物质平衡法恢复海螺沟冰川45年来的物质平衡变化情况,通过相关性检验发现,物质平衡变化与北半球和中国同期（1960～2004年）气温变化表现出显著负相关。20世纪80年代全球加速变暖,海螺沟冰川冰舌段消融速率为7.86 m/a,冰川河径流量年际和季节变化表明流量主要贡献者是冰雪融水。分析表明,全球变暖是冰川后退、持续亏损及径流量增加的主要原因。

典型多尺度海面结构体辐射散射方向-光谱特性计算与分析

针对3级以上海况的高精度海洋场景红外仿真问题,提出一种“先拆后建”的研究思路:将含泡沫和破碎波的多尺度海面抽象为粗糙海面、泡沫、破碎波的组合,进而拆解出“粗糙海面”、“含泡沫粗糙海面”、“含破碎波粗糙海面”3类典型多尺度海面结构体,最后通过海面栅格化、结构体匹配、方向-光谱特性重构渲染等方法,由3类典型多尺度结构体方向-光谱特性组合重构大范围海面辐射散射特性,完成多尺度海面“气-面-体”耦合辐射/散射特性的计算。对拆解出的3类典型多尺度海面结构体分别开展多尺度耦合辐射、散射特性建模研究,构建3类多尺度海面结构体辐射散射方向-光谱特性计算模型,并对结构体辐射散射方向-光谱特性的影响因素进行分析,结果表明:随着海面风速的增大,海面典型结构体中的泡沫厚度及气泡浓度逐渐增大,使得结构体的散射能力增强,从而增大结构体的双向反射分布函数;随着探测波长的增大,海水的吸收性显著增强,导致不同风速条件下结构体双向反射分布函数之间的差异显著增大;对于不同的入射角,结构体双向反射分布函数最大值对应的天顶角随入射天顶角的变化逐渐发生变化。

6061铝合金在模拟工业-海洋大气环境下的腐蚀研究

通过紫外辐射老化试验和周期浸润试验,利用腐蚀表面和截面形貌分析、力学性能测试及拉伸断口扫描分析等,研究了6061铝合金在模拟工业-海洋大气环境下的腐蚀行为及机理。腐蚀形貌观察发现,6061铝合金在该环境下的腐蚀由点蚀引起并扩展,同时,试样发生沿晶腐蚀,8个周期后沿晶腐蚀裂纹扩展深度达80μm。模拟工业-海洋大气环境中的硫化物不仅对试样表面的点蚀产生很大影响,而且硫酸根离子会随着腐蚀介质深入晶界,加速沿晶腐蚀。力学性能分析表明,在该环境下腐蚀8个周期后,试样的延伸率大幅下降,下降率达26%,断裂机理发生改变,点蚀和沿晶腐蚀导致6061铝合金从韧性断裂转变为解理脆性断裂。

中国陆地-大气系统水分循环研究

建立了中国大陆尺度和区域尺度陆地－大气系统水分循环概念模型；讨论了中国大陆尺度水文循环的特点；比较了东北、华北、西北、西南、华南、长江流域、西藏高原和台湾岛水分循环的差异。对水分循环参数的计算作了改进。

酸沉降地区大气汞对土壤-植物系统汞累积影响的调查研究

按酸沉降危害程度的差异及不同功能区，进行了大气、植物、土壤汞的同步调查采样分析。结果表明，大气汞对土壤－植物系统汞累积的影响非常明显，土壤、植物含汞量均随大气汞浓度的升高而升高，土壤－植物系统汞累积与大气汞浓度有显著的相关（相关系数分别为ｒ植＝０．８８２＊＊，ｎ＝５３；ｒ土＝０．７４１＊＊，ｎ＝５２）。调查还发现，当大气汞浓度大于３０ｎｇ／ｍ３时，土壤－植物系统汞累积较为明显。

区域大气-海浪-海洋耦合模式的建立

台风天气过程中海-气-浪相互作用是通过海-气界面的热力过程和动力过程等物理过程来实现的.通过全面考虑大气诱导的海洋变化对大气的效应和海洋诱导的大气扰动对海洋的效应,从海-气-浪相互作用过程中海-气界面的热力过程和动力过程2个方面,应用分布式多平台耦合器将大气模式MM5、海浪模式WAVEWATCH-Ⅲ和海洋模式POM进行耦合,建立了一个区域大气-海浪-海洋耦合模式.

土壤-植被-大气系统水和热传输机理及区域蒸散模型(英文)

在不同空间和时间尺度上建立了估算土壤 植被 大气系统水、热传输的模型 ,并且在华北平原中国科学院两个农业生态试验站设计了 3个试验 ,验证模型的精度和有效性 .第一个模型是基于瞬时通量观测基础上建立的植被冠层光合 导度 蒸散耦合模型 ,它模拟的结果与涡度相关系统测定结果比较一致 ;第二个模型为一维 3层的土壤水量平衡模型 ,此模型成功用于模拟 1 998— 2 0 0 3年度太行山山前平原不同灌溉条件下的土壤水分深层入渗和蒸散过程 ;第三个模型为区域能量通量和日蒸散模型 ,它基于卫星遥感数据和地面同步观测而建立 ,本模型可以监测区域地表的干旱状况 ,用于估算区域能量通量和日蒸散 .

热带海洋-大气耦合的主模态

依据1948年1月～2005年12月NCEP的海表温度(SST)和大气再分析的月平均资料,利用MCA方法,首次确定了代表全球热带海洋-大气相互作用的最主要信号的热带海洋-大气耦合主模态,该主模态随时间的变化与热带太平洋埃尔尼诺-南方涛动(ENSO)模态非常一致,揭示了该主模态包含以下海洋-大气相互作用物理过程:秋季印度尼西亚海洋-大陆区上空850 hPa出现异常的纬向风辐散和经向风辐合导致赤道东、中太平洋海温正异常,热带印度洋海温则出现东冷-西暖的—"偶极子"型异常;冬季热带太平洋出现典型的ENSO盛期对应的海洋-大气耦合型,在南海和热带远西太平洋出现低空反气旋环流异常,热带印度洋出现海盆一致增暖,而热带大西洋海温异常不明显;冬季热带太平洋和热带印度洋的SST异常可以导致春季赤道中太平洋西风异常,南海冬季风减弱,热带西北太平洋出现更明显的低空反气旋环流异常和赤道东风异常,热带西北大西洋出现西南风异常;该模态对夏季大气环流的影响主要表现为热带印度洋海盆一致模态对东亚季风的影响。

基于大气-土壤-植被系统干旱发生发展过程的综合干旱指标构建与应用

适宜的干旱指标和高分辨率数据是准确监测干旱的基础。本研究从气象干旱和土壤干旱以及植被对干旱的响应出发,整合中国国家气象观测站、中国气象局陆面数据同化系统(CLDAS)土壤湿度(0.0625°×0.0625°)和MODIS叶面积指数(500 m×500 m)等多源数据信息,构建了基于气象干旱指数(标准化降水蒸散指数)、土壤干旱指数(土壤湿度百分位)和植被干旱指数(叶面积指数百分位)的综合干旱指数,并在中国东北地区开展了典型站点和区域10 km×10 km空间分辨率干旱监测试验。结果表明,综合干旱指数克服了单一气象干旱指数不能准确反映农业旱情及单一植被长势指数会将其他灾害引起的植被长势变差误判为干旱的不足,能够反映灌溉对干旱的影响,实现对大气-土壤-植被系统干旱发生、发展及其影响的监测。

湿热工业-海洋大气中铝对桥梁钢耐蚀性的影响

通过周期浸润加速腐蚀试验、腐蚀失重试验、扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、电化学测试等方法,研究了湿热工业-海洋大气环境中,铝对桥梁钢耐蚀性的影响。结果表明:试验钢的腐蚀过程遵循幂函数分布规律,锈层以向内生长为主;铝具有强化铁素体组织、抑制腐蚀产物结晶和促进具有保护作用的细晶氧化物膜生成等优势,有利于提高试验钢的耐蚀性,但铝氧化物容易与含硫酸发生反应,使锈层中形成较多的锈巢和裂纹;随腐蚀时间的延长,裂纹增多,锈巢增大,锈层结构不断被破坏,到腐蚀后期,生成垂直裂纹,加速了腐蚀性粒子的入侵,最终导致腐蚀速率上升,钢基体腐蚀恶化。

近岸海域生态地球化学调查评价方法及内容探讨——海底沉积物-水-底栖生物系统调查评价

近岸海域生态地球化学调查,是中国地质调查局实施的多目标地球化学调查项目的重要内容之一。本文提出和探讨了关于开展“海底沉积物-水-底栖生物系统”调查评价的内容、方法及其工作要求。建议对系统的3种组成介质进行同站位、同步和近原始状态(未扰动)、密度网格采样,辅助开展海洋地球物理剖面测量,分析评价海底表层环境系统内重金属元素来源、运移的地球化学作用及其生态效应。

浙江省海洋经济-资源-环境系统协调性的定量测评

海洋经济、资源、环境的协调性是衡量海洋经济可持续发展水平的重要依据。本文在对浙江海洋经济、资源、环境现状分析的基础上,构建海洋经济-资源-环境系统的评价指标体系,同时运用协调系数测度模型分析浙江海洋经济-资源-环境系统的协调发展水平。结果显示,浙江海洋经济-资源-环境系统协调系数呈现"V"型;海洋经济-资源系统的协调系数基本高于经济-环境系统的协调系数,且呈现波动性;浙江海洋经济可持续发展水平亟待提高。最后,提出有利于浙江海洋经济可持续发展的对策与建议。

地球系统中的天然气水合物-天然气体系研究展望

虽然目前国外已有很多学者研究了天然气水合物及其分解产生的气体在地球系统各圈层中的循环转化过程,但国内基本上还没有开展相关方面的研究,况且其中的很多问题尚不清楚.本文的目的是通过分析国内外相关的研究进展,提出天然气水合物-天然气体系这个概念,并归纳总结天然气水合物-天然气体系在地球系统各圈层中的循环转化问题,希望能为研究天然气水合物在全球碳循环和气候变化中的作用提供一定的参考.通过分析发现,天然气水合物-天然气体系在地球系统各圈层中的循环转化过程是非常复杂的,而各个圈层对于天然气水合物-天然气体系在地球系统中的循环转化过程都十分重要,这个体系可能是影响全球碳循环和气候变化的一个重要组成部分.