地球内部热散失量分布的非对称性

采用Pollack等人 1993年给出的全球热流场 12阶球谐系数 ,求出南、北半球以及0°半球、180°半球的平均热流值和热散失量 .计算结果表明 ,南半球平均热流值为 99 3mW·m^-2 ,显著高于北半球平均热流值(74 0mW·m^-2 ) ;0°半球的平均热流值 (94 1mW·m^-2 )也高于 180°半球 (79 3mW·m^-2 ) .南半球的地幔热散失量达 22.1× 10¹²W ,是北半球地幔热散失量(10.8×10¹² W )的两倍;0°半球的地幔热散失量为16.9×10¹² W ,与180°半球的地幔热散失量16.0× 10¹²W相近 .大陆与海洋在全球的非对称分布是导致地球内部热散失量具有半球非对称性的原因 .热散失量的非对称分布是地质历史中的长期现象.     

峨眉山玄武岩喷发在四川盆地的地热学响应

利用石油钻井的系统Ro资料, 采取古热流恢复方法, 得出了四川盆地的热流史. 加里东期之前的热状态较为稳定, 热流值较低. 海西期, 热流开始逐渐增大, 距今259 Ma左右, 盆地热流值达到最高, 多数钻井的最高古热流在60~80 mW/m2之间, 少数钻井经历的最高古热流超过了100 mW/m², 此后热流持续降低直到现今. 其中晚二叠世-晚三叠世为快速降低阶段, 晚三叠世-现今为缓慢降低或相对平稳阶段. 中晚二叠世, 盆地西南及东北存在高热流区域, 这些区域现今被认为是玄武岩喷发区或者隐伏玄武岩的存在区. 高热流值的时间、空间分布与峨眉山玄武岩的喷发及岩浆活动相关性较好. 推断这种高热流异常是由当时的岩浆活动造成的, 热流特征反映了东吴运动期间峨眉山玄武岩喷发时岩浆活动的热效应. 研究结果为峨眉山超级地幔柱的存在和活动提供了地热学方面的证据.     

大别山榴辉岩氦同位素组成及其地质意义

讨论了大别山榴辉岩中石榴石和绿辉石的氦同位素地球化学特征 .石榴石和绿辉石中3He和4 He的浓度分别为 3 9× 10 - 14 ～ 2 4× 10 - 14 cm3SPT·g- 1和 0 4 8× 10 - 7～ 9.4 2× 10 - 7cm3SPT·g- 1,3He/ 4 He值为(1 19～ 4 6 3)× 10 - 7.大别山榴辉岩中保留了原始的氦同位素 ,氦为地幔与地壳氦的混合物 .退变质作用使氦同位素部分丢失 .氦同位素地球化学资料表明 ,榴辉岩可能形成于亏损的地幔中 ,或成岩物质源于地幔 ;成岩时代应该是印支期     

新特提斯单向俯冲的动力学机制

新特提斯洋向北单向俯冲的机制涉及两个核心问题,分别是南侧冈瓦纳被动大陆的不断裂解和拼贴到欧亚大陆南缘陆块诱发的俯冲起始.本文统计了大火成岩省的分布规律,发现200～80 Ma期间,与地幔柱相关的大火成岩省主要分布于南半球,暗示该时期南半球地幔温度高于北半球地幔温度.在南北半球地幔温差和地幔柱/大火成岩省作用下,引起上覆岩石圈抬升、破裂,结合新特提斯洋的北向俯冲,共同诱发冈瓦纳大陆的多期裂解.由于南北半球地幔温差会造成地幔柱头岩浆向北扩散并与新特提斯洋中脊发生相互作用,在特殊情况下,会引发原来大洋中脊的堵塞和跃迁,形成新的洋中脊,促进了陆块不断向北漂移.在古特提斯洋闭合后洋壳持续俯冲引发的应力作用下,欧亚大陆南缘具有高含水特性的洋陆过渡带率先破裂并产生向北的俯冲起始.驱动新特提斯大洋岩石圈持续向北俯冲的动力,除俯冲板片的拖曳力/重力外,还应该包含南半球高地幔温度和洋中脊产生的向北推力.     

西藏热流数据最新报道

1982年在藏南的羊卓雍湖和普莫雍湖获得了青藏高原首批热流数据(平均热流值分别为146mW/m~2和91mW/m~2),在此基础上不仅成功地概括出了藏南多层次异常壳-幔热结构,并探讨了青藏高原隆升的构造热演化机制。自1986年执行两项国家自然科学基金项目的过程中,获得了一批新的热流数据。文中分别报道(1)罗布莎等四个地区测得的钻孔热流数据;(2)青藏各大地块不同岩类的放射性生热率数据。     

纬向和经向谐波分析与季风

多年来,有不少工作用谐波分析方法对月平均环流进行了研究,文献[1]对多年月平均500毫巴60°N和30°N的环流作过分析,文献[2]则用全球多年月平均海平面气压场研究了南北半球的大气环流与东亚季风,指出欧亚非大陆在东亚季风形成中起了主要作用。鉴于地球上的海陆分布特点在东西半球和南北半球都是不同的,因此在研究大气环流时,     

南黄海南部盆地地温场特征及热-构造演化

利用南黄海南部盆地现有钻井测温资料及岩石样品热导率的测定, 计算了8口井的大地热流值, 编制了盆地不同深度现今地温趋势图. 研究结果表明: 南黄海南部盆地现今地温梯度介于24.7~32℃/km之间, 平均为28.6℃/km. 大地热流介于65~74 mW/m²之间, 平均为69 mW/m². 该数据填补了南黄海南部地区热流测量的空白. 热史恢复结果表明, 南黄海南部盆地从古生代到中生代古热流持续增高, 在中生代末经历最高古热流, 在新生代则开始冷却. 构造沉降史分析显示, 南黄海南部盆地经历了至少4次快速沉降与缓慢沉降的更迭, 显示了较为强烈和频繁的构造活动且性质复杂.     

沁水盆地地温场特征及其与煤层气分布关系

根据20口井的温度数据得到沁水盆地平均地温梯度为(28.2±1.03)℃/km．测试了39个岩石样品的热导率数据，计算了20个大地热流值．沁水盆地现今热流变化于44.75～101.81 mW/m~2之间，平均为(62.69±15.20)mW/m~2．运用Thermodel for Windows 2004软件对沁水盆地的古地温史进行了模拟，并得到了沁水盆地晚侏罗—早白垩世最大埋深时的平均古热流，北部为158.41 mW/m~2，中部为119.57 mW/m~2，南部为169.43 mW/m~2．恢复了地层的埋藏史，揭示了地层沉积结束和剥蚀开始的年龄为108～156 Ma，地层的剥蚀厚度北部为2603 m，中部为2291 m，南部为2528.9 m．其古地温场的分布格局为“南北高，中部低”，这在时间和空间上和煤层气的含气量分布相一致，初步显示古地温场对沁水盆地煤层气的形成具有控制作用．     

南极中山站大气六氟化硫浓度本底特征

六氟化硫(SF_6)是一种增温潜能极高、主要来自人为排放的温室气体,对其大气背景浓度进行长期监测,对于研究全球变化具有重要意义.利用南极中山站区2008年2月~2013年1月近5年SF_6浓度的观测资料,对SF_6本底浓度和变化趋势进行了研究,结果表明:中山站风向为偏东风时大气中SF_6浓度较低,风向为偏西风时浓度较高,这主要是受海陆气团差异引起,而局地源和风速的影响可忽略不计.大气SF_6浓度的变化范围为6.01~7.80 pptv,(1 pptv=1×10~(-12)L/L,下同),平均浓度为6.90±0.40 pptv.SF_6浓度呈明显稳定的年增长趋势,年平均增长速率为0.28 pptv a~(-1),其变化趋势与全球其他观测点较接近,中山站的观测结果可代表南极地区SF_6的本底浓度.通过与全球其他观测点大气SF_6浓度数据对比,结果显示:南半球大气SF_6平均浓度明显低干北半球,北半球是SF_6排放的主要源区;而南半球SF_6主要来源干北半球大气传输和南北半球间大气高度混合,能较好地反映全球大气SF_6本底浓度。南极受人类活动影响很小,是研究全球SF_6浓度变化趋势的理想区域。     

三江平原沼泽湿地CO2和CH4通量及影响因子

利用不透明气体采样箱-气相色谱法, 同步测量了三江平原两种主要类型沼泽湿地CO2通量和CH4净通量. 三江平原常年积水沼泽湿地生态系统呼吸通量平均值为548.04 mg·m-2·h-1, 小于季节性积水沼泽(713.08 mg·m-2·h-1); 较大值都集中于7～8月, 即植物生长旺季. CH4排放规律与生态系统呼吸通量不同, 常年积水沼泽CH4平均通量值为12.80 mg·m-2·h-1, 大于季节性积水沼泽(8.56 mg·m-2·h-1), 且高值区分布时段也不同. 7～9月是常年积水沼泽CH4主要排放期, 而季节性积水沼泽CH4主要排放期为8月下旬至9月中旬. 沼泽湿地生态系统呼吸通量与0～10 cm土壤温度及湿地积水水温呈显著正相关关系, CH4排放通量与土壤温度相关关系并不十分显著, 地表水水位和土壤温度的综合作用决定沼泽湿地CH4排放特征.     

中国东北玉米农田生态系统非生长季土壤呼吸作用及其对环境因子的响应

对2004～2007年连续3a玉米农田生态系统非生长季(10月16日～翌年4月30日)的涡度相关系统测量数据分析表明,玉米农田生态系统非生长季的日土壤呼吸值为1.08～4.08gCO2·m-2,日最低值均出现在11月下旬.整个非生长季平均土壤呼吸值为(456.06±20.01)gCO2·m-2,占生长季净生态系统生产力的11%,土壤呼吸月平均最低值主要出现在1,2月份.非生长季日土壤呼吸的季节变化均呈非生长期起始期和终止期高、中间期低的变化态势.当10cm土壤温度高于0℃时,土壤呼吸与土壤温度呈显著二次曲线关系(P0.001),解释率为38%～70%;当10cm土壤体积含水量大于0.1m3·m-3时,土壤呼吸与土壤体积含水量呈显著二次曲线关系(P0.001),解释率为18%～60%.选取土壤温度高于0℃时的观测资料,耦合土壤温度和土壤含水量可得到更好的土壤呼吸模拟模型,解释率达53%～79%,土壤呼吸模拟值与观测值的回归估计标准误差为2.7%～11.8%.非生长季土壤呼吸是生长季土壤呼吸的22.4%,在东北地区玉米农田生态系统碳收支评估中具有重要作用.     

云南地区的地幔过渡带结构及其动力学意义

计算云南及周边地区48个宽频地震台记录的8600个远震P波接收函数,并根据参考地球模型将接收函数从时间域转换到深度域.在转换深度550 km处,将1°×1°面元内的接收函数叠加成一道信号,共获得了沿纬度28°,27°,26°,25°,24°和23°N的6个共转换面元叠加剖面,其叠加深度在0~800 km之间.结果表明:(1)在26°N以北的地区,410和660 km间断面的平均深度分别为407~408和663~667 km,地幔过渡带的平均厚度处于255~259 km之间,过渡带的厚度接近全球平均厚度250 km;(2)在26°N以南的地区,410和660 km间断面的平均深度分别为412~426和675~703 km,地幔过渡带的平均厚度处于262~279 km之间,明显大于全球平均厚度250 km.云南地区410和660km间断面的加深显然与印度板块在缅甸弧下方的俯冲有关,然而,从云南地区地幔过渡带的结构来分析,本文认为印度板块沿缅甸弧向东俯冲主要发生在26°N以南地区.     

大气质量南北涛动的季节循环

利用1979~2006年NCEP/NCAR逐日、月平均地表气压、经向风、辐射及水汽再分析资料, 对大气质量南北涛动(IHO)季节特征进行分析, 结果表明: (1) 由地表气压计算的大气质量IHO季节循环明显, 两半球大气质量呈一波型反位相变化, 且两半球年变程相当; (2) 半球水汽质量在南北半球呈现反相变化的季节循环特征, 其年变程与IHO的季节循环相当, 但位相相反; (3) 季节变化中, 越赤道气流的形成与大气中水汽质量的变化有关(E-P); (4) 辐射加热为IHO的主要外强迫因子, 其中半球地表净短波和净长波辐射, 分别与水汽质量及越赤道质量流季节变化相对应; (5) IHO季节变化主要与中纬度大气质量变动有关. 全球范围大气质量的重新分布, 在不同季节间有显著的海陆分布差异, 在北半球主要表现为纬向型分布, 而南半球则以经向型分布为主.     

过去2000年北半球不同纬度温度对火山活动的响应

火山活动是影响气候变率的重要外强迫因子,研究火山喷发对气候的影响有助于提高对温度变化的提前预警,也对未来地球工程计划具有指示意义.然而,目前仍不清楚不同纬度的火山喷发影响北半球不同纬度温度变化的特征、敏感性和影响机理.本研究基于通用地球系统模式完成了涵盖过去2000年的火山活动敏感性试验,并挑选出大于5 Tg的21个北半球火山(NHV)、31个热带火山(TRV)和18个南半球火山(SHV)喷发事件,分别探究了这三类火山喷发对北半球低、中和高纬度温度变化的影响.研究发现:TRV的总喷发强度是NHV和SHV的1.9和3.3倍,喷发后对各纬度的降温影响最强.然而,换算为相同喷发强度下,在火山喷发后第1～24月, TRV和NHV对北半球低纬度降温效率相近(约-1°C/100 Tg),而SHV贡献相对较弱; NHV对北半球中、高纬度降温效率最强(-1.9和-2.3°C/100 Tg),约是TRV的2倍,而SHV则没有显著影响.具体的影响机理是:不同纬度的火山喷发均通过阻挡大气顶层短波辐射的直接作用造成北半球低、中纬度的降温.在高纬度地区, NHV和TRV在第1～24月通过减弱短波辐射造成地表降温,引起海冰扩张,从而触发海冰-反照率正反馈机制加强夏、秋季降温;而在第25～48月火山气溶胶大量衰退,高纬度降温则来自于中高纬度海洋向北热输送的减少这一间接作用使海冰-反照率机制得以维持的影响,且海洋向北热输送的减弱对NHV更为敏感,约为TRV的2倍.     

飞秒脉冲激光穿越大气层的特性

对不同脉宽、不同中心波长、不同入射天顶角情况下飞秒激光脉冲在大气层中的传输特性进行了数值模拟.理论计算结果表明,在50 km高空大气的二阶色散值为3.44×10-6 ps2/km,与大气在海平面的二阶色散值(2.09×10-2 ps2/km)相比,约小4个数量级;在激光脉冲非垂直发射情况下,当入射天顶角小于60°时,谱宽为40 nm的飞秒激光脉冲的蒙气差值、大气角色散值以及时域色散导致的脉冲展宽量均会随入射天顶角缓慢增加,当入射天顶角大于60°时,这种增长会急剧变大.大气的角色散作用还会使传输光束的横向尺寸和光谱空间分布发生改变,但其改变量要远小于直径为200 mm的光束的衍射效应产生的相应变化.在垂直发射条件下,对于厚度为50 km的大气层而言,800,1064,1550 nm三个不同中心波长的瑞利脉冲宽度分别为700,605,495 fs.由于入射天顶角的增加直接导致有效传输光程增加,随着入射天顶角由0°增至90°,瑞利脉宽单调增加,最大可增至垂直发射时的3倍左右.     

一种具有时空高分辨率的整体式热流传感器

为在激波风洞中测量尖锐前缘等曲率半径很小处的表面热流率,俞鸿儒提出一种整体式热流传感器.与传统的热流传感器相比,整体式热流传感器空间分辨率提高了一个数量级,感应元件的最小尺寸仅为直径0.1 mm,可以测量R0.5 mm的球锥驻点热流.通过双组元电子束物理气相沉积的方法,制备康铜薄膜,形成整体式热流传感器的接点层.并利用数值计算,分析了传感器结构对测量精度的影响.激波风洞试验结果表明,本文制备的整体式热流传感器频响约100 kHz,测量重复性误差小于10%.     

黄土丘陵区退耕上限坡度的研究论证

以野外考察研究资料为基础 ,结合定位观测和人工降雨模拟实验 ,对黄土丘陵区退耕上限坡度进行了科学论证 .研究结果表明 ,坡耕地上浅沟侵蚀的发生发展是导致侵蚀量剧增的主要因素 ;发生浅沟的临界坡度为 15°～ 2 0° ,大于 2 5°的陡坡耕地浅沟发生的频率最高 ,其侵蚀量可占坡耕地总侵蚀量的 70 %左右 ;浅沟侵蚀强度的剧增在于其流量、流速及单位流量的平均含沙量均明显大于片蚀和细沟侵蚀过程 .据此提出 ,必须禁止开垦发生浅沟侵蚀强度最大的大于 2 5°的陡坡 ,并尽可能控制在发生浅沟侵蚀的临界坡度 15°～ 2 0°以下 .     

BaO(A~1Σ)态在Ar和N_2中的振动弛豫和电子猝灭速率

在热管炉反应器中(HPOR)我们测量了Ba N_2O反应的化学发光光谱。观察了A~1∑,V′=1的转动微扰,并测得BaO~* A~1∑,V′=1在Ar中的振动弛豫速率为2.8×10~(-11)厘米~3·分子~(-1)·秒~(-1),以及A~1∑,V′=0的电子猝灭速率为4.7×10~(-13)厘米~3分子~(-1)·秒~(-1);在N_2中这些结果分别为5.8×10~(-11)厘米~3·分子~(-1)·秒叫和4.2×10~(-12)厘米~3·分子~(-1)·秒~(-1)。     

夏季北半球平流层环流的模态特征及变化

通过资料分析研究了夏季平流层大气环流的基本时空特征, 并探讨了不同时间尺度变化的主要影响因素. 发现夏季北半球平流层位势高度场主要存在着半球一致型模(EOF1)和环状模(EOF2)两个典型模态. 而第一主模态(半球一致模)在近半个世纪里存在减弱趋势; 全球增暖可能对这种演变趋势有重要的作用. 进一步分析表明, 北半球平流层夏季的第一模态还主要存在年代际准周期变化特征, 其周期分别约为11和22 a, 而第二模态(EOF2)主要存在3和40 a左右的准周期变化特征. 50 hPa第一模态时间系数与太阳活动指数的相关系数达到0.425(通过99%信度检验), 可以认为北半球平流层夏季50 hPa半球一致模(EOF1)的年代际变化主要是由太阳活动所引起的. 关于50 hPa第二模态年际(准3 a)变化的分析表明其与ENSO事件没有直接关系; 但是夏季50 hPa第二模态时间系数与欧亚大陆10月雪盖面积指数间的相关系数达到0.633(通过99%信度检验), 说明北半球平流层夏季50 hPa环状模(EOF2)的年际变化主要可能是由于欧亚大陆前一年10月份的雪盖变化所引起的大气环流异常的持续影响造成的.     

地幔通道流:青藏高原大规模生长的深部机制

地处喜马拉雅造山带后陆区的青藏高原,其成因与生长一直存在争议.基于前人资料和我们的综合研究发现,西起西昆仑,东经北羌塘和昆仑山口,向南折向芒康-大理,直抵红河-哀牢山,发育一条跨越青藏高原不同构造单元的长达数千公里的巨型高热流带,并显示由高原内部向东北部边缘迁移之势.沿此巨型高热流带,岩石圈地幔部分熔融产生的钾质镁铁质岩-煌斑岩群(42～32 Ma)和钾质碱性岩-碳酸岩(27～7 Ma)、软流圈减压熔融产生的洋岛玄武岩(ocean island basalts, OIB)(16～1 Ma),以及中下地壳熔融产生的钾质长英质岩(40～0.3 Ma)呈群聚式断续展布;以峰期麻粒岩相变质为特征的高温深变质带与大型走滑断裂带(40～17 Ma)相伴发育;下地壳麻粒岩包体具有高达800°C的变质温度,地幔橄榄岩包体显示地幔垂直流动特征;地球物理探测所揭示的6个大型低速异常体呈群聚式、等间距、断续式展布.我们提出:印度大陆岩石圈地幔俯冲触发了亚洲大陆软流圈涌动,后者沿后陆区若干地幔通道垂直上涌,热蚀并吞噬地幔岩石圈,直抵地壳底部.这些"地幔通道流"源于400 km深处,形成于晚(硬)碰撞以来(≤40 Ma),不仅为维持青藏高原隆升提供了深部热能,而且为高原地壳生长输送了新生幔源物质,同时引发中下地壳塑性流变和侧向流动,并驱动青藏高原向北东方向侧向生长.