福建泉州湾盐沼对台风“格美”的沉积动力响应

为了探讨海岸盐沼在台风条件下的海岸防护机制, 利用小型压力传感器、电磁式流速仪、Seapoint浊度计观测了互花米草盐沼、光滩在2006年“格美”台风登陆前后的水位、流速、流向、悬沙浓度等沉积动力参数. 结果显示: 互花米草盐沼内底层流速一般小于5 cm·s^-1, 明显低于光滩(5~35 cm·s^-1); 互花米草盐沼内底层流速大小对台风的响应不显著, 但其流向随台风作用强度的不同而出现较大差异; 台风过境对附近海域悬沙浓度的影响非常显著, 悬沙浓度达到正常天气情况下的13~19倍, 台风影响后期互花米草盐沼底层悬沙浓度高于光滩. 计算结果表明, 台风期间互花米草盐沼和光滩底层悬沙输运量是平常天气情况下的4倍左右; 落潮期间, 光滩底部切应力在大部分时间大于临界切应力, 滩面发生侵蚀, 台风登陆后的侵蚀通量为正常天气情况下的2~3倍不等, 而互花米草盐沼底层切应力一般小于临界侵蚀切应力, 符合悬沙沉降条件的时间段也比较长, 整个滩面很少发生侵蚀, 以沉降为主, 台风显著影响期间的悬沙沉降通量是正常天气情况下的3~6倍, 落潮期间的沉降通量是涨潮期间的1~2倍. 根据台风期间互花米草盐沼和光滩的沉积动力过程的对比, 前者有利于悬沙的堆积, 而光滩的沉积动力过程则使滩面发生侵蚀.     

生物作用对海岸带泥沙运动的影响

海岸带泥沙运动输移及海岸地貌演变规律是海岸带海陆相互作用研究中重要的科学问题.海岸带地区丰富而活跃的生物因子与泥沙颗粒相互影响,赋予了泥沙颗粒"生物特性",深化了对传统海岸泥沙运动力学的认知,相关研究正逐渐成为研究热点.本文针对海岸带泥沙运动中的生物作用,结合国内外文献,综述了植物、底栖动物、微生物等生物因子在海岸带地区的分布特征、对海岸泥沙运动的贡献及其作用方式.目前,生物作用对海岸泥沙运动影响的研究尚处于发展阶段,大多为宏观层面的定性成果,尚未形成完整的理论体系,海岸泥沙与生物相互作用的机理研究、泥沙运动及地貌演变预测模型的建立应成为今后研究的重点.     

早期维管植物辐射演化与长时间尺度水循环的耦合关系

志留纪-泥盆纪陆地革命以早期维管植物的起源和辐射演化为标志.早期维管植物的繁盛导致形成全新的土壤-植物-大气连续体(soil-plant-atmosphere continuum, SPAC).早期植物在根系、输导组织、气孔、叶片、个体大小和构型等方面的一系列演化革新,深刻改变了SPAC中的水分传输过程与机制.由于根系的进化及其诱导的化学风化作用增强,泥盆纪以来的古土壤厚度逐渐增大、分层结构复杂化、组成成熟度增加、类型多样化.伴随着早期维管植物的演化, SPAC的空间范围极大扩展,生物可利用水资源增多,水分在SPAC中的循环过程更为复杂、高效.早期维管植物的辐射增强了植被-地貌-水循环之间的反馈机制.志留纪晚期以来,植被与水文、地貌、生物地球化学等物理和化学要素相互作用,维管植物型陆-海水文连续体(land-ocean hydrologic continuum, LOHC)形成并逐步发展,内陆水体流域至滨岸体系的地貌稳定性增强,由陆到海的生物地球化学循环、物质供给和迁移体系产生变革.早期维管植物通过SPAC、LOHC系统及其内部过程与全球水、碳循环耦合,表现为稳定的低地生境增多,植物残...     

淤泥质潮滩均衡态——以江苏辐射沙洲内缘区为例

1 潮滩的均衡态与非均衡态淤泥质潮滩多年的平均动态,常以滩面在铅直方向的蚀淤速率(淤强)和潮滩外缘在与岸垂直方向上的进退速率(即淤长速度)来衡量.对于淤强和淤长速度均为0或接近于0的潮滩,称之为稳定潮滩.但在较短时段中(如短于一年),潮滩某些地貌单元所出现的蚀淤和进退尺度可比多年平均值大1～3个量级,甚至与潮滩平均动态的变化趋势相反.本区,     

福建泉州湾盐沼对台风“格美”的沉积动力响应

为了探讨海岸盐沼在台风条件下的海岸防护机制,利用小型压力传感器、电磁式流速仪、Seapoint浊度计观测了互花米草盐沼、光滩在2006年"格美"台风登陆前后的水位、流速、流向、悬沙浓度等沉积动力参数.结果显示:互花米草盐沼内底层流速一般小于5cm·s-1,明显低于光滩(5～35cm·s-1);互花米草盐沼内底层流速大小对台风的响应不显著,但其流向随台风作用强度的不同而出现较大差异;台风过境对附近海域悬沙浓度的影响非常显著,悬沙浓度达到正常天气情况下的13～19倍,台风影响后期互花米草盐沼底层悬沙浓度高于光滩.计算结果表明,台风期间互花米草盐沼和光滩底层悬沙输运量是平常天气情况下的4倍左右;落潮期间,光滩底部切应力在大部分时间大于临界切应力,滩面发生侵蚀,台风登陆后的侵蚀通量为正常天气情况下的2～3倍不等,而互花米草盐沼底层切应力一般小于临界侵蚀切应力,符合悬沙沉降条件的时间段也比较长,整个滩面很少发生侵蚀,以沉降为主,台风显著影响期间的悬沙沉降通量是正常天气情况下的3～6倍,落潮期间的沉降通量是涨潮期间的1～2倍.根据台风期间互花米草盐沼和光滩的沉积动力过程的对比,前者有利于悬沙的堆积,而光滩的沉积动力过程则...     

浪流联合作用下潮滩沉积动力过程的高分辨率数据采集与分析

使用MIDAS-400用户化数据采集系统在江苏王港潮滩进行了现场观测, 获取了多层位的流速和悬沙浓度的同步数据, 并将高分辨率的压力波动记录转换为波浪数据. 分析结果表明: 潮滩区域的表观粗糙长度远大于底床沉积物粒径量级, 接近于沙纹高度; 浪流联合作用产生的底部切应力大于单纯的潮致切应力, 是导致紊动混合作用和再悬浮作用加剧的主要因素; 潮周期内观测到多个悬沙峰值, 主要与涨潮前锋的水体强烈紊动和再悬浮有关, 平流作用、极端天气状况(如暴雨、强风)也是不可忽视的重要因素; 在涨潮或落潮时间异常延长、水流成为准单向流的较长时段内, 可产生较大的悬沙净输运量. 研究表明, MIDAS-400系统可以实现浪流联合作用下的潮滩水动力和沉积动力特征的高分辨率观测, 所获数据适用于物质输运过程和机制的分析.     

滨海河口潮滩中微塑料的表面风化和成分变化

微塑料作为新兴环境污染物日益受到关注,但对真实环境中不同类型微塑料的表面形貌、成分及其变化了解甚少,相应的方法学研究多处于探索阶段.本研究以受人类活动强烈影响的黄渤海沿岸河口潮滩为对象,运用多种显微技术和微分析方法,研究了微塑料类型、表面形貌及其成分变化.采用光学显微镜和扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)分析表明,潮滩环境中微塑料除了碎片、纤维、薄膜等形貌类型外,还存在发泡类和树脂类颗粒.表面呈现不同形状和大小的皱褶、微孔、裂纹或凸起等,可能受到了机械摩檫、化学氧化或生物侵蚀等作用.运用衰减全反射傅里叶变换红外光谱仪(attenuated total reflection Fourier transform infrared spectroscopy,ATR-FT-IR),在分析微塑料聚合物成分的基础上,鉴定出潮滩环境中微塑料表面具有羧酸、醛、酯或酮类等含氧官能团.通过裂解气相色谱-质谱(pyrolysis gas chromatography-mass spectrometry,pyr-GC-MS)不仅鉴定出纤维类微塑料是聚乙烯与聚丙烯共混聚合物,还观测到发泡类风化表层与剥离风化表层后的内部之间的成分差异,其中,油酸腈、芥酸酰胺、ɑ-N-去甲基美沙醇、1,1-二苯基-螺[2,3]-己烷-5-羧酸甲酯、棕榈酸十八酯和棕榈酸十六酯等含氧、含氮化学物为风化表层特有,进一步证实了河口潮滩环境中微塑料表面含氧物质的存在.由此可见,环境中微塑料表面在风化的同时还发生了成分的变化.未来应关注海岸和海洋中微塑料的表面变化过程和生态环境效应研究.     

中国海南岛海岸鸣沙群的发现及其意义

海岸鸣沙的分布,被认为是优质海滩的体现,研究发现中国海南岛有海岸鸣沙分布,填补了中国没有海岸鸣沙的空白.清水湾和神州半岛独特的海湾地貌,以及与之形成的独特的破浪动力过程,塑造出粒度分选良好的海岸鸣沙.对清水湾和神州半岛海岸鸣沙与巴丹吉林沙漠鸣沙矿物组成、粒度分布和表面结构,以及鸣沙发声的声学特征观测和测量,对比研究发现:(1)海岸鸣沙矿物组成中石英含量明显高于沙漠鸣沙,而长石含量明显低于沙漠鸣沙;(2)海岸鸣沙粒径粗于沙漠鸣沙,中沙和粗沙组分含量明显增多;(3)海岸鸣沙表面具有典型的水下机械刻蚀作用而成的“V”形撞击坑和化学溶蚀作用而成的深邃溶蚀坑,这种发育良好的表面多孔状物理结构正是控制鸣沙发声机理的重要因素;(4)海岸鸣沙频谱较之沙漠鸣沙窄,高频成分占比高,声音相对尖锐.     

论盐沼-潮沟系统的地貌动力响应

盐沼－潮沟系统是海岸带重要的自然资源和海岸地貌系统。中国东部江苏海岸盐沼的研究表明,潮沟中水流的流速变化受盐沼表面和潮沟床底的坡高,高程及外海潮波性质的控制,而水流造成的泥沙引起盐沼,潮沟的淤积或侵蚀,改变着盐沼－潮沟的地貌特征。盐沼,潮沟的地貌变化还与风暴潮及太阳黑子活动周期在关。盐沼－潮沟系统通过垂向淤积来响应海平面的上升。向盐沼面输送水,沙是潮沟的重要功能;盐沼－潮沟系统能够消减潮流,波浪能     

自修复水凝胶材料的设计合成及生物医学应用

水凝胶柔软且有弹性,含水量高,其结构、性能与生物组织相似,生物相容性和生物安全性好.因此,被广泛应用于组织工程、药物输送、创伤敷料等领域,具有非常广阔的应用前景.自修复材料模仿生物体损伤自愈原理,自行发现损伤和裂纹并通过一定机理自修复愈合,是近年来水凝胶领域的研究热点和难点.本文综述了近10年来具有代表性的自修复物理水凝胶和自修复化学水凝胶等新型高分子水凝胶方面的重要研究进展,总结了其设计与合成的基本原理和方法,介绍了几种典型的水凝胶自修复机制,阐述了基于静电作用、疏水作用、氢键作用、主客体作用等物理作用,以及基于酰腙键、亚胺键、二硫键等可逆化学键作用的自修复水凝胶的应激自修复原理和特性.在此基础上,分析讨论了自修复水凝胶作为潜在生物材料仍需解决的关键科学问题,并对本领域的发展趋势进行了展望.     

渤海湾高强度开发对潮波系统的累积影响机制

渤海湾2003年以来在不到十年内因高强度开发岸线形态变化极大,然而目前对此背景下潮波系统累积变化过程及其响应机制认识不足.选取渤海湾2003年、2006年、2012年、远期规划、0 m围填以及-5 m围填等6个代表围填阶段,利用二维潮波数学模型,通过对比整体围填与逐一累加围填对潮波系统变化的影响以及对比围填岸段潮差大小与潮波系统变化的对应关系,揭示了潮波系统累积变化过程及变化的主导机制,为认识人类对潮波系统的影响提供了客观依据.研究显示,渤海湾不同围填阶段对M_2分潮影响远大于对K_1分潮影响,且对黄河口外M_2分潮无潮点影响明显;围填规模增加使得该M_2分潮无潮点先向东南移动再向东北移动,海湾西部潮差先变大再减小,潮波传播速度先加快至0 m围填后趋于稳定,-5 m围填阶段潮波系统虽变化明显但湾内潮汐性质不变.从北向南逆时针方向逐一增加围填直至远期规划围填全部实施,该无潮点将先向西南再向东南移动.受旋转潮波控制的半封闭海湾,围填所在岸段潮差越大,对潮波系统影响越明显.持续围填将使海湾沿岸低地有被淹没的危险,使得湾内流速减缓,水交换减弱,还会影响黄河口附近冲淤以及海岸防护和设计标准.     

中国陆域干旱演变预估及其生态水文效应

全球变暖改变了大气圈、水圈、陆地圈与生物圈的水文生物地球化学循环过程,对降水、大气湿度、陆地水储量等气象水文要素及生态系统生产力产生显著影响.现有研究较少采用陆地水储量预估未来旱情,也未能量化水热通量和生态系统碳收支对干旱的响应机制.本文首先基于GRACE/GRACE-FO重力卫星识别中国陆域干湿状况,采用大气再分析、机器学习重构和通量观测等多源数据评估对流有效位能、水汽辐合通量、生态系统总初级生产力等水-热-碳因子对干旱事件的反馈效应;然后基于ISIMIP2b框架下全球气候模式集合,考虑3种代表性浓度路径,结合动态植被模型、全球水文模型和陆面模式,预估未来陆地水储量及旱情演变特征;最后,探讨气候变化下干旱对生态系统生产力的影响,并量化干旱预估各环节的不确定性.研究发现,陆-气耦合作用与旱情演变具有复杂的互馈效应, 21世纪末中国干旱历时和烈度可能大幅度增长;旱情加重影响了中国大多数陆域的生态系统净生产力,未来生态系统碳汇对干旱的调控功能减弱,且较高碳排放情景下植被受干旱胁迫影响造成的固碳下降现象更加严峻.     

海岸环境中微塑料污染及其生态效应研究进展

海洋及海岸环境中的微塑料作为一种新型污染物近年来受到广泛关注.通过系统调研,综述了近10年来国际上在海岸环境中微塑料污染及其生态效应方面的研究进展;认为完善高效准确的微塑料分析与鉴定方法,建立可靠的源解析技术和模型仍然是当前海岸环境微塑料研究亟待解决的关键技术难点.同时,基于洋流、潮汐等水动力模型揭示海岸环境微塑料的时空分布规律,结合微塑料表面特性阐明微塑料与毒害污染物结合与释放机制,系统构建微塑料及其复合污染物的生态与健康风险评估的方法学平台和基础数据库将是今后该领域研究的热点.因此,在联系国际前沿科学问题与关键技术难点的基础上,紧密结合海岸带污染特征,未来应重点加强海岸带微塑料污染状况的调查、监测、与其他新型污染物的复合机制、跨营养级生物传递与富集规律、以及管理体系等研究,以提升海岸带微塑料污染的研究水平和监管能力.     

生物地球物理学的产生与研究进展

地球庞大的生物群落广泛地参与了岩石圈浅层、水圈和大气圈的物理和化学性质的改造过程. 认识生物圈及其与其他各圈层相互作用, 具有重要的地球系统科学意义.近年来, 随着生物地球科学的发展, 地球物理学方法和技术开始被应用于地质微生物改造作用、地球物理场对生物的影响等研究, 从而产生了生物地球物理学这一新的分支交叉学科. 本文评述了生物地球物理学的产生和一些最新研究进展, 旨在促进生物地球科学的发展与深化.     

弧形海岸海滩地貌对台风大浪的响应特征

台风(或风暴)引起的狂风巨浪和风暴潮是造成海岸严重侵蚀的灾害性事件,国内外对此都十分关注.然而对于砂质弧形海岸在此突发件事件前后不同岸段海滩地貌的响应过程尚未见有研究报道.本文拟根据1986年16号台风对广东水东弧形海岸影响前后短时段岸滩蚀积变化的现场实测资料为例,对此加以分析.1 研究区海岸环境1.1 海岸形态与岸滩地貌基本特征     

封面说明

正阿秒(10~(-18)s)光源是21世纪新兴的光源,是目前人类所能掌握的具有最短时间宽度的脉冲光源,是目前唯一同时具有纳米空间分辨率和阿秒时间分辨率的全相干光源.阿秒光源的应用覆盖了物理、化学、生物、材料、能源、超快信息等领域.利用阿秒光源的超高时间分辨率,可以对微观超快过程进行跟踪拍照,从根本上揭示这些领域的微观机理,为它们提供原始创新驱动力.     

物理空间与信息空间的对偶关系

随着计算、通信和传感技术的迅速发展, 人类的生活环境已经由单纯的物理空间转变为物理-信息的共存空间. 基于这一事实, 本文在分析物理空间和信息空间的各自性质的基础上, 指出两者之间的关系为对偶关系. 建立对偶关系包括以下两个过程: 利用各种传感和信息处理、理解技术, 从物理空间到信息空间的信息获取、分析和结构化过程, 以及通过对用户意图、状态和命令的推理, 从信息空间到物理空间的信息服务过程. 对偶空间中的人机交互就是建立对偶关系, 这种对偶关系体现了以人为中心的人机交互, 即以人们所习惯的并且不需要用户分心的方式与信息空间的交互.     

基于滤波法的稳态检测

稳态检测是指在一定时间间隔内模型变量过程数据满足所规定的稳态规范要求裕度,是为工艺稳态模型提供其操作的稳态数据。它反映了装置静态性能。稳态检测在数据校正与故障诊断中起着十分重要的作用,数据的优化则是稳态检测的一个重要目的。在工业中,稳态模型要比动态模型简单的多,所以稳态模型的建立与稳态状态的检测成为处理数据的关键。稳态检测已成为稳态在线优化实施过程中的一个必不可少的重要环节。但是,要准确判断一个系统是否处于稳定状态并不容易,因为在实际应用中,表征系统稳定与否的过程变量会受到噪声以及测量误差的影响,文章讲述了基于滤波法的稳态检测。     

新元古代雪球地球事件与地幔超柱活动

新元古代时期是超大陆裂解、低纬度冰川发育和多细胞生物繁衍的重要阶段,涉及全球性的古板块运动、气候变迁、生命演化等一系列跨学科重大科学问题,已经成为近年来国际地球科学研究的热点和前沿.其中关于超大陆裂解的起始时间和持续时间、裂谷岩浆活动性质和热液蚀变强度、水-岩反应与低18O岩浆成因的古气候意义、超大陆演化与气候突变之间的关系等,是当前地球科学界十分活跃并得到迅速发展的研究领域.新元古代中期与超大陆裂解有关的地幔超柱作用及其衍生的大规模裂谷岩浆活动,可能在启动全球性冰川、引起局部地区间冰川和终止雪球地球事件三个方面,对雪球地球事件的形成和演化都发挥了非常重要的作用,是地质历史上"冰"与"火"之间相互作用的典型范例.     

植物-微生物共生系统功能强化及其在降污固碳中的作用

植物不仅为细菌等土壤微生物提供了丰富的生态位,还通过光合作用等固碳途径和合成代谢过程最终转化为土壤有机质,成为微生物可利用的碳源.相反,土壤微生物可以作为去除污染物的生物催化剂,也能帮助植物吸收氮、磷等营养物质.因此,植物-微生物共生系统具有降污固碳双重作用.本文围绕植物-微生物共生系统降解污染物和固定二氧化碳的两大生态功能,系统梳理了共生系统三个要素之间的相互作用关系.从植物、微生物和二者共生关系三个角度归纳了共生系统的污染修复途径,总结了植物和微生物的固碳机制.同时也分析了土壤中重金属和有机污染物对植物固碳过程造成的不利影响.本文最后对未来植物和土壤微生物在降污和固碳方面的研究进行了展望,旨在促进土壤污染的研究与治理,改善土壤生态系统的固碳功能.