东海海底观测小衢山试验站

海底观测系统是海洋科学从“考察”转向“观测”的重要设施. 最近在杭州湾口外的东海内陆架(30°31′44″N, 122°15′12″E~30°31′34″N, 122°14′40″E)建成东海海底联网观测小衢山试验站. 该试验站包括双层铠装海底光电复合缆, 联接具有不同型号的水密接插头、实现能源自动供给和通信传输的基站特种接驳盒, 并在基站防拖网与仪器安装架上安装3 种海洋观测仪器; 光电复合缆通过海洋平台登陆, 由台上的太阳能蓄电池实施不间断的能源供应; 现场海洋观测数据通过光电复合缆传输到平台后经CDMA 无线网络实时发送到实验室服务器上.试验系统已于2009 年4 月开始正常运行, 在本文中将例举部分数据在近底边界层动力过程和海平面高度异常研究方面的初步应用, 分析了底应力在不同时间尺度上的变化规律以及2010年智利大地震引发的海啸对东海近岸的影响. 试验站的建成是我国海底观测网建设迈出的第一步, 不仅积累了经验, 而且一年多来的连续观测资料表明海底观测具有重要的科学价值.     

预报不如预防

处在环太平洋地震带上的日本是世界闻名的多地震国家,在日本,一年一度全国统一的“地震防灾日”甚至像节日一样,搞得轰轰烈烈。在全民参与这一基础上,日本的地震预防预报研究始终处于世界前沿。 推测中的日本东海大地震 1944年,日本东南海域发生海底地震,并引发一场特大海啸。震前,专家发现震区曾有海底的地壳隆起现象。以此为契机,日本政府设立了“东海大地震预测”这一大型科研项     

海啸的生成和预报

并非所有地震过后都会出现海啸 2011年3月11日发生在日本东北地区宫城县北部海底的里氏9.0级特大地震,引发可怕的大海啸,进而导致福岛核电设施发生爆炸、核辐射物外泄,造成了人员生命、财产的重大损失和周边环境的严重污染,但是,并非所有的地震过后都会出现滔天巨浪.例如,2010年2月27日智利发生里氏8.8级大地震,释放的能量甚至将震中康塞普西翁市向西推移了3m多.当时整个太平洋立即发出了海啸预警,说是从智利沿海到日本东海岸,几天后巨浪将吞噬一切.受此影响,预计将承受最大冲击的夏威夷人心惶惶,数千人从海滩匆忙撤离,但是这一切最终并没有发生.相反,2010年4月7日发生的印尼7.7级地震却引发了海啸,造成数百人死亡和无法估量的财产损失.     

2007年9月苏门答腊岛近海三次大地震能量辐射源时空特征

2007年9月12~13日在苏门答腊西海域发生了3次震级分别为M_W8.4, M_W7.9和M_W7.0的强烈地震. 用全球范围内震中距在30°~ 90°的宽频带数字地震台的资料, 借助于逆时成像技术, 重新确定了这三次地震的震中位置和震源深度. 利用北京首都圈数字地震台网33个宽频带数字地震台构成的“广义”台阵, 借助于非平面波台阵技术, 构建了这三次地震能量辐射源的时空变化图像, 获得了它们的破裂持续时间、破裂尺度以及破裂速度, 讨论了3次地震能量辐射源的相互关系.     

地震到底能不能预测

北京时间2011年3月11日13时46分,日本本州东海岸附近海域（北纬38．1度,东经142．6度）发生了9级特大地震。地震直接导致周边地区大范围房屋倒塌;更为严重的是,地震还引发了巨大的海啸,东京大学地震研究所的实地调查发现,在岩手县宫古市的田老地区,海啸冲到了37．9米高的山坡上。     

依据海洋环流模式和大地水准测量获取的中国近海平均海面高度分布

依据嵌套于全球海洋环流模式中的1/6高分辨率中国近海环流模式模拟结果和海平面气压分 布, 获得了渤海、黄海、东海和南海平均海面高度(海面地形)分布. 结果表明, 中国1985国家高程基准在全球平均海面之上24.7 cm, 中国沿岸海面南高北低. 与由大地水准测量得出的沿岸28个验潮站平均海面高度相比较, 标准偏差为4.8 cm, 拟合系数达95.3%, 通过线性回归订正, 标准偏差可减至4.5 cm, 表明模式结果已达到实际应用要求的准确度. 依据模式结果给出了中国近海1/6分辨率的平均海面高度值, 由此并可将大陆与岛屿高程相联系, 给出中国台湾、东沙、西沙和南沙的平均海面高度.     

浪高浪低话海啸

2010年新年伊始。两次大地震不期而至,灾情冲淡了人们对此前金融海啸的恐慌,这种天灾的惨烈程度远甚于后者。1月12日的海地大地震,27万死难者亡灵未散,2月27日的智利8．8级强震又夺走了成百近千的鲜活生命,如此短时间地连续大地震实属罕见。其间,海地地震时曾发出海啸预警,但后来很快解除了,而智利地震却没有这么幸运,海啸随着地震接踵而至。虽然其高度只不过2米左右,但造成的损失不小。     

福岛核电站核辐射的秘密

2011年3月11日,日本本州东海岸附近海域发生9.0级地震。由此引发一系列的灾难——其中之一是核电站的核辐射。为什么海底的地震会引起核辐射呢？这得从核电站是如何工作的说起。     

中国太行山东麓NOX 重污染成因分析

采用OMI/Aura 对流层NO₂ 柱浓度产品, 分析研究了中国太行山东麓(ESTM)地区NO_X 污染的季节变化特征. 研究结果表明, NO₂ 柱浓度夏季最低而冬季最高. 为了探讨该地区NO₂ 重污染的成因, 本研究采用第五代NCAR/Penn State 中尺度模式(MM5)对该地区风场进行模拟.MM5 模式模拟结果显示, 该地区的主导风向主要为东北风和西北风, 其次为西南风. 冬季代表月(2007 年1 月)中, 高NO₂ 浓度(大于50×10¹⁵ molec/cm²)主要发生在以下3 种风场类型: 辐合风场(5 天), 东北风(2 天), 静风(1 天). 尽管与其他发达地区相比, 该地区人为源NO_X 的排放强度相对较小, 但辐合风类型的频繁发生, 以及不利于扩散的地形条件, 导致了大气污染物的不断积聚, 从而形成高NO_X污染区. 此外, 当主导风向为东北风时, 特别是输送气流风速较大时, 可明显观察到从北京-天津-唐山地区向下风向ESTM 地区的长距离传输影响.     

南海北部MD05-2904沉积柱状样26万年以来表层海水温度及陆源生物标记物记录

对南海北部MD05-2904沉积柱状样26万年以来的高分辨率分子有机地球化学记录进行报道. 通过U^k’₃₇方法所获取的古表层海水温度(SST), 最低21.5℃(MIS 2), 最高达28.3℃ (MIS5.5期), 是目前南海北部时间最长、分辨率最高的古温度记录. 烷烃总量及其堆积速率和烷烃参数碳优势指数(CPI)、平均链长(ACL)和C₃₁/C₂₇比值都具有明显的冰期高、间冰期低的趋势. 烷烃总量及其堆积速率的变化揭示陆源输入物质主要由海平面变化控制: 冰期时, 海平面下降, 陆架出露, 河流输送到陆坡的陆源物质增加; 间冰期时则情况相反. 烷烃参数CPI显示, 冰期时本区沉积的烷烃更能反映当时植被特征, ACL和C₃₁/C₂₇指示冰期时烷烃源区植被中草本含量增加, 间冰期时草本含量降低. MIS 3后期烷烃总量, CPI, ACL及C₃₁/C₂₇比值几个参数均出现最高值, 显示这是一个特殊时期, 最有可能是此时东亚夏季风增强, 使得南海北部陆地区比较潮湿, 植被茂盛引起.     

南海北部神狐海域浅表层沉积物中孔隙水的地球化学特征及其对天然气水合物的指示意义

南海北部陆坡神狐海域是中国天然气水合物勘探的重点区域之一. 对神狐海域HS-A和HS-B两个重力活塞取样站位(深度分别为8.75和8.52 m)沉积物中孔隙水进行了阴、阳离子主量组分和微量元素地球化学分析. 结果显示: Cl⁻浓度在两个站位随深度均没有出现明显的变化, 其值与正常海水值大体一致. HS-A站位硫酸根含量在0~3 m处变化趋势较小, 而在3 m以下表现出明显的梯度下降变化; 与此同时阳离子Ca²⁺, Mg²⁺和Sr²⁺ 在0~3 m处变化趋势较小, 而3 m以下表现出与硫酸根类似的下降趋势. HS-B站位在0~3 m处和3 m以下都出现了明显的下降趋势, 但变化幅度不一致. 计算表明, 该区域沉积物孔隙水具有高硫酸盐通量与高碘通量的特征, 与国际上己发现有天然气水合物地区的地球化学特征相类似, 推测可能与神狐海域的天然气水合物有关. 通过对这些地球化学异常特征的解释和讨论总结了一系列使用浅表层孔隙水数据示踪深部天然气水合物赋存的异常指标和识别办法.     

我国海南上空中高层大气潮汐风场的首次观测分析

海南富克(19.5°N, 109.1°E)流星雷达是我国低纬地区第一台探测中高层大气风场的雷达. 利用该雷达观测的2009年春季近3个月的风场数据(2月1日至4月20日), 第一次给出了我国低纬地区80~100 km高度范围内大气周日潮汐、半日潮汐及平均风随时间、高度的变化情况. 分析结果表明: 在春季, 我国低纬上空中层顶区存在非常强烈的大气潮汐波, 并且大气周日潮的幅度明显大于半日潮, 周日潮幅度的最大值(约100 m/s)出现在经向风场中. 周日潮和半日潮的相位在垂直方向上向下传播. 与大气潮汐波线性理论模式GSWM02比较表明, 富克周日潮与模式有较好的一致, 而半日潮汐波与模式有较大的差异.     

墨西哥湾北陆坡区冷泉碳酸盐岩脂肪酸及碳同位素特征

对墨西哥湾北部水深约540 m的上陆坡GC185区(GC-F样品)和水深约2200 m的下陆坡AC645区(AC-E样品)冷泉碳酸盐岩中的脂肪酸及其单体化合物的δ¹³C进行了分析. 在AC-E和GC-F冷泉碳酸盐岩样品中检测到了30多种脂肪酸化合物, 均以主峰碳为C₁₆的低碳数(<C₂₀)脂肪酸为主, 具偶碳优势, 主要包括正构脂肪酸、异构(i-)/反异构(ai-)脂肪酸以及带支链的(iso/anteiso)奇碳数脂肪酸. 其中n-C_12:0, n-C_13:0, i-C_14:0和n-C_14:0具有明显偏低的δ¹³C值(39.99‰~32.36‰), 可能来源于冷泉生物. n-C_18:2和C_18:1△⁹具有相同的碳同位素值, 可能来源于冷泉渗漏区贝氏硫细菌属/辫硫菌属. 支链奇碳数脂肪酸(iso/anteiso-C₁₃~C₁₇)具有特别负的δ¹³C值(63.95‰~44.17‰), 明显不同于其他类别脂肪酸的碳同位素值, 推断这类化合物是海底渗漏区甲烷厌氧氧化过程中的硫酸盐还原细菌生命活动的产物.     

南海东北部海域海面高度的时空变化特征

对1993年1月至2001年12月TOPEX/POSEIDON卫星高度计海面高度距平的分析表明, 在吕宋海峡两侧各有一个海面高度波动高能区, 其中心分别在(19.5°N, 119.5°E)和(22.0°N, 124.0°E), 其间有一低能带将二者隔离. “远区”EOF分析亦显示二者的波动规律相对独立. 对“近区”的EOF分析揭示南海东北部海域海面高度波动以季节变化为主, 伴有明显的季节内变化和年际变化. 其中EOF 1和EOF 2占总波动能量的66.7%, 均主要表现为季节变化, 但相位相差约3个月. EOF 1的主要形态是以吕宋岛西北(18.0°N, 119.0°E)为中心的海面高度振荡, 其峰值出现于8~9月间, 谷值则出现于1~2月间, 主要反映了南海深水海盆比容高度的季节变化和相应的环流调整. EOF 2的形态则表现为东南至西北向的季节性交替起伏, 主要反映了南海北部近海季风导致的海面高度Ekmen调整. 分析还表明, 季节内变化是南海东北海域海面高度波动的重要分量, 它主要反映了吕宋海峡西侧海域中尺度过程的频繁活动. 此外, 所有主要EOF模态都呈现年际变化.     

锂离子电池材料脱嵌锂电压的第一原理计算

基于密度泛函理论的第一原理方法, 计算了7 大类、18 种锂离子电池活性材料(LiMO₂, LiMn₂O₄, LiMPO₄, Li₂MSiO₄, 石墨C 等系列)的脱嵌锂电压. 计算结果表明, 通过脱嵌锂前后的总能量变化可以计算出相关体系的脱嵌锂电压, 这些理论计算值与实验值存在非常好的线性关系, 但同时显示它们之间存在一个系统偏差, 该值可以通过金属锂的表面束缚能加以解释. 因此, 这种理论计算方法是一种预测其他未知体系的脱嵌锂电压的简单有效方法.     

东太平洋早中新世海水演变的Nd同位素制约

对赤道东太平洋PC5794岩芯钙质超微化石软泥中碳酸盐相的Nd同位素组成ε _Nd( t), Mn, Mg/Sr比值和全岩的CaCO₃进行了测试, 以此建立了早、中新世东太平洋古海水的ε _Nd( t)高分辨率变化曲线, 并探讨了ε _Nd( t)变化的制约因素. 24.06～22.02 Ma间, ε _Nd( t)在-6.24～-2.97间变化, 存在4个变化旋回. 其中4个低ε _Nd( t)值(约为-6.4)与高CaCO₃含量值相对应, 代表了4个冷期或底层流活跃时期, 它们的时间分别集中在24.06, 23.85, 22.88和22.26 Ma左右; 而4个ε _Nd( t)高值带与高Mn含量、高Mg/Sr比值、低CaCO₃含量值对应, 代表了4次海水变暖或热液活动时期, 4次较强烈的热液活动期分别为24.05～23.98, 23.69～23.15, 22.74～22.37和22.06～22.02 Ma.     

腾冲热海地热区逸出H2的δ D值及其成因

给出了腾冲热海及邻近地区热泉逸出H₂的δ D值,讨论了热海地热区中浅层热储逸出气中增量H₂与深部来源H₂S和CH₄的成因关系.逸出H₂的同位素组成特征指示,研究区内中浅层热储逸出气中增量H₂的生成可能与近期北西向断裂的强烈活动有关.为了进一步监视该断裂的活动以及与深部岩浆活动的关系,有必要对该地区H₂的异常释放进行跟踪观测.     

地质作用与碳循环研究的回顾和展望

大气温室气体浓度升高与全球气候变化相互关系的探讨使地球系统的碳循环受到了越来越多的关注. 后者是指碳在岩石圈、水圈、大气圈和生物圈之间, 以CO₃^2- (以CaCO₃, MgCO₃ 为主), HCO₃^-1, CO₂, CH₄, (CH₂O)_n(有机碳)等形式相互转换和运移的过程. 它既可制约一系列资源环境问题, 如农林业和水泥生产、化石燃料的形成分布、大气CO₂ 浓度变化等, 也受制于一系列地质作用, 如风化作用、搬运沉积作用、地震火山作用等.掌握其运行规律和机制, 是可持续发展的重要科学支撑.     

鼎湖山季风常绿阔叶林土壤CO2气体碳同位素组成、更新特征及来源比例

给出了雨季(7月)鼎湖山季风常绿阔叶林两个土壤剖面(DHLS和DHS)中CO₂气体的碳同位素组成和更新特征, 探讨了土壤CO²气体的来源比例. 结果表明: 该林区土壤CO₂气体含量变化范围为6120~18718 μL•L⁻¹, 随深度增加而增大, 75 cm以下则逐渐减少. 在DHLS剖面, 土壤CO₂气体的δ¹³C值的变化范围为−24.71‰~−24.03‰, 与同层位气体含量呈显著负相关(R²=0.91), 模拟结果显示该剖面中的CO₂气体主要来源于根系呼吸作用(>80%); 而在DHS剖面, 土壤CO₂气体的δ¹³C值变化范围为−25.19‰~−22.82‰, 模拟结果显示除表层(20 cm)90%来源于根系呼吸作用外, 深部(40~105 cm)主要来源于微生物的分解作用(51%~94%). ¹⁴C年龄显示, DHLS和DHS剖面中土壤CO₂气体中的碳均为现代碳, ¹⁴C年龄之间最大差值分别为8和14个月, DHLS剖面中土壤CO₂气体更新速率较快. 在DHLS和DHS剖面中, 土壤CO₂气体?¹⁴C值的变化范围分别为100.0‰~107.2‰和102.5‰~112.1‰, 高于现代大气CO₂和同层位土壤有机碳的?¹⁴C值, 土壤CO₂气体可能是大气核爆¹⁴C的一个重要储库.     

近千年亚洲-太平洋涛动指数与东亚夏季风变化

为研究东亚夏季风的长期变化规律, 重建了近一千年来反映亚洲与太平洋纬向热力差异的季风指数, 即亚洲-太平洋涛动指数(I_APO). 在小冰期, 重建I_APO在世纪尺度上的变化与我国东部旱涝关系紧密, 并且这种关系与在现代观测资料中的一致, 这说明重建的I_APO总体上能够指示小冰期时在世纪尺度上的东亚夏季风变化和我国东部降水异常.