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BCC_AVIM陆面模式不同土壤垂直离散化方案对土壤水热输送的数值模拟

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高原气象 2024年第2期43卷 303-317页

作者：刘子莎吕世华胥朋飞包逸群游辉奇杨凡成都信息工程大学大气科学学院四川成都610225 中国科学院西北生态资源环境研究院寒旱区陆面过程与气候变化重点实验室甘肃兰州730000 中国科学院大学北京100049

陆面模式中的土壤如何分层至关重要,一般情况下认为在受大气—地面界面影响较大的土壤表层应该细分,土壤越往深层,土壤层厚度的分层可以相应加大。已有研究表明:在不同天气和气候积分条件下,土壤厚度在根带以下,其对模拟结果有不同的影... 详细信息

陆面模式中的土壤如何分层至关重要,一般情况下认为在受大气—地面界面影响较大的土壤表层应该细分,土壤越往深层,土壤层厚度的分层可以相应加大。已有研究表明:在不同天气和气候积分条件下,土壤厚度在根带以下,其对模拟结果有不同的影响。这表示根据不同的研究要求,应当改变土壤的分层方式。然而什么是陆面模式中的最优土壤分层方式仍不确定。因此本文主要利用BCC_AVIM陆面模式探究不同土壤垂直离散化方案对于土壤水热属性,表面辐射通量与感热、潜热通量模拟的敏感性,从而达到提升模式模拟效果的目的。BCC_AVIM陆面模式中原土壤分层方案为10层,将土壤各层的节点深度,土壤层厚度以及土壤各层的界面深度进行插值,由原来的10层土壤层插值到20层,在本文中称为方案一;参考模式CLM5.0中的土壤垂直离散化方案并改进到BCC_AVIM陆面模式中,原土壤层次也由10层增加到20层,为本文的方案二。将改进后的方案一和方案二与原方案结果对比分析发现:(1)方案一和方案二对土壤温度的模拟与实测数据更吻合,对于各层土壤温度的数值大小与变化趋势的模拟效果有所提升,其中方案一对浅层土壤温度的模拟效果更好。(2)在土壤湿度的模拟上,三种方案对浅层土壤湿度的模拟效果较好,对深层土壤湿度的模拟效果相对较差,其中方案一对土壤各层湿度曲线变化趋势与数值大小的模拟更加贴近实测数据。(3)方案一对土壤各层是否发生冻结或消融的时间判定更合理,更加接近实测数据。整体上,方案一的模拟效果最佳。由此,得出结论:方案一相较于原方案对土壤温、湿度的模拟效果有所改善,这表明在同样的土壤深度下,更密集更细致的土壤分层有利于提升模式对土壤水热输送的模拟能力。同时,方案一的模拟效果总体优于方案二,这也表明,在相同的土壤层次下,浅中层拥有更密集的土壤分层,对于提升模式对土壤水热输送的模拟能力有一定的积极影响。

关键词：土壤分层 BCC_AVIM陆面过程模式土壤水热

天体轨道参数调控柴达木盆地第四纪盐类资源形成的新模式

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地球学报 2024年第5期45卷 715-727页

作者：韩文霞方小敏张涛中国科学院青海盐湖研究所盐湖资源绿色高值利用重点实验室青海西宁810008 中国科学院青藏高原研究所青藏高原地球系统与资源环境重点实验室北京100101 兰州大学地质科学与矿产资源学院甘肃兰州730000

盐类资源的形成受沉积盆地、干旱气候和物源补给三个关键因素的控制,以往的研究主要关注构造、沉积环境和物源因素在成盐过程中的作用,而忽视了干旱和极端干旱气候这一关键因素及其与盆地盐层形成的耦合机制。本文以中德联合在柴达木盆... 详细信息

盐类资源的形成受沉积盆地、干旱气候和物源补给三个关键因素的控制,以往的研究主要关注构造、沉积环境和物源因素在成盐过程中的作用,而忽视了干旱和极端干旱气候这一关键因素及其与盆地盐层形成的耦合机制。本文以中德联合在柴达木盆地西部察汗斯拉图凹陷获取的科学深钻为例,运用磁学、元素和同位素地球化学等指标反演研究区的水文气候演化历史,并通过时间域、频率域以及系统动力学演化特征等综合分析手段探究了深时气候变化的控盐机制和规律。结果表明,柴达木盆地西部地区自2.7 Ma以来存在2.2~1.95 Ma、1.3~1.1 Ma、0.85~0.65 Ma和0.5~0.3 Ma四次关键的干旱化加剧和盐层发育期;发现在天体轨道倾角低幅和低偏心率值的同步期,会通过促进北半球冰盖扩张调控北半球中高纬西风环流的位置和强度,进而影响柴达木盆地的气候和水文循环,控制盆地内干旱事件的发生和盐层发育。在轨道-亚轨道-千年尺度上,全球冰量和北半球高纬气候变化也显著地控制了柴达木盆地的干旱事件和盐层发育。柴达木盆地多个凹陷区的盐层对比结果进一步表明,这一天体轨道特殊组合控制盆地的干旱事件和盐层发育过程的机制在全盆地具有普适性,促使柴达木盆地多个不同凹陷区尽管盐层发育存在一些差异,但其主要的盐层发育期均集中在上述四个关键时期。研究成果不仅为柴达木盆地乃至其他干旱区的成盐机制和深时发育规律提供了新的理论视角和研究思路,而且为未来结合构造-气候-物源耦合研究,对不同区域盐类资源发育类型和规律进行精细化研究,以及深入探索深时盐层发育规律提供了重要的研究基础。

关键词：柴达木盆地盐类资源偏心率与倾角北半球冰盖西风环流

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高寒草地植物群落地上-地下净初级生产力权衡

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生态学报 2024年第2期44卷 793-804页

作者：吴江航李洋王迎新刘向孙建兰州大学生态学院草种创新与草地农业生态系统全国重点实验室兰州730000 中国科学院青藏高原研究所青藏高原地球系统与资源环境全国重点实验室北京100101 内蒙古农业大学草原与资源环境学院草地资源教育部重点实验室呼和浩特010018 中国科学院地理科学与资源研究所生态网络观测与模拟重点实验室北京100101

植物生产力分配和权衡是植物生态学研究中的热点,反映植物对环境的适应性,是了解植物响应全球气候变化的关键。青藏高原作为气候变化敏感区,研究其植物地上与地下部分权衡对了解高寒草地植被生存策略和生态系统可持续发展具有重要意义... 详细信息

植物生产力分配和权衡是植物生态学研究中的热点,反映植物对环境的适应性,是了解植物响应全球气候变化的关键。青藏高原作为气候变化敏感区,研究其植物地上与地下部分权衡对了解高寒草地植被生存策略和生态系统可持续发展具有重要意义。目前,生物量分配调控机制已被广泛研究,但主要使用植物根冠比和地上-地下生物量比等方法来表征植物分配模式,缺乏考虑因植物生长周期导致的差异。使用青藏高原高寒草地103个样点的地上和地下净初级生产力数据,分析高寒草甸和高寒草原两种主要草地类型的地上-地下净初级生产力权衡关系。利用气候因素和土壤因素等相关数据,结合方差分析、相关分析、相对重要性分析和结构方程模型的方法,探究环境因素对两种草地类型地上-地下净初级生产力权衡的影响机制。研究发现:(1)高寒草甸的地上净初级生产力、地下净初级生产力和土壤养分含量显著高于高寒草原(P生产力均向地下权衡(0.0199),且高寒草原(0.0354)的权衡值高于高寒草甸(0.0173);(3)结构方程模型发现,年平均降水量、土壤容重和土壤速效氮含量是影响高寒草甸生产力权衡的主导因子,而年平均温度和年平均降水量是影响高寒草原生产力权衡的主导因子。研究表明高寒草甸的生产力权衡主要受气候和土壤因素共同影响,而高寒草原主要受气候因素调节。研究为理解植物地上-地下生物量分配调控机制提供了新的视角和方法,对系统了解高寒草地生物量分配模式和准确预测高寒草地植被动态过程具有指导意义。

关键词：净初级生产力权衡气候因素土壤性质高寒草地

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泛喜马拉雅冰前湖对冰川质量损失与下游灾害的影响

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科学通报 2024年第23期69卷 3349-3351页

作者：唐倩彭梦儿张国庆兰州大学资源环境学院兰州730000 中国科学院青藏高原研究所青藏高原地球系统与资源环境重点实验室北京100101 兰州大学泛第三极环境中心兰州730000 中国科学院大学北京100101

泛喜马拉雅地区(包括兴都库什、喀喇昆仑、喜马拉雅、念青唐古拉和横断山脉)平均海拔超过5000 m,是全球冰川和冰湖分布最多的地区之一,也是冰湖溃决洪水(glacial lake outburst flood, GLOF)灾害风险最高的区域之一,下游居民依赖着高山... 详细信息

泛喜马拉雅地区(包括兴都库什、喀喇昆仑、喜马拉雅、念青唐古拉和横断山脉)平均海拔超过5000 m,是全球冰川和冰湖分布最多的地区之一,也是冰湖溃决洪水(glacial lake outburst flood, GLOF)灾害风险最高的区域之一,下游居民依赖着高山水资源的同时也面临着GLOF对生命财产安全的威胁.在气候变暖背景下,自21世纪初期以来全球冰川质量损失加剧^([1]),冰川的加速消融和退缩为与之相连的冰前湖提供了有利的扩张空间和补给水源^([2]).

关键词：质量损失补给水源念青唐古拉喀喇昆仑生命财产安全灾害风险

江河源冻土区土壤碳氮空间分布特征及其影响因素

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生态学报 2024年第12期44卷 5246-5258页

作者：李世珍袁自强林琳陈方方王金牛高怡婷雷汶杰刘佳彭贻菲沈琦金会军罗栋梁中国科学院西北生态环境资源研究院冻土工程国家重点实验室兰州730000 中国科学院大学北京100049 兰州大学生态学院兰州730000 清华大学地球系统科学系北京100084 中国科学院成都生物研究所成都610041 辽宁工程技术大学测绘与地理科学学院阜新123000 兰州交通大学测绘与地理信息学院兰州730070 东北林业大学土木工程学院哈尔滨150040

江河源区是我国高寒生态安全屏障的重要区域,冻土的长期存在使其形成低温冻结环境,弱化了土壤微生物活性,抑制了土壤有机质的矿化过程,因而其近地表浅层土壤碳氮含量高。然而,土壤碳氮含量对不同冻土分区和环境因素响应的空间分异规律... 详细信息

江河源区是我国高寒生态安全屏障的重要区域,冻土的长期存在使其形成低温冻结环境,弱化了土壤微生物活性,抑制了土壤有机质的矿化过程,因而其近地表浅层土壤碳氮含量高。然而,土壤碳氮含量对不同冻土分区和环境因素响应的空间分异规律尚不清楚。为此,针对江河源4个不同冻土区(季节冻土区、岛状多年冻土区、不连续多年冻土区、片状连续多年冻土区)共11个样点进行植被样方调查、土壤分层采样。在分析碳氮含量的基础上,探讨了年均地温(MAGT)、活动层厚度(ALT)、海拔(ASL)、土壤深度(SD)、植被特征及土壤pH对土壤有机碳(SOC)、全氮(TN)、碳氮比(C/N)的影响。结果表明:(1)SOC、TN、C/N在片状连续多年冻土区最高,在季节冻土区最低,且与年均地温负相关,和海拔正相关;(2)江河源区SOC、TN、C/N随土壤深度的增加而降低,自表层至40cm深度整体下降幅度分别为58.45%、36.96%、17.01%;(3)SOC、TN、C/N与植被覆盖度(FVC)显著正相关(P≤0.05),与土壤pH值显著负相关(P≤0.01);(4)冗余分析表明,土壤pH、MAGT、ALT、SD、FVC是影响江河源区SOC、TN、C/N空间分布的关键因素。研究结果可为厘清气候趋暖条件下江河源区土壤碳氮空间分异规律及多年冻土热稳定性对土壤碳氮排放的影响提供科学基础,同时也有助于预测多年冻土区土壤碳氮空间变化。

关键词：江河源区冻土区土壤有机碳全氮碳氮比活动层

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烃源岩中类胡萝卜烷系列化合物的检出及其地质意义——以三塘湖盆地马芦1井芦草沟组为例

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沉积学报 2024年第3期42卷 1092-1106页

作者：符印王作栋张婷王文军李晓斌王志勇中国科学院西北生态环境资源研究院甘肃省油气资源勘探与评价重点实验室兰州730000 中国科学院大学北京100049 中国石油吐哈油田分公司勘探开发研究院新疆哈密839009

【目的】γ-和β-胡萝卜烷属于类胡萝卜烷,广泛分布于沉积物和原油中,但是低碳数的类胡萝卜烷系列化合物在烃源岩中较为少见,γ-和β-胡萝卜烷以及低碳数类胡萝卜烷系列化合物的来源及其在地质载体中的指示意义尚不明确。【方法】基于... 详细信息

【目的】γ-和β-胡萝卜烷属于类胡萝卜烷,广泛分布于沉积物和原油中,但是低碳数的类胡萝卜烷系列化合物在烃源岩中较为少见,γ-和β-胡萝卜烷以及低碳数类胡萝卜烷系列化合物的来源及其在地质载体中的指示意义尚不明确。【方法】基于三塘湖盆地马朗凹陷马芦1井芦草沟组12件代表性烃源岩样品,通过气相色谱—质谱、岩石热解、镜质体反射率、总有机碳分析,详细表征其地球化学特征,以此获得目标化合物的生源信息。【结果和结论】马芦1井芦草沟组烃源岩有机质丰度高、类型好、处于成熟阶段,并且这些烃源岩样品中富含γ-和β-胡萝卜烷以及低碳数(碳数范围为C_(13)~C_(25))的类胡萝卜烷系列化合物。根据正构烷烃、萜烷、甾烷等系列生物标志化合物的分布特征,并综合分析其他地球化学参数,认为γ-和β-胡萝卜烷主要来源于细菌。此外,结合烃源岩热演化、微生物化石及火山爆发的证据,提出低碳数类胡萝卜烷系列化合物可能是γ-和β-胡萝卜烷受微生物或热演化作用的产物,该研究可以为探索烃源岩的有机质来源、沉积环境和热演化程度提供新的思路。

关键词：三塘湖盆地马朗凹陷芦草沟组 γ-和β-胡萝卜烷类胡萝卜烷系列化合物

含咔唑结构的小分子及聚合物催化二氧化碳转化研究进展

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有机化学 2024年第5期44卷 1423-1444页

作者：姜晓琳王超洋武利园李跃辉苏州大学附属儿童医院药剂科江苏苏州215000 中国科学院兰州化学物理研究所羰基合成与选择氧化国家重点实验室兰州730000 北京建筑大学环境与能源工程学院北京100044

咔唑具有刚性平面结构和共轭π电子特征,表现出优异的电子传输性质.咔唑的N原子和芳环上容易进行化学修饰,以咔唑作为骨架或连接单元,人们方便地开发出结构多样的咔唑基配体和聚合物,并在催化和功能材料等研究领域中得到了广泛的应用.... 详细信息

咔唑具有刚性平面结构和共轭π电子特征,表现出优异的电子传输性质.咔唑的N原子和芳环上容易进行化学修饰,以咔唑作为骨架或连接单元,人们方便地开发出结构多样的咔唑基配体和聚合物,并在催化和功能材料等研究领域中得到了广泛的应用.二氧化碳催化转化制备燃料和化学品,可以为实现双碳目标提供重要的技术支撑.综述了近年来咔唑基配体、咔唑基金属配合物及含咔唑结构的多相材料在催化CO_(2)相关反应方面的研究进展.通过介绍催化剂制备方法,归纳总结均相催化以及多相催化反应等内容,将为深入理解咔唑单元在催化中的重要作用,提升咔唑基材料的催化效率提供重要的参考信息.

关键词：咔唑结构二氧化碳均相催化多相催化电子传递

新疆北部木斯岛冰川可培养细菌群落结构分布特征

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冰川冻土 2024年第5期46卷 1692-1703页

作者：田茂贾谱超吴玉洁于雪武师宇张昺林陈拓刘光琇王飞腾张威中国科学院西北生态环境资源研究院冰冻圈科学与冻土工程重点实验室甘肃兰州730000 甘肃省极端环境微生物重点实验室甘肃兰州730000 中国科学院大学北京100049 中国科学院西北生态环境资源研究院干旱区生态安全与可持续发展重点实验室甘肃兰州730000

冰川作为地球主要的冰冻圈要素之一,蕴藏着丰富的微生物资源。本文通过培养和16S r RNA基因序列鉴定,研究了新疆北部木斯岛冰川的表层雪、表层冰、深层冰、表层融水和前沿土壤生境中的可培养细菌群落结构。结果表明,从木斯岛冰川中培养... 详细信息

冰川作为地球主要的冰冻圈要素之一,蕴藏着丰富的微生物资源。本文通过培养和16S r RNA基因序列鉴定,研究了新疆北部木斯岛冰川的表层雪、表层冰、深层冰、表层融水和前沿土壤生境中的可培养细菌群落结构。结果表明,从木斯岛冰川中培养的细菌属于拟杆菌门(Bacteroidetes)、变形菌门(Proteobacteria)、奇异球菌-栖热菌门(Deinococcus-Thermus)和放线菌门(Actinobacteria),优势门为变形菌门和放线菌门,占所有分离菌株数量的78%。优势属为黄杆菌属(Flavobacterium)、假单胞菌属(Pseudomonas)和冷杆菌属(Cryobacterium),有15株细菌为潜在新种。在10℃和25℃下培养的菌落数分别为6.0×10^(1)~5.3×10^(3)CFU·m L^(-1)(CFU·g^(-1))和3.1×10^(1)~5.1×10^(3)CFU·m L^(-1)(CFU·g^(-1))。木斯岛冰川不同生境物种多样性差异较大,前沿土壤生境物种多样性最高,表层融水生境物种多样性最低。可培养细菌具有生境特异性,表层雪、表层冰、深层冰和前沿土壤生境分别有2、2、1和19个特有的属,假单胞菌属是五种生境的共有属,许多源自雪的细菌类群可以在不同生境中保存下来。在10℃和25℃下共培养出16个共有属,分别有9个和7个特有属。木斯岛冰川蕴含丰富的菌株多样性,可为开发冰川微生物资源提供数据支持和菌株资源。

关键词：木斯岛冰川可培养细菌群落结构

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西藏扎日南木措流域水环境特征及其影响因素

环境科学 2024年第8期45卷 4529-4539页

作者：李志龙张惠芳刘长兵陈旭索娜卓嘎德吉央宗周云桥牛学锐董慧科王小萍兰州大学资源环境学院兰州730000 西藏自治区生态环境监测中心拉萨850000 中国科学院青藏高原研究所青藏高原地球系统与资源环境全国重点实验室北京100101

扎日南木措位于藏西北高寒草原带,为西藏第三大湖,生态环境脆弱,长期以来其流域水环境的研究资料缺乏,为探究其流域地表水环境特征及影响因素,于2021年8月~2022年6月丰、枯、平水期对流域湖泊和入湖河流水环境进行调查,结合数理统计以... 详细信息

扎日南木措位于藏西北高寒草原带,为西藏第三大湖,生态环境脆弱,长期以来其流域水环境的研究资料缺乏,为探究其流域地表水环境特征及影响因素,于2021年8月~2022年6月丰、枯、平水期对流域湖泊和入湖河流水环境进行调查,结合数理统计以及水化学分析、相关分析和主成分分析等方法,对流域水化学特征进行了评价,分析了水质时空差异特征,并对水质影响因素进行了探讨.结果表明:①扎日南木措流域水体呈碱性,湖水离子组成以Na^(+)、SO_(4)^(2-)和Cl^(-)为主,河流以Ca^(2+)、HCO_(3)~-和SO_(4)^(2-)为主.②硫酸盐、砷、氯化物和总磷为主要超标污染物,流域水质存在明显时空差异.时间上,硫酸盐、砷和总磷超标均表现为:丰水期>枯水期>平水期,氯化物的水期差异不明显;空间上,河流水质优于湖泊,湖泊中砷、总磷、TDS、硫酸盐、氯化物、K^(+)和Na^(+)的浓度较河流高1~2个数量级,水质超标现象基本集中于湖区,而湖内水质空间差异小.③流域水化学过程主要受蒸发-浓缩和岩石风化下的自然过程控制,各类元素经地表径流进入湖泊后,在蒸发浓缩作用下不断富集最后产生超标.④水质时间差异主要是丰水期更多的元素淋失和更强烈的蒸发作用导致;而空间差异则主要是流动水体和封闭水体的水动力条件差异导致.

关键词：扎日南木措水化学特征时空差异影响因素主成分分析