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随钻声波数据遥传中的声通信仿真研究

地球物理学报 2025年第1期68卷 355-364页

作者：赵傲耸陈浩何晓中国科学院声学研究所声场声信息国家重点实验室北京100190 北京市海洋深部钻探测量工程技术研究中心北京100190 中国科学院大学北京100049

实时高效的数据遥传是制约随钻测井发展的关键技术难题.随钻声波遥传技术利用周期钻柱中的声载波传输测井数据,有望突破目前的低速遥传限制.随钻声信道是流固耦合的复杂波导,然而理论模型大多将其简化为自由钻柱,而忽略了充液井孔的耦... 详细信息

实时高效的数据遥传是制约随钻测井发展的关键技术难题.随钻声波遥传技术利用周期钻柱中的声载波传输测井数据,有望突破目前的低速遥传限制.随钻声信道是流固耦合的复杂波导,然而理论模型大多将其简化为自由钻柱,而忽略了充液井孔的耦合效应.本文从信道建模理论出发,构建了基于四端口传播矩阵的全波信道函数,并提出低复杂度的单载波相干声通信方案,从理论上评估了随钻声信道响应特性与传输性能.通过与有限差分法的对比验证了本文信道建模方法的有效性.仿真结果表明:随钻声信道具有离散带隙的幅度特性和非线性失真的相位特性;信道通带内传输的调制载波具有显著的群延迟,补偿后的系统传输性能得到提升;189.5 m信道通带内能实现单载波20 bps的有效数据传输.本文结果为随钻声波遥传提供了理论依据.

关键词：随钻测井声波遥传钻柱信道群延迟

大气溶解有机碳湿沉降及其在海洋碳中和中的作用

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中国环境科学 2025年第2期45卷 606-618页

作者：邢建伟宋金明中国科学院海洋研究所中国科学院海洋生态与环境科学重点实验室山东青岛266000 青岛海洋科技中心海洋生态与环境科学功能实验室山东青岛266237 中国科学院大学北京100049 中国科学院海洋大科学研究中心山东青岛266000

本文系统总结了近几十年来国内外关于大气降水DOC的研究进展,主要包括以下3个方面:大气降水DOC的丰度与生物可利用性、降水DOC浓度和湿沉降通量的时空分布特征及其影响因素、DOC湿沉降的生态环境效应,并展望未来的发展方向.结果表明,降... 详细信息

本文系统总结了近几十年来国内外关于大气降水DOC的研究进展,主要包括以下3个方面:大气降水DOC的丰度与生物可利用性、降水DOC浓度和湿沉降通量的时空分布特征及其影响因素、DOC湿沉降的生态环境效应,并展望未来的发展方向.结果表明,降水DOC的化学组分异常复杂,以低分子量有机酸、氨基酸、尿素等为主,具有较高的生物可利用性;不同地区降水DOC的浓度和湿沉降通量具有显著的时空差异,主要受控于排放源、排放强度以及复杂的气象条件;大气中的DOC可影响气溶胶和降水的性质(酸雨),沉降至冰雪表面的DOC会加速冰川融化;同时,湿沉降带来的DOC输入可加富表层海水的有机碳水平,其中的活性DOC可促进海洋生态系统次级生产力的提高,而惰性成分则可贡献海洋惰性溶解有机碳库,有利于碳封存并增强海洋碳汇,助力“海洋负排放”和“碳中和”目标的实现.未来的研究应持续注重开发利用先进仪器设备开展降水DOC化学成分的精准量化识别,以更深刻地认识降水DOC的生物可利用性及惰性特征;同时,开发利用新型数值模拟技术以深入开展全球尺度不同性质降水DOC湿沉降通量及其时空异质性研究,并量化大气DOC的间接湿沉降通量,在此基础上重点阐明大气DOC湿沉降作为新型路径之一对提高全球海洋碳封存的潜力,以期深入认识大气沉降在全球碳循环和海洋“碳失汇”研究中的作用和地位.

关键词：溶解有机碳(DOC) 湿沉降生物可利用性海洋惰性溶解有机碳库 “双碳”目标

中国近海和海岸带的降水化学:特征、来源及生态效应

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中国环境科学 2025年

作者：徐兴建邢建伟宋金明袁华茂冯辰龙中国科学院海洋研究所中国科学院海洋生态与环境科学重点实验室山东科技大学安全与环境工程学院青岛海洋科技中心海洋生态与环境科学功能实验室中国科学院大学中国科学院海洋大科学研究中心

大气降水作为大气清除自身污染物质的主要方式，其化学特征不仅可以表征区域大气环境污染程度及其变化，还可用于评估湿沉降对地表和水域生态环境的影响.近几十年来，随着我国社会经济的迅猛发展，以滨海城市为代表的海岸带区域大气环... 详细信息

大气降水作为大气清除自身污染物质的主要方式，其化学特征不仅可以表征区域大气环境污染程度及其变化，还可用于评估湿沉降对地表和水域生态环境的影响.近几十年来，随着我国社会经济的迅猛发展，以滨海城市为代表的海岸带区域大气环境承受着巨大的压力，与之相邻的近海区域大气污染形势亦不容乐观，这将在降水化学特征上有何体现并如何进一步影响近海生态系统成为一个重要科学问题.为此，本文基于总结归纳近几十年来的相关研究，从降水pH和电导率、主要化学成分丰度和来源、营养成分湿沉降通量及其生态环境效应等方面系统探析了我国近海和海岸带大气降水化学的研究状况，并展望了未来研究趋势.结果表明:受北方地区沙尘/建筑扬尘带来的碱性离子中和效应以及较小降水量的影响，中国近海和海岸带降水pH和电导率大致呈现“北高南低”的现象;中国近海和海岸带降水主要化学成分以SO42-、NO3-、Ca2+、Cl-、NH4+占主导地位，酸雨类型主要为硫酸-硝酸混合型酸雨;中国近海四大海域降水常量离子湿沉降特征略有不同，除渤海外其他海域均以湿沉降为主，整体呈现出湿季＞干季的特征，其中黄海海域离子沉降通量最大;短时强降水的输入可影响海洋环境，输入营养盐的成分和比例不同会对海洋浮游生物群落结构产生一定影响.在海-陆-人类活动的复合影响之下，我国近海和海岸带大气降水呈现出有别于内陆的化学特征，并会对近海生态环境产生复杂而深远的影响.未来应立足陆海统筹这条主线，深入挖掘陆源大气污染物排放-降水化学成分-大气沉降-近海生态系统演变之间的内在影响和反馈机制，以更好地从大气沉降的视角深入探索人类活动与海洋生态系统演变之间的关系.

关键词：水溶性离子低分子有机酸湿沉降近海生态系统初级生产力源解析

生物降解地膜农田填埋过程中膜表面细菌群落演替过程

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环境科学 2025年第2期46卷 1236-1244页

作者：于皓张明阳金德才辽宁工程技术大学环境科学与工程学院阜新123000 中国科学院生态环境研究中心北京100085

随着农业现代化的快速发展,生物降解地膜在农田中的使用越来越广泛.然而,关于生物降解地膜对土壤细菌群落的影响仍知之甚少.研究选用生物降解地膜(PBAT+PLA)在农田中进行了为期75 d的填埋实验,采用Illumina NovaSeq高通量测序技术,对不... 详细信息

随着农业现代化的快速发展,生物降解地膜在农田中的使用越来越广泛.然而,关于生物降解地膜对土壤细菌群落的影响仍知之甚少.研究选用生物降解地膜(PBAT+PLA)在农田中进行了为期75 d的填埋实验,采用Illumina NovaSeq高通量测序技术,对不同填埋时期的生物降解地膜表面的细菌群落进行分析.结果表明,生物降解地膜(H8)表面的细菌α多样性显著小于对照土壤(CK).此外,与填埋初期相比,填埋中后期H8处理中细菌α多样性显著下降(P研究结果可为深入了解生物降解地膜对土壤微生态环境影响提供科学依据.

关键词：生物降解地膜(BDM) 细菌群落多样性群落组成群落功能网络分析

生物膜中典型腐蚀微生物种间相互作用及其影响下的腐蚀机制研究进展

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表面技术 2025年第2期54卷 1-16页

作者：杨金峰王亚楠张一梦郭定张进凯段继周中国科学院海洋研究所海洋环境腐蚀与生物污损重点实验室山东青岛266071 中国科学院大学北京100049 中国科学院海洋大科学研究中心山东青岛266071

当微生物附着于金属表面,其细胞活动及代谢产物对金属造成的腐蚀影响称为微生物腐蚀(Microbiological Influenced Corrosion,MIC),而硫酸盐还原菌(Sulfate-reducing Bacteria,SRB)被认为是较具代表性的腐蚀性细菌之一。自然界中微生物... 详细信息

当微生物附着于金属表面,其细胞活动及代谢产物对金属造成的腐蚀影响称为微生物腐蚀(Microbiological Influenced Corrosion,MIC),而硫酸盐还原菌(Sulfate-reducing Bacteria,SRB)被认为是较具代表性的腐蚀性细菌之一。自然界中微生物并不孤立存在,而是多种微生物通过分泌胞外聚合物、群体感应等机制形成生物膜(Biofilm)共同定植在基体表面,这也是微生物腐蚀区别于其他腐蚀形式的重要结构。在混合微生物共存环境中,复杂的种间关系对金属材料可能造成比单一微生物更为严重的腐蚀破坏。针对生物膜及锈层中典型腐蚀微生物种间相互作用致金属腐蚀现象,分别论述了生物膜形成过程、影响微生物成膜的生物与非生物因素、生物膜结构特征及与微生物腐蚀的相关性,系统地对实海金属锈层测序分析发现的典型微生物种间相互作用关系及其影响下的腐蚀机制进行讨论,包括藻菌体系、铁氧化菌(IOB)与SRB、产甲烷古菌(MA)与SRB等。最后总结了腐蚀微生物种间相互作用的研究方法,并对后续研究的发展方向进行了展望。

关键词：微生物腐蚀生物膜微生物共存种间相互作用硫酸盐还原菌铁氧化菌产甲烷古菌

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人工智能海洋学研究的计量分析

海洋与湖沼 2025年第1期 112-125页

作者：张灿影张斌冯志纲李晓峰中国科学院海洋研究所文献信息中心中国科学院海洋研究所海洋大数据中心中国科学院海洋环流与波动重点实验室海洋动力环境观测与预报重点实验室

海洋科学研究对于理解和保护我们的海洋环境、维持生物多样性、支持经济发展，并应对全球气候变化具有至关重要的作用。近年来，随着海洋监测范围的不断扩大，海洋数据的收集速度和量级呈指数级增长，这远远超出了传统科研方法的处理和... 详细信息

海洋科学研究对于理解和保护我们的海洋环境、维持生物多样性、支持经济发展，并应对全球气候变化具有至关重要的作用。近年来，随着海洋监测范围的不断扩大，海洋数据的收集速度和量级呈指数级增长，这远远超出了传统科研方法的处理和分析能力，给海洋动态变化的分析带来了挑战。同时，海洋数据的快速增长为人工智能(artificial intelligence,AI)提供了丰富的训练材料，为AI的应用提供了广阔的舞台，AI的引入可以有效地处理和分析这些海量数据，通过自动化的方式提高数据处理的效率和准确性，为海洋科学研究提供了全新的视角和方法。基于Web of Science数据库，采用文献计量方法与工具,分析了8 021篇(2024年4月20日为止)AI海洋学研究的整体态势,结果表明:(1) 2020年前后全球AI海洋学研究呈现出爆发式增长;(2) 2017年中国发文数量超过美国，成为AI海洋学研究领域发文最多的国家;(3)环境科学、地球科学和遥感是发表论文最多的3个学科领域;(4) AI技术在海洋生态环境监测、生物多样性评估、海洋和大气现象识别与预报等领域应用较多。尽管AI方法在海洋科学研究应用中表现良好，显示出巨大潜力，但仍存在局限性。未来建议制定统一的海洋数据标准和协议，鼓励跨学科的研究合作,以更有效地利用AI技术挖掘海洋数据的潜力，为海洋保护和管理提供更深入的洞察和解决方案。

关键词：人工智能海洋监测分类预报计量分析

CuO-Fe_(2)O_(3)钛基纳米电极催化还原水中硝酸盐研究

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水处理技术 2025年第2期51卷 99-104,109页

作者：刘松麟杨庆峰邱辉强孙宇雯刘阳桥中国科学院上海高等研究院绿色化学工程技术研究与发展中心上海201210 中国科学院大学北京100049 中国科学院上海硅酸盐研究所上海200050

过量硝酸盐(NO_(3)^(-))在废水中的排放已成为一个显著的环境问题。针对这一问题,利用电化学方法去除废水中的硝酸盐氮(NO_(3)^(-)-N)显得尤为重要。本研究通过水热合成,利用原位生长的金属有机框架(MOF)合成路径,在Fe_(2)O_(3)基材上负... 详细信息

过量硝酸盐(NO_(3)^(-))在废水中的排放已成为一个显著的环境问题。针对这一问题,利用电化学方法去除废水中的硝酸盐氮(NO_(3)^(-)-N)显得尤为重要。本研究通过水热合成,利用原位生长的金属有机框架(MOF)合成路径,在Fe_(2)O_(3)基材上负载CuO,成功研发了一种新型电极。这种电极在提升NO_(3)^(-)-N的电催化还原性能方面表现出色。实验表明,在电流密度为10 mA/cm^(2)的条件下,经过两小时反应,当NO_(3)^(-)-N初始浓度为50 mg/L时,其去除率可达96.72%;当NO_(3)^(-)-N浓度提高至100 mg/L时,去除率依然高达94.15%。即使在电流密度降至5 mA/cm2(NO_(3)^(-)-N初始浓度为50mg/L)的条件下,去除率也能达到85.85%。这些结果表明,该电极材料在不同条件下均展现出良好的硝酸盐氮去除效果。当氯离子(Cl^(-))浓度为750 mg/L时,总氮(TN)的去除率可达94%。通过叔丁醇(TBA)自由基清除实验,我们发现该材料去除硝酸盐氮的机制是通过电子的直接转移。在进行10次循环实验后,NO_(3)^(-)-N的去除率略有提升至98.78%,同时Cu和Fe的浸出量分别为4.3μg/L和4.65μg/L,表明该材料具有优良的稳定性和极低的金属浸出量。因此,该材料在实际废水处理应用中具有巨大的潜力。

关键词：钛基纳米电极硝酸盐电催化金属有机框架(MOF)

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深海沉积物中稀土元素浸出及LIBS光谱探测方法研究

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光谱学与光谱分析 2025年第2期45卷 469-475页

作者：韩焱杜增丰田野卢渊石学法栾振东于淼张鑫中国科学院海洋研究所中国科学院海洋地质与环境重点实验室&深海极端环境与生命过程研究中心山东青岛266071 崂山实验室山东青岛266061 中国海洋大学信息科学与工程学部物理与光电工程学院山东青岛266100 自然资源部第一海洋研究所自然资源部海洋地质与成矿作用重点实验室山东青岛266061 中国科学院大学北京100049

深海稀土,是指深海盆地中富含稀土元素的沉积物,是继多金属结核、富钴结壳及多金属硫化物之后被发现的第四种深海金属矿产,具有巨大的资源潜力。目前,我国针对深海稀土资源的调查和探测技术研究十分薄弱,缺乏完备的能够实时探测深海沉... 详细信息

深海稀土,是指深海盆地中富含稀土元素的沉积物,是继多金属结核、富钴结壳及多金属硫化物之后被发现的第四种深海金属矿产,具有巨大的资源潜力。目前,我国针对深海稀土资源的调查和探测技术研究十分薄弱,缺乏完备的能够实时探测深海沉积物中稀土元素(REY)的技术手段,无法从深海沉积物中准确探测到稀土元素。激光诱导击穿光谱(LIBS)具有原位、实时、连续、非接触等独特优势,近年逐渐应用到水下元素分析中。由此,提出了一种深海稀土探测新方法,即将深海沉积物中的稀土元素通过无机酸浸出,而后利用LIBS的水下分析能力对深海沉积物浸出液中的离子态稀土元素进行探测。深海沉积物经预处理后,进行了不同无机酸种类和浓度、固液比及时间条件的浸出实验,研究了各个条件对稀土元素浸出过程的影响。通过对比各浸出液中稀土元素的浸出率获得最佳浸出条件,即HNO3浓度1.5 mol·L^(-1)、液固比2∶1、浸出时间5 min。利用LIBS对浸出液中稀土元素(Y、La、Nd)进行分析,光谱经平均处理、波长位移差分算法(WASS)校正后,进行单变量回归(UVR)和偏最小二乘法(PLS)分析。UVR分析获得稀土元素(Y、La、Nd)最佳线性回归结果的回归系数分别为0.87、0.83、0.80,对应检测限为3.55、4.09和5.71μg·g^(-1);PLS获得了显著优于UVR的回归结果,且获得更好的回归系数,分别为0.97、0.99、0.97。分析结果表明,PLS较UVR更适合深海沉积物的定量分析,同时证明了LIBS具有深海原位稀土元素探测的潜能,证实了利用LIBS结合多变量回归分析对深海沉积物中稀土元素进行检测和评价是可行的,为实现LIBS深海稀土探测提供数据支持。

关键词：深海沉积物稀土元素酸浸激光诱导击穿光谱

玄武岩CO2矿化封存实验备选场地勘查和潜力评价：雷州半岛田洋火山断陷盆地实例

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环境工程学报 2025年第02期 500-510页

作者：邱宁付启承刘彬潘春梧夏菖佑马诗佳蔡齐路川岳李鹏春孙珍中国科学院南海海洋研究所三亚海洋生态环境工程研究院热带海洋环境与岛礁生态全国重点实验室广东南方碳捕集与封存产业中心中国科学院大学

多孔的玄武岩富铁富镁，相较于砂岩，具有较好的矿物捕集能力，可快速且高效地将二氧化碳（CO2）转化为固体碳酸盐矿物，玄武岩CO2矿化封存成为新一类备受关注的封存方式。玄武岩在世界分布广泛，但是目前在中国尚未见成功的玄武岩CO2... 详细信息

多孔的玄武岩富铁富镁，相较于砂岩，具有较好的矿物捕集能力，可快速且高效地将二氧化碳（CO2）转化为固体碳酸盐矿物，玄武岩CO2矿化封存成为新一类备受关注的封存方式。玄武岩在世界分布广泛，但是目前在中国尚未见成功的玄武岩CO2矿化封存技术研发与示范项目，相关研究相对较少。在中国雷州半岛已发现规模较大的第四纪玄武岩，有望成为CO2矿化封存宝贵的科学研究天然实验场。在备选场址开展综合地球物理勘探，结合地质露头、钻探岩心和岩石物理资料等，分析玄武岩分布和物性参数特征。通过综合地球物理地震和电磁勘查对田洋玛珥湖地层和结构进行分析，结合钻井资料和磁法探测结果，进一步确证田洋地下存在玛珥湖型玄武岩地层，从浅层到深部发育较大规模玄武岩，矿化封存潜力较大。初步推断田洋地区玄武岩的地层结构，发现玄武岩地层连续性较好，具有较大的CO2矿化封存潜力。根据计算公式估计研究区玄武岩的理论封存量为110.376×10～8t。研究成果不仅为玄武岩的矿化封存CO2实验提供重要物性基础参数，还为雷州半岛玄武岩CO2封存实验备选场地选址和注入设计提供重要支持。

关键词：多孔玄武岩二氧化碳CO2矿化封存地球物理探测雷州半岛田洋