地球科學綜合

全球標準層型剖面和點位（“金釘子”）和中國的“金釘子”研究

彭善池

任何涉及地球漫長的地質歷史、相關的地質過程、同步發(fā)生的地質事件的科學研究和生產實踐都離不開地層學，離不開精確的地層框架和精確的時間框架。地球上不同地點和不同相區(qū)地層的劃分和精確對比也離不開標準的、易于廣泛應用地層框架。作為基礎科學，年代地層學在地學領域的重要性不言而喻。年代地層學的核心是目前正在研發(fā)中的全球年代地層學框架，即《國際年代地層表》。該表中顯生宇的所有年代地層（地質年代）單位和元古宇的部分年代地層（地質年代）單位都已經(jīng)或將要由全球標準層型剖面和點位（“金釘子”）定義。這是研發(fā)一個完全連續(xù)的、既無重復也無間斷的年代地層（地質年代）等級系統(tǒng)的唯一途徑。在引入“金釘子”的理論和方法之前的一百多年的時間里，現(xiàn)今地層表（地質年表）中的主要年代地層（地質年代）單位就已相繼建立并被世界各國廣泛采用，但由于缺乏明確定義和清晰的概念，在應用上出現(xiàn)概念混亂的現(xiàn)象極為普遍。本文介紹了近半個世紀以來，國際地層委員會積極倡導和推行全球年代地層的精確劃分并在世界各國建立65個“金釘子”的經(jīng)歷。1972年，通過 12年的努力，國際地層委員會下屬的志留系—泥盆系界線工作組正式定義了該條地層界線，創(chuàng)立了采用“界線層型”定義全球年代地層單位底界的原則。其后，在國際地層委員會的大力提倡和不斷完善下，這個原則在國際學術界得到廣泛認同，最終形成了全球標準層型剖面和點位（“金釘子”）概念和只能通過“界線層型”確立全球年代地層界線的方法與準則，還制定了相應的通過申請和多輪表決建立“金釘子”的程序。本文同時回顧了我國地質學家研究“金釘子”的歷史和卓越成就。我國在 1977年才開始參與全球“金釘子”研究，起步較國際上晚了10余年。在前20年的時間里，一路坎坷，在競爭全球寒武系底界和奧陶系底界“金釘子”過程中，連遭淘汰；在本世紀初競爭埃迪卡拉系底界“金釘子”和正式系名的過程中，也雙雙失利。我國科學家不畏挫折，在 1997年獲得重大突破，在浙江常山確立了我國和奧陶系的首個“金釘子”，即達瑞威爾階“金釘子”；其后的14年中，又在浙江、湖南、廣西、湖北四省建立了 9個“金釘子”，即三疊系印度階，二疊系吳家坪階、長興階，石炭系維憲階，奧陶系赫南特階、大坪階和寒武系排碧階、古丈階、江山階“金釘子”，使我國躍居為目前全球“金釘子”最多的國家。此外我國科學家還以我國地名命名了8個全球通用的年代地層單位，即芙蓉統(tǒng)、樂平統(tǒng)、排碧階、古丈階、江山階、大坪階、長興階，吳家坪階。為《國際年代地層表》的完善做出了重要貢獻。

來源出版物：地學前緣, 2014, 21(2): 42973

入選年份：2014

2013年1月我國中東部強霾污染的數(shù)值模擬和防控對策

王自發(fā)，李杰，王哲，等

摘要：目的：隨著經(jīng)濟和城市化進程的加快，我國大氣污染特別是灰霾也日益嚴重。分析我國中東部灰霾的時空分布特征和成因，對其形成機制和來源進行科學解析既是國際大氣化學研究領域最關注的前沿科學問題，也是制定大氣污染的協(xié)同控制方案的科學基礎，數(shù)值模式是其有效研究手段之一。本文利用中國科學院大氣物理研究所自主研制的嵌套網(wǎng)格空氣質量數(shù)值預報模式（NAQPMS）模擬研究2013年1月我國中東部的持續(xù)強灰霾天氣，初步評估灰霾天氣下大氣細顆粒物（PM2.5）時空分布特征、傳輸規(guī)律和防控力度。方法：空氣質量數(shù)值模式（NAQPMS）充分結合我國城市群大氣復合污染的排放、輸送、演變特點，模式包括動態(tài)污染源、平流、擴散、干濕沉降、氣溶膠過程、氣相、液相、非均相大氣化學反應模塊，并納入了污染來源與過程跟蹤、敏感性分析、資料同化等技術方法。本研究首先利用我國中東部19個城市地面PM2.5觀測數(shù)據(jù)系統(tǒng)驗證模擬結果；其次，在充分評估模式能力的基礎上，分析我國中東部 PM2.5的區(qū)域分布特征，并利用模式自主發(fā)展的在線污染物來源解析方法，定量評估區(qū)域輸送對大氣灰霾的影響，探討氣象—污染雙向耦合機制對重霾期間大氣邊界層穩(wěn)定性和 PM2.5累積的影響；最后，建立考慮區(qū)域輸送的大氣污染物總量優(yōu)化模型，獲取為滿足京津冀區(qū)域 PM2.5濃度達標下，不同地區(qū)污染物污染物排放總量的最優(yōu)方案。結果：2013年1月我國東部湖南到東北的大部分地區(qū) PM2.5超過國家二級標準，華北南部（河北南部和山東）、華中（河南和湖北）和安徽等地區(qū)濃度超過150 μg m-3，達到重度污染水平，河北南部和河南北部等地區(qū)，其濃度甚至超過250 μg m-3，達到嚴重污染。NAQPMS模式能夠合理表征灰霾天氣下PM2.5的這種時空分布特征和演變規(guī)律。歷史上少見的天氣形勢配置是 2013年 1月我國中東部的持續(xù)強灰霾天氣的主要天氣背景，這種背景下中東部地區(qū)長時間維持靜穩(wěn)天氣、冷空氣過程少且弱，使得各地排放的污染物未得到有效擴散，在華北平原堆積，導致出現(xiàn)大范圍高濃度污染。模擬還發(fā)現(xiàn)靜穩(wěn)天氣京津冀地區(qū)仍舊存在顯著的區(qū)域輸送，并直接造成京津冀地區(qū) PM2.5濃度的累積，來自區(qū)域外的跨城市群輸送對京津冀 PM2.5濃度貢獻為20%～35%，區(qū)域內輸送的貢獻為 26%～35%，兩者之和與局地污染源貢獻相當。區(qū)域輸送在不同地區(qū)展示了不同的特征。北京的主要來源為河北（26%）和內蒙古（10.8%）。天津的來源則為河北（35.4%）、山東（9.9%）和北京（8.4%）。在河北北部（秦皇島），其他地區(qū)（主要指遼寧）的影響更為顯著，達到17.1 μg m-3（21.6%），僅次于河北本省的貢獻。在河北南部（滄州），來自山東和天津的貢獻分別達31.5 μg m-3（17.5%）和23.6 μg m-3（13.1%）。河南、安徽和江蘇對其的貢獻也達到 20.4 μg m-3（11.3%）。針對這次強霾的控制試驗表明，當京津冀周邊區(qū)域省份污染源不控制，河北、天津和北京的污染物排放需要消減 90%、90%、60%以上才能實現(xiàn)京津冀區(qū)域 PM2.5達標（二級標準）；當周邊污染源消減20%時，河北、天津和北京的最低消減量減低至為75%、65%和 5%。當周邊污染源消減 50%以上時，河北污染排放消減55%可使京津冀地區(qū)滿足國家二級標準，表明京津冀灰霾污染防控不僅需要重視區(qū)域內的聯(lián)防聯(lián)控，同時也需要其它城市群的協(xié)同控制。氣象-大氣污染雙向反饋機制對強霾的形成也有非常重要影響，近地層氣溶膠的散射和吸收作用減少到達地表的太陽輻射，降低地表溫度和近地面氣溫，而吸收性的黑碳氣溶膠等通過吸收太陽輻射使得邊界層上部升溫，從而使得近地層大氣穩(wěn)定度增加，有利于污染物的進一步累積。可使京津冀部分地區(qū)細顆粒物月均濃度增加30%，忽視這種耦合作用會導致模式對重污染期間污染物濃度的低估。結論：空氣質量數(shù)值模式（NAQPMS）是我國大氣灰霾成因及控制研究的重要手段之一。利用數(shù)值模式，解析出即使在近地面“靜穩(wěn)天氣”下，重霾期間京津冀邊界層中上部仍然存在顯著的污染物跨城市輸送，因此京津冀灰霾污染防控不僅需要重視區(qū)域內的聯(lián)防聯(lián)控，同時也需要其他城市群的協(xié)同控制。氣象-氣溶膠的雙向反饋機制對重霾的形成也產生重要的影響，可使京津冀部分地區(qū)細顆粒物月均濃度增加30%，造成我國大氣灰霾的調控更為復雜。

來源出版物：中國科學地球科學, 2014, 57(1): 42807

入選年份：2014

新疆北部石炭系大型火山巖風化體結構與地層油氣成藏機制

鄒才能，侯連華，陶士振，等

摘要：目的：近幾年，火山巖地層油氣藏已逐步成為中國油氣勘探的一個重要領域。2005年開始，在新疆北部石炭系火山巖中逐步發(fā)現(xiàn)受火山巖風化體控制的自生自儲地層油氣藏，但其控制因素和油氣成藏機制不清楚，限制了油氣勘探的進一步擴展。本文基于大量實際資料的綜合研究，對新疆北部石炭系大型火山巖風化體的成因機理、結構特征、儲層控制因素及油氣成藏機制與模式進行分析。方法：在巖心描述、露頭剖面實測等工作基礎上，開展樣品的系統(tǒng)性實驗分析與化驗，結合測井、地震等地球物理技術，對火山巖風化體結構及油氣成藏特征進行研究。在巖心觀察基礎上開展地化分析，運用TAS圖解對火山巖巖類進行了精細劃分；通過露頭剖面實測結合系統(tǒng)鉆孔分析化驗的方式，揭示了火山巖風化體完整的5層結構，并利用ICP-AES分析方法對風化體主要元素進行測定后提出風化指數(shù)概念，用以判識不同結構層界限；針對不同結構層樣品開展孔隙度測試，結合薄片鑒定，分析不同結構層巖石儲集性能優(yōu)劣及其微觀結構；利用鋯石測年技術確定火山巖風化體年齡，而后綜合運用同位素測年、古生物、巖性、地震和測井技術確定風化體上覆地層年代，將二者平均年齡差值厘定為風化淋濾時間，通過實例解剖獲得風化淋濾時間與風化體厚度數(shù)據(jù)，進行擬合后獲得二者的數(shù)學關系式，利用該數(shù)學模型，在確定風化淋濾時間后，可預測風化體厚度；通過對典型火山巖風化體油氣藏的解剖，建立火山巖風化體油氣成藏模式。結果：新疆北部上石炭統(tǒng)發(fā)育于碰撞后松弛垮塌構造環(huán)境，火山巖和烴源巖間互廣泛分布，石炭紀末受板塊擠壓整體抬升遭受風化淋濾，形成火山巖不整合風化體?；鹕綆r風化體主要發(fā)育于古地貌出露水面區(qū)，低洼區(qū)發(fā)育有完整的5層結構，即土壤層、水解帶、溶蝕帶、崩解帶和母巖，前四者厚度比例依次約為6%，24%，34%和36%。古構造高部位一般缺失土壤層和水解帶。通過對完整風化體典型實例的主元素測定，提出利用風化體不同結構中的所有主元素與同一風化體母巖對應主元素含量的變化率之和，即風化指數(shù)，來判識不同結構層的界限。系統(tǒng)的孔隙度測試和薄片鑒定結構表明，溶蝕帶和崩解帶孔隙度最高，如馬19井火山巖風化體中溶蝕帶、崩解帶、水解帶和母巖的平均孔隙度分別為 17.6%，13.4%，6.2%和4.8%。斷裂的發(fā)育對火山巖風化體儲層的儲集性能具有明顯改善作用。風化體厚度與風化淋濾時間呈正向非線性指數(shù)關系，風化體厚度動態(tài)平衡時間約為36.3 Ma，最大風化體厚度約450 m，斷裂發(fā)育處風化體厚度更大，長期風化淋濾區(qū)各種火山巖巖性均能形成風化體?；鹕綆r風化體和烴源巖組合，發(fā)育源內火山巖風化體層序型、源上火山錐風化體準層狀和側源火山巖風化體梳狀3種成藏模式，均可形成大型火山巖風化體地層油氣藏。結論：新疆北部石炭系火山巖風化體發(fā)育5層結構，溶蝕帶和崩解帶儲層物性最好，易形成有利儲層。在一定風化淋濾時間范圍內風化體儲層厚度與風化淋濾時間成正比，在不受斷裂控制區(qū)域可形成厚達450 m的風化體，在斷裂發(fā)育區(qū)風化體厚度更大，該認識拓展了火山巖風化體勘探深度。根據(jù)新疆北部石炭系發(fā)育的3種成藏模式，斷裂和風化體組成油氣輸導體系，在構造相對高部位聚集成藏，此可為火山巖風化體地層油氣藏勘探提供理論支持?；鹕綆r風化體地層油氣藏作為一種新的油氣藏類型，改變了火山巖油氣勘探中尋找有利巖性和巖相帶的傳統(tǒng)模式，修正了新疆北部石炭系為盆地基底，不具備油氣生成條件的觀點，擴大了油氣勘探領域。指出中國中西部古生界存在形成大規(guī)?；鹕綆r風化體地層油氣藏的條件，是今后油氣勘探的新領域。

來源出版物：中國科學：地球科學, 2011, 41(11): 1613-1626

入選年份：2015

黃河流域關中盆地史前大洪水研究——以周原漆水河谷地為例

黃春長，龐獎勵，查小春，等

摘要：目的：史前大洪水是中國古代史研究不能回避的重大問題。這個問題的研究，不能只依賴傳說，必須要有新興前沿學科-古洪水水文學的支持。本文通過在黃河中游關中盆地系統(tǒng)建立河流大洪水懸移質泥沙在高水位的滯流沉積物（SWD）的判別標準，以便于準確界定全新世河流大洪水事件。并且以漆水河谷為例，深入分析大洪水事件對于史前聚落的影響，及其導致的文化突變和社會轉折問題。方法：通過古洪水水文學野外考察研究，在黃河中游關中盆地西部漆水河中游河谷的全新世黃土-古土壤沉積剖面，發(fā)現(xiàn)典型的全新世大洪水滯流沉積物夾層（SWD），它們直接覆蓋在龍山文化聚落—滸西莊遺址文化層之上，顯示出大洪水事件與史前聚落有某種關聯(lián)。在深入地進行地層和沉積相觀察分析的基礎上，系統(tǒng)地進行了高分辨率采樣，結合磁化率、燒失量和粒度成分測定、文化遺物鑒定，OSL和14C技術斷代等，以求正確判定史前時期漆水河谷發(fā)生的河流大洪水事件及其年代。結果：綜合野外沉積學宏觀特征、實驗測試數(shù)據(jù)和測年斷代結果，證明在距今 4300～4000年前，黃河中游關中盆地經(jīng)歷了一個顯著的洪水期，發(fā)生了多次大洪水事件。在大洪水發(fā)生期間，漆水河谷沿河第二級階地面以滸西莊遺址為代表的龍山文化早期（廟底溝二期，4800～4300 aBP）聚落和田地被反復淹沒。這導致河谷低地聚落減少，而在高階地和黃土臺原邊沿地帶，以趙家崖遺址為代表的龍山文化晚期（客省莊二期，4300～4000 aBP）聚落得到迅速發(fā)展，直至先周時期主要聚落都被建立在河谷兩側的黃土臺塬表面。結論：聯(lián)系到我們先后在黃河中游地區(qū)渭河、涇河和北洛河干流河谷發(fā)現(xiàn)的史前大洪水的沉積學證據(jù)，表明龍山文化晚期，黃河中游關中盆地普遍地反復發(fā)生大洪水事件。大洪水災害導致史前人類聚遷移和文化或者的轉折。該研究成果，對于揭示區(qū)域氣候水文變化對于全球變化的響應規(guī)律，闡明大洪水事件對于我國遠古文化突變和社會轉折的影響，具有十分重要的科學意義。在研究過程當中，建立了具有確切水文學意義的全新世河流古洪水滯流沉積物（SWD）的鑒別標準，即：1）全新世河流古洪水SWD通常出現(xiàn)在由寬谷進入峽谷的過渡段、支流溝谷匯入口的回水灣、巖豁巖棚和洞穴之下等，能夠在大洪水高水位形成滯流的河段。2）古洪水SWD是由洪水中懸移質在高水位滯流情況之下沉積形成，因而其成分主要是粉沙、粘土質粉沙、細沙質粉沙、粉沙質細沙，質地均勻，分選良好、成熟度高，粒度分布頻率曲線高而尖瘦。3）在地層剖面古洪水SWD常常穿插于黃土、古土壤、坡積物、泥石流地層之中，呈現(xiàn)出平行狀、波狀、傾斜狀層理，層界清晰明確，向著坡上方向傾斜變薄尖滅。4）由于在大洪水高水位滯流情況之下緩慢沉積，因而會表現(xiàn)為分選狀沉積，單個沉積層內粒度下粗上細，頂部常會出現(xiàn)粘土質薄蓋層，會形成龜裂構造，因而沿著層界會出現(xiàn)橫向裂隙。5）兩次古洪水事件形成的 SWD層之間常會出現(xiàn)坡積物、支流溝谷山洪混雜沉積物、黃土、土壤夾層，或者生物擾動，甚至文化層和人類文化遺物遺跡，表現(xiàn)出明顯的時間間隔。6）要特別注意區(qū)分排除河流階地沉積物、溝谷山洪沉積物、泥流泥石流沉積物等，避免誤判。這個古水文沉積學標準的建立，必將會有力地推動我國古洪水水文學的發(fā)展。

來源出版物：中國科學：地球科學, 2011, 41(11): 1658-1669

入選年份：2015

構造煤結構與煤層氣賦存研究進展

侯泉林，李會軍，范俊佳，等

摘要：目的：構造煤是指在構造應力作用下，原生煤的結構甚至化學成分發(fā)生明顯變化的一類煤，它是構造作用的產物。大量的煤炭勘探開發(fā)實例表明，煤與瓦斯突出常常發(fā)生在構造煤尤其是糜棱煤發(fā)育區(qū)，突出瓦斯量往往是突出煤最大瓦斯吸附量的幾倍乃至上百倍。這些超量煤層氣來自哪里？是否與構造變形作用存在內在聯(lián)系？超量煤層氣在煤層中如何賦存？是否存在不同于目前所認識的游離、吸附與溶解三種狀態(tài)之外的形式？對上述問題的探究有利于深入認識煤與瓦斯突出機理，同時也是煤層氣開發(fā)的重要研究內容之一。方法：本文基于國內外幾十年來公開發(fā)表的文獻資料，以不同變形機制構造煤結構演化特征為主線，系統(tǒng)論述了構造煤結構及其與煤層氣賦存研究的發(fā)展歷程，詳細總結了構造煤的結構成因分類、構造煤顯微結構和孔隙結構、構造煤的化學結構及其與超量煤層氣賦存關系等 4個方面的研究現(xiàn)狀及存在問題，在此基礎上提出了不同變形機制下構造煤的可能演化路徑。結果：1）按照以構造巖概念為基礎的結構—成因分類可將構造煤分為脆性變形系列和韌性變形系列，體現(xiàn)了不同變形機制對煤體結構影響的差異性，基本達到了與構造巖研究的同步水平。但目前對構造煤變形機理的研究尚欠深入，制約了進一步理解應力如何作用于煤巖大分子結構。2）構造煤中除了含有大孔和微孔外，還存在大量納米級的孔隙。納米級孔隙是瓦斯的主要吸附空間。不同變形機制的變形作用對煤納米級孔隙具有不同的影響，這主要是由于煤的大分子結構在不同變形機制下的差異性演化所導致，在此基礎上初步建立了構造煤大分子—納米級孔隙結構的耦合模型。3）不同的變形機制和變形強度會導致構造煤的芳香結構、脂族結構及含氧官能團等結構和成分的不同演化路徑和特征。這些現(xiàn)象表明，煤的動力變質不僅存在，而且十分廣泛和深入，應力縮聚和應力降解作用是煤變形變質作用的主要方式。4）有機質抽提、力化學成烴模擬以及煤巖低溫變形產氣等實驗證據(jù)都暗示，應力可以促使煤巖中有機質的生烴與產氣。在構造煤形成過程中可能曾生成過大量的甲烷，這可能是煤與瓦斯突出過程中超量煤層氣的來源。超量煤層氣在煤層中的賦存形式除了游離、吸附和溶解外還可能存在固溶態(tài)等特殊的賦存狀態(tài)。然而目前，關于變形產氣的機理，以及超量煤層氣的賦存狀態(tài)等問題，尚處于初步探討的階段，還需要更多的證據(jù)支持。5）不同變形機制下構造煤的變形變質作用機理和演化路徑具有差異性。脆性變形作用中構造應力對煤的作用以轉化為摩擦熱能為主，隨著變形程度的增加，熱能逐漸累積，分子運動速度加快，動能增加，導致芳環(huán)側鏈上的官能團依鍵能大小相繼熱解脫落；另一方面芳環(huán)生長長大，縮聚作用增強，表現(xiàn)為與煤熱演化相同的路徑和超前演化的特征。韌性變形作用中構造應力對煤的作用除了部分轉化為熱能之外，更主要的是轉化為應變能，促使煤大分子結構單元變形、破壞，引起芳環(huán)內部的位錯、蠕變等。結論：國內外大量研究證據(jù)表明，不同的變形機制條件下，構造煤的孔隙系統(tǒng)和結構成分演化均呈現(xiàn)不同程度的差異性。在此基礎上，本文進一步提出了不同變形機制下構造煤的可能演化路徑，指出構造煤的瓦斯易突性，不僅受地質構造的控制，還可能跟韌性變形條件下的應力降解作用有關。從煤的變形機制角度出發(fā)探討變形作用對煤的結構及成分的制約機理，以及探索超量煤層氣生成條件和賦存狀態(tài)是構造煤研究的重要方向。

來源出版物：中國科學：地球科學, 2012, 42(10): 1487-1495

入選年份：2015

2013年1月中國東部持續(xù)性強霧霾天氣產生的氣象條件分析

張人禾，李強，張若楠

摘要：霧霾是發(fā)生在大氣中的天氣現(xiàn)象，無疑會受到氣象條件的影響。由于霧霾天氣發(fā)生時能見度降低，會對社會經(jīng)濟以及人民生產生活產生嚴重影響；同時，霧霾天氣發(fā)生時大氣氣溶膠聚集在大氣近地層，使得大氣污染增強，空氣質量下降，對人體健康造成重要危害。2013年1月，中國東部地區(qū)發(fā)生了強度強、持續(xù)時間長、發(fā)生范圍廣的霧霾天氣，區(qū)域平均的1月能見度達到了近30年來的最低值。伴隨著這次霧霾天氣的重度空氣污染，引起了公眾和各級政府的高度關注。因此，認識氣象條件在霧霾發(fā)生中的作用，不僅在了解霧霾的產生機理方面具有重要的科學意義，也是各級政府制定霧霾應對和防控措施的一個重要基礎。對 2013年 1月大氣環(huán)流背景場的分析表明，中國東部上空大氣異常場為霧霾天氣的維持和發(fā)展提供了有利的氣象背景場。對流層低層中國大陸上空氣壓偏低，中國東部海洋上空氣壓偏高，東亞冬季風異常偏弱。中國東部區(qū)域對流層中低層出現(xiàn)異常南風，加強了水汽向中國東部地區(qū)的輸送，為霧霾天氣的發(fā)生提供了有利的水汽條件；對流層中層500 hPa出現(xiàn)異常高壓，抑制了對流的發(fā)展從而有利于霧霾的維持；同時，表面風速減弱，不利于近地面附近的霧霾向區(qū)域外輸送；水平風速在整個對流層都減弱，并且減弱的程度隨高度的增加而變大，造成水平風垂直梯度減小，減弱大氣的斜壓不穩(wěn)定性抑制天氣尺度擾動的發(fā)展，削弱了大氣的垂直混合；同時，近地面層出現(xiàn)異常逆溫層，使得大氣近地層變得更加穩(wěn)定。針對霧霾天氣的逐日演變過程，從大氣動力和熱力過程兩個方面，對 2013年 1月霧霾天氣的逐日演變過程中大氣的動力和熱力作用進行了診斷分析。結果：表明，中國東部霧霾天氣區(qū)域的表面風速及其上空對流層中低層的水平風垂直切變對霧霾天氣過程具有動力影響。當霧霾天氣區(qū)域內的表面風速偏大（小）時，霧霾向區(qū)域外的輸送偏強（偏弱），不（有）利于霧霾的維持和發(fā)展；水平風的垂直切變偏大（小）時，霧霾天氣區(qū)域上空垂直混合偏強（弱），有（不）利于霧霾向高空擴散，減弱（加強）了霧霾在近地面層的聚集。對流層中低層的層結不穩(wěn)定性以及近地面層的逆溫狀況和溫度露點差對霧霾天氣的演變可以產生熱力影響，對流層中低層的層結不穩(wěn)定性和近地面層逆溫偏大（小）時，霧霾天氣偏強（弱）；而近地面層溫度露點差偏大（?。r，霧霾天氣偏弱（強）。通過多元線性回歸分析，對大氣熱力和動力作用影響 2013年 1月霧霾天氣逐日演變的程度進行了分析。結果：表明，當分別考慮動力因子和熱力因子時，對觀測到的霧霾天氣逐日變化解釋的方差分別為45%和47%，并且它們都通過了信度為0.01的顯著性檢驗，即熱力作用和動力作用對這次霧霾天氣過程均具有重要的貢獻，并且對這次霧霾天氣的逐日變化過程起到了大致相同的作用。但當同時考慮動力和熱力因子時，氣象因子可以解釋超過2/3的霧霾天氣逐日變化的方差，方差貢獻達到 68%。該結果說明了氣象條件是2013年1月中國東部地區(qū)霧霾發(fā)生和變化的主要原因。

來源出版物：中國科學：地球科學, 2014, 44(1): 27-36

入選年份：2015

大陸碰撞、高原生長和氣候演化——2014年Crafoord獎獲得者Peter Molnar教授成就解讀

鹿化煜，常宏，郭正堂，等

摘要：目的：2014年Crafoord獎授予美國科羅拉多大學Peter Molnar教授，以表彰他“對于理解全球大地構造、特別是大陸變形和造山帶的結構和演化以及構造運動對海洋—大氣環(huán)流和氣候影響方面的開創(chuàng)性貢獻”。為全面了解Molnar教授的科學研究工作，學習他先進的思想和工作方法，我們對Molnar教授的研究進行了介紹和評述，并提出了一些認識。方法：我們對他涉及多個領域的100多篇論文進行了分析，與他本人進行了討論，并結合和觀看相關錄像、新聞報道資料以及和他多年合作工作的感受等，分析了他取得的科學成就和原因。結果：Molnar教授從1969年發(fā)表關于巖石圈和上地幔波速不連續(xù)的論文開始，長期從事地球系統(tǒng)科學的研究工作，一直到現(xiàn)在，還發(fā)表了關于低緯地區(qū)海島生長抬升、影響大氣環(huán)流、進而驅動地球冰期氣候的論文。Molnar教授及其合作者最早發(fā)現(xiàn)了青藏高原大型走滑斷層和亞洲內部的非剛性變形，提出了印度—歐亞大陸碰撞控制亞洲新生代構造格架的新認識，并從遙感解譯、地震波速變化和地震斷層面解等提供了證據(jù)；他還利用彈塑性變形的滑線場理論解釋構造變形的空間分布和動力來源，揭示了巖石圈增厚和大陸逃逸共同存在的事實，為主導青藏高原 30年研究的兩大動力模型的提出，奠定了基礎。Molnar教授認為，印度次大陸的巖石圈俯沖到亞洲地幔并對流剝離（拆沉）是喜馬拉雅—青藏高原生長的動力機制；青藏高原在15～10 Ma已經(jīng)達到了最大高度并開始垮塌、降低和向外生長。之前，在新生代早期65～50 Ma，印度板塊以20～15 cm/a速率快速向北移動，而這個時候歐亞板塊和北美板塊分離的移動速率是2～4 cm/a。在50～40 Ma期間，印度板塊繼續(xù)向北移動并且其北部的古特提斯洋殼向亞洲板塊俯沖，但在這個期間印度板塊向北移動的速度突然降低，可能是印度板塊和亞洲板塊碰撞的結果。因為，大洋巖石圈的地殼薄、密度大，容易俯沖到較厚較輕的亞洲大陸巖石圈之下，在碰撞時印度板塊受阻北移速度減慢。在印度板塊俯沖過程中，不僅把較薄和較輕的地殼帶到了地幔軟流圈，而且?guī)拥乇砦镔|向北運動。這些具有預見性的結論，也得到了后來大量的觀測數(shù)據(jù)的支持。同時，他還認為海峽關閉使大洋環(huán)流改變控制了非洲干旱氣候等。最近，他提出赤道太平洋西部陸地生長，改變了下墊面條件和沃克環(huán)流以及東風帶的位置及強度，形成了拉尼娜大氣環(huán)流形式，進而使高緯度地區(qū)第四紀冰川發(fā)育。Molnar教授深化和修改了中國科學家在1970年代提出的青藏高原—喜馬拉雅抬升過程及其與亞洲環(huán)境演變關系的認識，來至東亞的研究結果支持高原抬升和全球變化與季風氣候演化之間的聯(lián)系。結論：Molnar教授的研究工作促進了我們對新生代全球構造運動、地震發(fā)生機理和氣候演化及其關系的認識；他的思想和工作方法對我們的研究有指導意義。在未來，獲得定量化的高精度的環(huán)境演變地質記錄、加強環(huán)境演變的數(shù)值模擬研究，是認識地球環(huán)境變化規(guī)律的兩條重要途徑。

來源出版物：中國科學：地球科學, 2015, 45(6): 770-779入選年份：2015