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机器学习在CO2提高油气采收率与地质封存中的研究进展
碳捕集、利用与封存(Carbon Capture, Utilization and Storage,简称CCUS)是实现碳中和的关键技术,通过CO2提高油气采收率和地质封存实现能源增产与减少CO2排放的双重效益。然而,CCUS技术在大规模应用中面临工程设计和风险评估等技术挑战。传统解决方法依赖经验公式、实验验证和物理模型,在处理复杂系统时,计算效率低下,模型精度不足,难以处理多维度耦合问题。机器学习(Machine Learning,简称ML)凭借其强大的数据驱动分析能力和自适应优化特性,能训练出高精度预测模型,优化操作参数、预测储层流体行为、评估泄漏风险等,实现对复杂系统的实时监控和智能化决策,提升CCUS技术的安全性和经济性。研究系统梳理了ML在CO2提高油气采收率与地质封存方面的应用。在CO2提高油气采收率方面涵盖了渗流机理建模、优化井网设计、产量预测与评价、多目标优化、预测最小混相压力、预测气体吸附曲线、评估CO2-CH4扩散等;在CO2地质封存方面包含储层优选、CO2溶解与扩散机制研究、地质封存效果预测、风险评估等。ML在提升预测精度、优化操作参数、提高计算效率等方面展现出显著优势,已在储层优选、气体吸附预测、封存效果预测等关键领域取得重要进展,但在复杂地质场景下的适应性、模型普适性、动态数据处理能力、物理解释性等方面仍有待提升。
叶虹莹(文),曹成, 赵玉龙 ...
《油气藏评价与开发》
2026年第6期
基层应急管理多元主体协同网络分析及优化策略——以长沙市基层应急协同网络为例
优化基层应急管理多元主体协同网络结构,对提升基层应急管理效能至关重要。该研究基于协同治理理论,构建“系统环境—协同驱动—协同机制—协同产出”分析框架,以长沙市2013—2023年87起应急事件为样本,运用复杂网络分析法进行实证研究。研究发现:基层应急协同网络呈现“核心—边缘”差序结构;政府组织在网络中占据核心地位,具有较高的中心性和影响力;而非政府组织则处于网络边缘,参与度较低;网络整体凝聚力和抗脆弱性有待提升。针对上述问题,该文提出融合“制度创新”与“技术赋能”的“上下—左右—前后—内外”四维优化策略,即纵向贯通强化指挥链与赋能基层节点,横向耦合打破壁垒激发多元参与,全周期衔接贯通应急链条动态凝聚,内外联动激活社会网络强化根基。
李燕凌, 陈梦雅
《灾害学》
2026年第4期
准噶尔盆地及周缘石炭-二叠纪烃源岩高精度年代地层格架与时空演化
准噶尔盆地及周缘石炭-二叠系发育优质烃源岩,记录了古亚洲洋闭合的关键信息。因处于海陆转折期,海相标准化石稀少,这个时期的年代地层对比存在诸多不确定性,含油气地层精确对比和盆地演化历史重建面临很大难题。本文对准噶尔盆地西北缘、南缘、东缘,以及周缘吐哈、三塘湖、伊犁盆地的石炭-二叠系关键剖面和钻井岩芯开展了系统的火山灰锆石U-Pb年代学研究。综合运用高精度CA-ID-TIMS、LA-ICPMS和SIMS方法,获得了53个高质量的同位素绝对年龄数据。精确厘定了多套烃源岩层位的沉积时代:(1)准噶尔盆地玛湖凹陷风城组主体沉积于晚石炭世卡西莫夫期(Kasimovian)-二叠纪乌拉尔世早期阿瑟尔期(Asselian);(2)准噶尔盆地南缘、吐哈盆地和三塘湖盆地的主力烃源岩芦草沟组时代为萨克马尔期(Sakmarian)-亚丁斯克期(Artinskian);(3)伊犁盆地伊宁凹陷主力烃源岩塔姆其萨依组时代为乌拉尔世空谷期(Kungurian)早期;(4)准噶尔盆地东部平地泉组的时代可能为乐平世(晚二叠世)吴家坪期(Wuchiapingian)。据此提出晚石炭世卡西莫夫期-乌拉尔世早期阿瑟尔期、萨克马尔期-空谷期和乐平世吴家坪期三个关键烃源岩发育期。新的格架揭示了各区块海陆转换的穿时性,从西北部(卡西莫夫期)向东部(格舍尔期)逐渐变晚,为古亚洲洋的“剪刀式”闭合提供了新的年代学证据。本研究建立的研究区新的石炭-二叠纪地层框架,基本解决了长期存在的地层时代和对比问题,为中国北疆地区油气勘探部署提供了关键的年代学科学依据。
侯章帅, 王向东 ,支东明...
《中国科学:地球科学》
2026年第2期
亲铜元素圈层分异演化及其资源环境效应
亲铜元素是与硫化物关系密切的一大类元素,也具有显著的亲金属性,它们在类地行星核、幔、壳不同圈层间的差异性分配被广泛用于研究行星增生、核幔分异、壳幔相互作用等圈层分异和演化过程。亲铜元素本身也是重要的金属元素和成矿元素,研究它们在地球多圈层迁移循环规律及超常富集机理,也有助于深化认识各类战略性矿产资源的形成机制。部分亲铜元素具有挥发性和重金属毒性,它们可随岩浆火山作用释放或者风化作用聚集到地球表层,产生强烈的环境和健康效应,甚至可能造成表生系统的生态崩溃和生物大灭绝。尽管亲铜元素在地球各圈层如何分布、迁移、富集和释放的规律非常重要,但是目前认识还存在诸多不足,制约了它们在上述领域的深入应用。本文系统梳理了亲铜元素的基本地球化学行为,重点从亲铜元素在地球核-幔-壳固体圈层中的分布和演化规律出发,介绍亲铜元素在认识地球早期增生与核幔分异、壳幔分异与地壳形成演化、亲铜元素俯冲循环与资源环境效应等几个方面的初步应用。加强亲铜元素在地球各圈层系统中的地球化学行为研究,将有助于理解地球复杂圈层演化及其资源和环境效应。
汪在聪 ,汪翔 ,邹宗琪...
《中国科学:地球科学》
2026年第1期
就地宇宙成因核素产率模型的构建原理、研究进展与展望
高能宇宙射线轰击地表岩石矿物中的靶原子发生核反应,可就地生成10Be和26Al等就地宇宙成因核素。由于这些核素生成机制较为清晰且核素浓度可以被精确测量,易于构建模型定量解析其在地表的生成、累积、迁移和衰变等过程,已成为地表暴露测年、沉积物埋藏测年、流域和基岩侵蚀速率研究的重要工具。本文系统回顾了就地宇宙成因核素产率研究的发展历程,重点阐述了就地宇宙成因核素产率模型的构建方法及其关键影响因素,并尝试探讨了不同产率模型之间的差异及其成因。为提高产率模型的精准度,建议未来应加强以下四方面研究:(1)加强宇宙射线实测数据与数值模拟的对比同化研究,优化能谱重建中的粒子输运模拟算法,降低次级宇宙射线能谱模拟的不确定性;(2)系统开展更新世以来太阳活动和地磁场变化研究,为地质历史时期宇宙射线能谱重建提供更可靠的约束条件;(3)深化质子/中子与主要靶物质(如氧、硅、铝、铁和镁等)的核反应截面的实验测量与理论模拟研究,建立更完善的全能区核反应截面数据库;(4)推进多核素(如3He-10Be-14C-21Ne-26Al-36Cl等)和多矿物(石英和方解石等)体系的实测产率校正与对比研究,构建更具普适性的产率计算模型。
周杰 ,周卫健, 付云翀 ...
《中国科学:地球科学》
2026年第1期
中国地层孢粉记录的全新世人类对植被影响历史
孢粉是追溯长时间尺度植被演变过程及人类扰动历史的重要代用指标,在人地关系演变研究中发挥着关键作用。然而,当前对于独立孢粉记录中植被人为干扰的初期信号与实质性影响的理解仍存在混淆,多记录综合研究也存在未充分考量原始记录解释细节等情况。本文整理了我国104条涉及人为干扰的孢粉记录,基于原文中界定的人类干扰时间及孢粉谱响应特征的描述,尝试区分人类活动对植被干扰的“信号期”与“影响期”,并分析其时空分布特征。结果显示,孢粉记录揭示的我国人为干扰“信号期”开始于约8 cal ka BP,除东北地区整体晚于2 cal ka BP外,其出现时间在其他地区没有明显规律。人类活动“影响期”最早可追溯至约6 cal ka BP,4 cal ka BP前后记录有所增多,东部森林区记录密度在2–1 cal ka BP这一时间段显著增加;而自1 cal ka BP以来,西部地区的影响期记录亦呈增多趋势。木本植物花粉对影响期的响应表现出明显的空间分异,东北山地以松属减少为主,北方及林草过渡带则表现为木本植物普遍衰退,南方多表现为原生阔叶树减少伴随松属增多,西南山地则以桤木属增多为特征。通过典型案例,本文总结了当前从孢粉谱中识别人为干扰信息的主要途径,指出了不同孢粉记录之间、孢粉与其他证据之间存在的争议,并归纳了当前孢粉-人类活动研究所面临的难题。
宋丽娜, 曹现勇
《中国科学:地球科学》
2026年第1期
南海西边界潜流的快速发展过程
西边界潜流作为西边界流系统中的重要组成部分,在深层水体输运和经向热量输送中发挥着关键作用。然而在季风驱动的半封闭边缘海中,其存在性尚未得到验证。基于潜标数据和气候态平均的再分析数据,本文在南海100 m以深区域验证了春夏季西边界潜流的存在。南海的西边界潜流在西边界流发生季节性转向之后的4月开始形成,7月迅速增强并逐渐抬升,直至8月消散。动量方程诊断表明,南海西边界潜流遵循准地转平衡。表层北向西边界流主要受正压梯度力驱动;在次表层,斜压梯度力显著增强,逐步抵消正压梯度力的作用并占据主导地位,这种斜压效应的增强最终在次表层催生出与表层流向相反的南向西边界潜流。而潜流在7月的快速增强源于正压梯度力相较斜压梯度力拥有更快的衰减速度。通过计算体积输运发现南海西边界存在持续的西向输运水,该水体在遇到西边界地形后产生堆积,从而为次表层纬向斜压梯度力的形成提供了条件。
田逸伦 ,舒业强 ,王东晓 ...
《中国科学:地球科学》
2026年第1期
相对高纬度珊瑚礁的有限弹性:气候变化和人类影响下的结构复杂度退化
珊瑚礁结构复杂度在维持生物多样性、海岸保护、渔业和旅游业等生态服务中发挥着重要作用。然而,由于缺乏结构复杂度的长期数据,珊瑚礁应对气候变化和人类干扰的弹性仍缺乏深入理解。基于2019–2024年在南海北部涠洲岛获取的实地调查数据,本研究首次探究了相对高纬度珊瑚礁中珊瑚群落与结构复杂度的响应轨迹及关键驱动因子。在2020年的珊瑚白化事件、2023年的两次气旋干扰后,活珊瑚覆盖度(LCC)先下降后恢复,珊瑚耐热性呈现增强的趋势。海洋保护区(MPA)内的珊瑚受影响程度低于非海洋保护区。然而,珊瑚礁结构复杂度却持续下降,从1.200降至1.076,并伴随珊瑚形态组成的简化。尽管持续下降,结构复杂度在MPA中仍与鱼密度显著正相关(R2=0.91,p<0.05)。贝叶斯模型与广义线性模型分析结果表明,热胁迫、气旋及人类活动是导致结构复杂度下降的主要驱动因素。通过LCC与结构复杂度之间相反的变化轨迹,研究揭示了相对高纬度珊瑚礁在气候变化下的有限弹性,并进一步表明MPA在提升生态系统弹性方面发挥着关键作用。我们建议将结构复杂度纳入珊瑚礁长期监测与管理体系,以增强珊瑚礁生态系统应对气候变化的弹性。
滕君灿 ,余克服 ,左秀玲 ...
《中国科学:地球科学》
2026年第1期
北半球中高纬热浪的次季节预报技巧:区域性及热浪持续时间差异性
准确预测热浪至关重要,其作为次季节至季节(S2S)预测计划的核心目标之一也备受关注。先前研究多聚焦于极端个例且未考虑空报,可能高估了模式对热浪的预报技巧,因此有必要全面评估当前S2S模式对热浪的预报能力。本研究基于当前多个S2S模式长期历史回算数据,系统评估了北半球中高纬热浪的次季节预报技巧。结果表明:半球空间尺度上的热浪特征(频数、强度和持续时间)可被S2S模式提前大约2周预测。模式可提前1–2周预测热浪发生,提前3–4周预测暖异常。热浪预报技巧表征出区域性及持续时间的差异性,体现为欧洲地区热浪预报技巧更高,东亚和北美地区预报技巧较低,这主要归因于欧洲区域热浪可预报性更高同时模式对该地区的模拟能力更强。同时长期型热浪较短期型热浪在提前2周预报时间范围内预报技巧更高,这主要是受大气内禀可预报上限的制约。本研究为了解当前S2S模式对热浪的次季节预报能力提供了全面的认识。
刘昊宙 ,刘屹岷 ,包庆 ...
《中国科学:地球科学》
2026年第1期
全球海洋中大洋螺菌目相关病毒的多样性、分布及生态潜能
大洋螺菌目(Oceanospirillales)细菌在海洋环境中分布广泛,并在碳氢化合物污染的生物修复中扮演着关键角色。然而,与该类群细菌相关的病毒其特征与作用仍不明确。在本研究中,我们从超过1,500万个病毒和细菌的基因组及基因组片段中,鉴定出3,273个与大洋螺菌目相关的病毒重叠群,其中包括783个高质量的大洋螺菌目相关病毒基因组。大多数大洋螺菌目相关病毒为头尾病毒和丝状病毒(分别为549个和17个)。我们共注释出1,226个假定的辅助代谢基因(AMGs),这些基因涉及39个主要代谢种类。值得注意的是,其中54个假定AMGs与脂肪族烃、芳香烃及其衍生物的降解相关,这突显了这些病毒在碳氢化合物生物降解中的潜在作用。根据系统发育推断和结构相似性网络分析,病毒和宿主所具有的烃及烃衍生物降解相关基因表现出趋同进化。基于生物地理学分析,大多数大洋螺菌目相关病毒被发现于水生环境,其中在温带和热带海洋表层区丰度最高。本研究揭示了大洋螺菌目相关病毒的多样性、分布和生态潜能,并强调了需要将其纳入全球碳氢化合物降解的评估体系。
沈克桦 ,张文静,郑凯阳...
《中国科学:地球科学》
2026年第1期
人地系统建模与决策的通用框架初探:多主体深度强化学习及其在公地悲剧中的应用
人地系统是人类活动与自然过程深度交织的复杂适应系统,随机性、非线性、反馈与涌现等现象交相作用,共同驱动着人类行为与自然动态之间的耦合演化。尽管地球系统科学中的自然系统模型已相对成熟,但对人类系统的建模仍存在明显不足,且缺乏能够有效刻画两者之间复杂交互,支持人地系统建模和决策的通用框架。针对上述问题,本研究提出了一个集成马尔可夫决策过程、多主体建模和深度强化学习的多主体深度强化学习框架,以应对人地系统中建模和决策的挑战。该框架以马尔可夫决策过程四元组为基础:环境状态(表征自然系统)、主体行动(表征人类系统)、状态转移(表征人地系统演化)和奖励机制。通过引入多主体建模来模拟从个人、群体、社区到政府和非政府组织等多层级主体的行为、决策及其复杂交互。深度强化学习则用于解决由此引入的高维状态-动作空间求解难题。最后,以经典的“公地悲剧”为背景,设计了一个由多名依据特定决策规则行动的渔民组成,围绕共同鱼塘资源进行决策的实验案例。结果表明,在仅受经济利益驱动时,渔民们倾向于采取高强度捕捞策略,导致鱼群数量在20个时间步长内迅速由初始的1600单位下降至接近零,重现了经典的“公地悲剧”现象;相比之下,引入可持续性惩罚机制或合作机制能够有效引导渔民调整捕捞策略,表现出更为稳定和适度的捕捞行为,鱼群存量在整个模拟期分别维持在约500和1500单位,实现了资源的可持续发展;此外,通过引入行为参数(贪婪因子),有效刻画了渔民在捕捞倾向上的异质性,高贪婪因子的渔民表现出激进的捕捞行为,而低贪婪因子的渔民则采取更为保守的策略,并揭示了个体行为差异对系统动态的影响。本研究提出的多主体深度强化学习综合集成框架能够有效捕捉异质主体与环境之间的动态反馈机制与非线性涌现特征,为解析人地系统中多过程、多主体及多活动之间的复杂交互机制提供了有力工具,并为未来开展多尺度系统治理与决策的大规模数值实验奠定了坚实的方法论基础。
原世伟 ,李新
《中国科学:地球科学》
2026年第1期
中国湖水氢氧同位素空间变化:分布模式与驱动机制
当前对中国湖泊氢氧同位素(δDlw和δ18Olw)的研究主要集中于单一水体,而对其大尺度空间调查明显不足,这限制了对不同气候区湖水同位素的区域差异及控制因素的理解。为应对这一问题,我们系统分析了中国131个湖泊的δDlw和δ18Olw值,并结合已发表的150个湖泊的水体同位素数据,绘制出全国范围湖水同位素空间分布图。值得注意的是,来自不同研究的36个湖泊尽管存在时间和空间的采样差异,但同一个湖泊在不同研究中报道的δDlw和δ18Olw数据具有高度一致性,证明了将本研究及前人报道不同湖泊数据进行对比研究的可靠性。中国湖水同位素呈现出明显的区域规律:与年均大气降水同位素相比,干旱的西部/北部地区湖泊水体与其同位素差异更大,氘盈余(d-excess)更低,蒸发/入流比(E/I)更高,这些现象共同指示了该区域强烈的蒸发富集效应;而湿润的东部/南部地区湖泊,湖水和其同位素差别更小,d-excess值更高,E/I值更低,反映其同位素特征主要受降水输入主导。此外,青藏高原、内蒙古及云贵高原部分湖泊的δDlw和δ18Olw值比当地降水偏负,可能指示冰川融水或地下水的主导补给作用。这些发现强调在解读湖泊水体同位素变化特征时,尤其是在跨越不同气候带的研究中,必须有效区分蒸发效应与补给水源的影响。
刘虎 ,张平, 王欢业...
《中国科学:地球科学》
2026年第1期
中国非光合植被覆盖度时空变化及其在气候梯度下对碳通量的影响
非光合植被(Non-Photosynthetic Vegetation,NPV)是陆地生态系统的重要组成部分,在植被与土壤碳交换等过程中发挥着关键作用。然而,现有的碳循环模型和遥感产品常将NPV误判为裸土,从而在碳通量模拟中引入结构性偏差。本研究基于Sentinel系列遥感影像和实地观测数据,构建了2016–2024年中国区域300 m分辨率的年尺度非光合植被覆盖度(fNPV)数据集。同时,提出了融合非光合植被、光合植被和裸土信息的生态系统碳交换通量(Ecosystem Carbon Exchange Flux,ECEF)指数,为准确表征生态系统碳流动过程提供了新的方法。研究结果表明,2016–2024年间中国区域年均fNPV为0.3679,年均增长率为0.0014 a-1;在半干旱至半湿润气候区,fNPV达到了最高值(0.4235),年均增长率为0.0075 a-1。提升回归树(Boosted Regression Tree,BRT)分析显示,季度气温和降水是主导NPV空间分异的关键气候因子,分别解释了其变化的19.38%和15.22%。碳汇能力在不同气候区表现出显著差异,湿润区的碳汇能力明显高于干旱区,对应的ECEF值分别为0.95和-0.47。空间分析结果表明,ECEF与净生态系统交换量之间存在显著的负相关关系(Pearson r=-0.68,p<0.05,R2=0.46),表明ECEF可以作为气候梯度背景下碳通量估算的稳健代理指标。该研究强调了非光合植被在陆地碳循环中的核心作用,提出的ECEF为气候变化背景下的碳通量估算提供了重要的优化手段。本研究为全球,特别是观测数据稀缺区域的碳通量评估,提供了一条新的技术路径。
王春胜, 田庆久, 张文敏...
《中国科学:地球科学》
2026年第1期
浮游植物与水体间氮碳化学计量的趋同
浮游植物在生源要素生物地球化学循环中发挥着至关重要的作用,其元素比与可利用的无机营养物协同变化;然而,其中潜在的相互作用模式和机制仍不清楚。在此,基于大规模长期实地调查和培养实验,我们发现浮游植物氮∶碳摩尔比与溶解无机氮∶CO2摩尔比随时间推移两者趋于相同。功能基因组学证据表明,这种氮碳化学计量趋同是由浮游植物群落演替及其相应的氮和碳新陈代谢来驱动。基于此,我们构建了一种理论模式来刻画这种化学计量趋同过程。浮游植物与水体间氮∶碳摩尔比的差异越大,趋同速度越快。此外,用溶解无机碳替代CO2可能会改变趋同方向。这种化学计量趋同模式既可用来表征浮游植物元素比对无机营养动态变化的响应,也可用来认识浮游植物群落结构随时间的演化方式。
李婉珠 ,王宝利 ,Stephen C.MABERLY ...
《中国科学:地球科学》
2026年第1期
多时间尺度湖库二氧化碳通量环境驱动因子研究
湖泊在内陆水体碳循环中发挥着关键作用。然而,受制于实地观测数据的稀缺,湖泊二氧化碳通量(Carbon dioxide fluxes,FCO2)的环境驱动因子及机制仍不明晰。基于此,本研究收集了全球19个湖泊和8个水库(以下统称为湖泊)共计332个月的涡度协方差观测数据,深入分析了不同时间尺度湖泊FCO2的环境驱动因子,并探究不同类型湖泊FCO2交换的环境影响机制。研究结果表明,pH值越高的湖泊,其表现为碳汇的可能性越大。湖泊FCO2的主要驱动因子随时间尺度变化表现出显著差异:昼夜尺度上主要由辐射因子控制,多日尺度上则转为受能量交换相关因子主导,而在季节尺度上则表现为由温度主导。基于互信息法进一步分析表明,FCO2对环境因子的响应存在明显的滞后效应,且随湖泊类型而异。具体而言,昼夜尺度上,FCO2对主要驱动因子短波辐射的响应在酸性、中性和碱性湖泊中分别为-0.3±0.5天、0.4±0.9天和0.2±0.7天;在多日尺度上,酸性湖泊FCO2对主要驱动因子的响应也表现出较短的滞后时间;而在季节尺度上,各湖泊FCO2对主要驱动因子的响应时间差异显著增大,表明在更长时间尺度中,FCO2对驱动因子的响应机制更加复杂。本研究有助于深化对湖泊碳循环机制的理解,可为准确评估湖泊碳收支提供科学依据。
贺相綦, Ankur DESAI ,Ivan MAMMARELLA...
《中国科学:地球科学》
2026年第1期
华北平原生物质燃烧气溶胶吸收特性外场实测及辐射效应
生物质燃烧是碳质气溶胶的重要来源,对地球辐射平衡具有显著影响。然而,生物质燃烧气溶胶的光谱吸收特性,特别是棕碳的贡献,仍存在较大不确定性。这主要源于现有研究多依赖实验室测量,而实验室条件难以准确反映真实大气环境。为弥补这一不足,本研究开发了一套基于无人机的观测平台,并在华北平原农村地区开展了生物质燃烧气溶胶的外场实测。该方法有效降低了实验室烟雾箱法的固有偏差,使生物质燃烧气溶胶吸收特性的表征更接近真实大气条件。观测结果显示,焖烧条件下典型居民生物质燃烧气溶胶的吸收Ångström指数(AbsorptionÅngström exponent,AAE)为3.70±0.04,而明火条件下为1.50±0.08。AAE的变化主要受燃烧状态和烟气湿度影响,而非燃料类型。此外,外场实测的有机碳/元素碳比值(OC/EC)最高可达实验室烟雾箱研究结果的十倍,从而使质量吸收截面系统性偏低。以上结果表明,在华北平原地区,实验室烟雾箱研究对生物质燃烧气溶胶的吸光能力与辐射强迫可能存在系统性高估。值得注意的是,在焖烧条件下,考虑排放质量,棕碳在375 nm的吸收可达黑碳的6.6倍,表明减少焖烧排放可有效降低生物质燃烧气溶胶在紫外波段的辐射效应。本研究结果进一步证实,开展环境大气中的外场实测对准确评估生物质燃烧气溶胶的吸收特性及其对气候的影响至关重要。
王杨 ,许焰松 ,边若楠 ...
《中国科学:地球科学》
2026年第1期
青藏高原冰前湖中NO3–浓度及同位素组成的季节变化
全球变暖导致冰川加速消融,显著增加了向下游生态系统输送硝酸盐(NO3–)的通量,引起了对冰川补给区氮循环过程的广泛关注。冰前湖与冰川紧密相连,冰川源NO3–对调控湖水NO3–浓度起着关键作用。然而,冰川径流输入与湖泊内部生物地球化学过程对湖水中NO3–的相对贡献仍不明确。本研究基于青藏高原枪勇冰川流域的NO3–浓度及其同位素组成(δ15N-NO3–、δ18O-NO3–和Δ17O-NO3–)数据,结合MixSIAR同位素源解析模型,量化了不同来源对湖水NO3-的相对贡献。结果表明,在冰川消融期,冰川径流是湖水中NO3–的主要来源,其相对贡献为83%±5%;其次是湖内微生物硝化作用(15%±4%)和直接大气沉降(2%±2%)。进一步分析显示,冰川径流输入与湖泊内部氮循环过程共同驱动NO3–浓度的季节变化。消融初期,冰川径流输入及湖内硝化作用的增强导致NO3–浓度上升,随后浓度下降可能与沉积物介导的物理吸附过程有关。而在非消融期,反硝化和同化作用等微生物去除过程主导了NO3–浓度的逐步降低。研究结果量化了冰川径流及湖内微生物硝化作用对湖水中NO3–的相对贡献,强调了冰前湖是氮转化的热点区域。
王凤 ,刘勇勤 ,曲冬梅...
《中国科学:地球科学》
2026年第1期
权衡碳固存和耗水量的全球生态恢复框架
生态恢复能够通过增强陆地碳固存有效降低大气CO2浓度。然而,迄今为止,对于实际陆地生态系统在生态恢复过程中随时间增加的碳固存量及其对水资源消耗的影响关注较少,同时也缺乏对未来生态恢复下碳固存与水资源消耗权衡的时空格局影响的研究。本研究采用经过校准的动态植被模型,模拟了全球陆地生态恢复在时间序列中可恢复的碳固存及其相应的耗水量。全球评估表明:在SSP119–SSP585情景下,自2025年起开展全球陆地生态恢复,到2100年可额外固碳1.6–2.5 PgC yr-1,同时相应的耗水量为4566–4812 km3 yr-1。在国家尺度上,生态恢复在不同程度上有助于实现国家自主贡献以及《巴黎协定》1.5℃的减排目标。此外,所提出的恢复框架包括恢复区域与恢复顺序,以及在不同气候情景下提供了以最低水资源消耗实现减排目标的国家尺度恢复路径,并以巴西为例进行了验证。这些发现强调了在实施生态恢复时考虑碳固存与水资源消耗权衡的重要性,尤其是在水资源匮乏的国家,水密集型的恢复项目可能会进一步加剧水资源短缺问题。
韩庆功, 任思卿, 孙海茗...
《中国科学:地球科学》
2026年第1期
考虑地形和三维结构的波形反演:揭示复杂构造区震源机制及破裂特征的必由之路
<正>1通过震源机制研究破裂特征的意义震源机制解通过点源近似对断层破裂进行简化描述,通常采用断层面的走向和倾角,以及滑移矢量来描述断层的平面错动特征,或通过矩张量解对任意破裂过程进行普适性的描述。准确的震源机制解可提供多维度关键信息:(1)明确判别发震断层的空间展布特征,并精细描述断层破裂的运动学属性;(2)揭示震源区域的构造应力状态(Michael,1987);(3)为灾害损失评估、地面运动特征和同震库伦应力场的计算等提供震源参数;(4)辅助识别非天然地震信号,如岩浆运移诱发地震、核爆、结构塌陷,以及流体诱发地震等。
郑勇
《中国科学:地球科学》
2026年第1期
流域湿地蓄水能力评估的生态水文模型构建及应用研究
湿地蓄水能力是湿地多水文功能性发挥的载体,量化评估流域湿地蓄水能力对流域生态水文调控与水资源综合管理至关重要。然而,以往研究多局限于单个或小区域的湿地蓄水能力估算,迄今尚未形成一套适用于大尺度流域湿地蓄水能力精确评估的技术方法。为此,本研究基于湿地模块改进和土壤理化性质参数网格化率定,创建了流域湿地蓄水能力精确评估的生态水文模型,模拟了1990–2020年嫩江流域湿地蓄水能力演变过程。研究结果表明:(1)湿地模块改进有效提升了地表产流模拟精度,径流深拟合效率提升了2.4%–9.0%;土壤理化性质参数网格化率定显著提高了土壤水分模拟精度,表层/深层土壤水分拟合效率提高了12.5%–53.9%,创建的流域湿地蓄水能力评估的生态水文模型可精确模拟流域湿地水文过程,其纳什系数和决定系数达0.78和0.80。(2) 1990年嫩江流域湿地蓄水能力为332亿m3,其中湿地土壤蓄水能力约为洼地蓄水能力的2.5倍,至2015年湿地蓄水能力累计丧失64亿m3,占流域天然年径流量的27.8%,2020年流域湿地蓄水能力恢复了10亿m3,嫩江流域湿地蓄水能力下降主要归因于湿地大规模垦殖及其生态功能退化。研究成果有助于加深对流域湿地多水文功能性空间差异性的理解,为嫩江流域湿地空间修复和防洪减灾提供科学依据和决策支持。同时可为全球大尺度流域湿地蓄水能力精确评估提供新方法,对基于湿地水文服务的流域水资源综合管理具有重要应用意义。
胡博亭, 章光新, 孙敬轩...
《中国科学:地球科学》
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