中国物理海洋学研究70年：发展历程、学术成就概览

本文概略评述新中国成立70年来物理海洋学各分支研究领域的发展历程和若干学术成就。中国物理海洋学研究起步于海浪、潮汐、近海环流与水团,以及以风暴潮为主的海洋气象灾害的研究。随着国力的增强,研究领域不断拓展,涌现了大量具有广泛影响力的研究成果,其中包括:提出了被国际广泛采用的"普遍风浪谱"和"涌浪谱",发展了第三代海浪数值模式;提出了"准调和分析方法"和"潮汐潮流永久预报"等潮汐潮流的分析和预报方法;发现并命名了"棉兰老潜流",揭示了东海黑潮的多核结构及其多尺度变异机理等,系统描述了太平洋西边界流系;提出了印度尼西亚贯穿流的南海分支(或称南海贯穿流);不断完善了中国近海陆架环流系统,在南海环流、黑潮及其分支、台湾暖流、闽浙沿岸流、黄海冷水团环流、黄海暖流、渤海环流,以及陆架波方面均取得了深刻的认识;从大气桥和海洋桥两个方面对太平洋–印度洋–大西洋洋际相互作用进行了系统的总结;发展了浅海水团的研究方法,基本摸清了中国近海水团的分布和消长特征与机制,在大洋和极地水团分布及运动研究方面也做出了重要贡献;阐明了南海中尺度涡的宏观特征和生成机制,揭示了中尺度涡的三维结构,定量评估了其全球物质与能量输运能力;基本摸清了中国近海海洋锋的空间分布和季节变化特征,提出了地形、正压不稳定和斜压不稳定等锋面动力学机制;构建了"南海内波潜标观测网",实现了对内波生成–演变–消亡全过程机理的系统认识;发展了湍流的剪切不稳定理论,提出了海流"边缘不稳定"的概念,开发了海洋湍流模式,提出了湍流混合参数化的新方法等;在海洋内部混合机制和能量来源方面取得了新的认识,并阐述了混合对海洋深层环流、营养物质输运等过程的影响;研发了全球浪–潮–流耦合模式,推出一系列海洋与气候模式;发展了可同化主要海洋观测数据的海洋数据同化系统和用于ENSO预报的耦合同化系统;建立了达到国际水准的非地转(水槽/水池)和地转(旋转平台)物理模型实验平台;发展了ENSO预报的误差分析方法,建立了海洋和气候系统年代际变化的理论体系,揭示了中深层海洋对全球气候变化的响应;初步建成了中国近海海洋观测网;持续开展南北极调查研究;建立了台风、风暴潮、巨浪和海啸的业务化预报系统,为中国气象减灾提供保障;突破了国外的海洋技术封锁,研发了万米水深的深水水听器和海洋光学特性系列测量仪器;建立了溢油、危险化学品漂移扩散等预测模型,为伴随海洋资源开发所带来的风险事故的应急处理和预警预报提供科学支撑。文中引用的大量学术成果文献(每位第一作者优选不超过3篇)显示,经过70年的发展,中国物理海洋学研究培养了一支实力雄厚的科研队伍,这是最宝贵的成果。这支队伍必将成为中国物理海洋学研究攀登新高峰的主力军

U形流化床流体动力学特性

用内置隔板将流化床内反应空间分为左右两个反应室,并通过下部通道使两室连通,反应颗粒从一室连续供入、反应后颗粒从另一室连续排出,将在反应器结构和颗粒流动路径两方面均呈现"U"形特征的新型结构反应器称为U形流化床(UFB)。该反应器适合于高水分含量生物质的解耦气化。通过FLUENT模拟和二维冷态U形流化床实验相结合的方式,研究了U形流化床的流体动力学特性。结果表明:U形流化床左右两室的颗粒均能被充分流化,实现颗粒自一室向另一室的流动,且通过优化分隔板的结构及布置方式,使自一室流向另一室的气体可在流入反应室中较均匀分布。确立了实现上述流动特征的U形流化床的操作条件范围及其控制因素。颗粒停留时间的测试分析进一步阐明了颗粒经过U形流化床的停留时间分布特征及其与全混流模型的接近度

解耦热化学转化:方法、技术与研发现状

宏观上表现为燃烧、气化和热解的热化学转化过程实质上包含了复杂的反应网络。传统燃烧、气化和热解过程使所有子反应耦合一体,难以利用反应网络中发生的各种相互作用以及子反应产生的中间产物。解耦热化学转化通过解除复杂反应网络中的某些子反应间的耦合,强化或抑制某些子反应中间产物与其它子反应间的相互作用,实现热化学转化所处理的煤、生物质等的高值化与综合利用,代表了能源化工的发展方向。本文在概述解耦热化学转化的思想方法与化学反应的基础上,从热解解耦、气化解耦、燃烧解耦三个方面分析了基于解耦热化学转化形成的实现煤炭及生物质高值转化和综合利用的典型新技术,并以利用低阶煤、生物质生产中热值工业煤气的燃烧解耦双流化床..

基于MODIS数据的2000-2013年西昆仑山玉龙喀什河流域积雪面积变化

利用两种卫星影像合成并引入冰川积雪区的方法,对西昆仑山玉龙喀什河流域2000-2013年MOD10A2积雪数据进行去云处理,分析不同海拔高度积雪的年内和年际变化特征及趋势,结合气象要素,分析其分布变化原因。结果表明:①低山区(1650-4000 m)积雪年内变化为单峰型,补给期为冬季,而高山区(4000~6000 m)存在"平缓型"春季补给期和"尖峰型"秋季补给期两个峰值;②就年际变化而言,低、高山区平均、最大积雪面积呈微弱增加趋势,高山区最小积雪面积显著增加,倾向率为65.877 km2/a;③就季节变化而言,春、夏、冬三季低、高山区积雪面积年际变化呈"增加—减少—增加"趋势,秋季高山区积雪面积则呈"增加—减少"趋势,而低山区积雪面积在2009和2010年异常偏大,其他年份面积变化不大;④在低山区,气温是影响春、夏两季积雪面积变化的主因,气温和降水对秋季积雪面积变化的影响相当,而冬季积雪面积变化对降水更敏感;在高山区,夏季积雪面积变化对气温更敏感,而冬、春季积雪面积变化主要受降水影响

围栏封育对新疆亚高山草甸土壤夏季CO_2日排放的影响

利用静态暗箱法在中国科学院新疆巴音布鲁克草原生态站首次对具有代表性的新疆典型性亚高山草甸25年围栏内外土壤CO2日排放进行连续观测。分析了亚高山草甸土壤呼吸变化规律及其影响机制。结果表明,围栏封育后,围栏内土壤CO2日排放总量达到19.117 g.m-2.d-1,围栏外为14.465 g.m-2.d-1,围栏内土壤CO2日排放通量要比围栏外的多了32.16%。浅层土壤土壤温度(包括地表地下5 cm、10 cm土壤温度,p<0.01)与土壤CO2排放通量日变化呈显著正相关性,但15 cm、20 cm和25 cm地温与其无相关性。土壤含水量过低或者过高都会对土壤呼吸有抑制作用,分析发现,土水势在29 kPa~35 kPa时土壤CO2排放通量出现最大值。同时围栏内外土壤CO2排放通量日变化与土水势呈指数相关,其中,围栏内相关系数为0.486 6;围栏外相关系数为0.600 7

沙漠化发生规律及其综合防治模式研究

揭示了在气候变化的驱动下，以毛乌素沙地为代表的半干旱区，沙地消长的旋回周期为1500年；而以北疆古尔班通古特沙漠为代表的半干旱区，沙漠消长的旋回周期则平均为1250年。这说明，近1万年来，沙漠、沙地的消长变化相当频繁；且与千年尺度上气候变化的干湿周期完全一致。科学家说，从植物的生物学特性与生物地球理化过程，验证和完善了荒漠化过程中的“肥力岛”形成与崩溃机制。研究指出，半干旱区退化与治理过程，是从相对均质的针茅草原-流动沙地/沙丘-灌丛化草场的自然(人工)演替这一资源异质性过程相向而行。“沙漠化”是“沙质荒漠化”的简称，它是荒漠化的一种类型，中国约有70%的荒漠化面积归属此类。在西北、华北和内蒙古西部干旱区，自然条件和经济发展程度差异很大，荒漠化成因复杂、类型多样，从而给荒漠化防治带来了技术难度。20世纪后期启动的“三北”防护林工程及防沙、治沙工程，在整体上取得了比较显著的生态、社会和经济效益，但荒漠化防治的一些创新性关键技术体系尚未形成。“沙漠化发生规律及其综合防治模式研究”，是近十年国内外几项重大研究课题的集成和一系列成果的结晶。科技人员初步建立了荒漠化发生、发展及荒漠化监测与评价的理论框架；在典型荒漠化类型区内，提出了一系列实用技术和防治模式，将荒漠化防治与区域可持续发展紧密结合起来，为加快荒漠化防治步伐、提高荒漠化防治成效提供了技术储备和示范样板。研究首次完成了中国荒漠化生物-气候分区，并在国家尺度上建立了适用于大范围荒漠化监测与荒漠化评价指标体系框架，为全国荒漠化监测提供了理论与方法；在内蒙古伊金霍洛旗建立了县级荒漠化监测和评价系统平台，两项成果目前已被成功地应用于荒漠化监测和治理规划工作中；根据联合国防治荒漠化《公约》要求，编绘了第一幅“中国荒漠化气候分区图”，明确界定了中国荒漠化潜在发生范围。科技人员还针对不同类型建立了区域综合防治模式。筛选出11种耐寒、耐盐、抗旱的优良抗逆性乔灌木种质材料，其抗旱性突破100毫米降水线；耐寒性突破了极端低温冻害和90天生长期的限制；耐盐性在表层土硫酸盐含量1.6%-2.3%及盐结皮含盐量高达24.16%的条件下生长正常。研究提出的沙漠绿洲边缘滴灌节水造林配套技术、盐渍化土地“三系统”治理技术和高寒沙区固沙造林综合技术，为极端恶劣条件下植被恢复提供了技术支撑。在不同类型区植物材料选育和荒漠化防治技术的基础上，研究集成创新地提出了四大典型区域的荒漠化综合治理模式：极端干旱沙漠绿洲生态经济型防护体系模式；干旱区次生盐渍化土地防治模式；半干旱农牧交错区荒漠化防治“三圈”模式及青藏高原高寒草原沙化防治模式。已在新疆、甘肃、青海、内蒙古等省(区)累计推广应用388.8万余亩，取得综合效益超过1.5亿元；未来适宜推广的面积约10万平方公里