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期刊信息/Journal information
中国科学（地球科学）
中国科学（地球科学）

孙枢

月刊

1674-7240

geo@scichina.org

010-64015883

100717

北京东黄城根北街16号

中国科学（地球科学）/Journal Scientia Sinica（Terrae）CSCD北大核心CSTPCD
查看更多>>《中国科学》是中国科学院主办、中国科学杂志社出版的自然科学专业性学术刊物。《中国科学》任务是反映中国自然科学各学科中的最新科研成果，以促进国内外的学术交流。《中国科学》以论文形式报道中国基础研究和应用研究方面具有创造性的、高水平的和有重要意义的科研成果。在国际学术界，《中国科学》作为代表中国最高水平的学术刊物也受到高度重视。国际上最具有权威的检索刊物SCI，多年来一直收录《中国科学》的论文。1999年《中国科学》夺得国家期刊奖的第一名。
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    深水页岩黄铁矿特征、形成及意义

    梁超籍士超操应长刘可禹...
    327-359页
    查看更多>>摘要：作为地球化学硫循环重要的金属载体,深水页岩黄铁矿的形态及地球化学特征记录了沉积环境的变迁.本文将深水页岩黄铁矿分为三大类(自形黄铁矿、草莓状黄铁矿和交代型黄铁矿)和六个亚类.一方面,在微观尺度上,不同类型的黄铁矿指示不同的形成过程及环境:在成矿物质分布均匀的环境中,草莓状黄铁矿通过爆发式成核形成;而自形黄铁矿通常在非均质系统中依附预先存在的"支点"形成;交代型黄铁矿则源于成矿物质对环境中先存矿物的交代.另一方面,深水页岩黄铁矿的同位素特征为追踪其成矿物质的来源、反演地球硫和铁汇的变动提供了依据.深水页岩黄铁矿微量元素含量可以作为沉积水体(以古海洋为主)微量元素丰度的指标,反演大气含氧量的变化.此外,在烃类生成、储集及对页岩储层的预测方面黄铁矿也发挥着重要的作用.

    页岩黄铁矿硫酸盐还原同位素分馏黄铁矿微量元素

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    地球系统视角下的多圈层复合极端事件研究进展与展望

    郝增超陈阳
    360-393页
    查看更多>>摘要：复合极端事件对社会、经济和生态所造成的影响相较于各事件独立发生时更为严重,这类事件已成为近10年来地球科学领域的研究热点之一.气候变化背景下许多复合极端事件频发、强发,极端事件间的组合形式也呈现出新特点,对科学研究和防灾应对提出了更高的要求和更严峻的挑战.本文在地球系统多圈层相互作用的视角下系统梳理了多类高影响复合极端事件的定义、机理、变化、归因、预估等方面的研究现状;探讨了复合极端事件研究在数据需求、机理分析、模型模拟、归因预估、风险评估和适应应对等方面的挑战及可能的解决方案;进一步展望了该领域未来可能的发展趋势和急需多学科、多部门联合攻关的重点研究内容.在气候变化重塑极端事件类型的背景下,科学研究、防灾减灾和应对气候变化工作均需从传统单一极端事件视角向复合极端事件视角转变,对研究对象、思路和方法进行全方位的革新.本文对复合极端事件研究领域的发展和多学科领域的交叉合作将起到一定的促进作用.

    极端事件复合极端事件气候变化及风险多圈层相互作用

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    行星边界下的可持续食物系统评估及策略研究进展

    王鸣雷史文娇
    394-405页
    查看更多>>摘要：以资源环境可持续的方式满足日益增长的食物需求是一项全球性挑战,行星边界概念框架的提出从土地利用变化、淡水利用、氮磷循环和温室气体排放等维度为可持续食物系统研究提供了科学参考.本文在全球和中国尺度,总结了行星边界框架在可持续食物系统研究中的阈值应用;基于以上阈值,评估了食物系统在耕地、淡水、氮、磷等资源利用和氮磷损失、温室气体排放等环境影响的可持续状况;梳理了改变饮食结构、改进技术和管理水平、减少食物损失浪费、优化农业生产布局等单一和综合管理策略在食物系统可持续方面的作用;最后,提出了未来可持续食物系统研究的发展方向,包括加强食物系统中各行星边界要素之间相互作用机制的研究、加强食物系统中各行星边界在国家和区域等的降尺度研究以及加强中国可持续食物系统政策制定的合理性等.本文能够为全球和中国未来可持续食物系统和农业土地利用管理提供理论基础和策略依据.

    食物系统资源利用环境效应可持续策略行星边界

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    热带太平洋年际尺度和热带不稳定波引起的叶绿素变率对ENSO调制的互补效应

    张荣华田丰石其东王秀君...
    406-423页
    查看更多>>摘要：在热带太平洋,观测数据表明海表叶绿素(Chl)表现出年际尺度变率和由热带不稳定波(TIW)引发的中小尺度扰动这两者的共存现象;两者通过海洋生物引发的加热(OBH)反馈对ENSO造成的联合影响尚未得到充分的表征和理解.本文利用一个混合型大气-海洋物理-生物地球化学耦合模式(HCM AOPB)来量化年际和TIW尺度上Chl扰动对ENSO的单独以及联合调制影响.HCM敏感性试验结果证实了两者对ENSO振幅存在相反的作用,其中大尺度Chl年际变率造成的海洋生物-气候反馈效应通过其对上层海洋层结和垂向混合的影响来减弱ENSO,而TIW尺度的Chl扰动则倾向于增强ENSO.气候模式中ENSO的模拟敏感地依赖于对不同尺度上Chl效应的表征方式,因此有必要在气候模式模拟中充分地考虑不同尺度上Chl引发的气候效应.本文揭示了热带太平洋Chl效应是气候模式中ENSO模拟的一个偏差源,可为不同尺度上热带太平洋气候系统与海洋生态系统间相互作用提供新的见解.这些结果也揭示了ENSO调制的复杂性:即热带太平洋海洋生物地球化学过程相关的年际和TIW尺度上的Chl扰动与物理过程间的相互作用可对ENSO产生协同效应.

    海洋叶绿素海洋生物-气候反馈年际变率热带不稳定波(TIW)互补效应混合型海气耦合模式

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    不同气候条件下现代浅海沉积物钾同位素组成特征及其意义

    穆军陈天宇于谦安诗超...
    424-438页
    查看更多>>摘要：钾(K)同位素是研究化学风化过程的一种新型示踪工具.前人已对特定气候区域条件下的风化剖面开展K同位素研究,但不同气候背景下的硅酸盐风化作用对K同位素的影响尚不清楚.此外,当前学界对现代浅海陆源碎屑沉积物的K同位素特征知之甚少.本文报道了中国东部沿海(ECC)陆架以及海南岛近海表层沉积物的K同位素组成.研究结果显示,ECC沉积物的δ41K值分馏范围相对较小,介于(-0.40±0.01)‰～(-0.57±0.04)‰,平均值为(-0.51±0.09)‰.相比之下,海南岛近海沉积物的δ41K值变化较大,范围为(-0.28±0.07)‰～(-0.67±0.02)‰.海南岛近海沉积物的δ41K值与化学蚀变指数(CIA)、A1/K比值、Ti/K比值和总铁(FeT)含量呈现负相关,表明其K同位素组成主要受化学风化作用的控制.我们对这些样品开展了Mg同位素分析,值得一提的是,所有ECC和海南岛近海沉积物的δ26Mg值变化较小(约0.24‰),且与化学风化指标无明显相关性.本研究揭示了沉积物K同位素变化与气候条件(降水量)之间的联系,表明沉积物碎屑组分的K同位素具有一定的于深时古气候研究应用潜力.近海沉积物碎屑的δ41K值变化明显小于远洋沉积物,这表明了在尝试利用碎屑沉积记录中的K同位素研究古气候、化学风化作用时,必须区分自生黏土矿物的形成和生物作用对大陆硅酸盐风化记录的影响.

    K同位素Mg同位素化学风化陆源碎屑沉积物气候类型降水量

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    2022年中国南方破纪录的夏秋连旱:热带海温和欧亚加热的作用

    胡跃鹏周波涛王会军张大鹏...
    439-450页
    查看更多>>摘要：2022年夏季至秋季,中国南方遭遇了 一次持续的极端干旱事件,并对南方地区的经济发展和生态系统都造成了严重的影响.本文探究了引起这一持续性干旱事件发生的大气环流异常.研究结果表明,2022年夏季中国南方极端干旱的发生与西北太平洋异常反气旋及东亚副热带急流北移所共同导致的水汽通量辐散和异常下沉运动密切相关.不同的是,后续造成秋季干旱持续维持的大气环流异常主要是位于孟加拉湾至中国南海地区上空的气旋性环流异常,该系统导致了中国南方的水汽减少和异常下沉运动.进一步的研究表明,2022年夏季欧亚大陆北部罕见的强地表加热和热带太平洋的极端拉尼娜型海温异常共同导致在同期出现了西北太平洋异常反气旋和东亚副热带急流的北移,而秋季在孟加拉湾至中国南海地区上空形成的气旋性环流异常很大程度上是由热带印度洋海温的极端负异常导致的.

    夏秋连旱中国南方热带海温欧亚加热

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    黄海滨海地区海陆风对强浓雾生消及爆发性增强的影响

    高雅刘端阳严殊祺周文君...
    451-468页
    查看更多>>摘要：利用NCEP再分析资料、常规气象观测资料、L波段雷达探空资料以及MTSAT静止卫星观测资料,对2015年2月15至17日盐城一次持续性强浓雾过程的演变过程、形成机制等综合分析,并借助WRF模式对此次过程进行数值模拟实验,基于模拟结果讨论海陆风的出现对成雾以及雾体爆发性增强的影响.结果表明:高空槽前西南气流引起的降水配合低压倒槽有利于前期雨雾的生成,地面冷高压控制下夜间晴空辐射配合弱冷平流的输送有利于后期辐射平流雾的形成与发展.WRF模式模拟雾区与实况雾区的生消及雾区范围基本一致,具有较好的可信度.模拟结果表明海风建立对近地面起平流降温作用,有利于近地面逆温层的形成与发展,为雾的形成与爆发性增强提供稳定的层结条件;而海风环流的加强,一方面可以向研究区域源源不断的输送水汽,另一方面超低空急流的出现有利于低层水汽的积聚,同时逆温强度进一步加强,有利于雾的爆发性增强和长时间稳定维持.

    辐射平流雾海陆风大气边界层雾爆发性增强WRF模式

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    MEIC-global-CO2:精细源分类下包含次国家信息的全球CO2排放清单

    徐若翀同丹肖清扬覃馨莹...
    469-485页
    查看更多>>摘要：二氧化碳(CO2)排放清单是开展气候变化研究和减排治理所必须的基础数据资料.当前,大部分全球CO2排放清单均基于国际能源署(IEA)的能源统计数据构建,一般提供国家尺度排放数据,且源分类精度有限.本研究作为全球高精度动态CO2排放数据库建设的第一步,首先构建了数据驱动的排放清单方法,融合了来自24个国际统计数据库和65个本地统计资料的活动水平数据,在精细源分类(1484个)下建立了覆盖208个国家和地区、797个州省行政区划、42个燃料类型和52个部门的无缝连续活动水平数据立方体.在此基础上,本研究在精细源分类下核算了包含次国家信息的1970～2021年全球化石燃料燃烧和水泥生产过程产生的CO2排放.其中,2021年基于州省尺度数据核算的CO2排放占全球排放总量的73％,显著提升了全球CO2排放核算的空间精度.基于这一数据库,研究揭示了分部门和燃料类型的全球CO2排放动态变化,分析了排放变化与全球经济发展和气候治理进程之间的关联.研究发现,在同一国家内部,不同州省行政区划之间的CO2排放部门贡献存在显著差异,显示出国家内部经济结构和能源结构的异质性.与其他全球CO2排放数据库相比,本研究的核算结果在全球及排放大国排放总量方面一致性较高,但在中小排放国家存在较大差异.本研究开发的支持气候变化与空气污染研究的多尺度排放清单模型(Multi-resolution Emission Inventory model for Climate and air pollution research,简称多尺度排放清单模型,MEIC)提供了精细源分类下更新及时的碳排放数据产品,数据产品可通过MEIC在线数据平台(http://meicmodel.org.cn)获取,为相关研究提供了新的碳排放数据来源.

    CO2排放数据驱动方法精细源分类次国家信息

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    中国328个城市的植被覆盖度长期变化特征及其驱动因子

    冯飞杨鑫贾宝全李晓婷...
    486-502页
    查看更多>>摘要：城市绿地有助于促进城市居民健康,增强城市生态系统生物多样性,减轻环境污染,缓解城市热岛效应.然而城市植被盖度异质性高,量化难度大.本文利用30m分辨率的陆地卫星数据,研究了 1990～2022年间我国328个城市植被覆盖度的变化.结果显示,1990～2005年,由于城市内建筑容积率和不透水表面的增加,全国平均城市植被覆盖度由0.38降至0.35.此后,城市植被覆盖度开始逆转,到2022年增长至0.45,这种增长趋势在新建城区最明显.2005年以前,平均城市植被覆盖度的降低主要是低植被覆盖区域的扩张造成的;此后,城市植被盖度的增加则表现为高植被覆盖区域的扩张.城市植被覆盖度变化趋势的转折与2004年以后国家陆续出台政策要求增加城市绿地覆盖度有关,城市国内生产总值与城市植被覆盖度变化呈现最高相关性.对于大城市和中等规模城市,影响植被覆盖度的前三个因子分别为国内生产总值、城市人口和气温.但对于干旱/半干旱地区的城市,植被覆盖度变化对气候因素(如降水)的敏感度更高.尽管近年来中国城市的总体植被覆盖度显著增加,但在小城市和大城市老城区的城市绿地仍有改善空间.

    城市绿地植被覆盖度城市化卫星遥感

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    流域水文系统产水机制稳定性研究

    颜宇刘智勇陈晓宏黄利燕...
    503-516页
    查看更多>>摘要：流域水文系统受下垫面和气候条件的共同作用,研究其产水机制的变异规律,是合理制定变化环境下水资源管理措施、实现水安全保障的基础.本文基于Budyko框架和气候模式的历史及未来数据(CMIP6),利用Budyko全微分分解法探究了下垫面和气候变化对流域产水变异的补偿机制;基于泰勒展开式求解将Budyko各阶敏感系数(一阶到高阶项)表征流域产水率对下垫面与气候的敏感程度;根据流域外部基本特征(产水率、下垫面特征参数及干燥指数)和内部敏感系数,进一步结合联合概率函数和主成分分析方法探究了流域产水机制稳定性及其演变规律.结果表明:(1)在全球各气候分区中,下垫面和气候变化对流域产水率变异互相补偿,即气候与下垫面改变引起的产水率变化可以基本相抵,使未来流域产水率维持稳定.(2)各阶流域敏感系数表明,未来流域对下垫面敏感性增加,对气候的敏感性降低,其中干旱区流域对气候和下垫面敏感性均增加.(3)未来流域水文系统产水机制稳定性逐步下降,即从基准期(1901～1950年)到变化期(2051～2100年),稳定性系数从0.054下降到0.021;其在干旱区改变量最大,可达(-0.347±0.18),而在半干旱地区、半湿润区、湿润区改变量分别为(-0.039±0.010)、(-0.028±0.005)、(-0.005±0.002).上述结果为未来气候变化下全球流域水资源可持续发展提供了参考,即重点关注干旱与半干旱地区流域的水文变异.

    水文系统稳定性产水率补偿机制敏感系数Budyko-Fu分解法全球流域

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