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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。
正式出版
收录年代

    青藏高原腹地发现最早细石叶技术遗址

    靳英帅张晓凌王社江葛俊逸...
    1588-1601页
    查看更多>>摘要:细石叶技术产品是青藏高原发现最丰富的史前人类文化遗物,代表了早期人类在高原的大规模迁徙.然而,经过系统发掘、具有可靠年代数据的细石叶技术遗址在青藏高原发现较少,高原腹地更为缺乏,这对理解细石叶技术人群在高原大规模迁徙扩散的时间和过程带来了诸多障碍.本文研究报道了青藏高原腹地海拔4600m处新发现的细石叶技术遗址——尼阿底遗址第3地点.技术-类型学分析结果显示,尼阿底遗址第3地点细石叶的生产主要包括楔形石核和半锥形石核两种技术,与旧石器时代晚期中国华北地区的细石叶技术特征接近.光释光测年(OSL)和碳十四测年(14C)的结果表明,尼阿底遗址第3地点的年代为11000~10000a BP.尼阿底遗址第3地点作为目前青藏高原腹地发现的最早的细石叶技术遗址,为了解拥有细石叶技术的狩猎采集者到达高原腹地的时间及其可能的扩散路线提供了重要信息.另外,通过对整个高原细石叶技术发展的分析,结合分子生物学的成果对比显示,细石叶技术人群迁移进入高原可能与人类对高原的长期占领以及现代藏族人的形成有密切联系.

    青藏高原腹地尼阿底遗址第3地点细石叶技术早全新世高海拔适应

    渔业滋养史前沿海社群:井头山海洋动物遗存研究

    吴恩东孙国平张颖
    1602-1618页
    查看更多>>摘要:本文聚焦中国浙江井头山贝丘遗址(8300~7800cal a BP)丰富的海洋软体动物和鱼类遗存,综合性探究了中国长江下游和东南沿海史前先民的渔业经济、社群发展、古环境及其互动关系,并尝试探索中国新石器时代早期沿海聚落的兴衰变化与相关原因.该研究基于海洋动物生态学和生物属性,采用动物考古学标准研究方法并结合碳十四测年,开展了采样、鉴定、测量和定量统计研究.研究结果显示,井头山遗址至少有11类贝类遗存和14类鱼类遗存.先民可能居于背山面海的海岸环境,以沿岸和近海开发模式的采集、渔捞与狩猎经济为主,并在该遗址出现了低水平的稻作农业.海岸环境变化可能是导致井头山先民被迫放弃该聚落的原因之一.本研究为讨论中国新石器时代距今8000年前后东部沿海地区对海洋资源的利用及社群发展与环境变化关系提供了新认识.

    新石器时代海洋生物遗存渔业经济古环境社群发展

    水库调控影响下黄河春季入海径流变化及其对河口渔业恢复的潜在效力

    吴晓王厚杰范勇勇毕乃双...
    1619-1630页
    查看更多>>摘要:近几十年随着水库大坝的兴建,全球河流碎片化程度加剧.水库的拦截与调蓄改变了河流自然水文过程,进而导致河流-河口系统发生一系列重要变化.因此,缓解水库大坝导致的负面生态效应、保障河流-河口系统可持续发展已经成为全球共同关注的重要问题.作为受人为干预最为强烈的大河之一,黄河流域内广泛分布的水库改变了黄河径流通量和时空输送格局,引起河口生物地球化学过程和河口生态系统的显著调整.近年来,为了改善河口生态环境、促进河口渔业资源恢复,黄河水利委员会开始在春季(黄河口鱼类的主要产卵期)实施生态补水,通过加大小浪底水库的下泄流量,增加春季入海径流通量,塑造适宜的河口盐度环境.2011~2020年,小浪底水库春季总计过流84.05km3,其中约40%(33.16km3)来自小浪底水库的库容排放.生态补水导致黄河春季入海径流由1.50km3/a增加至3.46km3/a,河口区平均盐度下降1.6PSU,河口鱼卵密度、仔稚鱼密度明显增加.黄河通过水库调控增加春季入海径流改善河口生态系统、促进渔业资源恢复,为缓解水库的负面生态效应、实现陆海协调发展提供了重要借鉴.

    水库调控淡水排放春季径流河口生态系统黄河

    CAS-ESM2中由热带西太平洋海表温度偏差引起的双赤道辐合带偏差

    佟晋宁郑飞靳江波杨若文...
    1631-1644页
    查看更多>>摘要:双赤道辐合带(Double Intertropical Convergence Zone,Double ITCZ)是当前气候系统模式和地球系统模式中常见的热带太平洋降水偏差问题,关于该系统偏差的形成原因一直受众多学者们的广泛关注和研究.本文采用中国科学院地球系统模式第二代版本(CAS-ESM2),通过对比一组热带太平洋海表温度(SST)的偏差订正试验,从地球系统模式耦合偏差的角度,探讨了海表温度偏差引发大气降水"Double ITCZ"偏差的可能物理机制.研究发现,模式模拟的热带太平洋海温偏差可以通过饱和比湿(潜热释放过程)造成海气交换界面的潜热通量偏差,而潜热通量偏差则进一步通过凝结释放机制造成湿空气的垂直上升速度产生偏差,最后导致了热带太平洋降水的偏差,即通过"SST-饱和比湿-潜热通量-垂直速度-降水"这一海气相互作用过程来传递和放大模式偏差.此外,通过不同SST订正试验的相互比较,本文揭示造成"Double ITCZ"降水偏差的来源可能来自模式模拟的SST的气候态偏差,且主要来自于热带西太平洋SST的模拟偏差.本研究表明针对海气耦合模式/地球系统模式,可以通过抑制热带太平洋海表温度SST模拟偏差,特别是西太平洋SST模拟偏差,来提高热带地区大气海洋物理量的模拟精度,最终显著减小耦合偏差.

    SST偏差DoubleITCZNudgingSSTCAS-ESM2

    显生宙降水重建

    包秀娟胡永云
    1645-1652页
    查看更多>>摘要:重建地球历史上的全球平均降水(GMP)对于理解长期气候演变至关重要.本文首次开展了重建显生宙GMP的研究.对第六次国际耦合模式比较计划(CMIP6)中23个全球气候模式数据的分析表明,全球平均地表温度(GMST)对GMP的影响是一致的且显著的,敏感度为2~3%K-1.此外,本文提出了 一种新的方法,估算了地质历史时期Köppen气候带和陆地面积的变化对GMP的影响.结合GMST、Köppen气候带和陆地面积对降水的综合作用,重建了 540Ma至今的GMP.研究结果显示,GMP在整个显生宙的波动幅度约为500mma-1,介于948和1442mm a-1之间,与数值模拟的结果一致.我们重建的显生宙古降水有助于更好地认识和理解全球水循环的演变.

    古降水古气候Köppen气候带全球平均降水水循环

    青藏高原夏季极端降水的分型及其前兆信号

    丁致远哈瑶钟中
    1653-1666页
    查看更多>>摘要:近年来,青藏高原夏季极端降水在全球变暖的背景下表现出显著的变化.本文使用第三极地区长时间序列高分辨率(1/30°)降水数据集(TPHiPr,1979~2020)与大气再分析资料,利用K-Means聚类方法将青藏高原夏季(6~8月)极端降水划分为三类空间型,研究了 1979~2020年高原夏季各类分型极端降水对应的环流异常及前兆因子等特征.研究表明,依据极端降水阈值可将高原夏季极端降水划分为西北(NW)型、东南(SE)型和喜马拉雅山脉南麓(HS)型,当各分型区域性极端降水事件(REPE)发生时,高原对应区域对流层中层均存在异常气旋性环流和异常上升运动.NW型和SE型主要受其上游中高纬地区异常信号的影响,而HS型则受局地副热带异常环流的控制.进一步研究发现,NW型发生前的第8天,在大西洋西部(60°W,50°N)附近出现气旋性异常,并激发出自西向东准纬向传播Rossby波;NW型发生当天,对流层高层自里海、新疆西部到青藏高原东北侧呈现出沿40°N纬向分布的正-负-正位势高度异常,水汽从阿拉伯海沿着位于高原西南侧异常气旋的东南边缘进入并在高原西北部辐合.相比于NW型,SE型的前兆信号出现的纬度偏高且强度更大,SE型发生前的第8天,格陵兰岛(60°W,70°N)附近出现气旋性异常并激发出向东南方向传播的Rossby波;SE型发生当天,在对流层高层自乌拉尔山、伊朗高原到青藏高原北侧呈现出西北-东南走向的负-正-负横跨欧亚大陆的位势高度异常,水汽从孟加拉湾沿高原南部异常气旋的东南边缘进入高原东南部.HS型发生前的第6天,低纬度地区中低层的异常高压西伸,REPE发生当天高原南侧出现显著的反气旋异常环流,有利于将孟加拉湾的水汽输送到喜马拉雅山脉南麓,此外,200hPa位势高度上盘踞在高原东北部的气旋性异常增强了高原南部的西风,有助于高原南侧反气旋系统的维持,对HS型REPE的发生也具有贡献.

    青藏高原夏季极端降水大气环流异常前兆信号遥相关波列

    中间层气辉光谱光度计高精度温度反演算法研究与验证

    牛书琦郜海阳闫召爱任珂...
    1667-1679页
    查看更多>>摘要:基于光度学技术的气辉光谱探测仪器结构简洁、稳定性高,有望成为我国中高层大气温度组网观测的主力设备,为研究全球临近空间的温度分布和变化提供有力手段.但此类仪器容易受到自身差异性、观测环境条件等多因素影响,会带来组网观测时的数据一致性问题.针对这一问题,本文基于课题组研发的气辉光谱光度计(the Mesospheric Airglow Spectrum Photometer,MASP),建立 了一套多参数迭代反演算法(Multiple-parameter Iterative Inversion,MPII).该算法对图像圆心进行精准定位,并对图像畸变进行矫正,从而获得精确的实际观测合成光谱.综合考虑了天空杂散光、大气温度、滤光片温度、光学系统焦距和合成光谱调制度5个可变参数.反演温度的精确度相较于传统方法有显著提升.为验证反演算法的有效性和准确性,本文利用MASP与中国科学院国家空间科学中心研制的钠荧光多普勒激光雷达进行主被动遥感联合对比观测.基于钠荧光多普勒激光雷达观测温度,通过剔除大气背景辐射进行数据修正,并根据MPII算法进行温度反演.研究结果表明,相比于传统算法,MPII算法计算的反演温度与钠荧光多普勒激光雷达具有更好的一致性.

    温度反演气辉光谱光度计转动谱线钠荧光多普勒激光雷达对比观测

    应用物理结合的人工智能方法提升"21·7"河南极端强降水预报

    钟琦张智察姚秀萍侯劭禹...
    1680-1701页
    查看更多>>摘要:极端强降水是破坏和影响最为巨大的自然灾害之一,而由于其罕见性和独特性,其发生演变的精准预报极具挑战.本文以2021年河南"21·7"极端降水事件为对象,基于异常物理特征分析和多模式预报偏差理解,通过在损失函数中采用与降水物理和数据特征更相适的优化指标和约束,开展降水预报的机器学习订正试验,有效改进了强降水强度和落区预报.研究发现,通过学习异常物理特征与强降水的关系,可显著提升降水预报的强度,但降水的落区很难调整,也容易带来较大空报;这一方面是由于极端降水事件过程中相对稳定维持的异常环流和物理特征主要包含较大尺度信息,与模式降水偏差具有一致性,另一方面由于极端降水样本稀少,因此相应采用的算法复杂度较低.通过多模式降水的机器学习融合,有潜力提取各模式降水预报精细结构的优势,显著改进降水落区预报,但降水强度提升有限.本文基于"好而不同"的多模式融合,再结合适量异常特征可达成综合调整强降水落区和降水强度的效果.研究为提升极端性强、变率大的强降水精细化预报进行了创新探索,也为未来物理融合人工智能方法提供参考.

    极端降水事件精细化检验评估异常物理特征多模式融合机器学习

    青藏高原东南缘川滇地区中地壳两条薄状低速层及其构造意义

    李龙王新侯广兵凌媛...
    1702-1713页
    查看更多>>摘要:青藏高原东南缘壳内存在力学强度软弱的低速层虽然获得了公认,但低速层的空间分布范围及形成机制仍存在较大争议.为探究青藏高原东南缘壳内低速区的空间分布及具体形态,本研究使用在2018年12月至2020年10月期间川滇地区新布设的40个宽频带地震台站记录的地震事件及连续背景噪声数据,提取获得了 12,924条高质量的P波接收函数及5~40s基阶瑞雷面波相速度频散曲线,并利用跨维马尔可夫链蒙特卡罗反演策略联合接收函数波形和瑞雷面波相速度频散两种敏感性互补的数据资料获得了研究区0~100km深度S波速度模型.结果表明,研究区地壳深度约30~40km处存在两条相互分隔的围绕于刚性的大凉山次级块体的低速层(~3.5km/s),为进一步约束青藏高原东南缘低速区空间分布及其形态提供了新的观测依据.本研究获得的两条中地壳低速层可能代表壳内物质自青藏高原中部向其东南缘挤出流动的中地壳流通道,青藏高原中部物质在受到坚硬的四川盆地、"纺锤状"大凉山次级块体的阻挡后,通过大凉山次级块体东西两侧力学性质软弱的中地壳通道继续向南流动.此外,中地壳低速薄层的存在对理解研究区上、下地壳相互解耦,认识印度板块和欧亚板块碰撞挤压引起的青藏高原东南缘复杂构造变形的过程发挥重要作用.

    青藏高原东南缘联合反演壳内低速层中地壳通道流

    分形应力对设定地震构建的影响——以郯庐断裂带为例

    胡峰姚华建余厚云卢泽昱...
    1714-1724页
    查看更多>>摘要:郯庐断裂带作为我国东部著名的深大断裂带,沿途经过安徽、江苏、山东,并进入我国东北,提高其断层附近的地震危险性认识至关重要.本文选择郯庐断裂带新沂-泗洪段7.5级潜在震源区,开展设定地震模拟.根据板内大地震统计规律约束断层破裂长度和宽度,设定随深度变化的背景正应力,通过调整初始剪切应力找到符合设定地震震级的应力条件.考虑到这里7.5级的设定地震破裂长度长达120km,对比了水平均匀应力模型和自相似分形应力扰动模型,发现水平均匀应力模型对应的震源时间函数类似Haskell模型结果,而添加自相似分形应力扰动后则更符合实际地震情景.对比了四种不同应力条件下的动态破裂模型和地表震动场,发现自相似函数特征长度越短,对应应力非均匀程度越高;而对于震中在宿迁附近的7.5级地震,震中以北的新沂-郯城处在9度烈度区,受断层北侧宿迁附近低速区和峰值滑移速率影响,北侧震动较南侧更强.对于研究区域内可以根据需要选择相应台站进行反应谱分析,提高抗震设防能力.

    设定地震分形应力郯庐断裂带动态破裂地表震动