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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。
正式出版
收录年代

    可解释性矿产预测人工智能模型

    左仁广成秋明许莹杨帆帆...
    2917-2928页
    查看更多>>摘要：矿产资源潜力评价主要目的之一是通过整合和分析地质找矿大数据以缩小找矿区域.地质找矿大数据具有数据量大、结构复杂等特征,常常无法对其进行有效地处理和解释.人工智能算法是挖掘地质找矿大数据中潜在非线性矿化模式的有效工具,已经在矿产预测领域表现出优越性能.然而,人工智能驱动的矿产预测目前面临一些挑战,如可解释性差、泛化能力弱、预测结果与物理规律不一致等.本文在前人研究的基础上,将领域知识嵌入人工智能驱动的矿产预测全过程,建立了更加透明和可解释的矿产预测人工智能模型.该模型提供了强大的成矿知识和专家经验指导矿产预测人工智能模型训练的全过程,包括数据输入、模型设计及模型输出等环节,从而提高矿产预测人工智能模型的可解释性和预测性能.总体而言,可解释性矿产预测人工智能模型实现了整个建模过程中先验知识和专家经验的嵌入,为未来矿产预测研究提供了一个有价值和前景的方向.

    人工智能矿产预测地质找矿大数据领域知识可解释性

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    • 万方数据

    华北地区暖季雷暴大风对流系统的触发、组织类型及环境条件

    黄玥孙建华张元春马若赟...
    2929-2947页
    查看更多>>摘要：本文基于重要天气报、地闪、天气雷达组合反射率和ERA5再分析等资料,首先对2011～2018年华北地区暖季5～9月与雷暴大风相关的4种强对流天气(仅有雷暴大风,雷暴大风和冰雹,雷暴大风和短时强降水,雷暴大风、冰雹和短时强降水)的时空分布特征进行研究,其次挑选出产生雷暴大风的强对流个例,统计这些对流系统的触发、消亡、组织类型和生命史特征,最后利用地面常规观测和ERA5再分析资料构建对流触发前探空,探究雷暴大风和非雷暴大风对流系统触发环境条件的差异.结果表明,雷暴大风和短时强降水混合型强对流天气多发生在平原,其他强对流天气类型多发生在山区.雷暴大风在6月达到频次峰值,而混合型强对流天气则在7月发生最多.对流系统触发时间的日变化集中在10～13时,12时达到峰值.山区一般雷暴大风和强雷暴大风发生频数的日峰值分别出现在17～18时和16～17时,平原一般雷暴大风的峰值滞后山区1～2h.此外,雷暴大风对流系统主要在山区触发,生命史大多可持续7～13h.非线状对流产生雷暴大风数目最多,其次为拖曳层状云型对流系统.对流有效位能、下沉对流有效位能以及850与500hPa温差均能够区分平原发生的雷暴大风对流系统和非雷暴大风对流系统.相比于非雷暴大风型对流系统,山区雷暴大风对流系统更倾向于出现在大气可降水量较少的环境中,平原雷暴大风对流系统更倾向于出现在具有较大对流有效位能和较强深层风切变的环境中.

    雷暴大风对流系统触发组织类型环境条件

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    • 万方数据

    硅藻介导钙化影响海洋生物泵的机理研究

    潘依雯李逸凡陈镇东江宗培...
    2948-2962页
    查看更多>>摘要：作为海洋活动中主要的参与者,硅质硅藻约占初级生产和颗粒有机碳输出通量的40％.目前普遍认为,由硅藻的分布变化引起的碳通量变化可导致明显的气候变化.尽管硅藻驱动的碳封存途径已经基本确立,但目前尚无关于海洋硅藻诱导CaCO3沉淀析出的文献报道.本文介绍了中肋骨条藻(Skeletonema costatum)在光合作用下促进文石碳酸钙从人工和天然海水中析出的具体实验证据.通过对细胞表面利用pH微电极和Zeta电位的直接测量,明确了中肋骨条藻通过创造高浓度的碳酸根离子(CO32-)和钙离子(Ca2+)的特定微环境,并通过对被吸附的Ca2+的去水合作用,来实现在藻细胞表面对CaCO3的介导析出.这种促进机制说明硅藻介导的钙化现象可能真实地发生在海洋中.在东海中肋骨条藻藻华期间,我们检测到总碱度(Total alkatinity,TA)偏离保守性TA-盐度混合,出现显著降低的现象.加上在其他海域报道的藻华期间类似的TA偏离保守混合的现象,进一步证实了硅藻介导的钙化现象可能真实发生在海洋中这一推断.该新发现的钙化途径建立了无机碳和有机碳通量间的新联系,有助于重新评估海洋碳输出通量和海洋CO2封存效率.本文的发现,可能对于评估海洋碳循环和预计未来海洋酸化的潜在影响具有重要的意义.

    硅藻藻华中肋骨条藻钙化作用生物碳泵反碳酸盐泵

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    • 万方数据

    粟和黍的氮稳定同位素比值是反映施粪肥行为的可靠指标

    杨继帅杨晓燕游婷陈发虎...
    2963-2976页
    查看更多>>摘要：粟作农业起源于中国北方,同稻作农业一起,孕育了中华文明.史前施肥行为很可能促进和维持了黄土区粟作农业的可持续生产,但是,目前对反映粟(Setaria italica)、黍(Panicum miliaceum)施肥的指标及史前施肥行为的强度仍然存在争议.本文通过现代粟和黍的盆栽和田间施肥实验,发现了粟的氮稳定同位素比值(δ15N值)会随着粪肥量的增加而升高,并且粟叶片的δ15N值比种子系统性地高出约1.6‰;验证了粪肥对土壤和粟、黍的δ15N值具有长期影响.结合已发表的农作物施肥实验结果,本文比较了粪肥对粟类、麦类和豆类作物δ15N值的影响程度,指出粪肥自身的δ15N值和施肥量是决定其对植物δ15N值改变幅度的关键要素;明确了粟、黍种子δ15N值是反映施粪肥行为的可靠指标并建立了考古遗址粟、黍遗存δ15N值的解释框架.古代粟和黍的δ15N数据显示,仰韶早期至龙山时期,中国北方史前粟作农业生产中普遍存在较高强度的施肥行为.

    粟作农业施肥实验农业系统植物考古中国北方

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    • 万方数据

    长江中下游沿江湖泊沉积物高程对全新世干流水位重建的潜在意义

    姚书春李春海薛滨
    2977-2988页
    查看更多>>摘要：长江中下游地区是我国淡水湖泊主要分布区域之一.全新世以来受海平面上升、气候变化以及人类活动的影响,长江中下游水位抬升,形成了泛滥平原地貌,沿江发育了典型的浅水湖泊.但全新世长江干流水位变化的模式还不清晰,影响了对长江流域泥沙输移、河湖关系的深入理解以及对洪水灾害的防治.本研究收集了研究区81个湖泊的水位、水深等资料,以及长江干流沙市至江阴8个站点1900s～1970s期间的水位数据.对比发现,荆江河段内大部分湖泊湖底高程低于旱季水位,受人类筑堤等影响干流水位高于堤内平原、湖泊;感潮河段内湖泊尤其是太湖流域湖泊湖底高程基本低于海平面;城陵矶至芜湖河段内湖泊湖底高程约束在附近长江多年平均水位和旱季水位之间.基于此,本研究提出利用长江中下游广泛存在的沿江湖泊沉积物高程来重建全新世年平均水位的方法,并利用长江下游的南漪湖、陈瑶湖进行了8ka以来长江干流水位的重建.

    长江中下游全新世长江水位湖泊沉积物高程

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    • 万方数据

    始新世-渐新世气候转折期的植被变化:全球信号与区域特征

    吴梦晓Lutz KUNZMANN李树峰Vasilis TEODORIDIS...
    2989-3004页
    查看更多>>摘要：始新世-渐新世气候转折期(Eocene-Oligocene Transition,EOT)是一次全球快速变冷事件.这次事件是现代冰室气候的开端,受到构造活动、海陆位置和古地理位置等多重因素的影响,陆地生态系统对这一全球事件的响应具有空间异质性.本研究对上巴顿阶和普利亚本阶(37.71～33.9Ma)至吕珀尔阶(33.9～27.82Ma)青藏高原东南缘和欧洲中纬度地区7个化石产地的9个植物群开展研究,比较晚始新世和早渐新世这两个地区的植被类型和叶结构特征变化.结果表明:两个研究区域的植被组成均响应了气候变化,主要表现为常绿阔叶成分比例下降和植被类型的改变.两个研究区域的植被类型均经历了从晚始新世亚热带常绿阔叶林向早渐新世温带落叶阔叶林或混交中生林的转变.对叶结构特征的研究表明,欧洲中纬度地区的叶缘特征和二级脉类型发生了显著变化,而青藏高原东南缘的叶面积明显减小.本研究表明,全球和区域因素对于研究地区植被的演化发挥着关键作用.

    始新世-渐新世气候转折期植物化石古气候叶结构生物多样性

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    • 万方数据

    过去200年欧洲耕地格网化重建

    李俊叶瑜方修琦张頔旸...
    3005-3022页
    查看更多>>摘要：作为全球变化研究的基础数据,已有全球历史土地利用/土地覆盖(LUCC)数据存在较高的不确定性.在区域重建基础上,改进格网化分配方法是提高历史LUCC数据可靠性的有效途径之一.本文首先集成建立了欧洲36个国家尺度过去200年的耕地面积序列;然后,分别用自然地理要素和历史城镇点信息刻画土地宜垦性和开垦偏好性,构建了耕地格网化分配方法;最后,分时段采用最适的耕地格网化分配方法,集成重建了欧洲1800～2000年5个时点5'×5'的耕地覆盖数据.结果表明:(1)欧洲不同发展阶段影响耕地分布的主控因子存在差异,但分配结果可彼此衔接.现代农业阶段(1950年和2000年)使用宜垦性分配最优,传统农业阶段(1800年)以偏好性和宜垦性共同构建分配模型更合理;过渡阶段(1850和1900年)用两种分配方案所得结果的绝对偏差在±10和±20个百分点的格网占比均分别在80％和95％以上,在过渡阶段使用两种分配结果的均值,可将传统和现代农业两个阶段的分配结果相互衔接.(2)过去200年,欧洲耕地总面积在时间上呈现先增后降的变化,于1900年达到峰值;空间上,1800年高垦殖率重心分布在欧洲大陆西侧,1950年重心转移至大陆东侧.(3)与国际数据集HYDE3.2相比,本研究的耕地数量更可靠、耕地空间分布更合理.

    土地利用/土地覆盖变化历史耕地格网化分配欧洲过去200年

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    基于数据融合的中国东部降水氢稳定同位素数据集

    陈佳澄陈杰Xunchang John ZHANG彭培艺...
    3023-3039页
    查看更多>>摘要：降水氢稳定同位素在气候和水文研究中是一种有效的环境示踪剂.然而,中国目前仍然缺乏高精度的降水氢同位素数据.本研究使用基于卷积神经网络(CNN)的数据融合方法,将观测和引入同位素的大气环流模式(iGCM)模拟的氢同位素组成进行融合,建立了中国东部地区1969～2017年降水氢同位素数据集.该数据集的时间分辨率为逐月,空间分辨率为50～60km.在构建数据集之前,比较了三种数据融合方法和两种偏差校正方法的性能.结果表明,基于CNN的融合方法表现最好(与观测数据的相关系数大于0.90,均方根误差小于10.5‰),误差反向传播神经网络和长短期记忆人工神经网络的表现相近,且优于偏差校正方法.因此,使用CNN方法建立数据集并基于此分析了中国东部降水氢同位素的时空分布特征.数据集的降水氢同位素分布与观测数据分布相似,在空间上与北方地区的温度效应和南方地区的降水量效应一致,时间序列变化趋势与降水和气温的观测变化趋势一致.综上所述,构建的数据集能较好地再现观测数据,且具有时间连续和空间相对规则的特点,能为追踪大气和水文过程提供有效的数据支撑.

    降水稳定同位素大气环流模式数据融合数据集

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    基于环境效应的以竹代塑产品分级研究

    张梦周国模顾蕾王文硕...
    3040-3050页
    查看更多>>摘要："以竹代塑"产业重点产品的识别和环境效应评价对于实现可持续发展目标、减缓塑料污染、引导市场向环保产品倾斜具有重要意义.本研究基于竹产品替代塑料产品在减少塑料污染和温室气体排放方面的环境作用,提出了"以竹代塑"效应(Effect of Bamboo as Substitutes for Plastic,EBSP)的评价方法,构建了竹产品EBSP的评价指标,建立了"以竹代塑"产品的分级模型,实现了六类30种典型"以竹代塑"产品的分级评价.结果表明:(1)基于替代减排率(Emission Reduction Rate of Substitution,ERRS)、材料替代率(Substitution Rate of Material,SRM)和产品更新比例(Product Renewal Ratio,PRR)构建的竹产品EBSP评价模型能够有效反映不同竹产品替代塑料产品的环境效益差异,实现了竹产品EBSP的精准量化和产品的合理分级,是一种科学、有效的"以竹代塑"产品分级方法.(2)六类竹产品的平均EBSP排序为:一次性竹产品＞竹家居用品＞竹包装产品＞竹工程材料＞竹家具产品＞竹工艺产品,一次性竹产品的EBSP是整体平均水平的1.96倍,表现出非常强的环境效益.(3)PRR是影响竹产品EBSP的关键指标,使用寿命相同的竹产品中,替代减排效率越高,环境效益越强.(4)一次性竹产品(竹牙刷、竹刀叉勺、竹餐盒等)应作为"以竹代塑"产业政策支持和产品研发设计、推广应用的重点对象.

    以竹代塑竹产品替代减排环境效益分级评价

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    公正创新的消费端碳排放核算研究

    沈群段宏波唐韵汤林彬...
    3051-3062页
    查看更多>>摘要：碳排放核算是全球气候治理的重要基础.基于消费端碳核算方法,可以更清晰地反映国家、地区和产品过程之间的碳流动特征,有利于明确生产者和消费者之间的责任归属,体现公平公正的原则.通过核算典型国家1990～2019年期间的碳排放量,我们发现主要发达国家的消费端排放量普遍高于生产端排放量,而发展中国家的结果则相反.近30年来,12个主要的发达国家消费端排放量总体呈下降趋势,而12个主要的发展中国家则呈上升趋势.从1990年至2019年,中国的消费端排放量呈持续增长趋势,但近十年来增速明显放缓.同时,中国出口产品的隐含碳强度持续下降,表明中国正在向世界提供更多的绿色低碳产品.以光伏产业为例,基于产品碳足迹分析可以精准量化特定贸易产品对国家贸易碳转移的贡献.为了给全球减缓和气候治理提供科学依据,亟需创新一套科学、实用、标准化的消费端碳核算技术体系.

    消费端碳核算生产端碳核算贸易碳转移碳足迹

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