2015年, 第51卷, 第3期　
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  “长三角地区城市空气污染及环境气候效应”专栏前言

  王体健，庄炳亮

  南京大学学报(自然科学版). 2015, 51(3): 459.

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  上海市一次重霾污染过程的特征及成因分析

  张 欣1,2，王体健3，许建明2，朱佳雷3

  南京大学学报(自然科学版). 2015, 51(3): 463.

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  利用PM2.5、PM10、O3、NO2、CO 等5种大气成分浓度数据、常规气象观测数据和NCEP再分析资料，结合HYSPLIT4 后向轨迹模式，对2013年12月1~9日发生在上海市的一次大面积、长时间重霾污染天气过程，从大气成分浓度变化、天气形势特征及成因机制等方面进行了综合分析。研究表明，此次重霾污染期间的日AQI指数均超过150的中度污染限值，水平能见度最低降至100米以下，首要污染物PM2.5最高小时浓度达到602.3μg·m-3，创造了上海市有PM2.5监测记录以来的历史峰值。本次过程具有较强的区域性，是一次大范围的重霾天气过程，受气象条件这一扩散大背景影响很大。相比于近十年的气象场平均态而言，此次污染时段内的高空场更不利于上升运动的发展，更加静稳的地面高压场分布为重霾污染天气的发生、发展提供了有利的气象条件，近地面稳定的大气层结和静小风，非常不利于污染物的扩散。研究还表明该污染事件与大范围秸秆集中燃烧，造成大量污染物排放有一定关系。通过后向轨迹计算分析，发现颗粒物长距离输送对区域污染产生重要影响。
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  杭州市区相对湿度及PM2.5对能见度的影响分析
  

  杜荣光，齐 冰，胡德云，李 璐，俞 布
  

  南京大学学报(自然科学版). 2015, 51(3): 473.

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  利用杭州国家基准气候站2011～2013年的环境气象资料，对相对湿度、颗粒物质量浓度与能见度之间的对应关系进行统计分析，结果表明：杭州市区颗粒物的吸湿性增加比较明显，当相对湿度R≥80%时，相对湿度对能见度的影响十分明显，而在干霾过程中，PM2.5质量浓度对能见度的影响程度大于相对湿度对能见度的影响程度。其次是能见度与PM2.5质量浓度呈指数对应关系，RH＜80%时的相关性好于RH≥80%时的相关性；三是PM2.5浓度的减少对能见度的改善效果有不同的阶段性，PM2.5浓度从150μg·m-3降到75μg·m-3时，其质量浓度的减少对能见度的改善效果不很明显，当PM2.5质量浓度小于50μg·m-3时，能见度随PM2.5质量浓度的降低而快速上升。此外，从高时间分辨率气象资料可以反映出由于辐射冷却引起的多次雾霾转换过程中能见度变化特征具有很高的相似性。
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  南京市北郊工业区大气能见度消光因子研究
  

  刘晓慧1,2，朱 彬1*，王红磊1，高晋徽1
  

  南京大学学报(自然科学版). 2015, 51(3): 481.

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  利用三波段积分浊度仪和Differerntial Optical Absorption Spectroscopy(DOAS)差分吸收光谱仪对南京北郊地区2009~2011年四季气溶胶散射系数和NO2进行观测并结合自动气象场观测数据，计算了南京北郊工业区四季的能见度消光因子贡献率。同时依据2011年5月~2012年4月的PM2.5数据，分析了PM2.5、相对湿度和能见度之间的关系，并得到了不同相对湿度和PM2.5质量浓度下能见度的回归方程。结果表明：气溶胶散射消光贡献(?sa)最大且存在季节差异，冬季最高，夏季最低。PM2.5质量浓度在150~200 μg?m-3时，霾发生概率最高，达到97.7%。相对湿度和PM2.5质量浓度不同，影响能见度的因子不同。
  
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  无锡夏季颗粒污染物空间特征分析
  

  东 梅1*，王 界2，赵 冬3，陈 诚4
  

  南京大学学报(自然科学版). 2015, 51(3): 490.

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  针对无锡地区2013年8月13日至31日期间的晴朗、降雨、污染过程，利用地基遥感设备大气颗粒物监测激光雷达对气溶胶光学特性的时空演变特征进行监测。结果表明晴朗天气下污染物早晚分布较少、中午集聚较多的特点，并且午间污染物的扩散高度可以达到1.5 km以上。晴朗天气下气流的水平、垂直运动增强有利于污染的扩散，这也是污染程度较轻和能见度超过20 km的重要原因；降雨过程中，雨云层分布高度在500 m以下，雨云中的水滴产生的消光系数大于2 km-1，能见度不足10 km，降雨过程中空气对流增强，风速增大，加上颗粒物的湿沉降作用减轻污染程度；污染时段，由于静稳天气，使得污染物扩散不利，颗粒物主要集中在近地面1 km以内，颗粒物产生的消光系数较长时段超过0.5 km-1。激光雷达的探测结果显示，8月30日外来污染物的输送和局地污染物的复合使得污染程度加重。通过后向轨迹模式分析发现，该污染团可能来自站点的西北方向。近地面PM2.5的质量浓度在晴天和降雨过程中均不超过50 ?g/m3，但是在污染过程中，PM2.5峰值接近160 ?g/m3。近地面碳黑浓度的变化趋势PM2.5一致，尤其在污染过程中，碳黑的质量浓度达到9?g/m3。结合近地面观测与颗粒物激光雷达的地基遥感监测结果，能够对无锡地区颗粒物的垂直分布进行初步解析。
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  浙江省城市大气污染特性研究

  毛敏娟1*，孟燕军2 ，齐 冰3

  南京大学学报(自然科学版). 2015, 51(3): 499.

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  本文以浙江省城市（主要指杭州）为研究区域，利用大气成分观测数据，通过对比、相关分析研究了浙江省城市的大气污染特性。研究结果表明，2011－2013年间，杭州PM2.5和NO2月均质量浓度均呈上升趋势，增幅皆为10 ?g.m-3左右，PM10和SO2则呈下降趋势，PM10降幅微弱，SO2降幅为8 ?g.m-3左右。PM1、PM2.5、PM10质量浓度与大气消光系数之间相关系数为0.73、0.83和0.74，其中粒径为0.25－1.0 ?m的粒子对大气消光系数的贡献率最大，达到66.4%， 1.0－2.5 ?m粒子为23.2%，大于2.5 ?m 的粗粒子仅为10.4%。与临安相比，杭州NO2日均浓度超标日数多了50天左右。杭州大气气溶胶中占主导地位的无机水溶性离子依次为NO3-、NH4+和SO42-，它们占到总水溶性离子浓度的52.66－96.61％，与北京、广州等地区SO42- > NO3-的研究结果明显不同。NO3-、NH4+浓度季节变化特点与NO2相似，而且NO3-和NH4+具有较好的相关性，SO42-与SO2浓度季节变化特点则不同。受夏季主导风向的影响，这一季节Na+和Cl-浓度最高，而秋季明显偏高的K+浓度是长三角秋季秸秆焚烧现象的指示。
  
  
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  1992—2013年安徽省酸雨变化特征及成因分析
  

  石春娥,邓学良,杨元建,吴必文

  南京大学学报(自然科学版). 2015, 51(3): 508.

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  据安徽气象部门酸雨观测资料分析，2006年以来，安徽酸雨有以下特点：（1）空间上，安徽南北各地，不论城市还是高山均观测到强酸雨。其中，以合肥和安庆最为突出，强酸雨频率最高，多年年均pH值接近强酸雨等级。从多年平均降水pH值来看，仅阜阳站为非酸性等级，其余各站皆为酸性等级。时间上，安徽酸雨季节变化明显，冬半年较重，夏半年偏轻。（2）从全省情况看，2009年前后酸雨最为严重。最近三年，各地降水酸性程度均有所减轻。以合肥酸雨变化为例，22年的变化趋势可分为三个阶段：1992-1999年，无明显变化趋势；2000-2008年，酸雨明显增强；2009-2013年，酸雨略有改善。（3）污染程度方面，黄山光明顶降水比较洁净，其次是安庆，铜陵和马鞍山的降水受污染程度最为严重。（4）离子组成方面，酸雨成分逐渐由“硫酸型”转变为“硫酸硝酸混合型”，与上世纪80-90年代相比，降水中硝酸根离子和氨根离子浓度显著上升。近年来，周边省份二氧化硫排放减少是导致我省酸雨污染减轻的主要原因。然而由于大气中氮氧化物增加，导致我省酸雨由“硫酸型”向“硫酸硝酸混合型”转变。
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  基于在线监测的上海郊区冬季PM2.5来源解析

  王晓浩*,赵倩彪,崔虎雄

  南京大学学报(自然科学版). 2015, 51(3): 517.

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  利用1405F、Marga和Xact625在线监测仪于2013年12月23日至2014年2月18日期间对上海市青浦淀山湖地区PM2.5的质量浓度和化学组分进行了测定。结果显示：淀山湖地区冬季PM2.5平均质量浓度为85.1 μg?m-3，高于国家环境空气质量年均二级浓度限值1.4倍，高出同期全市PM2.5平均浓度（65.5 μg?m-3）30%。无机离子组分占PM2.5的比重为58.4%，其中二次离子NO3-、SO42-和NH4+的含量最高，总体均值分别为（17.13±15.70）μg?m-3、（13.45±11.10）μg?m-3和（12.09±10.37）μg?m-3，分别占PM2.5浓度的20.1%、15.8%和14.2%。利用PMF方法对淀山湖地区PM2.5的来源解析结果显示：二次气溶胶、燃油、生物质燃烧/海盐、扬尘/建筑尘、燃煤/冶炼尘的贡献率分别为50.8%、17.5%、17.2%、7.7%和6.9%。
  
  
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  南京市细颗粒物来源解析研究
  

  陈璞珑1，王体健1*，胡 忻2
  

  南京大学学报(自然科学版). 2015, 51(3): 524.

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  细颗粒物现已成为南京大气中的首要污染物，研究细颗粒物的来源可以为大气环境管理和污染控制对策提供科学依据。本文通过对南京市2011年8月（8.4-8.17）、11月（10.28-11.16）、2012年1月（1.19-1.31）、3月（3.12-3.31）草场门、固城湖环境监测子站的PM2.5观测样品和各排放源源样品进行浓度和化学成分的特征分析比较，结合化学质量平衡模型（CMB）解析南京城区和郊区细颗粒物来源，确定不同排放源对细颗粒物浓度的贡献率。结果表明，草场门、固城湖两观测站点PM2.5浓度四个月平均值分别为100.9±45.2μg/m3、85.4±37.8μg/m3，月均浓度值在8月最低，分别为82.7μg/m3、50.4μg/m3，草场门月均浓度在3月最高，为134.7μg/m3，固城湖月均浓度在1月最高，为94.3μg/m3。细颗粒物最主要的化学成分是NO3-、SO42-、OC、NH4+、EC、Ca、Cl-、K、Fe、Al、Na等，各类排放源分别为煤烟尘、冶炼尘、土壤尘、汽车尾气、二次气溶胶。草场门、固城湖两个站点细颗粒物中贡献最大的源为二次无机盐气溶胶（63.9%、65.1%），其次为汽车尾气（12.5%、16.5%）。可见，为了减轻南京细颗粒物浓度水平，工业源和汽车尾气应为控制重点。
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  长江三角洲黑碳排放特征研究

  陆 燕，王勤耕*，张艳燕

  南京大学学报(自然科学版). 2015, 51(3): 535.

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  基于常规可获取的能源、交通、人口等统计资料，利用排放因子法，研究了2012年长江三角洲（以下简称“长三角”）地区火电、一般工业、交通、居民燃煤及生物质燃烧的黑碳排放量及其空间分布特征。结果表明：该地区的黑碳排放总量为4.89×104 t/a，其中火电、一般工业、交通、居民燃煤和生物质燃烧分别占5.0%、54.8%、17.9%、0.5%和21.8%。苏州、上海、无锡、南通和杭州五个城市的排放量最高，总贡献率为53.0%。煤炭燃烧是黑碳排放最主要的来源（贡献率为58.4%），其次是生物质。该地区黑碳的平均排放强度为0.44 t/(km2?a)。本文还基于GIS给出了长三角地区黑碳排放强度的网格化分布，多数城市高值区介于2.0~5.0 t/((km2?a)。
  
  
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  长三角地区人为热时空分布特征研究
  

  朱宽广1，谢 旻1*，王体健1，杨浩明2，廖镜彪1

  南京大学学报(自然科学版). 2015, 51(3): 543.

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  根据中国统计年鉴中各地区能源消费资料和人口数据，研究了长三角城市群的人为热排放，对其进行了时间和空间上的分析，讨论了长三角地区的人为热分布特点及影响因素。结果表明，长三角地区的人为热释放量是随时间持续增长的，上海地区的年均人为热通量从1990年的5.47W/m2到2010年增加为14.46 W/m2，江苏和浙江也分别从0.68、0.33 W/m2增加到2.61、1.63W/m2；人为热释放空间分布不均匀，总体上来说还是以城区为高值中心，向郊区逐渐减小，这种分布与人口密度、工业和经济发展程度密切相关。此外，长三角整个区域的人为热通量都高出全国平均值一个量级以上，而且高值区域已经初步连成一片，人为热将对区域气候造成一定影响。从1990年到2000年，长三角16个城市的城区的人为热通量都是稳步增长的；2000年后人为热通量开始快速增长，增长速度最高可达2W/m2/yr。城市人为热排放愈来愈强，对城市局地小气候和空气污染影响将越来越重要。
  
  
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  城市化发展对苏州灰霾影响的数值模拟

  钱俊龙1，刘红年1*,林慧娟2，朱莲芳2，王学远1，蒋维楣1

  南京大学学报(自然科学版). 2015, 51(3): 551.

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  城市面积扩张、建筑密度加大等城市化特征会影响城市气象环境，导致城市污染物扩散能力减弱，这可能对中国城市灰霾有一定贡献。本文利用南京大学空气质量预报模式（NJU-CAQPS）研究了苏州城市化发展对灰霾的影响。本文利用苏州地区1986年、1996年、2006年三个年代的地表类型资料对苏州地区2010年1、4、7、10月中旬共18d灰霾状况进行数值模拟，同时进行了建筑高度和建筑密度对灰霾影响的敏感性试验。结果表明：近20年的城市面积扩张可导致城区PM2.5平均浓度增加3~4μg·m-3，城市部分地区PM2.5增加可达25~32μg·m-3；使城区平均能见度降低0.3~0.4km，局地可降低2~3km；城市面积扩张可导致模拟日平均灰霾小时数增加0.3~0.5h，最大增加可达5小时，灰霾面积增加170km2。城市建筑高度和密度的增加使城区部分地区PM2.5增加6~12μg·m-3；平均能见度降低0.1km，局地降低0.3~0.6km。城市化发展对局地污染物浓度影响较大，城市面积对城市灰霾的影响远大于建筑高度和密度影响。随着城市面积扩张，城市“混浊岛”、“灰霾线”的高度在升高。
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  长三角气象及空气质量场对地表资料的敏感性分析
  

  张 艳*，战雯静，马蔚纯*，余 琦，陈立民
  

  南京大学学报(自然科学版). 2015, 51(3): 562.

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  本文通过把精细化土地利用下垫面资料引入WRF气象模式，系统地讨论了土地利用下垫面对数值模拟结果的影响。对于气象要素，土地利用优化后的模拟地面气温、风速均更接近实测结果，替换前后造成风速的变化在-2~1.5 m/s 之间，对气温的影响在-4~4之间；对于污染物浓度，土地利用下垫面优化后，极端高值出现的频率和程度有所下降，更接近实测结果，土地利用下垫面对于NOx、NO3-、SO42-和SO2的四个典型月月均浓度差异分别约在-1000~1000，-20~20，-10~10，-500~500 n mol/m3。土地利用对数值模拟结果的影响与土地利用类型本身的特性、污染物特性、空间分布、盛行风向、季节变化、时刻等因素相关，其优化对于大气数值模式的意义不可忽视。
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  东亚地区冬季风对气溶胶传输和分布的影响研究
  

  刘芷君，王体健，谢 旻，李 树
  

  南京大学学报(自然科学版). 2015, 51(3): 575.

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  随着东亚地区经济高速发展，气溶胶成为最主要的大气污染物之一，其时空分布受到东亚季风气候的影响。本研究利用MODIS和TOMS气溶胶卫星产品以及NCEP月均气象场再分析资料，统计分析了1979—2011年东亚地区气溶胶光学厚度的分布特征以及冬季风的大气环流特征，同时分析了东亚冬季风对气溶胶传输和分布的影响。结果表明，东亚冬季风存在明显的年际和年代际差异，年际变化幅度较大。1979-2011年东亚冬季风出现逐渐减弱的趋势。近10年来东亚地区气溶胶光学厚度呈现上升趋势，主要是由于人类活动导致气溶胶排放量增加。东亚地区冬季风对气溶胶的分布有较大影响，强冬季风年会加强气溶胶的向南输送，同时降水增加导致气溶胶湿清除增大，使东亚气溶胶减少。在风场和降水对气溶胶的影响中，降水的清除作用更加明显。
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  气溶胶直接效应对中国夏季降水影响的数值模拟研究
  

  吴明轩，王体健*，李 树，庄炳亮

  南京大学学报(自然科学版). 2015, 51(3): 587.

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  在东亚地区，气溶胶是一个重要的气候强迫因子，它与季风之间的相互作用具有很强的不确定性，利用数值模式进一步研究气溶胶与季风降水之间的关系十分必要。本文采用ICTP (International Centre for Theoretical Physics)第四代区域气候模式 (RegCM4)，通过两组对比试验和多年长期积分来研究气溶胶直接效应对中国夏季降水的影响。采用TRMM卫星降水资料和MODIS卫星气溶胶光学厚度资料评估了区域气候模式对中国夏季气溶胶和降水的模拟能力。总体来看，RegCM4能够再现我国夏季气候的主要特征，对我国夏季风环流和降水具有一定的模拟能力。气溶胶直接效应使得对流层温度降低，减弱了经向风环流，加强了位于20°N-30°N范围的上升气流和35°N以北地区的下沉气流，在我国东部引起了气旋式环流异常，并在110°E附近产生了速度接近1 m/s的北风增强。总降水量的变化呈现出“南多北少”的趋势。在季风区，对流性降水和非对流性降水分别减少了0.05 mm/Day和0.07 mm/Day，其中非对流性降水的相对变化较大。从各类型降水的日变化可以看出，降水的减少主要发生在夜间至凌晨时段。
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  GSFLOW在干旱区地表水与地下水耦合模拟中的应用

  张浩佳1，吴剑锋1,*，林锦2，吴鸣1，吴吉春1

  南京大学学报(自然科学版). 2015, 51(3): 596.

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  地表水-地下水具有复杂的相互转换关系，但是相关的地表水-地下水耦合模拟模型应用较少。本文通过分析GSFLOW模型的结构、原理及计算过程等，应用GSFLOW模型对干旱区进行地表水-地下水耦合模拟。根据区现有资料，利用GSFLOW模型构建了地表水-地下水耦合模型并利用2000-2005年两个径流测站数据、地下水观测井数据和博斯腾湖水位数据与模型模拟结果进行比较分析。研究结果表明，模型各个径流测站径流量的N模型确定性系数在0.67以上，观测井平均误差约1.2m，开都河东支模拟出流量和博斯腾湖水位变化的趋势相近，取得较好的模拟精度。GSFLOW模型可以较为真实反应出地表水-地下水相互作用的影响及河流径流量的变化，可以作为地表水-地下水相互作用的评估工具，实际地表水-地下水资源的统一管理。
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  土壤中不同形态水的化学组成研究

  乔冰清，陈扣平*

  南京大学学报(自然科学版). 2015, 51(3): 604.

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  采用离心法提取土壤中的重力水、毛管水和有效膜状水，对比研究了不同形态水中的化学元素组成差异。结果表明，土壤中不同形态水的化学成分存在较大差异。其中，有效膜状水中Ni、Zn、Cr、Cu和Cd的含量比毛管水中高，但Fe、As、V和Sr的含量无明显差异，这与粘土矿物表面的重金属解吸作用及重金属迁移能力等因素有关。有效膜状水中K、Ca、Na和Mg的含量较毛管水中无明显变化。受下渗水对土壤的淋滤作用及元素迁移能力等因素的影响，重力水中Ni、Zn、Cr、Cu和Cd含量较毛管水中高。与重金属元素表现不同，土壤重力水中K、Ca、Na和Mg的含量明显低于毛管水和有效膜状水。
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  库车坳陷西段褶皱-冲断带前缘盐底辟构造特征及形成机制
  

  吴珍云1, 2，尹宏伟1*，汪 新3，徐士进1
  

  南京大学学报(自然科学版). 2015, 51(3): 612.

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  本文结合遥感影像解译图，野外地质踏勘，地震剖面解析和物理模拟实验，对库车坳陷西段却勒-阿瓦特地区褶皱-冲断带前缘的三个出露地表的盐底辟构造特征和形成机制进行了研究，研究结果表明却勒-阿瓦特盐推覆构造、温宿盐场盐丘和温宿大峡谷盐底辟构造形成演化主要受控于初始含盐盆地宽度、早期盐底辟构造和区域挤压应力作用。含盐盆地宽度的变化是盆地内分段差异构造变形的主控因素，而早期盐底辟构造则对后期盆地挤压盐构造变形有重要的影响。模拟实验结果表明却勒-阿瓦特盐推覆构造是盐盆地内早期盐底辟构造受后期挤压变形的产物。温宿盐场和温宿大峡谷盐底辟则是盆地边缘盐背斜受挤压作用和剥蚀作用影响而出露地表形成的盐底辟构造。
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  中国区域植被与温度和降水时滞相关分析*

  李前1,2 汤剑平1+ 张建友2 潘华2

  南京大学学报(自然科学版). 2015, 51(3): 626.

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  利用NOAA AVHRR遥感资料反演得到的中国地区19年（1982-2000）逐月光合有效辐射分量（FPAR）与英国气候变化研究中心（CRU）高分辨率格点资料中逐月平均的近地面气温和降水进行时滞相关分析。结果表明，我国大部分地区FPAR与同期气温的相关为显著正相关，说明温度对植被的即时强迫很强；而FPAR与超前一月的降水相关系数最大，均为正的显著相关，特别是在春季华北地区，表明前一月的降水对植被生长影响很大。FPAR与温度的相关性在春、秋季最明显，FPAR与降水的相关性在春、夏季最强。
  
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  南黄海辐射沙脊群苦水洋海域晚更新世以来沉积特征及环境演化
  

  季 云1,殷 勇1*,李 清1,王爱华2

  南京大学学报(自然科学版). 2015, 51(3): 641.

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  本文通过钻孔沉积相分析和钻孔对比，辅以粒度、Sr/Ba环境指标和矿物分析，从下到上划分出5套沉积层序，即SU1（中低潮滩→高潮滩）、SU2（中低潮滩→高潮滩）、SU3（洪泛平原）、SU4（滨岸沼泽和潮滩）和SU5（潮流沙脊-潮流通道）。钻孔对比显示，由于海侵过程中的潮流侵蚀作用，苦水洋海域的地层分布非常不均一，尤其是海侵早期地层均被侵蚀得支离破碎。结合年代地层数据，重建了苦水洋海域晚更新世以来的环境演化，除末次冰期极盛期陆地暴露以外，研究区均受潮流控制，氧同位素3阶段发育潮滩沉积，全新世高海面以来发育潮流沙脊。沙脊的频繁迁移可能是造成沙脊年龄偏轻的主要原因。晚更新世以来的海平面波动以及海侵过程中的潮流侵蚀控制了研究区的环境变化和地层结构。