中国科学院国家科学图书馆 科学研究动态监测快报 2013年1月1日第1期(总第151期) 地球科学专辑 ◇石油和天然气工业未来发展浅析 ◇USGS的水科学战略方向 ◇NSF资助南极科学项目推动了新的冰川科学研究 ◇大地震多发于俯冲带和洋底断裂带的交叠区 ◇科学家首次确定晚奥陶纪地球赤道的精确位置 ◇ Nature Geoscience:气候变化促发生物大灭绝之后的生物复苏 ◇ Geology文章指出冰期变化影响火山活动 ◇ American Mineralogist文章指出科学家发现新矿物晶体 ◇ Science新模型解释斑岩型矿床的形成过程 中国科学院资源环境科学与技术局 中国科学院国家科学图书馆兰州分馆 中国科学院国家科学图书馆兰州分馆 甘肃省兰州市天水中路8号 邮编:30000电话:0931-8271552 http://www.llas.ac.cn
中国科学院国家科学图书馆 科学研究动态监测快报 2013 年 1 月 1 日 第 1 期（总第 151 期） 地球科学专辑 ◇ 石油和天然气工业未来发展浅析 ◇ USGS 的水科学战略方向 ◇ NSF 资助南极科学项目推动了新的冰川科学研究 ◇ 大地震多发于俯冲带和洋底断裂带的交叠区 ◇ 科学家首次确定晚奥陶纪地球赤道的精确位置 ◇ Nature Geoscience：气候变化促发生物大灭绝之后的生物复苏 ◇ Geology 文章指出冰期变化影响火山活动 ◇ American Mineralogist 文章指出科学家发现新矿物晶体 ◇ Science：新模型解释斑岩型矿床的形成过程 中国科学院国家科学图书馆兰州分馆 甘肃省兰州市天水中路 8 号 邮编：730000 电话：0931-8271552 http://www.llas.ac.cn 中国科学院资源环境科学与技术局 中国科学院国家科学图书馆兰州分馆
地球科学专辑 2013年第1期(总第151期) 目录 能源地球科学 石油和天然气工业未来发展浅 战略规划与政策 USGS的水科学战略方向 4 地理科学 NSF资助南极科学项目推动了新的冰川科学研 地震与火山学 大地震多发于俯冲带和洋底断裂带的交 前沿研究动态 科学家首次确定晚奥陶纪地球赤道的精确位置 …10 Nature Geoscience:气候变化促发生物大灭绝之后的生物复苏 1 Geology文章指出冰期变化影响火山活动 …….11 American Mineralogist文章指出科学家发现新矿物晶1 Science:新模型解释斑岩型矿床的形成过程 12 专辑主编:张志强 执行主编:郑军卫 本期责编:刘学 E-mail: liuxue@llas.ac.cn
地球科学专辑 2013 年第 1 期（总第 151 期） 目 录 能源地球科学 石油和天然气工业未来发展浅析.............................................................................. 1 战略规划与政策 USGS 的水科学战略方向............................................................................................ 4 地理科学 NSF 资助南极科学项目推动了新的冰川科学研究................................................ 6 地震与火山学 大地震多发于俯冲带和洋底断裂带的交叠区......................................................... 8 前沿研究动态 科学家首次确定晚奥陶纪地球赤道的精确位置 .................................................. 10 Nature Geoscience：气候变化促发生物大灭绝之后的生物复苏...................... 11 Geology 文章指出冰期变化影响火山活动............................................................. 11 American Mineralogist 文章指出科学家发现新矿物晶体................................... 12 Science：新模型解释斑岩型矿床的形成过程....................................................... 12 专辑主编：张志强 执行主编：郑军卫 本期责编：刘 学 E-mail: liuxue@llas.ac.cn
能源地球科学 编者按:在过去的100多年,以西方为市场主导的石油和天然气产量持续增长,并 形成了私营石油公司之间的竞争局面。自205年以来,石油价格已达到了历史新高。 由于石油和天然气行业的前景发生了变化,2012年10月,英国著名智库皇家国际 事务研究所(RIIA)发布《石油和天然气工业的未来》( What Next for the Oil and Gas Industry?)报告,对石油和天然气工业的未来发展形势进行了分析。此期快报对该 报告的主要内容进行了归纳,以期能够对我国相关能源政策的制定有所借鉴和参考。 石油和天然气工业未来发展浅析 由于石油和天然气工业的前景不断地发生变化,其他行业通过生产更高效的发 动机、车辆、船舶、飞机和提供替代燃料来满足交通运输需求。新技术为世界许多 地方的非常规石油和天然气的生产提供了多样的机遇,也为传统的国家垄断的石油 出口国的私营企业提供了机遇。 目前,该行业应对这些挑战的响应已经影响了全球经济和环境。石油和天然气 供应占世界商业能源消费的57%,其燃烧释放CO2占全球排放的比例与之大致相同。 在俄罗斯、中亚和石油输出国组织(OPEC)成员国,石油和天然气出口占全球总出 口的15%以上,并贡献了25%以上的国内生产总值。全球股票市场超过10%的资金 投资在石油和天然气领域。该行业的未来发展将会影响到依赖于其产品的消费者, 以及寻求税收和从其经营活动中的获得红利的政府和股东。 石油和天然气工业不能制定独立于政府的发展战略。报告显示了受气候变化政 策、经济和国防安全驱动下政府干预的增加和改变。由于未来是无法预测的,尤其 是目前(2012年)经济仍存在困难,该报告没有提供新的定量预测,而就发展形势 进行了分析,主要内容如下: 1石油工业可以不再依赖其垄断的交通运输市场 受其他行业的竞争影响,用于交通运输的石油(占世界石油市场的一半)和其 预期增长都在降低。汽车行业用更多的高效车辆来减少对石油依赖,及用生物燃料 替代石油产品作为液体燃料。2005年以来,石油价格的上涨和政府的限制碳排放政 策刺激了其发展。自2011年起,所有主要石油进口国已经对碳排放和车辆的使用效 率采取了强有力的政策。作为当前的政策不太可能达到其目的,很可能将推出更强 有力的政策。除了石油工业,期待对碳基燃料制定出相应更严厉的政策。其结果将 导致石油在发达国家交通运输中出现负增长,并减缓其在发展中国家的增长。而主 要的私营石油公司在“不增长”的市场中有炼油厂和分销网络,将不会对短期的现
1 能源地球科学 编者按：在过去的 100 多年，以西方为市场主导的石油和天然气产量持续增长，并 形成了私营石油公司之间的竞争局面。自 2005 年以来，石油价格已达到了历史新高。 由于石油和天然气行业的前景发生了变化，2012 年 10 月，英国著名智库皇家国际 事务研究所（RIIA）发布《石油和天然气工业的未来》（What Next for the Oil and Gas Industry?）报告，对石油和天然气工业的未来发展形势进行了分析。此期快报对该 报告的主要内容进行了归纳，以期能够对我国相关能源政策的制定有所借鉴和参考。 石油和天然气工业未来发展浅析 由于石油和天然气工业的前景不断地发生变化，其他行业通过生产更高效的发 动机、车辆、船舶、飞机和提供替代燃料来满足交通运输需求。新技术为世界许多 地方的非常规石油和天然气的生产提供了多样的机遇，也为传统的国家垄断的石油 出口国的私营企业提供了机遇。 目前，该行业应对这些挑战的响应已经影响了全球经济和环境。石油和天然气 供应占世界商业能源消费的 57%，其燃烧释放 CO2 占全球排放的比例与之大致相同。 在俄罗斯、中亚和石油输出国组织（OPEC）成员国，石油和天然气出口占全球总出 口的 15%以上，并贡献了 25%以上的国内生产总值。全球股票市场超过 10%的资金 投资在石油和天然气领域。该行业的未来发展将会影响到依赖于其产品的消费者， 以及寻求税收和从其经营活动中的获得红利的政府和股东。 石油和天然气工业不能制定独立于政府的发展战略。报告显示了受气候变化政 策、经济和国防安全驱动下政府干预的增加和改变。由于未来是无法预测的，尤其 是目前（2012 年）经济仍存在困难，该报告没有提供新的定量预测，而就发展形势 进行了分析，主要内容如下： 1 石油工业可以不再依赖其垄断的交通运输市场 受其他行业的竞争影响，用于交通运输的石油（占世界石油市场的一半）和其 预期增长都在降低。汽车行业用更多的高效车辆来减少对石油依赖，及用生物燃料 替代石油产品作为液体燃料。2005 年以来，石油价格的上涨和政府的限制碳排放政 策刺激了其发展。自 2011 年起，所有主要石油进口国已经对碳排放和车辆的使用效 率采取了强有力的政策。作为当前的政策不太可能达到其目的，很可能将推出更强 有力的政策。除了石油工业，期待对碳基燃料制定出相应更严厉的政策。其结果将 导致石油在发达国家交通运输中出现负增长，并减缓其在发展中国家的增长。而主 要的私营石油公司在“不增长”的市场中有炼油厂和分销网络，将不会对短期的现
代化和不确定的未来投资。各国政府将无力依靠大型国际公司获得石油的安全供应。 2OPEC的角色将发生变化 经济仍将在国际石油市场中占主导地位,但OPEC的角色将发生变化。未来发 展的弱点是当价格疲软时,不仅OPEC可调控其成员的产量保持短期需求平衡,而 且高的可变成本将使非常规石油生产商减缓钻探和延迟新项目对之进行响应。中期 竞争将发生在新石油资源和替代燃料的投资,与提高效率减少石油使用的投资之间。 石油工业的外部竞争是一个真正对石油需求的威胁。基于目前情况的外推无法对长 期趋势进行预测,投资者更加关注该行业将做出如何响应。 3更多的未探明天然气资源 有关常规和非常规天然气(如页岩气)可能以相对较低的成本供应的新认识, 可能会意外地扩大了世界大部分地区的天然气市场。为此,主要地区需要足够低的 价格增加需求,而以足够高的价格增加供应。目前在不同市场之间的价格差别很大。 依靠进口来满足新的天然气需求的国家看起来存在一定的风险。在电力行业(消耗 世界天然气产量的40%左右),天然气市场取决于政府的政策、煤炭、核能和可再生 能源,而不是天然气工业的内在因素。由于许多石油和天然气公司将重点从石油转 向天然气事物,使公用事业部门的政策和潜在的运输成为不断增长的战略问题。因 为天然气的黄金时代可能将不再盛行或无处不在,投资者将关注具有成本竞争力的 新项目。 4技术和合作是促进储量增长的驱动力 “石油峰值”被证明是一个误导性的理念。可预见的问题不是有限的资源,而 是这些非常大的资源可以被转换成潜在生产储量的速率。自1980年以来,石油和天 然气储量分别增加了一倍,其速度快于生产的增长。技术开发创造出新的“非常规” 石油储量,这些技术将应用到更多的地方,其中包括许多现有石油出口国之外的地 方。这些新的区域为私营企业开启几年前并没有预测到的一个增长领域。只要符合 国家的法律和条件,这些公司仍有机会与拥有世界石油储量一半的国有企业合作, 以补充国有企业的自身资源。一些经济依赖石油出口的国家,扩大其生产是存在风 险的,因为它们的政府可能会选择将石油保存在地下用于今后的生产,以此赢取时 间使本国经济多样化。由于容易受到其他行业需求影响,以及“非常规”来源和新 领域供应的增长,石油价格没有出现长期规律性变化。石油价格是否出现明显的变 化,一切都取决于交通运输市场竞争者的投资和创造的新储量
2 代化和不确定的未来投资。各国政府将无力依靠大型国际公司获得石油的安全供应。 2 OPEC 的角色将发生变化 经济仍将在国际石油市场中占主导地位，但 OPEC 的角色将发生变化。未来发 展的弱点是当价格疲软时，不仅 OPEC 可调控其成员的产量保持短期需求平衡，而 且高的可变成本将使非常规石油生产商减缓钻探和延迟新项目对之进行响应。中期 竞争将发生在新石油资源和替代燃料的投资，与提高效率减少石油使用的投资之间。 石油工业的外部竞争是一个真正对石油需求的威胁。基于目前情况的外推无法对长 期趋势进行预测，投资者更加关注该行业将做出如何响应。 3 更多的未探明天然气资源 有关常规和非常规天然气（如页岩气）可能以相对较低的成本供应的新认识， 可能会意外地扩大了世界大部分地区的天然气市场。为此，主要地区需要足够低的 价格增加需求，而以足够高的价格增加供应。目前在不同市场之间的价格差别很大。 依靠进口来满足新的天然气需求的国家看起来存在一定的风险。在电力行业（消耗 世界天然气产量的 40%左右），天然气市场取决于政府的政策、煤炭、核能和可再生 能源，而不是天然气工业的内在因素。由于许多石油和天然气公司将重点从石油转 向天然气事物，使公用事业部门的政策和潜在的运输成为不断增长的战略问题。因 为天然气的黄金时代可能将不再盛行或无处不在，投资者将关注具有成本竞争力的 新项目。 4 技术和合作是促进储量增长的驱动力 “石油峰值”被证明是一个误导性的理念。可预见的问题不是有限的资源，而 是这些非常大的资源可以被转换成潜在生产储量的速率。自 1980 年以来，石油和天 然气储量分别增加了一倍，其速度快于生产的增长。技术开发创造出新的“非常规” 石油储量，这些技术将应用到更多的地方，其中包括许多现有石油出口国之外的地 方。这些新的区域为私营企业开启几年前并没有预测到的一个增长领域。只要符合 国家的法律和条件，这些公司仍有机会与拥有世界石油储量一半的国有企业合作， 以补充国有企业的自身资源。一些经济依赖石油出口的国家，扩大其生产是存在风 险的，因为它们的政府可能会选择将石油保存在地下用于今后的生产，以此赢取时 间使本国经济多样化。由于容易受到其他行业需求影响，以及 “非常规”来源和新 领域供应的增长，石油价格没有出现长期规律性变化。石油价格是否出现明显的变 化，一切都取决于交通运输市场竞争者的投资和创造的新储量
5未来的投资融资问题:与资金来源相匹配的机遇和风险 石油和天然气私营部门的资金依赖于投资者对该行业投资信心的增长、风险的 评估以及前景的改变。石油和天然气行业通过融资保持和改善其条件。无论是国有 控股或具有技术和资源优势的开放式访问地区,还是发达和发展中市场,未来前景 也是不同的。私营公司需要向投资者证明他们的策略,在“无增长的市场”管理它 们资产价值的下跌,抓住从下游进入上游的多元化机会。这可能会彻底导致公司和 行业重组。 国有企业的资金取决于其在国民经济的位置,它们获得政府贷款或债券融资和 与私营企业合作。对于寻找价值或数量增长的投资者,许多私营石油公司的配置似 乎比较落后,在未来不具有竞争力。它们的公共策略看起来也并不是新的。并且似 乎很少有公司质疑垂直整合的观点,它们承担传统的义务,以“满足需求”,而不是 参与到改变力量塑造需求。其中一些公司选择的新兴行业将使能源集团在整个价值 链中获益,因而成为重点上游或下游企业。 6石油安全问题已经转移到亚洲 石油的地缘政治正在发生根本的变化,即东西半球之间的区域石油贸易的改变。 亚洲市场需求量比中东供应量多,这将改变供应的安全性问题。对于西方国家的风 险是价格,而不是供应,因为亚洲供应中断将影响世界石油价格虽然亚洲正在建 立自己的石油库存,但政治和国家安全的措施还没有实现。并且中国和其他主要亚 洲国家未进入OECD/IEA应急响应系统。 然而,美国将如何去获取从中东进口石油的亚洲国家的海上运输线?亚洲国家 最终将如何寻求保护?这与美国在亚洲的军事安排和冲突等更广泛的问题息息相 关,这可能会阻止亚洲合作响应机制的发展,或石油供应的分享。 7结论 石油和天然气行业前景的变化已引起了社会运作的变化。该行业现在面临的是 其行业发展和繁荣的组合变化而不是增量响应。行业的责任需要去了解现在发生了 什么,以及它如何影响未来,以适应新形势发展采取的战略。当今,技术和环境正 在威胁着行业和社会的迅速发展,石油和天然气行业未来发展趋势需要多维思考与 分析。 王立伟编译 原文题目: What Next for the Oil and Gas Industry? 来源htp: : http://www.chathamhouse.org/publications/papers/view/186327v1327 3
3 5 未来的投资融资问题：与资金来源相匹配的机遇和风险 石油和天然气私营部门的资金依赖于投资者对该行业投资信心的增长、风险的 评估以及前景的改变。石油和天然气行业通过融资保持和改善其条件。无论是国有 控股或具有技术和资源优势的开放式访问地区，还是发达和发展中市场，未来前景 也是不同的。私营公司需要向投资者证明他们的策略，在“无增长的市场”管理它 们资产价值的下跌，抓住从下游进入上游的多元化机会。这可能会彻底导致公司和 行业重组。 国有企业的资金取决于其在国民经济的位置，它们获得政府贷款或债券融资和 与私营企业合作。对于寻找价值或数量增长的投资者，许多私营石油公司的配置似 乎比较落后，在未来不具有竞争力。它们的公共策略看起来也并不是新的。并且似 乎很少有公司质疑垂直整合的观点，它们承担传统的义务，以“满足需求”，而不是 参与到改变力量塑造需求。其中一些公司选择的新兴行业将使能源集团在整个价值 链中获益，因而成为重点上游或下游企业。 6 石油安全问题已经转移到亚洲 石油的地缘政治正在发生根本的变化，即东西半球之间的区域石油贸易的改变。 亚洲市场需求量比中东供应量多，这将改变供应的安全性问题。对于西方国家的风 险是价格，而不是供应，因为亚洲供应中断将影响世界石油价格。虽然亚洲正在建 立自己的石油库存，但政治和国家安全的措施还没有实现。并且中国和其他主要亚 洲国家未进入 OECD/ IEA 应急响应系统。 然而，美国将如何去获取从中东进口石油的亚洲国家的海上运输线？亚洲国家 最终将如何寻求保护？这与美国在亚洲的军事安排和冲突等更广泛的问题息息相 关，这可能会阻止亚洲合作响应机制的发展，或石油供应的分享。 7 结论 石油和天然气行业前景的变化已引起了社会运作的变化。该行业现在面临的是 其行业发展和繁荣的组合变化而不是增量响应。行业的责任需要去了解现在发生了 什么，以及它如何影响未来，以适应新形势发展采取的战略。当今，技术和环境正 在威胁着行业和社会的迅速发展，石油和天然气行业未来发展趋势需要多维思考与 分析。 （王立伟 编译） 原文题目：What Next for the Oil and Gas Industry? 来源：http://www.chathamhouse.org/publications/papers/view/186327
战略规划与政策 编者按:近期,美国地质调查局(USGS)发布了系列科学战略报告。继《地球科学 专辑》2012年第23期和第24期快报分别介绍了USGS发布的能源与矿产资源和自 然灾害任务单元在未来10年的科学战略公众预览版)报告后,此期快报将对uS 发布的《USGS的水科学战略方向》(Strategic directions for U.s. Geological Survey water science)报告进行介绍,主要阐述USGS在水科学战略中的9个优先行动和5 大科学目标以及27个战略行动,以期能够对我国相关工作有所借鉴和参考。 USGS的水科学战略方向 水科学战略计划的本质是建立在“水资源可利用度”的概念基础上,定义水质 和水量的时空分布、人类和生态系统对水资源的需求、人类和自然对水资源的影响。 该报告向公众提出了未来重点关注的9个优先行动:①提高水的综合科学规划;② 扩大和加强水资源监测网络;③通过开发最先进的多尺度的3-D/4D水文地质模型, 表征水循环过程;④明确人类用水与水循环之间的联系;⑤推进生态流科学 (ecological flow science)的发展;⑥提供洪灾科学及其相关信息;⑦发展与水有 关的紧急情况应急响应。⑧开展流域的综合评估、研究和建模;⑨对公众开放水 资源数据和相关分析。 USGS的该报告还提出了至2022年为推进水科学发展制定的5大目标和27个 战略行动: 目标1向社会提供全国范围内高时空分辨率水循环过程中的水量和水 质信息 战略行动1维持并提高现有国家网络,以精确测量、分析和报告水循环过程中每个 环节的信息。 战略行动2不仅要通过自己的监测网络,还要通过优化其他公共机构采集的水文地 质数据,增强对水文资源的理解,例如:水信息咨询委员会(AC)和国家地下 水监测网络。 战略行动3将遥感技术整合到水文模型分析中用于对模拟状态和流量的参数评估 和验证。 战略行动4界定一套水文参数,既可用于古记录研究,也可用于长时间序列的趋势 分析。其至少包括洪水流量和复现期、干旱复现期、湖泊、湿地、雪和冰原的蓄水 量变化、地下水储量变化等。 战略行动5致力于在重要的地表水质量网站长期收集数据,建成国家地表水质量观 测网络,除了战略行动1中的水文网络,还包含所有测量技术,包括自动化传感器
4 战略规划与政策 编者按：近期，美国地质调查局（USGS）发布了系列科学战略报告。继《地球科学 专辑》2012 年第 23 期和第 24 期快报分别介绍了 USGS 发布的能源与矿产资源和自 然灾害任务单元在未来 10 年的科学战略（公众预览版）报告后，此期快报将对 USGS 发布的《USGS 的水科学战略方向》（Strategic directions for U.S. Geological Survey water science）报告进行介绍，主要阐述 USGS 在水科学战略中的 9 个优先行动和 5 大科学目标以及 27 个战略行动，以期能够对我国相关工作有所借鉴和参考。 USGS 的水科学战略方向 水科学战略计划的本质是建立在“水资源可利用度”的概念基础上，定义水质 和水量的时空分布、人类和生态系统对水资源的需求、人类和自然对水资源的影响。 该报告向公众提出了未来重点关注的 9 个优先行动：① 提高水的综合科学规划；② 扩大和加强水资源监测网络；③ 通过开发最先进的多尺度的3-D/4-D水文地质模型， 表征水循环过程；④ 明确人类用水与水循环之间的联系；⑤ 推进生态流科学 （ecological flow science）的发展；⑥ 提供洪灾科学及其相关信息；⑦ 发展与水有 关的紧急情况应急响应。⑧ 开展流域的综合评估、研究和建模；⑨ 对公众开放水 资源数据和相关分析。 USGS 的该报告还提出了至 2022 年为推进水科学发展制定的 5 大目标和 27 个 战略行动： 目标 1 向社会提供全国范围内高时空分辨率水循环过程中的水量和水 质信息 战略行动 1 维持并提高现有国家网络，以精确测量、分析和报告水循环过程中每个 环节的信息。 战略行动 2 不仅要通过自己的监测网络，还要通过优化其他公共机构采集的水文地 质数据，增强对水文资源的理解，例如：水信息咨询委员会（ACWI）和国家地下 水监测网络。 战略行动 3 将遥感技术整合到水文模型分析中，用于对模拟状态和流量的参数评估 和验证。 战略行动 4 界定一套水文参数，既可用于古记录研究，也可用于长时间序列的趋势 分析。其至少包括洪水流量和复现期、干旱复现期、湖泊、湿地、雪和冰原的蓄水 量变化、地下水储量变化等。 战略行动 5 致力于在重要的地表水质量网站长期收集数据，建成国家地表水质量观 测网络，除了战略行动 1 中的水文网络，还包含所有测量技术，包括自动化传感器
替代指标、离散测量等。 战略行动6开发强大的水质量空间模型工具并利用遥感信息,以便将国家观测网络 的数据转换成高空间分辨率。 战略行动7设计网络,以测量全国主要的和区域重要的含水层的水质量。 战略行动8开展合作以扩大在水文数据评估过程中信息收集、整合和服务的能力, 提高发现趋势的能力、对不同水文背景进行比较、降低不确定性和增强水文分析能力。 目标2深入理解对水资源有效利用率起决定作用的有关过程 战略行动9建立新的3-D和4D水文地质模型和产权数据库,它们将融合流动和运移 模型,并且这些数据可以在不同水文条件复杂系统中反映水的流动和水质变化。 战略行动10利用历史记载和地质时间尺度水文变化的数据和研究,结合人类对流 域影响的数据和模型,提高气候变化对水资源可利用度影响的理解和预测。 战略行动11对水资源可利用度对水生生态系统可持续发展的影响进行综合研究, 包括水流变化的时间、地下水地表水相互作用的流体动力学、水质和生物地球化学、 人类需求的矛盾和生态结构与健康的关系。 战略行动12开展监测、研究和模拟活动,协同不同的水管理行动,提高对优势、 局限性和适应策略的理解。 战略行动13通过内部和外部的合作,将社会经济驱动中的相互竞争利用、价值和 成本等纳入到水资源可利用度的研究、评估和模型中。 目标3预测水量和水质变化以应对气候变化、人口、土地利用和水资源 管理 战略行动14开发和应用集成了地质、水文、水质和生态系统的耦合系统的预测模 型,包括非线性行为和反馈的潜在影响。 战略行动15开发和应用不同时空尺度的3-和4D水文预测模型,包括将这些不 同尺度进行转换的方法。 战略行动16开发和应用改进的方法以评估模型模拟中的不确定性,并给最终用 户进行定期评估和交流模型的不确定性。 战略行动17与合作者共同开发更好的方法以预测未来的水资源需求,并为水资源 预测的跟踪、验证和更新制定策略。 战略行动18开发和应用多种方法以量化未来的潜在替代水源(盐水、劣质水、再 生水以及其他)。 目标4预测和响应与水资源有关的紧急事件和冲突 战略行动19公布科学数据、信息以及分析,帮助公众对极端水文事件的理解
5 替代指标、离散测量等。 战略行动 6 开发强大的水质量空间模型工具并利用遥感信息，以便将国家观测网络 的数据转换成高空间分辨率。 战略行动 7 设计网络，以测量全国主要的和区域重要的含水层的水质量。 战略行动 8 开展合作以扩大在水文数据评估过程中信息收集、整合和服务的能力， 提高发现趋势的能力、对不同水文背景进行比较、降低不确定性和增强水文分析能力。 目标 2 深入理解对水资源有效利用率起决定作用的有关过程 战略行动 9 建立新的 3-D 和 4-D 水文地质模型和产权数据库，它们将融合流动和运移 模型，并且这些数据可以在不同水文条件复杂系统中反映水的流动和水质变化。 战略行动 10 利用历史记载和地质时间尺度水文变化的数据和研究，结合人类对流 域影响的数据和模型，提高气候变化对水资源可利用度影响的理解和预测。 战略行动 11 对水资源可利用度对水生生态系统可持续发展的影响进行综合研究， 包括水流变化的时间、地下水/地表水相互作用的流体动力学、水质和生物地球化学、 人类需求的矛盾和生态结构与健康的关系。 战略行动 12 开展监测、研究和模拟活动，协同不同的水管理行动，提高对优势、 局限性和适应策略的理解。 战略行动 13 通过内部和外部的合作，将社会经济驱动中的相互竞争利用、价值和 成本等纳入到水资源可利用度的研究、评估和模型中。 目标 3 预测水量和水质变化以应对气候变化、人口、土地利用和水资源 管理 战略行动 14 开发和应用集成了地质、水文、水质和生态系统的耦合系统的预测模 型，包括非线性行为和反馈的潜在影响。 战略行动 15 开发和应用不同时空尺度的 3-D 和 4-D 水文预测模型，包括将这些不 同尺度进行转换的方法。 战略行动 16 开发和应用已改进的方法以评估模型模拟中的不确定性，并给最终用 户进行定期评估和交流模型的不确定性。 战略行动 17 与合作者共同开发更好的方法以预测未来的水资源需求，并为水资源 预测的跟踪、验证和更新制定策略。 战略行动 18 开发和应用多种方法以量化未来的潜在替代水源（盐水、劣质水、再 生水以及其他）。 目标 4 预测和响应与水资源有关的紧急事件和冲突 战略行动 19 公布科学数据、信息以及分析，帮助公众对极端水文事件的理解
战略行动20开发新的传感器和遥感技术以更好地监测与水相关的紧急情况,设置 监测站以提供多种灾难的监测数据。 战略行动21开发新的基于科学的工具,并提升现有工具,例如洪水成像技术,利 用观测网络数据以帮助灾害预警、响应和恢复。 战略行动22由于地下水的补给和抽水之间的不平衡、干旱、洪水导致的基础设施 损坏或其他地质灾害等引起的水短缺时,观察站提供的信息、水文气候过程的分析 和供水系统中漏洞的分析,可以使资源管理者做好相应准备和制定应对计划。 战略行动23提供科学的专业知识,以帮助水供应者作相关决定,例如在灾难/紧急声 明、节约用水、调水、替代水供应和在极端的或长期的水资源短缺时水源保护。 战略行动24开发相关工具,以便我们理解水质退化如何影响水供应,并可以让管 理者对水质退化有关的紧急事件进行监测并做出应对。 目标5提供全国范围内的实时水文数据和决策支持工具以帮助水资源 决策 战略行动25确保通过网络地图介面可获取大量的水文信息,允许用户通过地理搜 索、定位和链接水文参数,获得历史信息和进行趋势分析,可操作水资源可利用度 的分析工具,例如水量收支。 战略行动26提供实时的水文资料和开发动态的综合模型以及适用于21世纪的可视 化产品,这些都有助于提升水科学、教育公众并可传达给政策制定者。 战略行动27开发决策支持系统,为水资源管理者和决策者提供帮助。 报告最后指出水科学任务单元与USGS其他任务单元(气候和土地利用变化、 核心科学系统、生态系统、能源、矿产、环境健康科学和自然灾害)相互关联,都 必须携手合作和整合它们的行动以实现美国地质调查局的未来科学任务。 (刘学编译 来源: Eric. Evenson, Randall. Orndorff, Charles. Blome,etal.2012. Strategic Directions for U.S. Geological Survey Water Science, 2012-2022-Observin, Understanding, Predicting,and Delivering Water Science to the Nation-Public Review Release 地理科学 NSF资助南极科学项目推动了新的冰川科学研究 2012年12月20日,美国国家科学基金会(S)指出,其资助的3个大规模 的南极科学项目一一调查极端环境生态系统的显著变化、世界上最大冰盖的变化和 全球气候变化的动态,最近都到达了前沿技术研究的里程碑。 松岛冰川项目(PIG)、 Whillans下湖冰流钻探研究项目(WISSARD)和西南 极洲大冰原分界线项目(WAIS)的成功都是建立在创新的钻井技术基础之上的,推
6 战略行动 20 开发新的传感器和遥感技术以更好地监测与水相关的紧急情况，设置 监测站以提供多种灾难的监测数据。 战略行动 21 开发新的基于科学的工具，并提升现有工具，例如洪水成像技术，利 用观测网络数据以帮助灾害预警、响应和恢复。 战略行动 22 由于地下水的补给和抽水之间的不平衡、干旱、洪水导致的基础设施 损坏或其他地质灾害等引起的水短缺时，观察站提供的信息、水文气候过程的分析 和供水系统中漏洞的分析，可以使资源管理者做好相应准备和制定应对计划。 战略行动 23 提供科学的专业知识，以帮助水供应者作相关决定，例如在灾难/紧急声 明、节约用水、调水、替代水供应和在极端的或长期的水资源短缺时水源保护。 战略行动 24 开发相关工具，以便我们理解水质退化如何影响水供应，并可以让管 理者对水质退化有关的紧急事件进行监测并做出应对。 目标 5 提供全国范围内的实时水文数据和决策支持工具以帮助水资源 决策 战略行动 25 确保通过网络地图介面可获取大量的水文信息，允许用户通过地理搜 索、定位和链接水文参数，获得历史信息和进行趋势分析，可操作水资源可利用度 的分析工具，例如水量收支。 战略行动 26 提供实时的水文资料和开发动态的综合模型以及适用于 21 世纪的可视 化产品，这些都有助于提升水科学、教育公众并可传达给政策制定者。 战略行动 27 开发决策支持系统，为水资源管理者和决策者提供帮助。 报告最后指出水科学任务单元与 USGS 其他任务单元（气候和土地利用变化、 核心科学系统、生态系统、能源、矿产、环境健康科学和自然灾害）相互关联，都 必须携手合作和整合它们的行动以实现美国地质调查局的未来科学任务。 （刘 学 编译） 来源：Eric J. Evenson, Randall C. Orndorff, Charles D. Blome, et al. 2012. Strategic Directions for U.S. Geological Survey Water Science, 2012–2022—Observing, Understanding, Predicting, and Delivering Water Science to the Nation—Public Review Release 地理科学 NSF 资助南极科学项目推动了新的冰川科学研究 2012 年 12 月 20 日，美国国家科学基金会（NSF）指出，其资助的 3 个大规模 的南极科学项目——调查极端环境生态系统的显著变化、世界上最大冰盖的变化和 全球气候变化的动态，最近都到达了前沿技术研究的里程碑。 松岛冰川项目（PIG）、Whillans 冰下湖冰流钻探研究项目（WISSARD）和西南 极洲大冰原分界线项目（WAIS）的成功都是建立在创新的钻井技术基础之上的，推
动了新的南极开发科学研究。这3个项目都由sf南极计划资助的nSF极地项目 办公室南极科学负责人指出,虽然在恶劣的南极环境中开展这些项目存在很多挑战, 实践证明,实施伟大的成功研究项目需要科学工程的创造力和有力的后勤支持。 1松岛冰川项目 12月17日,松岛冰川研究人员声称他们已成功远程钻取松岛冰川冰架。此次 成功有助于实现该项目研究的最终目标,即造成松岛冰川长60km的冰架快速融化 的物理过程。其中一个原因怀疑是冰架下相对温暖的海水循环削弱了冰架。 PIG项目的研究结果将用于改善预测未来西南极洲大冰原融化速度的物理数值 模型。其中,极地冰盖的稳定性和对全球气温升高的响应是用于预测气候变化模型 的变量之一。卫星图像和测高法分析显示,西南极洲大冰原的变薄率最高,可能会 加剧温带地区海平面上升。PIG项目也受美国国家航空和航天局(NASA)资助,包 括与英国南极调查局(BAS)科学家的合作。NASA研究人员通过分析高分辨率影 像,确定了PG项目冰上合适的钻营地。 国际PIG项目是由具有专业分析卫星影像热水钻钻取和冰架的地震和雷达调 查知识的科学家和工程师组成。海床结构和冰架下面海洋仪器的开发和部署,将在 未来几年测量海洋循环和海洋冰层的相互作用。 松岛冰川团队面临的挑战不仅仅是远离大陆,而且冰架存在大量裂隙地区,冰 盖和气候条件对于科学人员都是很大的挑战该小组的主要任务是通过热水钻,在 每个需要测量的冰架,钻2个深500m,直径为20cm的冰洞。美国海军研究生院 (NPS),为此专门制定了测量仪器,用以长期观测。该仪器通过表面供电测量冰速, 以计算本地冰融化速率。同时,美国宾夕法尼亚州立大学的科学家研究了松岛冰川 冰架下的海腔形状和基岩属性。研究人员在第一和第二钻营地周围进行了地震测量, 并在横跨冰架40个地点进行了采样,以确定规模较大的海床的形状和冰架结构。 2 Whillans冰下湖冰流钻探研究项目 WISSARD项目研究人员成功测试了一个新的热水钻,通过该热水钻在冰下湖 泊钻孔进行清洁微生物取样和冰川测量。 WISSARD项目小组包括微生物学、地质 学和冰川学3个科学小组近20名研究人员并由加州大学圣克鲁斯分校的 Slawek Tulaczyk领导 测试的热水钻和集成的过滤系统在冰架上安装所有的钻井设备一—包括钻、 专业过滤器和电气发电设备一一将通过冰导线移动。实际研究钻网覆盖了整个 Whillans冰下湖。研究人员使用冰下钻探等各种工具和技术来探索冰川下独特环境 和罗斯海东南部边缘的南极西部冰盖边缘的水文特征。研究小组还在 Whillans冰下 湖放入各种取样工具和传感器进行冰下钻探。抽取冰下湖的水和沉积物样品,并提
7 动了新的南极开发科学研究。这 3 个项目都由 NSF 南极计划资助的。NSF 极地项目 办公室南极科学负责人指出，虽然在恶劣的南极环境中开展这些项目存在很多挑战， 实践证明，实施伟大的成功研究项目需要科学工程的创造力和有力的后勤支持。 1 松岛冰川项目 12 月 17 日， 松岛冰川研究人员声称他们已成功远程钻取松岛冰川冰架。此次 成功有助于实现该项目研究的最终目标，即造成松岛冰川长 60km 的冰架快速融化 的物理过程。其中一个原因怀疑是冰架下相对温暖的海水循环削弱了冰架。 PIG 项目的研究结果将用于改善预测未来西南极洲大冰原融化速度的物理数值 模型。其中，极地冰盖的稳定性和对全球气温升高的响应是用于预测气候变化模型 的变量之一。卫星图像和测高法分析显示，西南极洲大冰原的变薄率最高，可能会 加剧温带地区海平面上升。PIG 项目也受美国国家航空和航天局（NASA）资助，包 括与英国南极调查局（BAS）科学家的合作。NASA 研究人员通过分析高分辨率影 像，确定了 PIG 项目冰上合适的钻营地。 国际 PIG 项目是由具有专业分析卫星影像、热水钻钻取和冰架的地震和雷达调 查知识的科学家和工程师组成。海床结构和冰架下面海洋仪器的开发和部署，将在 未来几年测量海洋循环和海洋冰层的相互作用。 松岛冰川团队面临的挑战不仅仅是远离大陆，而且冰架存在大量裂隙地区，冰 盖和气候条件对于科学人员都是很大的挑战。该小组的主要任务是通过热水钻，在 每个需要测量的冰架，钻 2 个深 500m，直径为 20cm 的冰洞。美国海军研究生院 （NPS），为此专门制定了测量仪器，用以长期观测。该仪器通过表面供电测量冰速， 以计算本地冰融化速率。同时，美国宾夕法尼亚州立大学的科学家研究了松岛冰川 冰架下的海腔形状和基岩属性。研究人员在第一和第二钻营地周围进行了地震测量， 并在横跨冰架 40 个地点进行了采样，以确定规模较大的海床的形状和冰架结构。 2 Whillans 冰下湖冰流钻探研究项目 WISSARD 项目研究人员成功测试了一个新的热水钻，通过该热水钻在冰下湖 泊钻孔进行清洁微生物取样和冰川测量。WISSARD 项目小组包括微生物学、地质 学和冰川学 3 个科学小组近 20 名研究人员并由加州大学圣克鲁斯分校的 Slawek Tulaczyk 领导。 测试的热水钻和集成的过滤系统在冰架上安装，所有的钻井设备——包括钻、 专业过滤器和电气发电设备——将通过冰导线移动。实际研究钻网覆盖了整个 Whillans 冰下湖。研究人员使用冰下钻探等各种工具和技术来探索冰川下独特环境 和罗斯海东南部边缘的南极西部冰盖边缘的水文特征。研究小组还在 Whillans 冰下 湖放入各种取样工具和传感器进行冰下钻探。抽取冰下湖的水和沉积物样品，并提
供湖底视频,用以描述湖泊及其周围地区的化学和物理特性。 冰下钻探技术由内布拉斯加州大学开发。目的是在实际的研究站点融化一个宽 30cm、长800m冰洞,为 Whillans冰下湖研究取样提供干净的通道。通过各种复杂 的工具收集和钻取实验所需的数据和样品所有采集的样品都是以不受污染和保持 南极洲原始自然状态为前提。 3西南极洲大冰原分界线项目 WAIS项目研究人员宣称复制取芯是一种创新技术,这种技术允许在已有钻孔 中取得附加的冰芯。复制取芯技术的进步,还在于它可以让科学家们在不妨碍主孔 本身的情况下,获得特定级别的主孔样品。该复制核心技术项目,是由美NFS资助 的冰钻设计和操作组的工程师开发和测试的,并在20072008年度在南极投入使 用,在2011—2012年,钻孔深度达到3405m。 与PIG和 WISSARD钻孔不同的是,WAI项目中钻探所获得的冰芯或冰柱中, 含有冻结气泡,而这些冻结气泡与几千年前某些特定环境下的大气成分相似。此外, 冰芯分析还表明目前大气中的温室气体CO2的含量比过去80万年的任何时段的含 量都要高。 西南极洲冰原分界线位于南极西部冰盖的特别寒冷地区,这一地区拥有常年不 融化的降雪,冰层里包含上万年的气候资料。研究人员利用复制取芯技术获得冰芯 样品,旨在从过去急剧变化的气候里,了解过去气候的变化情况和气候急剧变化的 原因。 任珩译,王立伟校) 原文题目: Trio of Complex Antarctic Science Projects Reaches Significant Technological Milestoneson the Ice : http: //www.nsf.gov/news/news_summ. jsp? cntn_id=126388&org=NSF&from=news 地震与火山学 大地震多发于俯冲带和洋底断裂带的交叠区 全世界的大地震都发生在俯冲带,因为在俯冲带中,一个构造板块在另一个之 下滑动。但是,俯冲区的哪些地方最有可能发生大地震呢?澳大利亚悉尼大学的科 学家研究发现,海底断裂带与俯冲带的交叠区域发生大地震的风险高于其他区域。 该项研究成果于2012年12月发表在欧洲地球科学联合会(EGU)的开放获取期刊 Solid Earth上 研究者发现,在过去一个世纪中,震级大于86级的15次大地震中的13次(约 87%)和震级大于8.4级的50次大地震中的25次(50%)均与大洋断裂带和俯冲带 的交叠区域相关(图1),如2011年的日本东北近海大地震和2004年的苏门答腊地
8 供湖底视频，用以描述湖泊及其周围地区的化学和物理特性。 冰下钻探技术由内布拉斯加州大学开发。目的是在实际的研究站点融化一个宽 30cm、长 800m 冰洞，为 Whillans 冰下湖研究取样提供干净的通道。通过各种复杂 的工具收集和钻取实验所需的数据和样品。所有采集的样品都是以不受污染和保持 南极洲原始自然状态为前提。 3 西南极洲大冰原分界线项目 WAIS 项目研究人员宣称复制取芯是一种创新技术，这种技术允许在已有钻孔 中取得附加的冰芯。复制取芯技术的进步，还在于它可以让科学家们在不妨碍主孔 本身的情况下，获得特定级别的主孔样品。该复制核心技术项目，是由美 NFS 资助 的冰钻设计和操作组的工程师开发和测试的，并在 2007—2008 年度在南极投入使 用，在 2011—2012 年，钻孔深度达到 3405m。 与 PIG 和 WISSARD 钻孔不同的是，WAIS 项目中钻探所获得的冰芯或冰柱中， 含有冻结气泡，而这些冻结气泡与几千年前某些特定环境下的大气成分相似。此外， 冰芯分析还表明目前大气中的温室气体 CO2 的含量比过去 80 万年的任何时段的含 量都要高。 西南极洲冰原分界线位于南极西部冰盖的特别寒冷地区，这一地区拥有常年不 融化的降雪，冰层里包含上万年的气候资料。研究人员利用复制取芯技术获得冰芯 样品，旨在从过去急剧变化的气候里，了解过去气候的变化情况和气候急剧变化的 原因。 （任 珩 译，王立伟 校） 原文题目：Trio of Complex Antarctic Science Projects Reaches Significant Technological Milestones "on the Ice" 来源：http://www.nsf.gov/news/news_summ.jsp?cntn_id=126388&org=NSF&from=news 地震与火山学 大地震多发于俯冲带和洋底断裂带的交叠区 全世界的大地震都发生在俯冲带，因为在俯冲带中，一个构造板块在另一个之 下滑动。但是，俯冲区的哪些地方最有可能发生大地震呢？澳大利亚悉尼大学的科 学家研究发现，海底断裂带与俯冲带的交叠区域发生大地震的风险高于其他区域。 该项研究成果于 2012 年 12 月发表在欧洲地球科学联合会（EGU）的开放获取期刊 Solid Earth 上。 研究者发现，在过去一个世纪中，震级大于 8.6 级的 15 次大地震中的 13 次（约 87%）和震级大于 8.4 级的 50 次大地震中的 25 次（50%）均与大洋断裂带和俯冲带 的交叠区域相关（图 1），如 2011 年的日本东北近海大地震和 2004 年的苏门答腊地