南京地理所等揭示近半个世纪风浪变化对皮海湖封冻时间缩短的贡献,项目通过验收

气候变化的一个明显的结果是全球水冰的加速消融,包括高海拔冰川、两极冰盖和湖冰等。位于气候变化最敏感区域之一的北欧湖泊皮海湖面临湖泊封冻时间的逐年递减和生态系统退化的问题。湖冰动态变化是热能转移的过程,气温、太阳辐射、降水、风和水动力均可以影响此过程。目前,有关气温上升对湖冰周期缩短的研究较多,而水动力对湖冰长期演变影响的研究相对不足。

近日,由中国科学院海洋研究所、大连汇新钛设备开发有限公司和大连渔家傲生态科技有限公司共同完成的“全封闭工厂化循环水养殖凡纳滨对虾技术研究与示范”项目在大连召开项目验收会,中科院沈阳分院、中科院海洋所,山东省、辽宁省、大连市等海洋渔业部门相关负责人以及验收专家共二十余人参加会议。

中国拥有丰富的稀土资源,在地壳中的分布呈现共伴生的特性,主要以北方的轻稀土矿及南方的离子型中重稀土矿为主,不仅满足了国内经济社会发展的需要,而且为全球稀土供应作出了重要贡献。当前,中国以23%的稀土资源承担了全球90%以上的市场供应。中国生产的稀土永磁材料总产量占世界总产量的80%以上,消耗了我国稀土总应用量的40%左右,稀土永磁材料产业的发展对稀土资源的平衡利用起着举足轻重的作用。

在中国科学院-芬兰科学院合作项目、国家自然科学基金项目和中科院与UCLA联合培养项目的资助下,中科院南京地理与湖泊研究所吴挺峰等联合芬兰皮海湖研究所、芬兰环境研究院和美国加州大学洛杉矶分校的科研人员对皮海湖开展了风浪观测和模拟,重建了1963年至2013年之间的皮海湖风浪,并与其他长时间序列的水文气象数据相结合,分析了风浪长期变化对湖冰周期缩短的贡献,相关成果发表于Environmental
Science and Pollution Research

该项目由海洋所实验海洋生物学重点实验室研究员孙建明牵头,带领水产工业化养殖与工程技术研究团队充分发挥产学研结合优势,历时一年半,攻克矩形养殖池高效集污、死虾及虾壳自动收集、生物氧化塔量化设计与过程调控等难题,首创间歇式回水和变流高效排污技术与装备。通过工艺技术和设备的创制与改进,实现了凡纳滨对虾全封闭循环水养殖技术的新突破。项目组成功对676m3水体的老旧闲置养殖车间进行了改造,经过92天的养殖,对虾平均体长达10.19cm,平均体重13.43g,平均单产为12.92kg/m3,每千克虾耗水量0.45m3,饵料系数1.01。

在稀土永磁领域,利用稀土元素替代实现对磁体硬磁相内禀磁性调节在产业界的应用已经较为成熟,尤其是以重稀土元素Dy、Tb进行元素替代,然而高丰度低成本稀土元素La、Ce、Y在稀土永磁材料中的应用相对较少,造成高丰度稀土La、Ce、Y的囤积和浪费。因此,针对稀土资源的分布和应用不平衡的现状,发展高丰度稀土元素在永磁材料中的应用成为重要的方向。近日,中国科学院宁波材料技术与工程研究所稀土磁性功能材料实验室针对南方离子型中、高钇矿的特点,在高丰度钇混合稀土永磁材料研发和产业化方面取得系列进展,通过对硬磁主相的结构设计与界面分布的优化调控,开发出具有优异耐温特性的高矫顽力磁体,突破了高丰度稀土元素在永磁领域的应用瓶颈。

结果显示,在过去的51年间,皮海湖湖冰周期显著缩短(r = 0.47, P
0.01;图2)。北大西洋涛动的增强和北欧地区气温的升高是导致皮海湖封冻时间缩短的主要原因,不过,风浪对湖冰周期也有重要影响,尤其是1986年后湖冰周期的加速衰减。时间和空间分析表明,12月和4月特征波高与湖冰周期显著负相关(r
=- 0.48, P
0.01;图1和图2),相关性仅次于气温与湖冰周期的相关性。风浪对湖泊封冻的影响主要体现在:风浪运动产生的机械能导致冰盖碎裂,大的浮冰破碎成小块,增大了湖冰与水接触的比表面积;风浪引起的垂直混合作用将湖泊底层冰点之上的湖水翻至水表,补充了表层湖水热能亏欠。随着未来NAO进一步增强,波罗的海东北部地区风浪将进一步加大,该地区湖冰退缩还将进一步加剧。该研究将为北欧地区湖泊管理和湖冰模型构建提供帮助。

验收专家组认为,该项目成果有效解决了环境保护、节水节能、食品安全等水产养殖关键制约问题,具有很好的生态效益、经济效益和社会效益,为老旧苗室改造利用提供了新途径,具有广阔的推广前景,一致同意项目通过验收。

烧结Nd-Fe-B永磁体的磁性能取决于磁体的相组成及微观结构,而磁体相组成和微观结构主要由制备过程中合金元素冶金行为控制,研究人员首先系统研究了高丰度稀土元素La/Ce/Y在磁体制备过程中的分布及迁移特征,澄清其对合金成相及微观组织结构的影响规律。研究发现在速凝过程中,La和Ce在合金的晶界相中大量富集,Y主要富集于合金的2:14:1主相中,分析表明Y的引入可以稳定四方相,避免La、Ce对硬磁相结构的破坏。在后续工艺过程中,Y则进一步从晶界向主相晶粒内部偏聚。图1反映了这种稀土冶金行为造成的不同高丰度稀土元素在合金内分布的差异性。

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基于对该冶金行为特征及磁体反磁化机理的认识,研究人员进一步提出了Y在主相内部偏聚的结构设计思路,并获得了Y偏聚于主相晶粒核心的核壳结构,如图2所示,晶粒表层的较低的Y含量使得主相晶粒具有更高各向异性场的壳层区域,能够有效抑制晶粒表面的反磁化形核过程,增强磁体的矫顽力。进一步通过合理设计晶界成分,利用晶界相区域的溶解析出作用,解决由于晶粒生长及稀土钇元素强烈的迁移偏聚行为造成的晶粒黏连、晶界相缺失及偏聚的难题,成功实现了连续均匀的晶界相对核壳结构硬磁相的包覆,有效增强了晶粒间的磁隔离效应,使得高丰度钇混合稀土磁体表现出较高的室温矫顽力及优异的耐温特性,在Y替代Nd40%之内均可获得最大磁能积大于40MGOe的磁性能,Y替代15%Nd获得矫顽力大于17kOe的磁性能,综合性能优于Ce取代磁体。该研究结合主相结构调控及晶界增强技术,解决了高丰度稀土磁体成相难及结构不均匀的问题。

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