夏季青藏高原地区近地层水汽进入平流层的特征分析

青藏高原为亚洲季风区的典型代表区域,研究其水汽进入平流层的过程和机理对认识全球气候和大气环境变化具有一定的现实意义. 本文基于中尺度气象模式(WRF)的模拟输出结果(2006年8月20日至8月26)驱动拉格朗日大气输送模式FLEXPART,通过追踪并解析气块的三维轨迹以及温度、湿度等相关物理量的相关变化特征,初步分析了夏季青藏高原地区近地层-对流层-平流层的水汽输送特征. 研究结果表明,源于高原地区近地层的水汽在进入平流层的过程中受南亚高压影响下的大尺度环流和中小尺度对流的共同影响.首先,在对流抬升作用下,气块在短时间内(24 h)可抬升到9~12 km的高度,然后在南亚高压闭合环流影响下,相当部分气块在反气旋的东南侧穿越对流层顶进入平流层中,并继续向低纬热带平流层输送,进而参与全球对流层-平流层的水汽循环过程. 在对流抬升高度上气块位置位于高原的西北侧,然而气块拉格朗日温度最小值主要分布于高原南侧,两个位置上气块的平均位温差值可达15~35 K,这种显著的温度差异将导致气块进入平流层时"脱水". 比较而言,夏季青藏高原地区近地层水汽进入平流层的多寡主要和大尺度汽流的垂直输送有关,而深对流的作用相对较弱.     

AIRS观测的东亚夏季平流层重力波特征

对流性重力波对中层大气环境有显著影响.重力波活动及重力波源的地理和季节性变化等信息是理解和模拟重力波效应的基础.卫星高光谱红外大气垂直探测器AIRS的4μm和15μm波段可用于识别30~40km高度范围和41km高度附近的重力波,其11μm通道可同步观测对流层深对流.观测个例表明,海面和陆面上空的平流层扰动影响范围均可达1000km,不同高度的扰动强度分布也存在差异.基于2007年6月至8月的AIRS观测资料,分析了东亚区域的对流层深对流活动和平流层的重力波,得到了深对流和重力波发生频率的水平分布.统计结果表明,东亚区域夏季夜间的深对流活动明显少于白天,但AIRS观测到的平流层重力波发生频率和扰动强度均显著大于白天,揭示了夜间对流层深对流诱发的平流层重力波在强度、范围等方面可能与白天存在显著差异.进一步对比分析表明,AIRS观测的平流层扰动高值区与深对流高值区明显不同.平流层重力波与对流层深对流之间的相关分析表明,在36°N以南的区域,41km高度上AIRS观测的重力波中,深对流云诱发的重力波的比例约为30%~100%.在10°N至36°N区间,90%的深对流均可诱发平流层重力波.分析得到的30~40km高度区间和41km高度附近的重力波水平分布对比表明,后一高度上的扰动强度明显大于前一高度,且前一高度在东南亚区域存在强扰动中心而在后一高度则没有.最后,给出了AIRS观测的几种典型形态的东亚区域平流层波动,表明了该区域平流层环境波动形态的复杂性和多样性.     

海原断裂在地壳深处的几何形态及其动力学意义

用速度和界面联合反演方法对海原深地震反射资料进行了重新处理. 通过迴折波以及断层面反射波的走时反演, 确定了深度为10 km以内海原断裂几何形态及断层内和围岩的速度结构. 观测资料表明, 桩号从37~39 km这两千米的范围内, 观测地震图的振幅大大衰减，表明断层在地下有相当的宽度. 结果表明，在海原断裂以北, 基底面由西南向东北隆起, 形成一个平缓的大单斜, 在西安州附近中生代褶皱基底深约3km, 向东北方向逐渐变浅. 在海原断裂以南, 在西华山和南华山之间的盆地内, 褶皱基底深约2 km, 向西南方向逐渐变浅. 断层在深度为3 km以内的倾角约70；在深度为3~10 km范围内的倾角约60. 从本文结果及其它多方面的引证, 我们认为海原断裂从地表到地壳10 km深处均处于陡立状态.      

中间层顶重力波耗散引起钠原子输送的激光雷达观测研究

利用中国科学院国家空间科学中心廊坊站(40.0°N,116.3°E)钠荧光多普勒激光雷达2011年至2013年共约82 h的钠原子数密度和垂直风观测数据,分析了廊坊地区中间层顶区域大气重力波耗散引起的钠原子输送特征.分析得到,90~100km处重力波耗散引起的平均钠原子垂直通量整体为负,钠原子向下输送,在93 km处达到最大负值-1.47×10~8m~(-3)m·s~(-1),85~90km处平均钠原子垂直通量为正,钠原子向上输送,但通量值随高度递减.钠原子垂直通量方向在90km处发生转变,垂直通量随高度的变化造成钠原子汇聚,汇聚效应引起的平均钠原子产生率最大值在91km处达到了1.40×10~8m~(-3)/h,该值超过了相同高度上模式计算流星烧蚀注入引起的钠原子产生率峰值,说明重力波耗散对钠层结构的形成具有重要影响.与美国SOR和Maui观测结果相比,平均钠原子产生率峰值大小相近,但出现高度不同,说明大气重力波耗散引起的物质输送具有显著的地域变化特征.研究结果可为大气物质输送理论的完善以及大气金属层物理模式的改进提供观测事实参考.     

亚洲季风区深对流系统的区域分布和日变化特征

利用TRMM卫星12年的观测资料,分析了亚洲季风区20dBZ回波顶高大于14km的深对流系统的分布特征,结合NCEP再分析资料对深对流系统的空间分布特征成因进行了探讨,并对不同地形条件下的深对流系统进行了对比研究.结果表明,深对流系统主要发生在陆地上,夏季风爆发前,深对流系统主要分布在20°N以南;季风爆发后,深对流系统的分布向中纬度地区发展并以青藏高原南麓地区最活跃.青藏高原上的深对流系统的发生频数较中国中东部高,但水平尺度小,对流强度较弱,而中国中东部地区的深对流系统虽然发生频数较低但对流强,且闪电频数大.洋面上的深对流系统表现为最小红外亮温小（对应云顶高）,40dBZ回波最大面积比陆地上大但出现高度较低,闪电频数少.陆地上的深对流系统主要集中发生在午后至午夜,青藏高原上的深对流更加集中的发生在午后至傍晚,海洋上发生在凌晨至日出前的深对流系统较其他时段多,但日变化幅度不大,热带海洋性大陆深对流的日变化与大陆上类似.     

冬季大气斜压性对黑潮延伸体年代际异常响应的维持机制研究

黑潮延伸体(Kuroshio Extension,KE)海域附近具有强烈的大气斜压性可显著影响北太平洋上空风暴轴异常,因而有必要研究KE海区附近斜压性的特征和维持机制.本文设计数值试验并结合高分辨率ERA-Interim资料研究了大气斜压性对KE年代际海温变率模态(KEDV-induced SSTA,Kuroshio Extension Decadal variability SSTA)中的中尺度海洋锋(KEDV-induced Meso-scale SST Front,KMSTF)的响应特征和维持机制.研究发现,表层斜压性对KMSTF的响应分布相对KMSTF经向梯度的分布偏南,平流过程的响应起主要作用.表层感热通量的响应相对KMSTF分布偏北,表层温度的响应分布与KMSTF分布的位相差异是导致其偏北分布的主要原因.积云对流过程、垂直热量输送和月内尺度扰动向极热量输送均可削弱表层斜压性,而感热通量加热可加强表层斜压性.研究对流层斜压性的特征发现,斜压大值随高度向北移动,极值在边界层顶附近,积云动量再分配影响的月内尺度扰动通量经向辐合有一定的贡献.同时,相对KMSTF暖海温异常偏南分布的低SLP(Surface Level Pressure)可引发经圈平面内次级环流,并将月内尺度扰动热量、水汽和动量向高纬度输送,从而引起斜压性随高度向北分布并增强斜压性.此外还发现,积云对流过程引发的非绝热加热通过扰动热力作用使高层急流向北偏移.     

渤海东南部深地震探测与地壳结构研究新进展——OBS2013剖面数据处理分析

OBS2013测线沿NNW-SSE方向跨越渤中坳陷和胶东隆起次级构造以及张家口-蓬莱和郯庐两条深大断裂带.对测线上13个站位折合剖面进行震相分析,识别出丰富的Ps、Pg、PcP、Pn和PmP震相.通过射线追踪和走时拟合,建立了二维P波速度结构模型.模型将渤海深部速度结构分为6层,最上部两层为新生界,速度由1.8~2.0km/s变化为4.4~4.7km/s,埋深为0.5~7.2km,并向胶东隆起方向逐渐尖灭.向下依次分为上地壳下部、中地壳和下部地壳,地壳速度由5.6~5.9km/s变化为7.0km/s,其中上地壳底界面埋深11.1~12.9km,中地壳底界面埋深18.0~18.9km,莫霍面在渤中凹陷处埋深最浅为25.5km,向胶东隆起方向逐渐增大到30km.莫霍面之下上地幔顶部速度为8.0~8.1km/s.渤海下部地壳厚度变化接近5km,从下地壳到上地幔顶部均无明显的大尺度横向速度变化,岩浆底侵不发育.结合已有研究成果,推测渤海东南部与华北克拉通中部相比,下地壳厚度减薄9~13.4km,地壳减薄非常有限,具有典型陆壳特征.     

云南西部地壳深部结构特征

在云南西部,穿过红河、小江断裂带完成了一条长360 km、呈北东向的深地震宽角反射/折射剖面.通过对该测线的观测资料进行一维、二维模拟解释,得到了沿剖面的二维地壳速度模型.研究结果显示,沿测线Moho界面埋深横线变化大,其西南侧Moho埋深约35 km,东北侧Moho最大埋深可达43 km.沿剖面从西南到北东方向,地壳平均P波速度从5.9 km/s逐渐增加到6.13 km/s,但显著低于全球大陆平均值.结合以往的接收函数和面波联合反演结果,我们推算沿测线从西南到东北,其下方地壳泊松比介于0.23~0.25之间.剖面西南侧上地壳具有异常低的P波速度和泊松比,暗示其下方上地壳以α-相长英质组分为主;而剖面东北上地壳相对较高的P波速度和泊松比则暗示其物质组成以花岗岩-花岗闪长岩为主.研究区下地壳的P波速度和泊松比分别介于6.25~6.75 km/s和0.24~0.26 km/s之间,暗示其上部组成以花岗岩相的片麻岩为主,而下部组成则以角闪石类岩石为主.红河断裂两侧地壳速度显著不同,从浅到深其速度差异逐渐变弱,但红河断裂两侧地壳厚度变化较大.而小江断裂下方两侧地壳速度和地壳厚度变化并没有红河断裂那么明显.     

风垂直切变对中尺度地形对流降水影响的研究

针对长江中下游中尺度地形特点以及暴雨过程发生发展期间风垂直切变的主要观测特征,设计了一系列中尺度地形的三维理想数值试验,分析了干大气地形流和重力波特征,探讨了条件不稳定湿大气地形对流降水的模态分布,在此基础上研究了圆形、直线风垂直切变和切变厚度对中尺度地形对流降水强度和模态分布的影响.结果发现:在 F_r≈1的干大气条件下,气流遇到地形后分支、绕流和爬升现象同时存在,地形激发的重力波在水平和垂直方向上传播,其在迎风坡、背风坡、地形上游和下游的振幅不同,并组织出不同强度的垂直上升运动.在F_r > 1的条件不稳定湿大气下,地形对流降水主要存在三种模态,即迎风坡和背风坡准静止对流降水以及地形下游移动性对流降水,地形对流降水的形成与重力波在低层组织的上升运动密切相关.风垂直切变对地形对流降水的强度和模态分布有重要作用,其中圆形风垂直切变(风随高度旋转)不仅影响地形下游对流降水系统的移动方向,而且影响迎风坡和背风坡山脚处对流降水中心的分布和强度;直线风垂直切变(风随高度无旋转)主要影响地形对流降水的移动速度和强度.风随高度自下而上顺(逆)时针旋转,地形对流系统向下游传播时向右(左)偏移.风垂直切变主要通过影响地形重力波的结构和传播以及对流系统的形成、移动方向和速度,来影响地形对流降水的模态分布,其中对流层中低层的风垂直切变对地形对流降水强度和模态分布有重要影响.     

北冰洋夏季开阔洋面和浮冰近地层热量平衡参数的观测估算

利用中国北极科学考察队在北冰洋浮冰站和“雪龙号”考察船获得的大气边界层观测资料, 采用涡旋相关法和廓线法对1999年8月19~24日北冰洋浮冰和开阔水面近地层的热量平衡参数进行了估算. 结果表明, 冰面的净辐射仅为开阔海面的8%, 主要消耗于感热输送和融化, 冰面损失的热量超过了吸收的净辐射, 并由冰的深层热传导来补偿, 潜热通量对冰面热平衡的贡献较小. 开阔海面吸收的净辐射主要以潜热和感热向大气输送, 分别占52%和25%, 剩余部分向深层水体传导. 观测事实说明北冰洋夏季开阔海面/大气和冰面/大气之间的热量交换过程有显著差异, 开阔洋面有大量的水汽向大气输送, 这对研究北冰洋地区海/冰/气相互作用对气候过程的影响是十分重要的.     

THE VOLCANIC ACTIVITIES AND HAZARD PREDICTION OF WUDALIANCHI VOLCANIC BELT

More than 40 late Cenozoic monogenetic volcanoes formed a volcanic belt striking NNW from Keluo, through Wudalianchi to Erkeshan in NE China. These volcanoes belong to a unified volcano system, namely Wudalianchi volcanic belt(WVB for short). Based on the volcanic evolution history and the nature of monogenetic volcanic system, we estimate that the volcanic system of WVB is still active and has the potential to erupt again. Hence, this paper studied the temporal-spatial distribution and volcanic eruption types to evaluate the possible eruption hazard types and areas of influence in the future. Volcanic field characteristics and K-Ar radiometric data suggest two episodes of volcanism in the WVB, the Pliocene to early Pleistocene volcanism(4.59~1.00MaBP)and the middle Pleistocene to Holocene volcanism(0.79Ma to now). The early episode volcanoes are distributed only in the north of WVB(mainly in Keluo volcanic field), featured by effusive eruption, and mainly formed monogenetic shield, whose base diameter is large and slope is gentle. However, the late episode eruptions occurred over the entire WVB. The explosive eruption in this stage formed numerous relatively intact scoria cones of explosive origin. Meanwhile the effusive eruption formed widely distributed lava flows. Both effusive eruption and explosive eruption are common in WVB. The effusive eruption formed monogenetic shields and lava flows. The resulting pahoehoe lava, aa lava and block lava appeared in WVB. There are three end-member types of explosive eruption driven by magmatic volatile. Violent Strombolian eruption has the highest degree of fragmentation and mass flux, characterized by eruption column. Strombolian eruption has the high degree of fragmentation, but low mass flux, featured by pulse eruption. Hawaiian eruption has low degree of fragmentation, but high in mass flux, generating large scoria cones. In addition, this paper for the first time found phreatomagmatic eruption in WVB, which formed tuff cone. Transitional eruptions are also common in WVB, which have certain characteristics among the end-member eruption types. Besides, certain volcanoes displayed multiple explosive eruption types during the whole eruption span. According to the volcanic temporal-spatial distribution and eruption characteristics in WVB, the potential volcanic hazards in future are constrained. It appears that the violent Strombolian and Strombolian eruption will not have significant impact on aviation safety in the vertical direction. In the radial direction, the ejected volcanic bomb can reach as far as 1km from the vents and the fallout tephra may disperse downwind over a distance ranging from 1~10km. The major hazard of Hawaiian eruption and effusive eruption comes from lava flow, and its migration distance may reach 3.0~13.5km for pahoehoe lava and 2.9~14.9km for aa lava. The base surge in phreatomagmatic eruption can reach a velocity of 200~400m/s, and the migration distance is around 10km. This is a big threat that people should pay more attention to and take precautions in advance. Besides, it is necessary to strengthen the real-time observation of the volcanoes in the WVB, especially those formed in the late episode as well as near the active fault.     

华南陆缘高热流区的壳幔温度结构与动力学背景

华南陆缘是我国重要的矿产、地热资源区.晚中生代以来,在太平洋板块西向俯冲,地幔热对流活动共同作用下,该区出现多期岩浆-热事件和大规模爆发式成矿作用.在前人研究基础上,本文利用地表热流观测资料、地震剪切波资料、重力位球谐系数,计算了壳-幔温度结构,分析了动力学背景.计算结果表明：华南陆缘东南沿海地带,地壳10 km以浅温度达200℃以上,居里点温度475℃,莫霍面平均温度550℃.地壳浅层较热,花岗岩中放射性元素衰变放热是地壳浅层地下水热活动的重要热源,但地壳总体温度不高,为"冷壳热幔"型热结构.地幔中,90 km深度,温度950~1250℃;120 km深度,温度1050~1400℃;150 km深度,温度1200~1450℃;220 km深度,温度1500~1700℃."热"岩石圈底界深度在110~150 km之间,西深东浅.岩石圈内,地幔应力场为挤压-伸展相间格局;岩石圈之下,地幔应力场为一个以南昌为中心、长轴NE-SW向的椭圆.分析认为,晚中生代以来,太平洋板块的西向俯冲,导致华南陆缘在区域性SE向地幔对流背景上叠加局域性不稳定热扰动,在175~85Ma期间,上地幔物质向上流动,形成不同的岩浆活动高峰期.同时,岩石圈地幔受俯冲洋壳流体的影响,含水量高,黏度小,在地幔流切向应力场作用下,岩石圈底界由西向东"波浪"状减薄.现今岩石圈之下仍具备地幔小尺度热对流温度条件,但除地表浅层外,地壳整体温度不高,岩石圈构造稳定.     

南海西南次海盆与南沙地块的OBS探测和地壳结构

跨越南海西南次海盆南部陆缘和南沙地块中部的OBS973-1测线是南海南部首次采集的海底地震仪(OBS)广角反射与折射深地震测线,本文通过震相分析和走时正演拟合,获得了沿测线的二维纵波速度结构模型.模拟结果显示表层沉积物速度2.5～4.5 km/s,厚度1000～3000m,局部基底面起伏较大.结晶基底的速度从顶部的4....     

High-Frequency Radio Emission from Meteors

A model of the processes that explain the intrinsic radio emission from meteors is proposed. A method for solving a self-similar problem of a strong explosion is used to determine certain parameters of the plasma wake dynamics at the initial expansion stages. Calculations show that this plasma expansion stage is responsible for the incoherent and unpolarized radiation from the meteor in the upper layers of the atmosphere. A theoretical estimate of the spectral density of the radio emission flux is obtained within this model, and it coincides with the experimental values. The radiation maximum is in the high-frequency range and strongly depends on the altitude and parameters of the meteor. For example, for the characteristic properties of the atmosphere at an altitude of about 90 km for a meteor with a mass of ~5 × 10^–2 kg, the spectral flux is ~2000 W/m² Hz at ~100 km from the source and the maximum is at ~40–60 MHz. According to the experiment, the radio emission spectrum drops sharply at higher frequencies.     

基于InSAR形变数据分析台湾纵谷断层南段现今运动特征

本文利用2007—2010年花东纵谷南段区域的InSAR形变数据作为约束, 采用分段断层模型和层状介质模型, 反演中国台湾东部纵谷断层南段滑动速率空间分布, 并据此分析断层运动特征。 研究结果表明, 纵谷断层南段整体以逆冲运动为主, 兼具左旋走滑运动。 纵谷断层南段的滑动速率具有空间非均匀性, 在空间上可以细分为深浅两个极值区, 浅部(0~15 km)最大滑动速率为10 cm/a, 位于深度2.5 km左右; 深部(15~30 km)最大滑动速率为21 cm/a, 位于深度25 km左右。 反演结果与用重复地震估算的深部滑动速率基本吻合。     

香港地区海陆地震联测及深部地壳结构研究

为了探明南海北部海陆过渡带的深部地壳结构,我们在香港外海域进行了一次海陆地震联洲的实验,利用固定地震台网远距离接收海上气枪信号,接收距离远达200多km,并利用此次实验的测线1剖面模拟得到了海陆过渡带的深部地壳速度结构.速度结构模型表明:研究区海陆过渡带的地壳结构非均匀性较明显,由陆至海沉积层有一个突然增厚的特点;莫霍面深度约为26～29 km,上地壳P波速度约为5.5～6.4 km/s,下地壳P波速度为6.5～6.9 km/s.在担杆列岛往海方向有一个低速破碎带,其上地壳P波速度为5.2～6.1 km/s,下地壳P波速度为6.2～6.4 km/s,结合野外地质调查的结果,推测它可能为滨海断裂带.在担杆列岛往陆方向香港和深圳之间的研究区域,莫霍面有较大起伏,可能与此处发育的海丰断裂有关.     

基于CloudSat资料的北上江淮气旋暴雪云系结构特征

2007年3月3-5日和2013年11月24-25日,受江淮气旋北上影响,我国北方大部地区遭遇罕见暴风雪天气,2次暴雪过程有很多相似之处.利用常规观测、CloudSat卫星云廓线雷达的探测资料和NECP/NCAR再分析资料,分析了这2次暴雪过程江淮气旋云系结构和微物理特征.结果表明：（1）北上江淮气旋的冷锋云系较窄,以深厚对流云为主,回波核心在2~7 km,其结构在气旋发展的不同阶段变化不大;（2）逗点头云系范围宽广,在气旋的不同发展阶段,结构和强度有显著差异.气旋初始锋面波动和锋面断裂阶段,逗点头云系有两个降水区：北部为由多个单体组成的大范围层状云区,强回波从地表向上伸展,上空有高空对流泡,建立了播撒云-供水云机制,有利于下部冰晶粒子长大;南部有对流云柱发展.逗点头西部的冷输送带云系主要集中在6 km以下,强度弱,冰粒子含量少;（3）气旋暖锋后弯阶段,干侵入加强,冷锋后部的无云区或少云区范围扩大,逗点头云系南北范围收缩、变窄,云系的高度、强度和含水量减弱,冷锋云系也减弱;（4）气旋冷锋云系和逗点头南部的对流云柱以降雨为主,位于高纬度陆地上的逗点头云系以降雪为主,当逗点头云系处于海上有对流不稳定发展,以降雨为主.冷锋云系北部和逗点头云系南部均有由层积云或高积云组成的低云,以毛毛雨为主.冷锋云系和逗点头云系北部100-200 km的范围为随高度和距离逐渐变薄的高层云,无降水对应.     

Crustal structure in Dabieshan UHP metamorphic belt and its tectonic implication

IntroductionGeologistsfirstlyfoundcoesite-bearingecologitesattheendof1980'sandthenthemicrodiamond(Xu,elal,1992)inDabieshanarea.Theultra-highpressure(UHP)metamorphismandthegeodynamicprocessesofDabieorogenhaveattractedmanygeoscientists(Wang,etal,1989,O...     

Study and review on crust-mantle velocity structure in Bohai Bay and its vicinity

Introduction Bohai Bay, along with its adjacent areas, is one of the seismically active areas in North China. Understanding its crust/upper-mantle structural characteristics and lateral heterogeneity of the medium in this area is of great significance to the study of seismogenic environment, thus improvimg the level of earthquake prediction. For years, scientists have studied the area by gravity and magnetic methods (FENG, et al, 1989), geothermal field (WU, et al, 1988; TIAN, ZHANG, 19…     

流变边界层及其对华北克拉通热/地震岩石圈底界差异的意义

二维热传导/对流数值模型显示,纯传导的固体岩石圈与纯对流的流体软流圈之间存在一过渡层,即流变边界层,其间传导与对流共同作用来传递热量.流变边界层厚度主要由软流圈黏性系数（η）控制,而受固体岩石圈厚度及热状态影响很小.随着η从1×10²¹Pa·s降低至1×10¹⁹ Pa·s,流变边界层也随之减薄,流变边界层的厚度与lg（η）成正比. 流变边界层的存在是造成热岩石圈与地震岩石圈厚度差异的重要因素. 全球典型克拉通岩石圈的对比结果表明,地震岩石圈厚度普遍大于热岩石圈厚度,二者的差异多数在70~90 km,很好地验证了流变边界层的存在. 研究发现二者的差异在华北克拉通自西向东逐渐减小：由西部鄂尔多斯的约80 km减少至渤海湾盆地的约20 km. 反映出华北克拉通岩石圈下部流变边界层厚度自西向东减薄,意味着软流圈黏性系数自西向东逐渐降低.这可能与中生代太平洋俯冲脱水形成的低黏大地幔楔有关,从一侧面印证了太平洋俯冲对华北克拉通破坏的影响.