中层和热层大气的湍流结构

本文首先讨论了中层和热层大气湍流谱区的划分,发现对于同样尺度的湍流,在不同高度对应的谱区是不同的。随着高度的增加,愈向耗散区一端移动。其次,从理论上讨论和计算了不同高度的湍谱分布。最后,导出了湍流扩散系数的公式。湍流扩散对于高层大气成份的垂直分布有很大的影响。观测结果表明,并不是所有尺度的湍流对高层大气成份的垂直分布都发生影响,而是具有某一尺度的小尺度湍流起主要作用。我们引出了一个有效湍流尺度的概念,并从理论上计算了湍流扩散系数随高度的分布。结果与观测的氩和氦随高度的分布反推出来的湍流扩散系数相符合,同时也与ALADDN 1试验测量的结果相符合。     

用AE-D卫星近地点上观测的n(He)估算湍流层顶高度

文分析了AE D极轨卫星近地点的变化及其相应的大气膨胀和密度分布情况. 在高度相同情况下, 中低纬区热层底部的大气密度比高纬区大, 卫星受阻也就更大, 从而卫星近地点的高度在中低纬区比高纬区要低、白天比夜间低. 采用近地点上的n(He)观测资料, 根据大气数密度在低层内均匀混合和高层内扩散分离的不同垂直分布特征, 粗略地估算出湍流层顶的高度Zt及其变化. 高纬区内Zt高低与纬度几乎无关, 但对磁暴的响应十分明显. 中低纬区内, Zt随纬度减小而增大; 白天地区Zt大于夜间, 而与磁暴的关系不大.     

一个大气边界层非线性三维数值模式及其在太湖流域的应用

本模式用以K半经验理论为基础的闭合方程组求解,引进了地形作用、动量、热量和水汽的侧向扩散和垂直湍流交换以及凝结加热等物理过程,其中湍流交换系数K是地表粗糙度、几何高度、大气稳定度及风速切变等因子的函数。本模式还考虑了山地、平原和水面在地形高度、地表粗糙度、辐射、蒸发及热交换等方面的差异,在下垫面上建立热平衡方程与边界层内控制方程耦合。将模式应用于太湖流域,计算得到的该流域边界层内温、压、湿、风的分布特征与实际情况相似,模式具有一定的实用性。     

一个大气边界层非线性三维数值模式及其在太湖流域的应用

本模式用以K半经验理论为基础的闭合方程组求解,引进了地形作用、动量、热量和水汽的侧向扩散和垂直湍流交换以及凝结加热等物理过程,其中湍流交换系数K是地表粗糙度、几何高度、大气稳定度及风速切变等因子的函数。本模式还考虑了山地、平原和水面在地形高度、地表粗糙度、辐射、蒸发及热交换等方面的差异,在下垫面上建立热平衡方程与边界层内控制方程耦合。将模式应用于太湖流域,计算得到的该流域边界层内温、压、湿、风的分布特征与实际情况相似,模式具有一定的实用性。     

对高层大气模式的研究

本文根据最近关于大气热力学参数的知識,討論了現代大气結构的模式。用基本靜力学方程由上向下进行数值积分的方法,由大气密度的卫星观测资料計算了热大气层中的分子溫度随高度的分布。从大气分子溫度的誤差估算表明,积分根本不能由下而上进行,相反地,由上而下的数值积分法可以大大減小計算誤差。用由下而上的逐层逼近法,根据大气密度的卫星观測资料,計算了大气动力溫度随高度的分布,在这种运算中,并未对在热大气层中溫度随高度的垂直分布趋向做任何約束性的假定,只假設在120公里以上,大气处于扩散平衡状态,同时在小高度区間△z內,溫度和高度的关系是线性的。計算結果証明,在热大气层中并未出現等溫区,溫度随高度的加大有上升的趋势。     

用传输函数构建的大气重力波传播理论模式

本文根据考虑大气热传导和黏滞的重力波复色散关系,采用传输函数的概念,基于重力波的线性理论,构建了用于研究对流层内重力波激发源与电离层响应之间的传输函数数值模式.在相空间中讨论了传输函数振幅的分布特性,并以地面单位脉冲源为例,分析了从地面到300 km高空的响应,得到了物理量的时空分布特征.结果表明：（1）对内重力波的传播而言,大气相当于一个滤波器,只有波动周期在15～30 min,水平波长在200～450 km之间的重力波扰动才最容易到达300 km电离层高度;（2）电离层的响应主要在与地面的激发源之间相隔较远的水平距离上发生;（3）黏滞和热传导系数在低层对上传重力波的影响较小,随着高度的增加它们对重力波的影响越来越大;（4）在低层计算的波动频率与Row理论的计算结果比较一致,然而到了高层却相差较大.     

电离层氧离子83.4 nm辐射计算方法

氧离子83.4 nm辐射是由氧离子辐射跃迁产生的,是电离层极紫外日辉辐射中辐射强度较高的信号之一.从空间对其进行成像为高层大气状态的监测提供了一种强有力的方法.为了准确的描述辐射强度的分布情况,本文在MSISE-00大气模型下,用AURIC计算氧离子83.4 nm辐射的初始体辐射率、电离层氮气分子、氧气分子以及氧原子的密度分布,接着,用Chapman函数生成氧离子密度分布,计算共振散射作用下的体辐射率.然后,给出在不同的初始辐射率情况下,沿天底方向观测的辐射强度对比.最后,与Anderson的计算结果作了两组对比,指出由电子碰撞产生的初始体辐射率占比提高16%,总的辐射强度会提高30%.本文的工作为低热层大气氧离子密度和光电子通量的探测提供支持,这对电离层电子密度反演具有理论意义.     

MYJ和YSU方案对WRF边界层气象要素模拟的影响

研究新一代中尺度气象模式WRF中两种大气边界层方案(MYJ,YSU)对沈阳冬季大气边界层结构模拟的影响,重点分析温度层结、低层风场、边界层高度等对污染物扩散有重要影响的气象要素.和观测数据的比对表明WRF基本能够模拟出温度风速的日变化特征,但模拟风速偏大.YSU方案由于模拟的边界层顶卷挟和边界层内混合作用较强,夜间接地逆温强度低于MYJ方案,逆温维持时间比MYJ方案短4小时,同时模拟边界层高度也高于MYJ方案,有利于污染物垂直扩散.边界层高度的3种计算方法中,湍流动能方法计算的边界层高度最高,Richardson数方法次之,位温方法得到的高度最低.Richardson数方法对临界值的选取较敏感.     

流星和高层大气分子間相互作用的热力学和动力学过程

本文根据高速稀薄气体动力学討論了流星在高空稀薄大气中运行时的加热和制动过程。研究指出,在不同高度上大气分子与流星表面的碰撞机制是不同的。例如对直径为0.05厘米,速度为40公里/秒的流星而言,在100公里以上自由大气的分子可与流星表面直接碰撞,在75公里以下,流星前面形成阻塞层,自由大气分子完全不能与流星表面直接碰撞。本文討論了在三种情况下,高层大气对流星的加热和制动过程,并計算了流星的有效加热系数和阻力系数,这些結果也可用来說明人造卫星的加热和制动过程。最后根据美国火箭探测的密度資料,对有效加热系数做了估計,結果与理論值相符。     

雷暴云准静电场引发的中层闪电辐射光谱计算研究

中层大气闪电现象的研究是中高层大气的热门研究课题,本文主要从数值模拟方面对中层闪电的辐射光谱进行模拟研究.基于准静电场的物理机制,用点电荷模型计算雷暴云放电后形成的准静电场随高度的分布,以E/N(E为电场,N为大气密度)为输入参量,代入到Boltzmann方程求解电场存在下弱电离气体中电子能量分布的时变函数,结合各碰撞过程对应的碰撞截面及中性分子数密度,得到各过程所对应的激发率,在此基础上得到每个激发线的体发射率,将体发射率代入到大气辐射传输方程,计算得到辐射强度随波长的分布.文中以E/N=200Td产生的体发射率为例,计算产生的辐射强度可达到几千瑞利,光谱分布与大气成分、仪器观测路径等有关.     

一九八○年二月十六日云南地区日全食的电离层效应

本文借助于Budden的频高图分析方法,分析了云南省瑞丽县弄岛街1980年2月16日日全食期间的电离层资料,计算了日食日及控制目的剖面,给出了剖面参数,得到了E层临频及最大电子浓度所在高度在日食过程中的变化,也研究了F层的日食效应,指出了在各选定频率上的反射虚高和真高在日食过程中的变化,发现在300公里以下的各给定高度上,尤其是在270公里附近的高度上,其电子浓度明显地下降。     

高层大气中氧绿线强度与氧原子密度的关系

本文分析了氧绿线强度剖面的半宽度与氧原子密度剖面的观测值,表明氧绿线强度与氧原子密度的关系,不是如Chapman机制所要求的J∞N³（O）,而是J∞N²（O）。     

磁暴期间热层中性大气受热抬升的观测例证

采用AE-D卫星上中性大气数密度的观测资料,分析了1975年11月内多次磁暴期间热层大气中氦和原子氧与氮分子之数密度比值的变化.结果表明,磁暴对中性大气加热的理论是符合实际情况的.低热层大气受热抬升使较高高度上的大气中质量较轻成分的数密度相对比例有明显下降,而较重成分的百分比则有增加.与地磁宁静期间相比,在140-10km高度上n(He)/n(N₂)之比值降低了一个数量级,而n(Ar)/n(N₂)的增幅则略大于一个数量级.此比值的变化幅度大小随高度而变,但各高度上暴时变化的发展趋势是基本一致的.     

电离层E层和F层中的日出效应

本文对德意志民主共和国Juliusruh/Rügen电离层站（54°38′N,13°23′E）,在1958年11月至1959年10月期間,日出前后一分钟測量一次的頻高图記录进行了分析。可以确认,E2层是一个純受太阳紫外輻射所控制的正常层次;該层每天开始电离时的太阳高度年变化是沒有規律的,而F层每天开始电离时的太阳高度却具有有規律的年变化。对这些統計分析結果进行理論研究,可以发現无論对F层而言,还是对E层而言,均不存在能够强烈吸收有关太阳紫外輻射的遮蔽层。决定F层每天开始电离时間的机制,是高层大气随季节不同而膨胀或收縮。在同样的太阳高度下,E1层和E2层的电子密度主要由运动項所决定,該項的大小和电离层飘移速度的东西分量有紧密的关系。此外,还估計了各个月份的E1层极大电子生成率,以及与E1层有关的太阳輻射的强度。对E2层的成因也作了一些估計。     

利用重力资料反演三维密度界面的质面系数法

文中给出一深度为h的水平矩形质面在地面产生的重力公式,对比了此公式算出的重力异常与三维长方体公式算出的重力异常,得出:当三维地质体的厚度与其埋深之比小于0.2-0.4时,二者的重力效应几乎相等,它们之间最大偏差在1-3％以内。用给出的重力公式进一步导出了重力反演三维密度界面的质面系数法。用理想模式检验,结果表明,本文给出的方法收敛快,反演误差较小,计算效果较好。最后用一实例,验证了方法的适用性。     

低纬哨声的路径纬度和临界截止纬度

本文采用国际地磁参考场（1980 IGRF,n=8）低纬磁力线经验公式和模式电离层,结合海南岛三亚（18.24°N,109.5°E;磁纬7.04°N）观测到的哨声资料,对磁纬10°N以下哨声的路径纬度和临界截止纬度进行了分析和讨论.     

磁流体冲激波在非均匀磁场中的传播

本文应用Chisnell- no方法,求解了在理想介貭中,垂直磁流体冲激波在非均勻磁場中的传播問題。这种方法,把非均勻介貭分解成无限小的弱間断面,根据气体动力学中波与間断面相互作用的原理,算出激波通过弱間断面时的强度变化,然后用积分求得激波通过整个非均勻区时的强度变化。作者引入了激波的特征速度（它是激波在波前后介貭中传播速度的几何平均值）作为輔助参量,得到形式上比較簡单的激波传播方程。然后考虑了磁压力远大于气体压力的强磁介貭中的激波传播問題,并进行了数值积分。采用的介貭密度模型有三种:（1）阿尔芬波速为常数;（2）密度不变;（3）密度与磁場强度成正比。計算結果表明:当激波由弱磁場向强磁場传播时,激波的强度逐漸变弱。其中,在阿尔芬波速为常数的介貭中,激波强度的衰减最为緩慢;在密度不变的介貭中,激波强度的衰減最为迅速;而在密度与磁場成正比的介貭中,激波强度的衰減則介乎上述两种密度分布之間。作者联系磁流体冲激波在地球外层空間的传播問題进行了討論,密度的模型采取大气啃昔的观測結果（卽上述第三种密度分布）,并进行了适当的外推,估計了在十个地球半径处的磁流体冲激波传到地面时的强度,求出了激波在地面引起的磁場变化与激波初始速度之間的关系。根据上述簡化模型,計算結果表明,在十个地球半径处初始速度为10⁸厘米/秒的激波,传到地面引起的磁場变化大約为60伽（亻馬）,这个数值的量級恰好与中低緯度强磁暴的急始变幅相符。     

τ法反演与地壳结构研究

本文对用爆炸地震资料研究地壳与上地幔结构及速度分布的τ法反演进行了探讨,并且在Bessonova提出的平均值方法的基础上,就减少解的不确定性及简化反演过程提出了新的作法:1.τ（p）的上下界各自独立地参与反演而后再将所得到的结果合并起来;2.在τ法反演中,抽去地壳模型中的低速层。根据以上两种计算方案,改进方法,取得较好的效果。 本文还用Bessonova的平均值方法计算了我国东部地区地壳-上地幔爆炸地震探测剖面的实例。该地区地壳厚度约为31 km,在18 km深处存在着低速层,厚度约6 km,速度为6 km/s。     

Annual variation of the effects of diffuse radiation on the photodissociation of ozone

Previous work has shown the importance of the diffuse solar field in the photochemistry of atmospheric active species, the solar zenith angle being an effective parameter. In view of the diurnal and seasonal variability of this single quantity, in this paper estimates are presented of the daily-integrated values of the photodissociation coefficient of ozone throughout the year, for a purely molecular atmosphere in the absence of scattering and when the effects of molecular scattering are included, and for an absorbing-scattering turbid atmosphere characterized by two different aerosol loads. Also, different values of the ground albedo have been taken into account.Results are shown for a latitude of 45^oN. The seasonal dependence is strong at altitudes below 20 km and less marked above 20 km. For an albedoA=0.3, the inclusion of molecular scattering increases the daily-integrated photodissociation coefficients approximately by 20% and 40% at 15 km and by 15% and 22% at 30 km, at the winter and summer solstice respectively. The presence of a heavy aerosol load modifies these results by a further factor which is approximately –5% and 10% at 15 km at the winter and summer solstice respectively, and is approximately constant at 8% throughout the year at 30 km.     

莫霍界面的性质

本文綜述了当前对莫霍界面性貭的学說,列举了相变学說所遇到的困难。根据新近地震面波和体波所获得有关地幔頂部速度分布的资料,进一步探討了莫霍界面的性貭,所得的結論为: （1）大陆和海洋的莫霍界面都不是相变面; （2）地幔頂部沿深度方向不可能由均勻物貭所組成,低速带的形成与物貭的組成有关; （3）大陆和海洋的地幔頂部,其差异主要在于低速带頂面位置的不同,大陆的較深,海洋的較浅; （4）根据放射性含量的測定,組成地幔頂部的物貭可能是榴輝岩与其他超基性岩石的混合物,其速度受溫度的影响不大。