1997—1998年El-Nio至La-Nia期间东海黑潮的变异

基于日本“长风号”调查船在 1 997与 1 998年 1 0个航次的CTD资料 ,采用改进逆方法及改进动力计算方法对东海黑潮的流速、流量进行计算 .1 997年 5月出现了El Ni no现象 ,东海黑潮流量在 1 997年夏季减少 ,1 997年东海黑潮的平均流量也减少 .在 1 997年 1月与 6— 7月 ,即El Ni no现象出现前后 ,东海环流的流态有些不同 .在 1 998年 4至 1 1月黑潮在PN断面出现多流核心的结构 ,特别在 1 0— 1 1月出现 3个流核心 ,黑潮主流核的位置秋季时东移 .1 995年与 1 998年都是东海黑潮异常年 ,这些异常现象可能与冲绳岛以南出现的反气旋涡的强度变化以及从El Ni no现象过渡到La Ni na现象有关     

1997—1998年El-Ni?o至La-Nia期间东海黑潮的变异

基于日本“长风号”调查船在1997与1998年10个航次的CTD资料，采用改进逆方法及改进动力计算方法对东海黑潮的流速、流量进行计算. 1997年5月出现了El-Ni?o现象，东海黑潮流量在1997年夏季减少，1997年东海黑潮的平均流量也减少. 在1997年1月与6—7月，即El-Ni?o现象出现前后，东海环流的流态有些不同. 在1998年4至11月黑潮在PN断面出现多流核心的结构，特别在10—11月出现3个流核心，黑潮主流核的位置秋季时东移. 1995年与1998年都是东海黑潮异常年，这些异常现象可能与冲绳岛以南出现的反气旋涡的强度变化以及从El-Ni?o现象过渡到La-Ni?a现象有关.     

1997—1998年EI—Nino至La—Nina期间东海黑潮的变异

基于日本“长风号”调查船在1997年与1998年10个航次的CTD资料，采用改进逆方法及改进动力计算方法对东海黑潮的流速、流量进行计算。1997年5月出现了EI－Nino现象，东海黑潮流量在1997年夏季减少，1997年东海黑潮的平均流量也减少。在1997年1月与6－7月，即EI-Nino现象出现前后，东海环流的流态有些不同。在1998年4月至11月黑潮在PN断面出现多流核心的结构，特别在10－11月出现3个流核心，黑潮主流核的位置秋季时东移。1995年与1998年都是东海黑潮异常年，这些异常现象可能与冲绳岛以南出现的反气旋涡的强度变化以及从EI－Nino现象过渡到La-Nina现象有关。     

基于配置法的局部重力场延拓模型构建与应用分析

在大地坐标系下利用Forsberg局部扰动位协方差模型（即DPM模型）导出了实用的局部重力异常协方差模型（即GAC模型）和局部扰动重力协方差模型（即GDC模型）,两种模型形式完全一致.针对GAC模型,提出了两种模型参数的拟合方法,即按照泊松积分向上延拓获得的不同高度数据进行拟合以及按照测量区域的平面实测数据进行拟合,通过某地区的实测数据检验得出两种参数拟合方法得到的参数值相差不大,这种差别在向上和向下延拓过程中的影响可以忽略.依据本文的算例,GAC模型作为配置法的协方差模型用于延拓时,其向上延拓的精度在1.8×10^－5 m·s^-2左右,向下延拓的精度在5×10^－5 m·s^-2左右,完全满足局部重力场在中等山区的延拓要求.通过对不同高度下GAC模型用于延拓效果的对比,可以得出基于GAC模型的延拓精度随着高度的增加而衰减,在满足测量精度要求下其最大向下延拓高度约为7 km.总体而言,本文推导的GAC模型能够很好地利用地形数据,较好地满足了航空重力测量在局部重力场的延拓要求.     

各向同性膨胀点源模拟长白山火山区岩浆囊压力变形源

2002～2003年长白山火山区的水平运动缺乏中心对称性分布特征,本文采用同一深度沿三个互相垂直方向拉张的点源模式模拟了长白山火山区的岩浆囊压力变形源. 在介质参数为V_p＝6.700 km/s,V_s＝3.8700 km/s,ρ＝2900 kg/m³的均匀弹性半空间中, 联合利用2002～2003年长白山火山区的GPS观测数据和水准数据, 结合PSGRN/PSCMP代码和遗传算法反演长白山火山区的压力变形源特征. 反演结果表明,由三个垂直的不等量扩张方向确定的椭球状点源模型可以较好地模拟长白山火山区岩浆囊压力变形源. 岩浆囊深处9.2 km,在走向为34.4°,倾角为82.2°的断层面的法向方向体积扩张量最大,达到7000000 m³;在走向为3028°,倾角为78.5°的断层面的法向方向体积扩张量次之,达到6598071 m³;在走向为337.7°,倾角为14.0°的断层面的法向方向体积扩张量最小,达到5220160 m³.     

2008年新疆于田7.3级地震对周围断层的影响及其正断层机制的区域构造解释

计算了2008年3月21日新疆于田M_s7.3地震导致周围断层的库仑破裂应力变化. 结果表明,库仑应力在贡嘎错断裂的西南段和东北段、康西瓦断裂东段和西段、普鲁断裂西段、龙木错-邦达错西段、阿尔金断裂和西昆仑山前逆冲断裂增加分别达6.9×10⁴ Pa、4.4×10³ Pa、8.0×10⁵ Pa、2.8×10³ Pa、2.3×10⁴ Pa、5.7×10³ Pa、1.6×10³ Pa和1.1×10³ Pa,而使得贡嘎错断裂中段、康西瓦断裂中段、龙木错-邦达错东段、普鲁断裂中段和喀喇昆仑北段断层上的库伦破裂应力减小分别达3.9×10⁵ Pa、5.8×10⁵ Pa、1.5×10⁴ Pa、1.5×10⁴ Pa和1.1×10³ Pa. 根据康西瓦的断层滑动速率估计该地震使得中段特征地震延迟1~127年,使得东段特征地震提前2~138年. 计算还得到2005年10月8日巴基斯坦M_w7.6地震在于田地震破裂面和滑动方向上产生的库仑破裂应力增加为10~20 Pa,虽然有利于于田地震的发生,但数值太小,难以看到明显的触发作用. 分析了该地震及其周围已发生地震出现正断层机制的原因. 认为在印度板块向欧亚板块北北东向推挤作用下,相对塔里木块体,青藏高原北缘的柴达木块体沿阿尔金断裂东向运动,而兴都库什块体沿喀喇昆仑断裂整体北西向运动. 地震发生区位于此两块体之间,在双边动力相互作用下导致了东西向拉张的形变模式.     

水平螺旋度与沙尘暴的动力学关系研究

应用2002～2006年高空流场和地面观测资料,计算近地面至500 hPa水平螺旋度的大小.结果表明：水平螺旋度负值中心值越大,500 hPa到近地面风速越大,西风增强,风速垂直切变越大,辐合上升运动越强,形成沙尘暴的强度就越强.水平螺旋度负值中心常常在河西走廊附近最强,导致其下游东南方发生沙尘暴.水平螺旋度负值中心与其下游沙尘暴发生强度有一致的对应关系：当水平螺旋度负值中心≤-200 m²/s²时,未来24小时内该区下游将有沙尘天气出现,当≤-600 m²/s²时,6小时内该区下游将有能见度小于500 m的强沙尘暴天气出现,当≤-1000 m²/s²时,6小时内该区下游将有能见度小于50 m的特强沙尘暴天气出现.     

青藏高原东北缘岩石圈变形及其机理

为了解青藏高原东北缘岩石圈变形特征,进一步研究该地区地壳运动的壳-幔耦合机理,本文通过处理分析该地区1999～2007年多期GPS观测数据、1972~2000年水准测量数据和1992年及2007年相对重力测量资料,获得了该区域地壳水平运动速度场、较长时间段的垂直形变场和相对重力变化场.分析发现青藏高原东北缘东西部的变化特征存在明显差异：西部以北东向地壳缩短运动为主,而东部以顺时针旋转为主;东部以地壳隆升为主,速率在2.1 mm/a左右,而西部隆升的速率小于1 mm/a;相对重力变化则表现为在整体增大的背景下东部升高速率较大,平均为9.0×10^-8 m·s^-2·a^-1,而西部较小,平均值为3.1×10^-8 m·s^-2·a^-1.我们还发现,地壳不同变形形式的转换不是渐变的,而是发生在较窄的一个转换带内.这个转换带的整体走向为NEE,北部位于金昌与武威之间,中部在祁连山东部、门源以西,南部位于德令哈以东青海湖以西.最后结合前寒武纪构造格架、重力均衡异常资料和地震SKS分裂结果对形成这种运动态势的机理进行了探讨,我们认为岩石圈物质侧向流动、岩石圈结构及壳-幔耦合方式差异可能是导致东部与西部岩石圈变形差异主要动因.     

城市冠层结构热力效应对城市热岛形成及强度影响的模拟研究

本文在城市边界层预报模式中耦合了一个单层冠层模式,此模式能够体现城市冠层结构和人为热源对城市热岛的共同作用.通过传统平板模式和城市冠层模式的模拟结果与自动气象站观测资料对比发现,耦合了城市冠层模式的模拟结果与观测资料更为吻合,尤其能够较好地模拟出城市地区夜间地面的气温变化情况.对北京城市区域的模拟结果进行分析,白家庄地区冠层建筑物使得城市地区气温白天下降,夜晚上升,不考虑人为热源作用时,城市冠层使得白家庄站地面气温白天最低下降2.5℃,夜间气温最大升高为4.7℃.针对模拟区域较小的理想算例模拟结果分析表明,城市冠层模式能够很好地模拟城市地区地表能量平衡关系,体现城市冠层对长短波辐射的封截以及热量存储能力,全天平均净辐射通量由传统模式的43.38 W/m²变为84.19 W/m²,热存储通量白天最大值为278.04 W/m²,夜晚最大释放热存储通量为160.35 W/m².冠层建筑物和人为热源对夜间城市热岛强度的贡献分别为70.65％和29.35％.城市冠层建筑物对夜间城市热岛的形成起决定性作用.     

南北地震带北部5次（1561~1920年）M≥7级地震触发关系研究

以南北地震带北部的青藏高原东北边缘与华北构造区过渡部位为例,通过建立地震构造模型,计算静态库仑破裂应力改变量（ΔCFS）,研究了该区1561~1920年360年间5次M≥7级地震之间的触发过程.结果表明,在1561年罗山东麓7¹/₄级地震之后,下一次地震无一例外地发生在前面地震产生的应力触发区（ΔCFS>0）.在4条被触发的发震断裂中,有3条发震断裂的平均ΔCFS>0.2×10⁵ Pa,最大可达0.62×10⁵ Pa,超出目前普遍认为触发应力阀值（0.1×10⁵ Pa）.根据断裂库仑破裂应力变化量（ΔCFS）和构造应力累计率（δτ）,计算获得了下一次地震发生的提前量（ΔT）,地震活动提前量最大可以达到160a.在一条重要活动构造带或地区上,一次地震发生对下一次地震的触发缩短了地震重复发生所需要的累积时间,使得地震可以提前发生,这一方面使得某一特定的发震断裂在时间尺度表现出准周期性,另一方面使得空间上不同发震断裂的地震活动表现出丛集发生的现象.此项研究有助于认识断裂间相互作用特点、揭示地震丛集发生规律以及预测未来地震危险区.     

CHAMP重力场恢复时域法和空域法比较研究

利用CHAMP数据恢复重力场的解算方法分为时域法和空域法.本文首先介绍了这两种方法恢复CHAMP重力场的基本原理和算法,分析了它们的优缺点.针对空域法中的延拓误差和格网化误差进行了讨论.计算表明:延拓误差中的截断误差部分影响量级约0.001 m2·s-2(均方误差意义下),最大误差仅为0.11 m2·s-2,可完全忽略;延拓误差中的参考重力场模型误差影响随参考场选取的不同而有所差异,整体而言小于0.1 m2·s-2,但最大误差可达1.3 m2·s-2,采用高精度的参考重力场模型能大大减小延拓误差影响.目前最常用的格网化方法包括加权平均方法和最小二乘配置方法,计算表明,利用30天的CHAMP数据进行2°×2°格网化处理,加权平均法的格网化误差在0.13 m2·s-2量级,最大误差可达1.58 m2·s-2,而最小二乘配置法的格网化误差在0.006 m2·s-2量级,最大误差仅为0.15 m2·s-2,明显优于加权平均法.文章最后对时域法和以快速最小二乘配置(FSC)为代表的空域法恢复60阶次的CHAMP重力场的精度进行了比较,结果表明:两种方法的得到的重力场模型精度相差不大,整体而言,时域法略优于空域法.     

廊坊地区中间层顶钠原子垂直动力学输送特征观测分析

利用中科院国家空间科学中心廊坊观测站（40.0° N,116.3° E）钠荧光多普勒激光雷达观测数据对钠原子的重力波输送和湍流输送进行分析,利用流星雷达观测数据对钠原子的环流输送进行分析,结果显示重力波动力学输送、重力波化学输送、湍流混合输送及环流输送对钠原子输送贡献的量级相当.其中重力波动力学输送在85~100 km整体为负向,在90~95 km占主要地位的平均输送速度为-3.1 cm·s^-1;重力波化学输送在85~94 km为正向,94~100 km基本为负向,在85~90 km占主要地位的平均输送速度为3.3 cm·s^-1;湍流混合输送在85~95 km为负向,95~100 km为正向,在85~90 km占主要地位的平均输送速度为-4.9 cm·s^-1;85~100 km环流输送整体为正向,平均输送速度为1 cm·s^-1.88~95 km四种动力学输送产生的平均合速度为-1 cm·s^-1,负向的垂直输送特征对钠原子"源""汇"平衡十分重要.本文结果可为不同大气圈层之间重力波产生的能量物质交换机制研究和圈层之间的耦合过程研究提供观测事实参考,为大气化学成分的垂直输送机制建模提供参数化依据.     

Detailed structure of the Kuroshio frontal eddy along the shelf edge of the East China Sea

The detailed three-dimensional structure of the Kuroshio frontal eddy along the shelf edge of the East China Sea is revealed by the CTD, ADCP, and satellite-tracked drifter observations. The length and width of the cold core of the Kuroshio frontal eddy are about 60 and 40 km, respectively, and its phase speed is about 30 cm s^-1. The calculated buoy tracks with the use of the observed ADCP data well reproduce the observed tracks of satellite-tracked drifters around the frontal eddy. The observed maximum horizontal velocity around this frontal eddy are 40 cm s^-1 and the center of this eddy shifts offshore in the deep layer. Nutrient is advected onshore across the shelf edge by passing of this frontal eddy while it is advected offshore without the frontal eddy at the shelf edge.     

Estimation of water velocities in boreholes using a new passive flowmeter

Abstract

Preferential flow pathways in a fractured aquifer may yield abrupt reductions of the water velocity in a well. We propose a new device for measuring low (5–13 cm d^-1) velocities in wells originating from fractures at different depths. The presented flowmeter has been applied in a well in the Bari (southern Italy) fractured aquifer. In the same well, the horizontal flowmeter velocity (9.6 cm d^-1) at 0.5 m depth was compared with velocity (8 cm d^-1) derived from a field tracer test, providing a value 16.5% higher. Moreover, the flowmeter measurements at 1.5 m depth gave a horizontal velocity of 7.2 cm d^-1, which is 11% less than water flow velocity estimated from the field test. The new flowmeter implements the tracer point-dilution method in a plastic (PVC) pipe by causing the water flow to pass through an artificial filter. Laboratory calibration tests have confirmed the good performance of the proposed flowmeter technique, even for water flow up to 300 cm d^-1. The flowmeter was sensitive to 0.1 cm d^-1, with a detection limit of 1.5 cm d^-1, i.e. half the measurable flow velocity of existing flowmeters in wells.

Editor D. Koutsoyiannis; Associate editor S. Grimaldi     

Controls on effective settling velocities of mud flocs in the Changjiang Estuary,China

Theoretical and experimental studies were undertaken to gain insight into physical parameters controlling the flocculation and settling properties of mud flocs in the Changjiang Estuary, China. The Rouse equation is applied to vertical profiles of suspended sediment concentration to determine the bulk mean settling velocity (w_s) of sediment suspended in the Changjiang Estuary. Both in situ point‐sampled and acoustically measured profiles of suspended mud concentrations were fit selectively. The calculated settling velocities w_s mainly ranged from 0·4 to 4·1 mm s^?1 for the point‐sampled data set, and from 1·0 to 3·0 mm s^?1 for the acoustically measured data set. Furthermore, the settling velocities of mud flocs increased with mean concentration (C?) of mud flocs in suspension and were proportional to increasing bottom shear stress (τ_b) of tidal flow. The best equation for the field settling velocity of mud flocs in the Changjiang Estuary can be expressed by the power law: w_s = mC?ⁿ (m, 1·14–2·37; n, 0·84–1·03). It is suggested that C? and τ_b were the dominant physical parameters controlling the flocculation and w_s of mud flocs in suspension. Copyright © 2004 John Wiley & Sons, Ltd.     

Effects of sediment load on hydraulics of overland flow on steep slopes

Eroded sediment may have significant effects on the hydraulics of overland flow, but few studies have been performed to quantify these effects on steep slopes. This study investigated the potential effects of sediment load on Reynolds number, Froude number, flow depth, mean velocity, Darcy–Weisbach friction coefficient, shear stress, stream power, and unit stream power of overland flow in a sand‐glued hydraulic flume under a wide range of hydraulic conditions and sediment loads. Slope gradients were varied from 8·7 to 34·2%, unit flow rates from 0·66 to 5·26×10^?3 m² s^?1, and sediment loads from 0 to 6·95 kg m^?1 s^?1. Both Reynolds number (Re) and Froude number (Fr) decreased as sediment load increased, implying a decrease in flow turbulence. This inverse relationship should be considered in modeling soil erosion processes. Flow depth increased as sediment load increased with a mean value of 1·227 mm, caused by an increase in volume of sediment‐laden flow (contribution 62·4%) and a decrease in mean flow velocity (contribution 37·6%). The mean flow velocity decreased by up to 0·071 m s^?1 as sediment load increased. The Darcy–Weisbach friction coefficient (f) increased with sediment load, showing that the total energy consumption increased with sediment load. The effects of sediment load on f depended on flow discharge: as flow discharge increased, the influence of sediment load on f decreased due to increased flow depth and reduced relative roughness. Flow shear stress and stream power increased with sediment load, on average, by 80·5% and 60·2%, respectively; however, unit stream power decreased by an average of 11·1% as sediment load increased. Further studies are needed to extend and apply the insights obtained under these controlled conditions to real‐world overland flow conditions. Copyright © 2010 John Wiley & Sons, Ltd.     

Beaver dams along an agricultural stream in southern Ontario,Canada: their impact on riparian zone hydrology and nitrogen chemistry

The hydrology and nitrogen biogeochemistry of a riparian zone were compared before and after the construction of beaver dams along an agricultural stream in southern Ontario, Canada. The beaver dams increased surface flooding and raised the riparian water table by up to 1·0 m. Increased hydraulic gradients inland from the stream limited the entry of oxic nitrate‐rich subsurface water from adjacent cropland. Permeable riparian sediments overlying dense till remained saturated during the summer and autumn months, whereas before dam construction a large area of the riparian zone was unsaturated in these seasons each year. Beaver dam construction produced significant changes in riparian groundwater chemistry. Median dissolved oxygen concentrations were lower in riparian groundwater after dam construction (0·9–2·1 mg L^?1) than in the pre‐dam period (2·3–3·9 mg L^?1). Median NO₃‐N concentrations in autumn and spring were also lower in the post‐dam (0·03–0·07 mg L^?1) versus the pre‐dam period (0·1–0·3 mg L^?1). In contrast, median NH₄‐N concentrations in autumn and spring months were higher after dam construction (0·3–0·4 mg L^?1) than before construction (0·13–0·14 mg L^?1). Results suggest that beaver dams can increase stream inflow to riparian areas that limit water table declines and increase depths of saturated riparian soils which become more anaerobic. These changes in subsurface hydrology and chemistry have the potential to affect the transport and transformation of nitrate fluxes from adjacent cropland in agricultural landscapes. Copyright © 2009 John Wiley & Sons, Ltd.