开边界海盆尺度环流模式模拟北太平洋CFCs分布

利用一个开边界北太平洋海盆尺度环流模式模拟了北太平洋CFCs的吸收和分布.模式计算了CFC_11海气界面通量及其在海洋中的输运和再分布，考察了开边界对模式模拟结果的影响以及开边界模式中不同沿等密度面扩散系数的影响.打开南边界可以很好地改善赤道以南海区的CFC_11模拟.增加沿等密度面扩散系数使得137°E和165°E断面模拟的高CFC_11水向南、向下输送的强度和影响范围都有明显增大，能很好地改善西北太平洋的模拟结果.西北太平洋是CFC_11的一个重要的汇区，此外在赤道东太平洋上升流区还存在一个小的汇区.     

地球系统模式CESM1-BGC模拟的西北太平洋海气CO_2通量随季节演变的年际变率主导模态

海气CO_2通量的年际变率是气候学界关注的一个前沿问题.本文基于地球系统模式CESM1-BGC,采用季节依赖的经验正交函数分解(S-EOF)分析方法,研究了热带西北太平洋(0°~35°N,110°E~150°E)海气CO_2通量随季节演变的年际变率主导模态.结果表明,该年际主导模态对应厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)从发展到衰减的演变过程.在El Nio发展年的夏季和秋季,海水CO_2分压的贡献略大于交换系数的贡献(即风速的贡献),两者共同作用使得西北太平洋吸收的CO_2增多.在El Nio成熟位相的冬季,西北太平洋异常反气旋建立,其西北侧的异常西南风使得中国东南沿海及附近海域的风速减弱,从而降低交换系数,导致中国东南沿海及附近海域吸收的CO_2减少.随后的次年春季,西太平洋异常反气旋继续维持,但位置东移,西南风的异常减小了风蒸发进而增加了中国近海海水温度,从而引起海水CO_2分压增大,使得中国近海海域吸收的CO_2减少,这一影响超过了交换系数减少所带来的影响.     

层结稳定性“豁口”与北太平洋副热带中部模态水形成机制

本文首先指出北太平洋副热带中部模态水（简称中部模态水）的形成具有显著的“局地”特征,其形成海区在（165°E～160°W,38°N～42°N）区间. 海气通量分析表明单纯的外部大气强迫场（太阳短波辐射、净热通量和风应力旋度）不能解释中部模态水形成海区的“局地”性;进一步对上层海洋层结季节变化特征的分析发现秋季（9～10月）在北太平洋中部上层海洋（<75 m）（165°E～160°W,38°N～42°N）区间存在特殊的浮力频率低值区——层结稳定性“豁口”. 该层结稳定性“豁口”作为“预条件（Precondition Mechanism）”机制对中部模态水形成的“局地”特征给出了合理的解释. 在上述研究的基础上,基于一个上层海洋混合层热平衡方程,通过诊断分析揭示该层结稳定性“豁口”是由海表热力强迫、垂向挟卷、Ekman平流和地转平流效应共同导致的,“豁口”东、西边界的确定直接或间接地取决于海表热力强迫、Ekman冷平流和地转暖平流的纬向分布差异.     

氚输入函数的构造与北太平洋氚分布的模拟

使用一个开边界的北太平洋环流模式研究氚在北太平洋中的分布和输送. 首先, 选用全球同位素降水资料GNIP/ISOHIS, 用插值的方法构造模式区域1951~1997年的氚强迫函数. 之后将构造的氚强迫函数加为海表通量边界条件, 从零初始的氚分布积分环流模式47年. 将模拟结果与GEOSECS和WOCE的观测资料进行对比分析, 结果表明: 模式得到了与观测资料相符的经向梯度和次表层高值信号; 模拟出了北太平洋区域氚的总通量在1963年出现了明显的峰值, 氚的总储量在1975年后变化缓慢; 模式模拟的氚由高纬度海表进入, 经次表层输送向赤道方向转移, 与分析观测资料得出的结论是一致的. 但模拟结果在30°~40°N区域存在一定误差, 这种误差在模拟CFCs分布时也曾出现. 误差可能源于模式对这一区域物理过程描述的不足, 但在氚强迫函数构造过程中存在的不确定性因素也会影响模拟结果.     

电离层电场的半年变化对F2区峰值电子浓度的影响

利用一个电离层理论模式,模拟了太阳活动低年、地磁宁静情况下,中低纬和赤道地区电离层F2区峰值电子浓度(NmF2)的半年变化规律,重点讨论了电离层电场对NmF2半年变化的影响.模拟结果表明,当输入的电场没有周年和半年变化时,磁赤道地区电离层NmF2本身就具有一定的半年变化特征,而在稍高的纬度上,NmF2半年变化的强度较弱.当输入的电场具有一定的半年变化时,电离层NmF2的半年变化强度有明显的改变,且这种改变随地方时和地磁纬度不同有明显的差别.在地磁赤道附近的电离层赤道槽地区,从上午到午夜的时间内,具有半年变化的电场对电离层NmF2半年变化的强度是减弱的作用,在其他的时间内,电场对电离层NmF2半年变化强度是加强的作用.而在稍高纬度的电离层驼峰地区,情况明显不同.从上午一直到翌日日出前,具有半年变化的电场对电离层NmF2半年变化的幅度都是加强的作用.在其他的时间内,电场对电离层NmF2半年变化的幅度是减弱的作用.同时,研究表明电离层电场对NmF2半年变化的作用和“赤道喷泉”现象强烈相关.     

不同生态系统CO2通量和浓度特征分析研究

本文利用1993～1994年日本国家农业环境研究所与中国科学院沙漠研究所合作在内蒙古奈曼地区实测的7种不同生态系统（沙丘、轻度放牧草原、中度放牧草原、重度放牧草原、无放牧草原、玉米田和大豆田）的净辐射、土壤热通量、两个高度的CO2浓度、温度、湿度和风速等资料，采用空气动力学方法，计算了CO2通量及其与环境和人为干扰因子的关系，并分析了不同下垫面的光合作用特征. 结果表明：各种下垫面CO2通量的共同特点是：在白天，CO2通量和梯度的输送方向是从大气向植被，在中午（11～13时）输送达到负的最大值； 在夜间，CO2通量和梯度输送方向与白天相反，是从植被向大气，在早晨（3～5时）达到正的最大值. 植被覆盖率及生物量不同的下垫面光合作用强度有明显差异，天气状况对光合作用也有一定影响.     

不同生态系统CO2通量和浓度特征分析研究

本文利用1993～1994年日本国家农业环境研究所与中国科学院沙漠研究所合作在内蒙古奈曼地区实测的7种不同生态系统（沙丘、轻度放牧草原、中度放牧草原、重度放牧草原、无放牧草原、玉米田和大豆田）的净辐射、土壤热通量、两个高度的CO2浓度、温度、湿度和风速等资料，采用空气动力学方法，计算了CO2通量及其与环境和人为干扰因子的关系，并分析了不同下垫面的光合作用特征. 结果表明：各种下垫面CO2通量的共同特点是：在白天，CO2通量和梯度的输送方向是从大气向植被，在中午（11～13时）输送达到负的最大值； 在夜间，CO2通量和梯度输送方向与白天相反，是从植被向大气，在早晨（3～5时）达到正的最大值. 植被覆盖率及生物量不同的下垫面光合作用强度有明显差异，天气状况对光合作用也有一定影响.     

地磁静日期内北半球电离层NmF2的结构分布

用北半球陆地上48个地面电离层垂测站资料，以及国际参考电离层IRI 90模式，考察1985年1月6～7日F2层电子密度最大值日变化的纬度剖面和经度效应. 结果表明，在亚洲地区的20°N～30°N内，F2层赤道异常“喷泉效应”产生的NmF2“北驼峰”最高，其最大值出现在中午，或稍迟时间. 30°N ～50°N区域内，NmF2的白天峰值幅度逐渐下降，峰值时间移至午前约10:00 LT. 更高纬度(50°N～62°N )台站上，中午前后NmF2出现双峰，傍晚有谷值，夜间又再次抬升. 欧、美地区的低纬台站很少，但借助IRI 90模式分析可发现，在270°E经圈上，“喷泉效应”造成的“北驼峰”幅度最小，而且随纬度增大时，NmF2白天幅度下降也不明显，即纬度剖面的经度效应非常显著. 对中国、日本地区台站资料的小范围经度差异分析表明，在驼峰区的90°E～140°E内，各站NmF2无明显差别；但在中纬地区30°N～50°N内，中国西部上空NmF2白天变化幅度较大，且较为陡直，而中国东部和日本台站上空则相对平缓.     

青藏高原高寒灌丛生长季和非生长季CO_2通量分析

采用涡度相关法对青藏高原高寒灌丛CO2通量的观测表明,青藏高原高寒灌丛生长季和非生长季节CO2通量变化特征差异极为显著.生长季节(5~9月)08:00~19:00为CO2净吸收,19:00~08:00为CO2净排放,CO2通量峰值一般出现在12:00左右,6~9月CO2净吸收峰值分别为0.71,1.19,1.46,0.67gCO2·m?2·h?1;相对于温度,生长季CO2通量振幅更受光合有效辐射变化的影响;就月变化模式而言,8月是生长季CO2净吸收最高月份,月净吸收量达到247gCO2·m?2,整个生长季CO2净吸收的总量达583gCO2·m?2.非生长季节(1~4月及10~12月)CO2通量变化振幅极小,最大CO2净排放通量为0.30gCO2·m?2·h?1(4月),除11:00~18:00左右少量的CO2净排放以外,其余时段CO2通量均接近于零;非生长季CO2通量日变化规律,尤其是白昼CO2通量与土壤温度变化呈显著的正相关关联;4月是全年CO2净排放的最高月份,全月净排放量为105gCO2·m?2,整个非生长季CO2净排放为356gCO2·m?2.     

CMIP5模式对西北太平洋SST的模拟偏差及可能成因分析

利用参加第五次国际耦合模式比较计划(Coupled Model Inter-comparison Project Phase 5,CMIP5)的21个全球耦合气候模式的输出结果,利用海表热收支诊断方法,讨论了CMIP5模式对西北太平洋海表面温度(SST)的模拟偏差及其可能成因.结果表明,大部分CMIP5模式模拟的西北太平洋SST在全年都有持续的冷偏差,且在夏季最大,在冬季最小.CMIP5模式模拟的西北太平洋SST冷偏差是海盆尺度的,并且主要分布在中低纬度海洋内区.混合层热收支诊断分析研究表明,大气过程所致的海表净热通量模拟偏少是造成西北太平洋SST模拟冷偏差的主要原因,其中大气过程导致的潜热通量模拟偏多是造成冬、春、秋三季SST模拟冷偏差的最主要因素,而在夏季海表短波辐射模拟偏少和潜热模拟偏多对SST模拟冷偏差均有重要贡献.进一步分析表明,冬、春季西北太平洋低层风速偏大可能与海洋大陆区域的正降水偏差有关,而夏、秋季风速偏差则可能与热带辐合带的模拟偏差有关.冬、春季海洋大陆区域的正降水异常及夏、秋季ITCZ的模拟偏差使得北太平洋地区产生东北风异常,该东北风异常叠加在气候态风场上,使得北太平洋地区风速增强,造成海表潜热通量模拟偏多,海温模拟偏冷.     

阿尔金断裂南侧弧形地貌单元成因及其构造意义

巨型左旋走滑的阿尔金断裂是青藏高原的北部边界,在印度-欧亚板块碰撞过程中起重要的调节作用,控制着青藏高原东北部的构造演化,认识其活动演化对理解青藏高原的构造变形过程和机制具有重要意义。阿尔金断裂南侧存在一系列弧形地貌单元,知晓这些弧形带是原始弧形弯曲还是后期由于阿尔金断裂左旋走滑拖曳而形成的,对认识阿尔金断裂的构造演化具有重要意义。文中在前期阿尔金断裂南侧柴西英雄岭和柴北缘2条弧形带不同部位已开展的精细古地磁旋转变形研究的基础上,综合研究区和阿尔金断裂附近已有的古地磁旋转变形研究结果和弧形带几何形态学等其它地质证据,分析发现这2条弧形带的几何学特征是由其不同部位发生旋转变形所导致的,且旋转变形与该时段阿尔金断裂的快速左旋走滑活动密切相关。通过上述工作,更加全面地了解了阿尔金断裂新生代2阶段的走滑特征,进一步限定了阿尔金断裂早渐新世以来左旋滑移量,以柴西段为参照系滑移量至少约350～430km,以柴北缘段为参照系至少约380～460km,平均滑移速率至少约10. 6～13. 9mm/a。     

褶皱冲断带时空演化动力学过程的数值模拟

利用库仑临界锥角理论和沙箱物理模拟进行褶皱冲断带的研究时,通常忽略了楔形体介质的内聚力.岩石力学实验结果表明,岩石内聚力通常在几到几十兆帕范围内变化.楔形体介质强度的变化是否会影响褶皱冲断带的时空演化?针对这一问题,我们建立了岩石内聚力分别是10MPa、20MPa和50MPa的3个二维弹塑性有限元模型,模型包含了楔形体介质的弹塑性材料非线性和底部滑脱带的接触非线性.该模型考虑了不同介质强度、底部滑脱带摩擦、重力和边界构造加载的影响,更为符合实际.计算结果表明,岩石内聚力为10MPa时,楔形体内的断坡首先在楔形体近端产生,从近端依次向远端发展;岩石内聚力是20MPa时,断坡开始在楔形体近端产生,随后在远端也开始形成,最后由两端向中间汇聚;岩石内聚力是50MPa时,断坡先从楔形体远端形成,从远端向近端依次发展.我们还讨论了底部滑脱层倾角对褶皱冲断带演化的影响,结果表明较低的底部滑脱面倾角易产生由近端向远端演化的样式,中等滑脱面倾角易产生两端向中间演化的样式,较高滑脱面倾角易产生由远端向近端演化的样式.我们得到了三种不同的褶皱冲断带时空演化的模式,其结果可以用来解释青藏高原东北缘依次向北东方向发展的海原-六盘山断层、天景山断层、烟筒山断层系统的时空演化.     

藏北改则县别若则错活动断裂的发现及其地质意义

由于调查研究资料有限,目前对藏北高原内部近EW向的伸展变形样式和具体调节机制一直存在诸多争议。最新开展的地表调查在藏北高原西部的别若则错新发现了1条长约20km、走向近NNW的走滑断裂。该断裂表现出断塞塘、水系错动及断层崖等典型的走滑断裂变形标志。水系错动及构造地貌显示,别若则错断裂是以右旋走滑运动为主、兼具明显正断分量的张扭性断层,是高原内部近EW向伸展变形的产物。通过与羌塘古大湖进行对比分析,认为该断裂错断的最新地貌体是晚更新世的冲洪积扇,未错断全新世扇体,且断崖坡角已显著变缓,表明其最新活动时间可能为晚更新世。综合分析地表调查和遥感影像的错断位移恢复结果,发现最新一次断裂活动的最大右旋走滑位移约2～3m。晚更新世早—中期冲洪积扇体的累积最大右旋走滑位移约44m,垂直错动约2m,由此推测该断裂晚第四纪以来走滑速率约1mm/a,显示弱走滑变形特征。别若则错断裂近NNW的走向与印度和欧亚板块碰撞的主压应力轴(σ1)的夹角约30°,而已发现的区域性共轭走滑断裂与σ1呈约60°～75°的较大夹角,两者显著不同,表明藏北地区共轭走滑断裂带的组合方式可能存在不同的样式:一种是钝角,可能与拉萨和羌塘地体内的剪切作用或块体挤出有关;另一种是锐角,可能代表着新生破裂特征,推测其可能与高原内部近SN向正断层的N向的延伸有关,其成因机制仍需进一步研究。     

外强迫因子变化在2003年夏季旱涝预测中的作用

利用中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟实验室研发的全球海洋－大气－陆面过程气候系统耦合模式（IAP/LASG GOALS 40）,对比分析了考虑和不考虑气候的外强迫因子（太阳活动、温室气体及硫酸盐气溶胶）变化对2003年夏季中国区域的短期气候预测的影响.结果发现,由于外强迫因子变化的影响,模式模拟的中国区域2003年夏季降水距平的分布比不考虑这种变化时更接近实况,它有效地改善了无外强迫变化时模式模拟预测的中国区域降水不真实偏大的缺点,使一些地区的模拟降水量值减小,范围扩大,位置北抬.更重要的是,由于考虑了外强迫的变化,GOALS耦合模式很好地模拟出了2003年夏季淮河流域较大的降水正距平区,同时相应的500 hPa环流场的模拟也有较大的改进.     

利用地面激光与地质雷达综合探测活断层浅层三维结构——以川西理塘毛垭坝盆地北缘正断层为例

快速获取活断层的高精度微地貌形态和对应的浅层三维结构是揭示活断层浅地表形迹与活动特征的关键。文中综合利用地面三维激光扫描仪和地质雷达技术,以川西理塘地区毛垭坝盆地北缘主边界断裂禾尼段的正断层崖为研究对象,获取了该处正断层错动2期最新地貌面的精确地表垂直位移量和浅层二维地质雷达图像,并初步建立了基于地面三维激光与地质雷达的活断层微地貌精细化三维测量方法,构建了断层崖微地貌的精细三维模型和浅表三维图像,揭示了正断层崖处发育的伸展地堑结构,同时初步实现了断层微地貌地表地下三维数据的一体化融合显示及相互解译。应用结果表明,该方法可以同时快速、高效、无损地获取大范围内的活断层微地貌及浅层结构的多层次、多视觉的空间数据,极大地提高了对活动断层微地貌形态与浅层结构进行快速调查与研究的精度和认识水平,也为更全面地认识和理解活断层的空间分布与变形特征、活动习性和多期古地震遗迹等提供重要的数据和方法支持。因此,对该方法的继续探索和完善,将显著提升和扩展其在活断层定量化和精细化研究中的实用性及应用前景。     

Variational data assimilation in the transport of sediment in river

The variational method of data assimilation is used to solve an inverse problem in the transport of sediment in river, which plays an important role in the change of natural environment. The cost function is defined to measure the error between model predictions and field observations. The adjoint model of IAP river sedimentation model is created to obtain the gradient of the cost function with respect to control variables. The initial conditions are taken as the control variables; their optimal values can be retrieved by minimizing the cost function with limited memory quasi-Newton method (LMQN). The results show that the adjoint method approach can successfully make the model prediction well fit the simulated observations. And it is expected to use this method to solve other inverse problems of river sedimentation. But some numerical problems need to be discussed before applying to real river data. Project partially supported by the State Key Laboratory of Numerical Modelling for Atmospheric Sciences and Geophysical Fluid Dynamics, Institute of Atmospheric Physics, Chinese Academy of Sciences     

日喀则弧前盆地的埋藏和剥蚀历史——来自低温热年代学的约束

日喀则弧前盆地紧邻印度板块与欧亚大陆碰撞带,研究其剥蚀历史对理解印度板块与欧亚大陆碰撞对造山带剥蚀的影响具有重要意义。文中利用磷灰石裂变径迹(AFT)及锆石和磷灰石的(U-Th)/He(ZHe和AHe)年龄数据,结合已发表的低温热年代数据探讨日喀则弧前盆地的热演化和剥露历史。日喀则弧前盆地磷灰石裂变径迹年龄存在明显的南北差异,南部磷灰石裂变径迹年龄为74～44Ma,对应的剥蚀速率为0. 03～0. 1km/Ma,剥蚀量≤2km;北部磷灰石裂变径迹年龄为27～15Ma,剥蚀速率为0. 09～0. 29km/Ma,但缺失早新生代的热演化历史。而磷灰石的(U-Th)/He年龄表明15Ma BP之后日喀则弧前盆地整体呈现一致的剥露历史。低温热年代数据表明日喀则弧前盆地南部自新生代以来尽管受到印度板块与欧亚大陆碰撞及后期断层活动的影响,海拔由海平面抬升至4. 2km,但一直保持缓慢的剥蚀,表明高原隆升并未直接促使该地区的岩石剥蚀速率加快,这与快速剥蚀即代表造山带开始隆升的假设不相符。此外,日喀则弧前盆地北部的低温热年代学研究表明晚渐新世—早中新世Kailas盆地仅发育于日喀则弧前盆地与冈底斯造山带之间的狭长地带,并在短期内经历了快速的埋藏和剥露。     

Compressional elastic wave velocities of serpentinized pyroxenite at high pressures and high temperatures and its geological significance

Elastic wave velocity measurement in rocks at high pressures and high temperatures plays a key role in researching the state, properties and movement of the earth interior materials. Nowadays dehydration is believed to be as one of the most important reasons responsible for the abnormality of seismic velocity (Kern, 1982; Ito, 1990; Christensen, 1989; Popp, Kern, 1993; SONG, et al, 1996; ZHOU, 1998; ZHAO, et al, 1996). Geophysical, geochemical and mineralogical data have revealed that on…     

用全球大气环流模式嵌套区域气候模式模拟东亚现代气候

将区域气候模式RegCM2与中国科学院大气物理研究所的9层全球格点大气环流模式IAP AGCM单向嵌套,对东亚现代气候进行数值模拟研究,同时检验和分析该嵌套模式的性能.已完成的10年积分结果表明,单向嵌套RegCM2由于具有较高分辨率和较完善的物理过程,因此对地面气温和降水的空间分布形势和季节变化趋势都有较好的模拟能力,且较与之嵌套的IAP AGCM的模拟效果有较大改善,如在中国区域,它模拟的年均地面气温与实况的空间相关系数由全球环流模式的092提高到094,模拟的年均降水由05提高到07. 这与嵌套RegCM2能模拟出IAP AGCM所不能分辨的中尺度信号有很大关系.     

利用R语言半自动化提取河流阶地——以米家山黄河阶地为例

构造活跃地区阶地的发育对于分析不同时间域下的构造变形或气候作用具有重要意义。因此,如何利用有效的定量方法提取和精细刻画这类地貌特征显得极为重要。R语言是一种集统计分析和图形显示于一体的优秀编程语言,目前已被广泛应用于医学、生物学等领域,但尚未应用于地质与地貌学领域。文中以海原断裂带景泰—哈思山段的米家山东侧保存较好的多级黄河河流阶地为研究目标,初步尝试基于R语言对Sf M技术获取的高精度地形数据进行分析和可视化,完成了对米家山黄河阶地的半自动提取,共划分出20级河流阶地,同时揭示出较年轻的阶地具有较好的连续性和延伸性,而较老阶地的连续性和延伸性则相对较差,且老阶地变形逐渐趋于明显,阶地年龄越老,其似半抛物线形态的翘曲越明显,反映了米家山东侧多级阶地形成后的不同演化历史。此次试验结果表明R语言有望成为高精度地形数据分析和可视化的有效工具。