针对SCIAMACHY探测器问题的CO柱浓度反演算法改进与地基验证

搭载于ENVISAT卫星上的SCIAMACHY是目前唯一采用近红外波段观测大气温室气体(CO₂,CH₄,CO)的高光谱传感器.与其它热红外卫星传感器如AIRS、MOPITT、IASI等相比,SCIAMACHY用于CO探测的近红外波段对与人类活动密切相关的底层大气具有更高的敏感性.但无论从光谱角度(该波段CO吸收强度较弱,且存在很强的CH₄和H₂O重叠吸收),还是从SCIAMACHY仪器问题的角度(近红外波段探测器容易出现结冰现象),都给CO反演带来很大的挑战.由于探测器结冰问题造成SCIMACHY CO反演误差高达100%,并且该误差随时间和空间而变化.多个研究机构发展了各种不同的算法用于该误差的校正,但校正结果的时间一致性较差.本文基于IMAP-DOAS的CO反演算法,发展了一种针对SCIAMACHY探测器结冰问题的新校正算法,校正后的CO柱浓度反演误差以及时间一致性都比较理想,并与不同地基FTIR观测结果进行了对比,对比结果表明该校正算法的CO反演结果与地基观测一致性较好,相对偏差由校正前的60%减小到了5%,能够准确地获得CO的时空变化信息.经过校正后的CO柱浓度结果不仅可以用于准确获得CO排放源与汇的时空分布信息,还可以为政府部门制定碳减排相关政策提供重要参考,有效控制全球温室效应.     

利用走时和波形拟合迭代反演阿拉善地壳速度结构及2015年阿拉善左旗5.8级地震震源机制

据中国地震台网测定，北京时间2015年4月15日15时39分，在内蒙古自治区阿拉善左旗（39.8°N，106.3°E）发生M_S5.8地震，震源深度为10 km.地震发生后多家机构对其开展了研究，本文使用喜马拉雅Ⅱ期布设在南北地震带北段的台站观测数据，通过走时反演和波形拟合反演的迭代，获得了该地区地壳一维速度结构，接着利用直达P波观测与理论走时差对震中位置重定位，然后反演地震的最佳双力偶解以及震源深度，最终得到了区域速度结构、地震的三维坐标、发震时刻以及震源机制解.结果显示，此次地震发生于世界时2015年4月15日7时39分26.718s，震中（39.7663°N，106.4304°E），震源矩心深度18 km，矩震级M_W5.25，节面Ⅰ走向176°，倾角85°，滑动角-180°，节面Ⅱ走向86°，倾角90°，滑动角-5°.结合该区域断裂带构造运动分析，本文认为此次地震是左旋走滑破裂，略带正断分量，断层面是节面Ⅱ，走向为NEE（近E-W）向，发震构造为震中附近的E-W向隐伏断裂.     

基于中国东港台站的OH气辉成像观测数据对重力波波源的事件分析

利用东港（40°N，124°E）台站于2013年9月15—16日的OH气辉成像观测数据报告了两个重力波事件（1和2）.同时，结合北京十三陵（40.3°N，116.2°E）台站的多普勒流星雷达风场数据和位于39.4°N，130.6°E位置处的SABER/TIMED卫星的温度参数分析发现，观测的两个重力波事件于2013年9月15—16日02∶00—03∶00 LT时间段，和70~110 km高度是自由传播的.利用反射线追踪方法分析表明，重力波事件1和事件2分别产生于（39.3°N，117.2°E）和（47.1°N，121.3°E）.且事件1的波源位置与对流活动和大气向上向下运动过程中产生的不稳定性吻合较好.然而，通过ECMWF再分析资料和MTSAT卫星观测数据分析表明，事件2可能由对流活动或大气向上运动过程中可能产生的不稳定性导致.利用MERRA自地面到约70 km高度的风场数据分析表明，观测的重力波事件1和事件2的水平相速度分别是83.5 m·s^-1（事件1）和80.1 m·s^-1（事件2），均大于低层-中层大气风速-10~45 m·s^-1.因此，观测的两个重力波事件是可能从低层大气传播到中层-低热层大气的.     

CO2浓度升高对稻田CH4和N2O排放的影响——Meta分析

CO₂浓度升高对稻田生态系统碳(C)氮(N)循环具有重要作用,阐明CO₂浓度升高对稻田CH₄和N₂O排放的影响是农业生产应对全球气候变化的重要组成部分.文章采用Meta分析的方法,讨论了不同CO₂浓度升高状况和田间管理措施条件下CO₂浓度升高对稻田CH₄和N₂O排放的影响,结果可为未来气候条件下稻田温室气体减排提供参考.结果表明:整体平均而言,CO₂浓度升高显著增加稻田CH₄排放(增幅为23%,P<0.05),同时显著降低稻田N₂O排放(降幅为22%,P<0.05).CO₂浓度升高对稻田CH₄和N₂O排放的影响程度与CO₂熏气年限和CO₂浓度梯度有关.CO₂熏气年限≥10a时,CO₂浓度升高同时显著降低稻田CH₄和N₂O排放,降幅分别为27%和53%(P<0.05);随CO₂浓度梯度上升,CO₂浓度升高对稻田CH₄排放的促进作用呈现先减弱后增强的趋势,而对稻田N₂O排放的影响则由促进作用变为抑制作用.不同N肥施用量、秸秆还田、水分管理和水稻品种等田间管理措施不同程度地影响稻田CH₄和N₂O排放对CO₂浓度升高的响应.无秸秆和半量秸秆还田时,CO₂浓度升高显著促进稻田CH₄排放(增幅分别为27%和49%,P<0.05),而全量秸秆还田时,CO₂浓度升高对稻田CH₄排放无显著影响(P>0.05);随秸秆还田量的增加,CO₂浓度升高对稻田N₂O排放的抑制作用不断增强.对比持续淹水,间歇灌溉条件下CO₂浓度升高减弱了对稻田CH₄排放的促进作用,却增强了对稻田N₂O排放的抑制作用.未来CO₂浓度升高条件下,建议推广全量秸秆还田和间歇灌溉相结合的稻田管理措施,并辅以优化N肥管理和选育"高产低排"水稻品种等方法,达到最优的"增产减排"效果.此外,有必要进行多尺度、多要素和多方法的综合研究,以期有效降低稻田CH₄和N₂O排放对CO₂浓度升高响应的不确定性.     

利用地基观测对卫星观测电离层结构参数的定量验证研究

本文采用散点图、趋势线、相关系数及观测偏差等统计方法，利用COSMIC卫星和SPIDR提供的垂测仪观测的F₂层峰值电子密度数据，开展了综合统计及按季节、地方时和纬度的分类统计.统计结果显示:地基垂测仪与卫星观测到的相应的F₂层峰值电子密度数据具有很高的相关性，两者之间的相关系数高达0.95，相对偏差的平均值为-3.38%，标准差为19.54%.基于上述研究结果，提出了利用地面垂测仪观测数据验证卫星观测的电离层结构参数的方法，并给出了定性的判别依据和定量的判别标准，可在我国电磁监测试验卫星发射后，为F₂层峰值电子密度观测数据的真实性和有效性提供检验方法和保障.      

大气CO2浓度非均匀动态分布条件下的气候模拟

利用现有大气本底站的大气CO₂浓度观测信息,综合考虑不同经济区划与土地覆盖类型对应的CO₂浓度差异及其季节变化规律,构建模式区域内以月为单位的网格化大气CO₂浓度非均匀动态分布数据模型.由此数据模型驱动RegCM4-CLM3.5区域气候模式运行,对东亚区2000年3月—2009年2月之间的气候变化特征进行了模拟,进而对大气CO₂浓度非均匀动态分布可能引起的区域气候效应进行了初步研究.结果表明:目前气候模式中CO₂浓度的常态均匀分布假设可能将温室效应夸大了10%左右.对大气CO₂浓度非均匀动态分布影响气温变化的可能机制进行研究表明:CO₂的自身效应(改变大气透射率)并不是导致Exp2试验温度降低的主要原因.大气CO₂浓度的变化影响了大气与植物胞间CO₂分压差,陆地植被通过改变气孔阻力适应这种变化,气孔阻力的变化直接影响到植物与大气间水分的交换,这种作用一方面通过蒸发冷却改变环境温度,另一方面,蒸发水分改变了近地面层湿度,进而水汽扩散到空中影响低云的分布.冬季,植物处于非生长季,对大气CO₂浓度变化响应微弱,湿度和低云变化不明显;夏季,植物生长旺盛,由CO₂生理学强迫激发的云反馈效应强烈,其效果是使中低云趋于增加,进而减弱了到达对流层低层的太阳短波辐射,造成温室效应减弱.     

2016年台湾美浓MW6.4地震震源参数的InSAR和GPS反演

2016年2月6日台湾西南部高雄市美浓区发生了M_W6.4地震.本文结合ALOS2卫星升降轨、Sentinel-1A升轨SAR数据，采用两轨差分干涉技术获取了该区域的同震形变场，形变结果表明震中西北部以抬升为主，最大视线向形变量约为11.2 cm.基于均匀位错模型和多峰值粒子群（MPSO）算法，利用InSAR和GPS形变数据联合反演了美浓地震的断层几何参数，结果表明震源中心位于22.920°N，120.420°E，深度约12 km，发震断层长度约15 km，走向角307°，倾角16.5°，平均滑动角为51.5°，此次地震是以逆冲倾滑兼左旋走滑的破裂模式.利用格网迭代搜索法得到最优倾角为15.7°，GPS和InSAR最优权比为18：1，最优平滑因子为0.06.基于非均匀位错模型，利用非负最小二乘方法进行线性反演，结果显示最大倾滑和走滑量分别为51.7 cm和55.3 cm，对应矩震级为M_W6.38，略小于GCMT （M_W6.4）的结果.通过与已有文献的比较和对该区域断层构造的分析，发现美浓地震的发震断层为单一断层的解释更为合理，我们推测发震断层是位于左镇、后甲里等断层之间的一条东南-西北走向往东北倾斜的盲断层，并初步推测2010年M_W6.3甲仙地震也同该断层有关.     

江苏宿迁台断层气CO2浓度特征及影响因素分析

选用江苏宿迁台2021年4月1日至11月26日观测数据,分析断层气CO₂浓度与地质构造、土壤覆盖层及气象等因素的关系。研究结果显示：宿迁台断层气CO₂测点位置优良,高值出现在每年的10、11月,低值出现在每年的1、2月,7月的观测值有轻微下降趋势,8—11月的观测值有上升趋势;断层气CO₂浓度变化主要受气压和降雨量影响,与气压呈正相关性,具有较好的同步性,与降水关系密切,由于降水会阻碍地下气体的运移和释放,从而影响观测数据的稳定性,出现突跳或台阶,导致测值不能真正反映测点CO₂的释放情况。通过对干扰因素及特征的研究,丰富了断层气观测手段,为研究宿迁市及郯庐断裂带中段的断裂活动与断层气关系积累资料。     

基于卫星重磁资料的南海深部构造研究

南海深部构造对研究南海构造演化和油气勘探具有重要意义.本文对南海地区的自由空气重力异常进行布格校正、海水层校正和沉积层校正，得到布格重力异常，再对布格重力异常进行区域异常和局部异常分离，利用位场界面反演方法对区域布格异常进行反演计算得到研究区域的莫霍面深度分布；采用全变倾角化极方法对研究区域的卫星磁异常数据进行化极处理，并进一步对化极磁异常作向上延拓，得到延拓后化极磁异常结果.分析布格重力异常、莫霍面深度及化极磁异常特征，结合天然地震层析成像的证据，得到以下结论：推测南海北部陆缘的古俯冲带位置是从118.5°E，24°N沿北东向延伸至109°E，15°N；红河断裂入海后经过莺歌海盆地在海南岛南部转为南北向与越东断裂相接并延伸至万安盆地；推测中特提斯洋的部分闭合位置是从110°E，2°N到101°E，21°N.     

磁赤道地区2007—2013年COSMIC掩星反演和国际参考电离层模型输出结果分析

利用2007—2013年电离层测高仪位于磁赤道观测站Jicamarca (11.95°S,76.8°W,地磁纬度为1°N)的垂测数据和COSMIC掩星反演电离层资料,分析了不同太阳活动条件下两种探测技术获取电离层特征参数峰值密度N_mF₂和峰值高度H_mF₂的相关性,同时也探讨了国际参考电离层模型IRI输出参数与测高仪垂测数据的相关性.此外,进一步分析了COSMIC掩星和IRI模型在不同地方时高估或低估垂测参数的分布特征.结果表明:(1)由COSMIC掩星反演和IRI模型输出参数N_mF₂与测高仪垂测值N_mF₂得到的相关系数都在0.8以上.太阳活动低年COSMIC探测得到的N_mF₂相关性高于太阳活动高年得到的结果,但IRI模型在太阳高年得到的N_mF₂相关性好于太阳活动低年的计算结果.(2) 由COSMIC掩星反演和IRI模型输出的H_mF₂与测高仪垂测值H_mF₂在春秋季得到的相关性较高,夏季的相关性最弱.由COSMIC掩星探测H_mF₂得到的季节和时间相关系数大都集中在0.8和0.6以上,但由IRI模型得到的H_mF₂相关性降低,特别是太阳活动低年的夏季和傍晚其相关系数低于0.3.(3)太阳低年COSMIC掩星和IRI模型白天时段大都高估、夜间至凌晨前后低估电离层参数N_mF₂和H_mF₂;但太阳活动高年N_mF₂在地方时午夜后则呈现高估的特点.相关结果为未来IRI模型的进一步完善以及低纬地区电离层同化模式研究提供参考.     

山西地震带北段与张家口——渤海地震带不同深度CO_2和Rn气体通量的差异性

2014年在山西地震带北段和张家口—渤海地震带布设35个测量剖面,测量土壤气CO_2、Rn浓度及深度20 cm、1 m的CO_2和Rn通量。测量结果表明:(1) CO_2、Rn浓度与深度20 cm、1 m的CO_2、Rn通量的平均值和最大值变化趋势大致相同,均呈自西向东的增大趋势;(2)深度20 cm、1 m的CO_2和Rn通量相关性均不明显,但1 m深的CO_2、Rn通量明显较高;(3) CO_2和Rn浓度、通量变化主要与区域复杂的地震活动性和断层活动性有关,主要受到地表化学成分和区域岩石地球化学影响。     

全球海洋碳循环模式MOM4_L40对碳和营养物自然分布的模拟

本文介绍了国家气候中心发展的一个全球海洋碳循环环流模式,并分析评估了该模式的基本性能.该模式是在美国地球物理流体动力学实验室(GFDL,Geophysical Fluid Dynamics Laboratory)的全球海洋环流模式MOM4(Modular Ocean Model Version 4)基础上发展的一个垂直方向40层、包含生物地球化学过程的全球三维海洋碳循环环流模式,简称为MOM4_L40(Modular Ocean Model Version 4 With 40Levels).该模式在气候场强迫下长期积分1000年,结果分析表明,与观测相比,模式较好地模拟了海洋温度、盐度、总二氧化碳、总碱、总磷酸盐的表面和垂直分布特征.模拟的海洋总二氧化碳分布与观测基本相符,表层为低值区,其下为高值区,高值区域位于10°S—60°N之间,但2000m以上模拟值较观测偏小,2000m以下模拟值较观测偏大.总体来说,MOM4_L40模式是一个可信赖的海洋碳循环过程模拟研究工具.     

华北地区冬小麦田水热、二氧化碳和甲烷湍流输送特征的实验研究

本文利用2012年4月30日至5月10日华北地区大气湍流实验资料,分析了冬小麦田下垫面温度、湿度、二氧化碳(CO2)和甲烷(CH4)的湍流统计和输送特征,利用涡旋相关法计算的CH4通量值确定了松弛涡旋累积(REA)法计算CH4通量的经验系数.结果表明,不稳定层结下,温度、湿度、CO2和CH4的归一化标准差随稳定度参数z/L的关系满足-1/3幂次关系.热量、水汽和CO2水平方向的湍流输送和垂直方向的比值与稳定度参数z/L存在一定的相关关系,但CH4没有类似特征.实验期间,感热通量数值较低,潜热通量较高;CO2在夜间表现出微弱的向上输送,其余时段为向下输送,可以认为实验站所在地区是碳汇;CH4的湍流输送整体为向下输送,无明显的日变化规律,可以认为是CH4汇.利用松弛涡旋累积法获取CO2和CH4通量的参数取值分别为0.61和0.30.     

川滇地块西部差异性旋转的构造意义:青藏高原东南缘白垩纪红层古地磁学新证据

印度—欧亚板块碰撞以来青藏高原内部及其周缘地区经历了复杂的构造演化,复杂构造变形区的复合构造使得古地磁的数据解释究竟代表区域的构造旋转还是只能反映局部的构造变形一直是备受关注的问题.本文通过采集川滇地块西缘渔泡江断裂东侧三岔河地区白垩纪红层古地磁样品,揭示采样区差异性旋转并探讨川滇地块西部自中新世以来的构造演化规律.前人的地质调查表明川滇地块渔泡江断裂东侧上白垩统赵家店组地层发育倾伏褶皱.三岔河剖面以三岔河镇为界分为南北两段,三岔河南段剖面高温剩磁分量平均方向在倾斜校正后Ds=29.3°,Is=45.7°,ks=54.3,α95=6.6°,倾伏地层产状校正后Ds=30.6°,Is=46.6°,ks=69.3,α95=5.8°;而三岔河北侧剖面高温剩磁分量平均方向在倾斜校正后Ds=350.4°,Is=42.1°,ks=69.4,α95=9.2°,倾伏地层产状校正后Ds=347.4°,Is=41.9°,ks=96.6,α95=7.8°;两组高温剩磁分量均通过了褶皱检验,表明其获得于褶皱形成之前.相对于东亚稳定区80Ma古地磁极,三岔河南侧剖面发生了20.5°±4.8°的顺时针构造旋转量,与楚雄盆地核部之间不存在差异性旋转;但三岔河镇以北剖面却发生了22.7°±6.6°的逆时针旋转.综合分析川滇地块内部的古地磁数据表明自中新世以来川滇地块南部楚雄盆地经历了约20°的顺时针构造旋转,而三岔河镇北侧经历了约20°逆时针旋转.进一步分析表明三岔河北侧剖面相对于南侧剖面经历了约40°的逆时针旋转,可能由于研究区的滑脱构造导致岩石薄弱层拆离滑脱所引起.     

Der Kohlendioxid-Gehalt und die Kalzitsättigung der Ilm, einschließlich einiger Vergleichsuntersuchungen im Thüringer Raum

The CO₂ content, air saturation and calcite equilibrium of the River Ilm and some of its tributaries were analysed. CO₂ content was measured by degasing the CO₂ from water. The CO₂ level is a very sensitive indicator for a low pollution in oxygen saturated waters. Clean running waters have a CO₂ content close to the air saturation of 0.1–0.3 mg C l⁻¹. Ground water and springs are rich in CO₂. Polluted waters are characterised by higher CO₂ contents, also organic pollution can result in high values of CO₂. Carbon dioxide concentration of streams and brooks is limited by re-aeration.

The headwater region (softwater) of the River Ilm is unsaturated, the hard water in the middle- and underflow is oversaturated. In summer and autumn high saturation could be found, but without autochthonous calcite precipitation like in hard water lakes.     

北京城区二氧化碳浓度和通量的梯度变化特征——I浓度与虚温

根据北京塔7层涡动系统2012年5月至2013年12月的湍流观测数据,分析了北京城区二氧化碳浓度在不同高度层次的日变化和月变化特征,并初步给出不同季节和日变化时间段内二氧化碳的浓度垂直廓线.结果表明:二氧化碳浓度整体随高度而下降;各观测层均有浓度的明显日变化,夏季最为明显,冬季相对平缓;近地层浓度直接受城市供暖、地表植被、交通运输等碳源影响,更高观测层浓度则受对流输送和天气过程影响较大;垂直方向上,冬季浓度变化范围最大,夏季层间浓度变化最明显;在一天中的任何时刻,近地面层二氧化碳浓度的日变化最低值一般出现在夏季,50m以上则出现在春季,浓度最高值总是出现在冬季;根据对二氧化碳浓度四季垂直廓线变化的分析可以看出,边界层二氧化碳浓度强烈受到碳源、下垫面植被、大气稳定度、环境温度和天气过程等因素的影响.     

口泉断裂断层气地球化学变化特征及断层活动性

2015年对口泉断裂进行了3期断层气地球化学重复观测, 分析了中段石井村剖面和北段上皇庄剖面CO₂、 Rn、 Hg浓度及通量时空变化特征, 发现这两条剖面内CO₂、 Rn浓度及通量时空变化特征基本一致。 石井村剖面CO₂通量、 Rn浓度及通量高于上皇庄剖面。 上皇庄剖面Hg浓度及通量3期随时间持续上升。 认为口泉断裂断层活动活跃, 第四纪活动性中段高于北段, 且北段断层活动呈增强趋势。     

首都圈地区土壤气Rn， Hg， CO2地球化学特征及其成因

对首都圈地区跨18条活动断裂的35条剖面进行了土壤气浓度和通量测量， 结果显示: 各测量剖面土壤气Rn， Hg和CO₂的浓度平均值分别为3.2—45.0 kBq/m3， 3.9—24.9 ng/m3和0.154%—2.175%； 其通量平均值分别为3.8—152.1 mBq/(m2·s)， 0.1-42.6 ng/(m2·h)和8.5—89.4 g/(m2·d)． 研究区土壤气Rn， Hg和CO₂的浓度和通量均呈东高西低的变化趋势， 与首都圈地区由西至东应力水平增高、 地壳厚度逐渐减薄、 沉积层厚度增大、 地震活动逐渐增强等趋势相对应， 这表明首都圈地区土壤气的区域地球化学特征主要受控于上地壳物质结构、 深部气体补给和地震活动， 同时也受到自然环境及土壤类型的影响．      

怀安盆地北缘断裂东段土壤气体地球化学特征

活动断裂带的土壤气体地球化学测量在活动断裂危险性评价方面起着重要作用。 本文讨论了怀安盆地北缘断裂东段的土壤气体地球化学特征及其构造意义。 我们于2012年7月和2013年6月在怀安盆地北缘断裂东段的羊窖沟以及张家窑两地现场测量了土壤气体组分的浓度和通量。 测量结果表明: ① 断裂带土壤气H₂、 Rn、 CO₂和Hg浓度空间分布曲线呈现双峰模式, 且断裂下盘土壤气的Rn、 CO₂和Hg浓度较上盘的高; H₂、 Rn、 CO₂和Hg浓度平均值分别是4.61 ppm、 4.81 k Bqm^-3、 0.38%和9 ngm^-3; 土壤气Rn和CO₂的通量平均值分别是6718 Bqm^-2d^-1和49.83 gm^-2d^-1; ② 土壤气Rn和CO₂在两个测区脱气强烈, 羊窖沟地区土壤气CO₂、 Rn和Hg浓度平均值以及土壤气Rn和CO₂通量值较张家窑地区高。 这些结果可能是两个测区断裂活动性差异引起的。