亚暴等待时间的统计学分析:IMAGE卫星观测

利用IMAGE卫星FUV极光图像数据,对北半球极光椭圆带2760个亚暴事件进行统计分析,得到亚暴等待时间的统计分布,并利用简单的数学模型对卫星轨道的影响进行了讨论,得到以下结论:(1)亚暴等待时间在2-3h附近有一个峰值,较低纬度( MLat＜ 65°)发生的亚暴事件,其等待时间略长于较高纬度(MLat≥65°)发生的...     

西江水体有机碳含量变化及悬浮物碳同位素的意义

以西江马口断面水体为研究对象,讨论其有机碳含量、悬浮物同位素组成(δ¹³C、Δ¹⁴C)与环境之间的关系。西江马口断面有机碳含量呈现季节性变化,其中颗粒有机碳(POC)含量范围介于0.13~4.98mg/L之间,溶解有机碳(DOC)含量范围介于0.98~4.17mg/L之间,DOC/POC比值为1.34,远低于世界多数河流之比值。近年来马口断面悬浮物POCδ¹³C的变化范围介于-21.3‰~-26.1‰之间,随时间出现整体性漂移现象,表明流域生态环境整体改善。POCΔ¹⁴C变化范围介于-132‰~-425‰之间,与取样期间的流域降水过程及土壤的侵蚀相关。     

郧县盆地风成黄土—古土壤与汉江I级阶地形成年龄研究

在对汉江上游河谷进行野外考察的基础上,就郧县盆地汉江I级阶地及其风成黄土-古土壤覆盖层沉积学和理化性质进行了研究,并且采用OSL方法进行了测年断代。获得了26个OSL年龄数据,证实厚层风成黄土L1底部的年龄在25 ka BP,而剖面底部风成黄土-冲积砂层交互层(T1-al2)年龄范围在55-25 ka BP之间。地层年龄说明I级阶地上黄土的堆积过程基本连续,汉江I级阶地的发展经历了早期新构造抬升与河流下切阶段(55-25 ka BP)和晚期阶地面稳定接受沉积(25-0 ka BP)两个阶段。距今55 ka BP前后,新构造运动抬升和汉江下切作用加剧,河漫滩相沉积层开始脱离水面并接受风尘堆积物。这个过程持续到距今约25 ka BP,期间河水不时地淹没阶地面,从而形成了风成黄土-冲积砂交互的沉积学特征。距今约25 ka BP以来,河水不再淹没阶地,汉江I级阶地最终形成,阶地面开始接受连续的风尘堆积。在汉江下切作用加剧的同时,全球性末次冰期的发展也逐步进入冰盛期,风尘活动强烈,在阶地表面堆积形成了厚层黄土。汉江I级阶地形成以来,气候的变化使黄土覆盖层受到不同程度的风化成壤改造,形成了黄土-古土壤地层,其地层序列从下向上依次为:河流相砂卵石层(T1-al1)→黄土-冲积砂互层(T1-al2)→马兰黄土(L1)→过渡黄土(Lt)→古土壤(S0)→近代黄土(L0)→表土(MS)。这个层序记录汉江上游流域自从25 ka BP以来的气候变化经历末次冰期后东南季风逐渐加强、中全新世季风强盛、晚全新世季风衰退和气候变干的演变模式。     

海岸带浅海水深高光谱遥感反演方法研究

近红外波段(760~900 nm)反射率对水深最为敏感,通过波段比值方法可以提高与水深的相关性,而711nm处反射率一阶微分值与水深的相关系数高达-0.87。对于近岸混浊度高的样本,单波段和比值模型反演效果不好,平均相对误差均高于30%;而光谱微分模型的精度较好,平均相对误差为17%。研究结果证明:水体反射率的一阶微分可以有效地削弱水质变化给水深反演带来的误差。     

东南极冰盖中山站-Dome A断面表层雪中SO_4~(2–)和MSA的空间分布特征

中山站-Dome A断面考察是国际横穿南极科学考察计划(ITASE)的核心考察路线之一,具有重要的科学意义,在国内外产生了广泛影响。中国第31次南极科学考察内陆冰盖考察期间,采集了中山站-Dome A断面上约10 km间隔的表层雪样品,通过离子色谱实验分析,得出了断面上含硫化合物(SO_4~(2-)与MSA)的含量。在整个断面上,nssSO_4~(2-)和MSA含量表现出微弱的递减变化趋势,呈现出区域性变化趋势。在内陆高原区域(Dome A区域),nssSO_4~(2-)与MSA存在较好的线性关系([MSA]=0.1158×[nssSO_4~(2-)]–1.1497,r~2=0.75)。MSA/nssSO_4~(2-)比值在断面上的变化范围为0.04—0.47,均值为0.14,比值表现为沿海区域高于内陆区域,与低温条件下MSA/nssSO_4~(2-)比值大相矛盾,原因是由于源区的不同或风场而造成的。通过对断面上含硫化合物的研究,为进一步利用冰芯SO_4~(2-)与MSA记录研究过去气候环境提供了科学依据。     

高光谱指数法用于确定多枝柽柳(Tamarix ramosissima)蒸腾速率

蒸腾速率(Tr)是植物生理生态学研究中表征蒸腾耗水的常用指标,研究植物的蒸腾耗水有助于了解当地生态系统稳定性和水资源的可持续利用,但在遥感应用尤其在干旱区遥感应用中很少被使用。本文以古尔班通古特沙漠南缘的主要建群种多枝柽柳(Tamarix ramosissima)作为研究对象,应用高光谱指数法对其Tr日变化过程进行研究,寻找和确定最佳的Tr光谱指数。选择的6个光谱指数判定系数R2介于0.06~0.73,其中简单比值(SR)光谱指数有最高的判定系数(R2=0.73)、较低的均方根误差(RMSE=0.24)和较为简单的形式,光谱范围处于近红外波段(1 645~1 655nm)/(1 775~1 785nm)。SR作为Tr最佳光谱指数,对植被水分关系变化敏感,能够较好地记录和监测Tr日变化过程,有益于揭示光谱指数物理和生理机制。     

基于SSM/I数据的淮河流域洪涝监测分析

以淮河流域为研究区域,基于被动微波遥感SSM/I数据计算的极化比值指数PRI和RAT技术,提出极化比值变化指数PRVI。利用淮河流域1988～2005年6月下旬到7月期间的PRVI数据研究了淮河流域的洪涝时空特征,重点分析了发生流域性大洪水的1991年和2003年的洪涝特征,研究发现:淮河流域发生严重洪涝灾害的主要表现特征之一是淮河干流中游及其向北岸、上游和下游方向延伸约100km,向南岸延伸到流域南界的区域出现PRVI高值带,并结合淮河流域的自然环境分析了PRVI高值带出现的原因,指出PRVI高值带包括了大部分沿淮河干流的湖泊、洼地、行蓄洪区,支流河口、下游洼地等。进一步认为高值带内的PRVI值越大,高值带的面积越大,洪涝灾害越严重,防汛形势越严峻。这一结论对淮河流域洪涝灾害的监测和预警具有重要的应用价值。     

古尔班通古特沙漠南缘梭梭(Haloxylon ammodendron)群落土壤呼吸对生态系统呼吸的贡献

土壤呼吸作为生态系统呼吸的主要贡献者,其贡献率往往超过50%,而干旱区土壤呼吸与生态系统呼吸的比值在季节上的变化尚不明确。利用涡度相关技术与多通道土壤呼吸观测技术,对古尔班通古特沙漠南缘的梭梭(Haloxylon ammodendron)群落生长季CO2通量进行连续观测,探讨了土壤呼吸对生态系统呼吸的贡献及其在生长季变化特征。结果表明:(1)在整个生长季,生态系统呼吸呈单峰式变化,峰值出现在7月,为0.75g·m~(-2)·d~(-1);最小值出现在3月,为0.09g·m~(-2)·d~(-1);土壤呼吸在5—7月变化不大(0.34~0.51g·m~(-2)·d~(-1)),7月底以后呈逐渐减小的趋势;(2)土壤呼吸与生态系统呼吸的比值(Rsoil/Reco)在整个生长季为0.38~0.98,平均0.67;季节变化上总体呈"U"型,即生长季初期和末期较高,而生长季中期较低;(3)Rsoil/Reco与梭梭同化枝生物量显著负相关(R2=0.458,P0.05),说明随着梭梭同化枝生物量的增加,其对生态系统呼吸的贡献升高,导致了植物生长季中期Rsoil/Reco的下降。     

尕海DG03孔元素地球化学特征及其环境意义

通过对柴达木盆地尕海DG03孔沉积物的Ti、V、Cr、Mn、Ni、Zn、C、N等元素含量变化以及m(C)/m(N)、m(Sr)/m(Ba)比值变化的测定,结合DG03孔沉积序列的年代学测定和沉积物分布特征,分析了尕海地区11·52ka BP以来的气候环境变化过程。研究表明尕海地区在11·52ka BP以来存在明显的气候波动;4·70kaBP以来的全新世晚期气候波动频率加大,存在5次较为明显的冷干和暖湿的气候旋回,并且表现出冷干气候时段长,暖湿气候时段短的特征。     

历史时期广东省旱涝区域分异特征的初步研究

选取史料中1480-1940年间共460年的旱涝灾害记录,采用湿润指数法建立湿润指数(I)序列,并用最远距离法作聚类分析,讨论了广东在15-19世纪末期间总体和不同冷暖时期的旱涝区域分布状况.结果表明:1)113°E经线似乎可以看作是广东一条重要的气候特征线,该经线以东、以西的旱涝分区界线大致分别沿经向、纬向分布;2)粤西、粤北是广东旱涝区域分异变化较大的地区,粤东在不同时期也有所变化,珠三角地区则是较为稳定的涝灾多发区;3)不同冷暖时期的旱涝分区既有大致相同的特征,又有一定的差异.文章认为以上结果可能是由于广东主要受东亚夏季风影响,一定程度上也受印度夏季风影响及东亚气候系统发生改变等共同作用的结果.     

Intensity variations of the postnoon auroral bright spots observed at Zhongshan Station, Antarctica on August 8, 1999

In this paper we use the high speed multi channel meridian scanning photometer data and all sky TV camera images to analyze the intensity variations of the postnoon auroral bright sports of 557.7 nm and 630.0 nm emissions. Several results can be obtained from this paper. (1) Bright spots are rather transient features lasting typically for only a few minutes. (2) The intensity of the postnoon bright spots of 557.7 nm emissions can surpass 11 kR. The occurrence of the bright spots seems rather frequent. (3) The ratios of I(427.8)/I(630.0) and I(427.8)/I(557.7) during the bright spots occurring time show a positive peak and negative peak respectively. It qualitatively indicates that the average precipitating electron energies along the meridianal scan above Zhongshan Station increased as the bright spot appeared. And the intensification of the spot mainly was caused by the increasing of high energy (3 10 keV) flux. (4) Usually the bright spots are accompanied with the magnetic pulsation and the occurrence of multi band arcs.     

紫外极光图像极光卵提取方法及其评估

有效确定极光卵边界对于研究太阳风-磁层能量耦合过程是非常重要的.本文提出一种新的星载紫外极光图像极光卵边界的提取方法.该方法利用一种基于模糊局部信息C均值聚类方法,对紫外极光图像进行分割,并根据极光卵的环状特性,提取较完整的极光卵极向/赤道向边界.结合DMSP卫星沉降粒子观测数据,分别构建了极向边界和赤道向边界数据库,...     

南极中山站的f_0F2特征

本文利用电离层数字测高仪 (DPS - 4)所测的f0 F2和从美国NOAA和DMSP卫星观测估算的半球功率指数和午夜极光区赤道侧边界纬度等资料 ,考察中山站电离层的极区特征。结果表明 ,冬季中山站电离层内的电离生成主要取决于从磁层沉降的粒子。在太阳活动和地磁变化宁静环境下 ,磁正午极隙区内的软粒子是最主要的电离源 ,它能使f0 F2达全天的最大值 ;上、下午各有数小时处于极光带内时 ,高能粒子的电离作用也很重要 ;夜间进入极盖区后 ,电子密度则很低。夏季太阳辐射电离效应使f0 F2值比冬季增加 1- 1 .5MHz,而其日变化的最大值时间也提前了 1- 2hr。发生很大扰动时 ,极隙区和极光带的位置均向低纬方向移动。若中山站日间也处于极盖区内时 ,电子密度会大幅度下降 ,并常接收不到电离层回波的信号。在中等扰动环境下情况更加复杂。由于高纬电离层对流速度很高 ,离子 /中性分子间的碰撞复合系数就很大。热层中性大气全球经向环流对高纬电离层电子密度的增加无显著作用。磁暴期间中午从极隙区向南的等离子体对流对中山站f0 F2的增高也无明显影响。     

南极中山站冬季电离层的平均特性

本文利用南极中山站的数字式电离层垂直测高仪１９９５年的频高图资料，对中山站上空冬季电离层的一些平均特性进行了初步分析。中山站冬季电离层Ｆ层很不稳定，其日变化比较明显，ｆｏＦ２的月中值在０９００ＵＴ出现极大并在１４００ＵＴ附近出现次极大。最大值在０９００ＵＴ（磁中午）附近，这是极隙区软电子沉降、极区等离子体对流和光辐射电离效应等诸多因素综合作用的结果，形成了所谓的磁中午异常。在２０００～０１００ＵＴ之间ｆｏＦ２数值较小，可能是由于这段时间中山站正处于电离层极洞区域。Ｅｓ层几乎每天都可以观测到，在１７００ＵＴ附近出现机率较高，并且ｆｏＥｓ数值较大，多数为极光型Ｅｓ，主要是由于极光粒子沉降引起的。电离层Ｅ层的变化相对平缓。     

Mean ionospheric properties in winter at Zhongshan Station,Antarctica

ＭｅａｎｉｏｎｏｓｐｈｅｒｉｃｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｉｎｗｉｎｔｅｒａｔＺｏｎｇｓｈａｎＳｔａｔｉｏｎ，ＡｎｔａｒｃｔｉｃａTX＠刘顺林＠贺龙松＠刘瑞源ＭｅａｎｉｏｎｏｓｐｈｅｒｉｃｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｉｎｗｉｎｔｅｒａｔＺｈｏｎｇｓｈａｎＳｔａｔｉｏｎ，Ａｎ...     

极光粒子沉降研究:谱形式及其在极区大气中的传输

分析了近年来南极地区极光沉降粒子的卫星、火箭、地面观测和研究结果,分别给出了极光椭圆区、极盖区、南大西洋异常区和极尖／极隙区粒子沉降的形式来源和特点。并根据磁尾研究的新进展,提出极光粒子沉降谱存在另外两种形式谱：（１）κ分布谱;（２）κ分布加上一个或多个脉冲谱,这两种谱来源于磁尾中性片区（绝热区非绝热区）。南极不同的区域,极光粒子有不同的沉降特点。这些沉降对极区电离层产生极大的影响。根据带电粒子在磁化大气中运动的Ｆｏｋｋｅｒ Ｐｌａｎｋ 方程,利用带电粒子在大气中传输的电离理论,导出极光粒子谱在极区大气中传播的解析表达式,对各种极光粒子谱在极区中的演化规律加以分析,并以此来解释在南极地区探测到的不同高度的极光电子谱的演化     

Auroral Infrasonic Waves and Poleward Expansions of Auroral Substorms at Inuvik, N.W.T., Canada

Summary Observations at Inuvik (70.4° dipole latitude) have shown that supersonic motions of auroral arcs that sweep across the zenith from south to north during poleward expansions of auroral substorms do not generate observable auroral infrasonic waves. This is in contrast to the fact that equator-ward supersonic motions of similar auroral arcs do produce large amplitude infrasonic bow waves. These results imply an asymmetry in the basic generation mechanism of infrasound within the auroral electrojet arcs.     

基于卷积神经网络的极光图像分类

极光是由带电粒子经磁层—电离层碰撞大气而产生的。面对形态各异、演变过程复杂的极光图像,对其合理分类为进一步探究日地电磁活动和能量耦合等空间物理问题奠定了基础。针对该问题,引入深度学习的方法,通过卷积神经网络模型自主表征极光特征并实现极光图像分类。该方法对2003年北极黄河站越冬观测的38 044幅和8 001幅典型极光图像分类正确率达93.17%和91.5%;自动识别2004—2009年观测数据的极光形态,4类极光时间分布规律与三波段激发谱能量分布基本一致。实验结果表明,基于卷积神经网络的极光表征方法,能有效实现极光图像的自动分类。     

极区极夜期间E层占优电离层的分布特征

E层占优电离层是指E层的峰值电子密度大于F层的峰值电子密度（N_mE>N_mF）时的电离层,记为ELDI（E-Layer Dominated Ionosphere）。针对ELDI,利用2007-2010年的COSMIC (Constellation Observing System for Meteorology, Ionosphere, and Climate satellite)掩星数据,在修正地磁纬度-磁地方时标系下统计分析了它在南北极区极夜期间（南北半球的冬至日前后30天）的分布特征,结果表明极夜期间电离层ELDI特征明显,其分布与极光椭圆位形基本一致,而且其在夜侧的发生率较高,特别是磁子夜之后,北极为70%左右,而南极为90%左右;另外南极的ELDI特征在磁纬度分布上要略宽于北极的分布范围。在ELDI高发区,电离层峰值电子密度要高于其两侧地区,特别是在夜侧,尤其是磁子夜前的峰值电子密度要接近甚至大于磁正午的峰值电子密度,在南极地区格外明显;而且ELDI高发区内的E层的电子含量（TECE）、电离层总电子含量（TECI）及TECE占TECI的比重（TECEI）都高于其两侧地区,北极TECE和TECI大于南极,而TECEI则是南极大于北极。这些现象主要是由于极夜期间极区高能粒子沉降引起底部电离层电离率增大所致;同时,由于地磁轴偏离地理轴的程度在南极要大于北极,使得极夜期间南极地区的电离层的电子密度,特别是在F层要相应地小于北极地区,从而导致了极夜期间南北半球极区电离层ELDI特征之间差异。     

Observation of electric currents in the Alaska oil pipeline resulting from auroral electrojet current sources

Summary. Currents in the 1.28 × 10³ km Alaska oil pipeline, induced from the ionospheric, auroral electrojet, were measured at three sites, near Fairbanks, Paxson and Valdez, Alaska, using a gradient configuration of two fluxgate magnetometers. The observed pipeline current magnitudes, which reached 50 A during times of mild geomagnetic activity, displayed a linear relationship with the electric earth potential. Using the induction relationship between the electric and magnetic fields and the typical spectral composition of the geomagnetic field at high latitudes, I obtained a spectral appearance of the current that shows a maximum in the range of 4.5- to 10-min period. Near Fairbanks the pipeline current amplitudes, I (Amperes), could be represented, approximately, by I = 0.65 B _x T ^−0.5, where B _x(nT) is the north—south geomagnetic field variation amplitude and T (min) is its apparent period. There is much less pipelines current at the sites south of Fairbanks. A previously established relationship between the local electric field and the planetary geomagnetic activity index, Ap , permitted a prediction of the pipeline current surge amplitudes in the Fairbanks region as approximately I = 5.0 Ap . Current surges larger than 500 A may be expected rather often in the Alaska pipeline during large geomagnetic storms.