大气模式估算的东亚区域人为硫酸盐和黑碳气溶胶辐射强迫及其时间变化特征

本文利用大气环流模式及大气化学模式所得气溶胶资料,估算了相对1850s时期硫酸盐和黑碳气溶胶引起的全球及东亚区域人为辐射强迫,重点分析其在东亚区域的季节和长期变化特征.结果表明,就当前全球年平均全天空而言,人为硫酸盐气溶胶对大气顶的直接和云反照率强迫分别为-0.37和-0.98 W·m-2,黑碳气溶胶对大气顶和整层大气的辐射强迫值为0.16和0.47 W·m-2;中国东部区域是目前上述气溶胶辐射强迫最强的区域,硫酸盐的直接和间接辐射强迫分别超过-2.0和-4.0 W·m-2,黑碳对大气顶和整层大气的直接辐射强迫分别可达2.0和5.0W·m-2;估算的东亚区域上述气溶胶辐射强迫仍在不断增强,峰值预计出现在2010s时段,而且中国东部较强的辐射强迫还可能维持至2030s左右;在未来中、高排放情景下,东亚区域以上两种气溶胶预计对全球气溶胶辐射强迫有更大的贡献.分析还表明,夏季东亚区域较强的水汽会增强吸湿性硫酸盐气溶胶的光学厚度和晴空直接辐射强迫;云的作用一方面会强化东亚区域全天空条件下大气顶黑碳的辐射强迫,另一方面会影响硫酸盐气溶胶间接云反照率强迫的季节变化;上述气候特征的差异使得东亚区域的气溶胶辐射强迫表现出与欧美区域有所不同的特征.本文所用的气溶胶资料与模式气象场的偏差会给气溶胶辐射强迫计算带来一些不确定性,进一步改进气候模式中气溶胶过程、水汽和云等气象场的模拟将有助于获得更为合理的区域气溶胶辐射强迫估算结果.     

气溶胶对雷暴云电过程影响的数值模拟研究

本文在已有的三维雷暴云起、放电模式中加入了一种经典的气溶胶活化参数化方案,结合一次长春雷暴个例,进行了雷暴云起放电数值模拟试验.研究显示气溶胶浓度改变对雷暴云微物理、起电及放电过程都有重要影响.结果表明:(1)污染型雷暴云中气溶胶浓度增加时,云滴数目增多,上升风速加强;云中冰晶与霰粒子数浓度增加但尺度减小;(2)相对于清洁型雷暴云,污染型雷暴云非感应起电过程弱,感应起电过程强,起电持续时间长;(3)污染型雷暴云中首次放电时间延迟,闪电持续发生的时间长,总闪电频次增加,正地闪频次增加明显.     

弹性摩擦系统奇怪吸引子的Lyapunov指数和维数

使用Ｗｏｌｆ等（１９８５）建议的方法，计算了服从双状态变量本构律的单自由度弹性摩擦系统奇怪吸引子的Ｌｙａｐｕｎｏｖ指数谱．当该系统用无量纲形式表示，且参数值为β１＝１．００β２＝０．８４ρ＝０．０４８φ０＝０．１９８８５Ｋ＝０．０６８５时，系统进入混沌态．奇怪吸引子的Ｌｙａｐｕｎｏｖ指数谱的计算结果为λ１＝０．０１７９λ２＝０λ３＝－０．１５７８这里，　，φ和ｆ分别为无量纲的状态变量、滑动速率的对数和摩擦应力；β１，β２，ρ，φ０和Ｋ是无量纲的系统参数．同时，还计算了该奇怪吸引子的维数，结果为ＤＬ＝Ｄ０＝２．１１这里，ＤＬ和Ｄ０分别表示Ｌｙａｐｕｎｏｖ维数和容量维数．     

初始误差和参数误差对混沌系统可预报性影响的比较

利用非线性误差增长理论,以Lorenz系统为例比较研究了初始误差和参数误差对混沌系统可预报性的影响．结果表明：在初始误差和参数误差单独存在时,系统的可预报期限随误差大小的变化规律基本上相同;对于相同的误差大小,初始误差和参数误差对系统可预报期限的影响几乎相同,这一结果基本上不随参数范围的变化而变化．当初始误差和参数误差同时存在时,两者对可预报期限影响所起的作用大小主要取决于初始误差和参数误差的相对大小．当初始误差远大于参数误差时,Lorenz系统的可预报期限主要由初始误差决定,可以不用考虑参数误差对预报模式可预报性的影响;反之,当参数误差远大于初始误差时,Lorenz系统的可预报期限主要由参数误差决定;当初始误差和参数误差大小相当时,两者都对系统的可预报期限起重要作用．在后两种情况下,在考虑初始误差对可预报性影响的同时还必须考虑参数误差的作用．这提醒我们在作实际数值天气预报的时候,不仅要重视初值的确定,也要重视数值模式控制参数的确定．     

工程结构能量系统中地震损耗能量的分形与混沌现象

旨在探讨工程结构中出现的分形与混沌现象,即探讨工程结构能量系统中地震损耗能量活动强度Ed与地震损耗能量矩活动强度Ie动力系统的分形与混沌现象,在建立了工程结构能量系统、损耗能量活动强度Ed和损耗能量矩活动强度Ie概念的基础上,由纯理论推导发现了Ed和Ie构成的动力系统的混沌现象;理论分析和数值计算又发现了Ed和Ie动力系统的分形现象;依据大量本地实测地震数据获得了具体Ie和Ed动力系统的关联维吸引子d2．二阶Renyi熵k2和平均预报时间尺度1/k2等参数．各参数是其动力系统分形与混沌现象的具体表征,为实际工程结构的抗震理论与分析方法提供了一定的参考依据．      

基于PPDF方法的气溶胶散射效应参数化模型精度评估

本文讨论分析了O2-A带气溶胶散射效应的估算．利用基于等效理论的光子路径分布概率函数（PPDF）方法,将散射效应对大气有效透过率的影响参数化,通过模拟反演实验分析研究PPDF方法的有效性．首先利用正向模型模拟四种不同气溶胶模式分布情况下02-A带的卫星观测;然后利用非线性最优化迭代方法反演PPDF因子,利用反演得到的PPDF因子重构观测值,最后比对分析了重构观测值和模拟观测真值之间的差异．通过反演实验,验证了PPDF方法对于气溶胶散射效应估算的有效性;同时也表明02-A带可以作为痕量气体卫星遥感的一个有效辅助观测通道．     

地震非线性动力学系统的演化过程

本文从能量守恒定律出发，建立了孕震系统的非线性动力学方程。从孕震过程中的无序状态、有序状态和混沌状态的三个阶段出发，探讨了某些地震学参数对其判别的效能，同时对近几年来辽宁省地震活动的自组织演化过程作了分析，阐述了地震活动出现的新特征。     

北京地区城市环境对云和降水影响的个例数值模拟研究

本文利用中尺度可分辨云模式(WRF,Weather Research and Forecasting)对2011年8月14日北京地区一次强降水过程进行了数值模拟和敏感性试验,研究了城市环境(包括城市气溶胶和城市地表)对北京地区云和降水的影响.研究结果表明:城市气溶胶污染增强和城市地表使得北京地区(城区和周边)降水量减少,对城区平均累积降水量的影响作用分别为-38.92%和-3.4%.降水系统向北京主城区移动过程中,城市气溶胶在城市环境影响降水过程中的作用逐渐减小为85.13%,城市地表的作用增加到14.87%.城市污染气溶胶增强,使得非降水性粒子增多,而降水性粒子减少,这不利于对流的发展增强,使得水汽的垂直输送减弱,导致区域降水量减小.城市地表对强对流的发展也表现为减弱作用,这使得水汽的垂直输送减小,区域降水量减小.     

华北一次持续性重度雾霾天气的产生、演变与转化特征观测分析

2011年12月1~7日在华北地区发生了一次比较罕见、持续一周左右的低能见度重度雾霾天气,本文利用气象行业专项"京津地区低能见度雾霾天气监测与预报研究"观测试验资料,研究分析了此次持续性重度雾霾天气的气溶胶、云凝结核(CCN)、雾滴谱和含水量等微物理特征及大气能见度、边界层垂直结构特征,探讨了雾霾天气的产生、演变与转化特征及机理.结果表明,此次持续一周的雾霾天气过程发生在高压天气系统和静风条件下,暖平流和辐射降温形成的稳定逆温边界层结构有利于污染气溶胶的积累和雾霾的形成和发展,尤其是来自南方持续不断的湿平流使雾霾天气得以长时间持续和发展.整个雾霾天气期间能见度均小于2 km,最低能见度达到56 m,液态水含量在10-3 gm-3量级,最大达到0.16 gm-3,气溶胶数浓度均在10000cm-3以上,质量浓度范围为50~160μgm-3.进一步的研究表明,此次长达一周的雾霾天气发生了三次强弱不同的霾气溶胶积累、霾雾转化和混合及减弱三个主要阶段.霾气溶胶积累阶段先后有爱根核模和积聚模气溶胶数浓度的积累和增加.霾向雾转化和混合阶段中,雾滴凝结释放的潜热和高浓度气溶胶环境使布朗碰并加剧,导致气溶胶尺度向粒径大的方向转移,从而提供了大量可形成云凝结核的气溶胶粒子,促进了雾的爆发性增强,浓雾过程中气溶胶向CCN活化率可达17%,而CCN向雾滴的转化效率可高达100%,此期间雾滴谱具有爆发性拓宽的特征;冷锋系统过境或辐射加热增强导致了雾霾过程的减弱和消散.     

CAMS云微物理方案的改进及与WRF模式耦合的个例研究

本文在中国气象科学研究院(CAMS)双参数云微物理方案的基础上,增加气溶胶粒子的活化过程,改进原方案中的水汽混合比、云水混合比及云滴数浓度的预报方程,实现对各种水成物(包括云水)的混合比和数浓度的预报.此外,改进后的CAMS云方案被成功耦合到了WRF v3.1中尺度模式.本文利用耦合模式对2009年4月23~24日发生在我国北方地区的一次降水天气过程进行了模拟,将新方案的模拟结果与WRF自带的3个微物理方案进行了比较.结果显示,新方案能够合理地描述地面降水特征,其模拟的雨带分布范围与实测接近,降水中心的强度和位置优于其他3个方案.新方案模拟的云滴数浓度与WDM6方案基本一致,表明加入的气溶胶活化过程是合理的.新方案模拟的其他水成物粒子数浓度与Morrison方案相比有时会有量级的差别,说明粒子数浓度的模拟目前还存在着很大的不确定性,这也是云微物理模式进一步发展的难点.     

大气（气候）系统可预报性问题的讨论

讨论了大气（气候）系统可预报性问题,并指出:1.线性系统、一维自治动力系统、二维自治动力系统和部分可化为二维自治动力系统的一维非自治动力系统是可以进行数值预报的,其预测结果要比统计方法更为科学。而对浑沌动力系统的预报,统计方法则比动力方法更为严谨。2.非浑沌动力系统或浑沌动力系统在非浑沌区的演化行为客观上存在着可预报期限。     

新疆富蕴地区晚第四纪松散沉积的孢粉研究

据对新疆富蕴吐尔洪及干沟等剖面的孢粉分析,揭示这些剖面沉积时期的气候温和干燥,植被为荒漠草原或稀树草原。孢粉分析结果及14C年龄数据说明,这些沉积物的地质时代属全新世。通过对取自断层两侧沉积物的孢粉分析研究,获知此断层的形成时间不会早于全新世     

西北地区中强震前b值与小震调制比的相关变化

本文选取了西北地区1972年以来发生的10次中强震,对这些地震前震中区b值位和小震调制比的变化进行了系统的对比研究。发现有7次地震,从震前两年左右开始,震中区b值变化与小震调制比变化出现显著相关现象,而且震级大的地震,其相关时段也较长。另外,选择了甘肃和青海交界地区的两个地震活动水平相对较高,且地震台网监测能力较强的地区,对1972年以来b值和小震调制比的变化进行了对比检验,两个地区各有两个时段的b值和小震调制比值显著相关,这些时段都对应了本地区或邻区发生的中强震。本文的研究表明,在某些较大地震发生前的一段时间内,在震中区有些地震活动性参数可能会出现相关变化。这种现象有可能成为地震预报的依据之一。     

新丰江形变网“真值”及其与地震关系的研究

利用新丰江３０年来连续完整的形变资料,进行了“真值”研究．从定量分析、精度评估和绝对位移等角度,建立了一套以＂真值＂研究为基础的,用统一、连续、定量可比尺度表示的稳定状态分析系统。结果表明,总体位移变化与地震活动关系密切并反映了水库地震的典型特征。文章对稳定状态分析系统的现实意义做了归纳,并总结出一组具有预报意义的定量辨识指标．     

气候多雨与强震发生的延时关系

本文通过建立门限回归模型,研究了华北地区气候变化与强震发生的关系,发现明显有大约12年的延时相关。该延时尺度对中国其它地区和日本、美国的地震活动也同样适合。认为气候多雨是长期地震预报中的一个可用重要因素。     

山西临汾盆地黄土及其形成古环境

叙述了临汾盆地黄土地层分布特征，并根据王绪典型黄土剖面孢子花粉、颗粒成分、古土壤特点以及磁化率变化，将王绪剖面划分为１８个气候组及１９个温暖期和２０个干冷期，每个干湿期构成一个气候旋回，这些旋回均可同深海沉积物所揭示的古气候旋回对比     

POTENTIAL EFFECTS OF CLIMATE CHANGE ON AQUATIC ECOSYSTEMS OF THE GREAT PLAINS OF NORTH AMERICA

The Great Plains landscape is less topographically complex than most other regions within North America, but diverse aquatic ecosystems, such as playas, pothole lakes, ox-bow lakes, springs, groundwater aquifers, intermittent and ephemeral streams, as well as large rivers and wetlands, are highly dynamic and responsive to extreme climatic fluctuations. We review the evidence for climatic change that demonstrates the historical importance of extremes in north–south differences in summer temperatures and east–west differences in aridity across four large subregions. These physical driving forces alter density stratification, deoxygenation, decomposition and salinity. Biotic community composition and associated ecosystem processes of productivity and nutrient cycling respond rapidly to these climatically driven dynamics. Ecosystem processes also respond to cultural effects such as dams and diversions of water for irrigation, waste dilution and urban demands for drinking water and industrial uses. Distinguishing climatic from cultural effects in future models of aquatic ecosystem functioning will require more refinement in both climatic and economic forecasting. There is a need, for example, to predict how long-term climatic forecasts (based on both ENSO and global warming simulations) relate to the permanence and productivity of shallow water ecosystems. Aquatic ecologists, hydrologists, climatologists and geographers have much to discuss regarding the synthesis of available data and the design of future interdisciplinary research. © 1997 John Wiley & Sons, Ltd.     

全新世高温期环境变化对太湖流域新石器文化的影响

从太湖流域新石器时代(包括马家浜、崧泽和良渚三个文化期)文化遗址的分布范围、遗址数量、生产方式和文化特征等多方面,分析了全新世高温期(8—3ka B.P.)环境变化对本地区新石器时期古文化发展的影响。结果表明,全新世高温期暖湿而且较为稳定的气候环境,有利于先民们的生活,促使了本地区新石器文化的飞跃发展,包括原始农业、家畜业的产生和发展,先民们活动范围扩大和遗址数量增加等等。但高温期中存在气候剧烈波动阶段和气候迅速变化的低温事件,以及伴随它们出现的各种严重自然灾害,严重阻碍和限制了古文化的发展,甚至是毁灭性的打击,使得文化性质发生根本的变化。     

华北平原东部地区晚更新世以来的孢粉序列与气候分期

本文应用图象识别方法,对华北平原东部地区(宝坻—濮阳)的五口井和一个剖面的孢粉资料进行了研究,将本区晚更新世晚期一全新世地层划分为五个孢粉组合带,七个孢粉组合亚带,共建九个孢粉植物群演化阶段。在此基础上根据植物生态特征,探讨了两万年以来的气候演变,确立了九个气候期,并发现全新世以来气候变化具有八次明显的降温及七次升温过程,存在着二千五百年及千年左右的波动周期     

MODELLING THE LONG-TERM COURSE OF NON-FLUSHED RESERVOIR SEDIMENTATION AND ESTIMATING THE LIFE OF DAMS

An analysis of hydrologic and geodetic data from numerous reservoirs lying in different climatic zones, has allowed the two main phases in filling the reservoir during its life to be distinguished, firstly silting of an originally deep reservoir, and secondly silting of a reservoir which has become shallow or initially was not deep. During the first phase, the reservoir plays a role as an accumulator of sediment, so that its trap efficiency for total mineral material is much reduced, and its trap efficiency for suspended load decreases to zero. This phase ends when the mean depth reaches a critical value which is specific for each reservoir. During the second phase, shallowing of the reservoir is much slower, and over short time periods it can play a role as a net exporter of sediment. A general model of reservoir sedimentation is proposed and is tested by data on the long-term and seasonal courses of siltation in selected reservoirs in the Vistula drainage basin, Poland. The rate of sedimentation is analysed for both phases of siltation, and the useful lifetime of a reservoir, which corresponds to the first phase of siltation, has been computed according to a methodology proposed.