1997/1998 El Niño期间中国南部闪电活动的异常特征

基于近8年卫星观测的全球闪电资料, 对中国东南部和中南半岛各季节闪电密度距平场进行EOF分析发现, 在这一El Niño事件期间, 与NINO3区海表温度正距平升高的同时, 1997年春季该地区的闪电活动就出现了显著的正异常, 并一直持续到次年春季结束, 各季度的正异常区闪电密度距平百分率依次是89%, 30%, 45%, 498%和55%, 其中冬季变化幅度最大; 正异常区在冬、春季位于中国南部及其沿海地区, 而在夏、秋季位于中南半岛南部及泰国湾. 与正常年份相比, 各季闪电密度正距平中心位置显著偏西, 特别是冬、春季同时偏北. 另外, 中国南部地区的闪电密度和对流性降水量及高CAPE日数三项距平百分比的年际变化分析表明, 正异常区和黑潮主干区这三项的距平百分比之间两两相关; 在三项中, 闪电密度的相对变化率最大, 闪电活动对El Niño事件的响应最灵敏. 但是, 黑潮主干海域、青藏高原和西北、华北-东北等地区的闪电活动对El Niño事件的响应情况更为复杂和多样化.     

1997/1998ElNio期间中国南部闪电活动的异常特征

基于近8年卫星观测的全球闪电资料, 对中国东南部和中南半岛各季节闪电密度距平场进行EOF分析发现, 在这一El Ni駉事件期间, 与NINO3区海表温度正距平升高的同时, 1997年春季该地区的闪电活动就出现了显著的正异常, 并一直持续到次年春季结束, 各季度的正异常区闪电密度距平百分率依次是89%, 30%, 45%, 498%和55%, 其中冬季变化幅度最大; 正异常区在冬、春季位于中国南部及其沿海地区, 而在夏、秋季位于中南半岛南部及泰国湾. 与正常年份相比, 各季闪电密度正距平中心位置显著偏西, 特别是冬、春季同时偏北. 另外, 中国南部地区的闪电密度和对流性降水量及高CAPE日数三项距平百分比的年际变化分析表明, 正异常区和黑潮主干区这三项的距平百分比之间两两相关; 在三项中, 闪电密度的相对变化率最大, 闪电活动对El Ni駉事件的响应最灵敏. 但是, 黑潮主干海域、青藏高原和西北、华北-东北等地区的闪电活动对El Ni駉事件的响应情况更为复杂和多样化.     

1997/1998 El Ni(n)o期间中国南部闪电活动的异常特征

基于近8年卫星观测的全球闪电资料,对中国东南部和中南半岛各季节闪电密度距平场进行EOF分析发现,在这一El Nino事件期间,与NINO3区海表温度正距平升高的同时,1997年春季该地区的闪电活动就出现了显著的正异常,并一直持续到次年春季结束,各季度的正异常区闪电密度距平百分率依次是89%,30%,45%,498%和55%,其中冬季变化幅度最大;正异常区在冬、春季位于中国南部及其沿海地区,而在夏、秋季位于中南半岛南部及泰国湾.与正常年份相比,各季闪电密度正距平中心位置显著偏西,特别是冬、春季同时偏北.另外,中国南部地区的闪电密度和对流性降水量及高CAPE日数三项距平百分比的年际变化分析表明,正异常区和黑潮主干区这三项的距平百分比之间两两相关;在三项中,闪电密度的相对变化率最大,闪电活动对ElNino事件的响应最灵敏.但是,黑潮主干海域、青藏高原和西北、华北-东北等地区的闪电活动对El Nino事件的响应情况更为复杂和多样化.     

基于TRMM卫星多传感器资料揭示的亚洲季风区雷暴时空分布特征

利用16年（1998-2013）的热带降水测量任务卫星（TRMM）降水雷达和闪电成像仪等多传感器观测资料,分析了亚洲季风区内雷暴和强雷暴的空间分布、季节变化及日变化等气候特征.文中取闪电数大于1的雷达降水特征为雷暴,并将闪电频数在前10%的雷暴定义为强雷暴.结果表明：雷暴活动主要集中在陆地及近海区域,陆地与海洋上的雷暴密度之比约为4.4：1,强雷暴密度之比约为7.4：1.0-10°N纬度带内雷暴数占总雷暴的比例最大（占总数的31.7%）,而强雷暴则在20°N-30°N区间最为活跃（34.5%）.雷暴与闪电密度的空间分布在低纬度区域（0-30°N）较为一致,但在中纬度地区（30°N-36°N）呈现出不同的分布特征,即从西部的青藏高原向东部的江淮流域,雷暴密度逐渐减少但闪电密度逐渐增加;而强雷暴与闪电密度的空间分布基本一致.受亚洲夏季风活动影响,低纬度地区强雷暴更容易发生在春季,强中心位于喜马拉雅山南麓东端,次中心位于中南半岛,而中纬度地区在夏季最为活跃,强中心和次中心则分别位于喜马拉雅山南麓西端和中国江淮流域.陆地上雷暴主要集中在午后至傍晚,少数区域受局地环流和气象条件的影响夜雷暴活动频繁,而海洋上雷暴更易发生在午夜至清晨.     

台湾东部黑潮与邻近东海水中的钡及其对黑潮水入侵的指示

通过对台湾以东黑潮主流径及邻近东海海域2014年5~6月期间的调查,研究了海水中溶解钡(Ba)的地球化学分布特征,评估了黑潮对东海海水Ba的影响和输入通量,将Ba作为指示指标定量刻画了黑潮入侵东海的范围与程度.黑潮主流径各站位海水中溶解Ba垂直分布上从表层至深层浓度逐渐增高,浓度范围为4.91~19.2μg L~(-1).东海海域表层海水Ba浓度分布以近岸海域为最高,向外海逐渐降低;底层则出现近岸和外侧海域Ba浓度高,陆架中间海域Ba浓度低的现象.水交换模型估算得出黑潮水在5~10月间向东海的Ba输入通量共计为2.19×10~8kg,并以次表层水的输入通量为最大.调查海域Ba的分布特征指示黑潮在台湾东北部海域涌升,台湾海峡北向出水抑制黑潮表层水向东海陆架入侵,黑潮次表层水从陆架底层外侧逐渐影响东海.以溶解钡(Ba)作为端元估算参数计算得出,在调查期间,黑潮表层水对东海陆架区域影响不大,黑潮次表层水沿陆架底层向上爬升,从台湾东北海域沿陆架中部向西北方向侵入,形成一支黑潮入侵流,至钱塘江口附近黑潮水占比仍可达到65%左右.东海陆架底层外侧大部被黑潮水所控制,100m等深线以深处黑潮水能够占95%以上的比例.在台湾东北部DH9断面,黑潮次表层水从陆架坡折处沿底部向西侵入,黑潮水占比95%的位置可达122°E左右,垂直向上黑潮水所占比例越小.海水溶解Ba可以细致地刻画黑潮入侵东海的情景,其地球化学特性使其成为指示黑潮入侵东海的有效指标,为定量揭示黑潮与东海的相互作用提供了新的手段.     

郯庐断裂带南段及邻区地震b值的空间分布特征

郯庐断裂带是位于中国东部地区的一条主干断裂带,切穿了中国东部不同大地构造单元,控制着东部地区的构造活动。本文收集中国地震台网中心1970~2010年的地震目录,将研究区划分成1°×1°的网格,分别求出每个网格的b值,最后得出研究区b值的空间分布特征。研究结果发现:郯庐断裂带及周边地区为低b值区,由于郯庐断裂附近的小震活动性比较弱,因此低b值可能反映了研究区内大震周期长的特征;断裂带两侧的苏鲁和大别造山带的b值分布特征与高压超高压变质带相似;华北中央造山带地区为高b值区,地震大多沿断裂带分布,地震频度高。通过结合已有地质和地球物理研究,发现b值的分布与岩性或介质物性参数的分布有一定的对应关系,说明研究区内的b值分布(即地震活动特征)与该地区地壳介质不均匀性密切相关。     

区域闪电活动对地面相对湿度的响应

全球闪电活动表现出明显的地域差异,温度和湿度是造成这种差异的基本气象因素.本文利用美国全球水资源和气候中心提供的1995～2002年全球闪电资料和NCEP气象再分析资料,研究了区域闪电密度对地面相对湿度(RH)的响应.发现在平均相对湿度RH<72%的经度带里闪电密度与RH呈正相关.而在RH>73%的经度带里,闪电密度与RH呈负相关;在RH>74%的赤道地区闪电活动与RH呈负相关, 而在RH<72%的中高纬地区闪电密度与RH呈正相关.得到结论：当地面相对湿度过大时,相对湿度的增加不利于闪电活动的发生;而当相对湿度较小时,相对湿度的增加有利于闪电活动的发生.地面相对湿度的临界值域约为72%～74%.此结论在不同经、纬度的几个典型区域均得到了验证,并探讨了过大的相对湿度抑制闪电活动发生的可能原因.     

基于经验正交分析法的暴时热层大气密度时空分布规律

本文选取2002-2006年期间的36个强磁暴为研究对象,对CHAMP卫星加速度仪反演的实测大气密度进行经验正交分解,研究暴时热层大气密度的纬度分布特征,以及大气密度与ap指数、Dst指数的关系.结果表明,大气密度的纬度分布与季节相关,夏季半球的密度大于冬季半球,春秋季节南北半球的大气密度几乎对称分布;春秋季节白天大气密度在低纬地区呈现出赤道密度异常结构,在中高纬地区密度随纬度增加而减小,夜间则呈现抛物线的形状,赤道附近密度值最小.大气密度的纬度分布特征在若干天内具有良好的稳定性,发生时间相近的磁暴事件,纬度分布曲线非常相似,并且暴前与暴时的纬度分布变化不大.相关性分析表明,大气密度滞后ap指数2~6 h,相对Dst指数平均提前0~1 h,对磁暴的响应速度在日照区比在阴影区快,大气密度与ap指数、Dst指数具有较好的相关性.     

2021年日本福岛海域MW7.1地震S-net海底地震动特征

2021年2月13日日本福岛县东部海域(Off-Fukushima)发生的M_W7.1地震是目前世界最大的海底观测系统——日本海沟地震和海啸海底观测网(S-net)——迄今为止记录到最大的俯冲带地震.为认识海底地震动并探究海陆差异,本文介绍了S-net海域台网及其数据处理的特殊性和必要性,分析了Off-Fukushima地震的地震动幅值、频谱和持时特征,比较了海底与陆地震动衰减特性的异同,对比了近海岸埋置台站、近海沟未埋台站及陆地台站地震动的差异,并与俯冲带地震动模型(GMM)进行了比较.结果表明：Off-Fukushima地震海底水平向PGV和周期大于0.5 s的加速度反应谱值显著大于陆地记录;相比陆地,海底动力放大系数谱向长周期方向偏移,表明海底记录长周期成分更丰富;受到海水的抑制作用,海底记录V/H反应谱比值小于陆地记录;由于海底记录与陆地GMM在路径和场地方面存在差异,水平向PGA及反应谱的残差分布出现明显偏移;海底近海岸埋置台站与近海沟未埋台站的地震动特征存在系统性差异,水平向差异很可能与海底地形有关,而竖向可能受到布设方式对台站与海底耦合程度的影响.本文...     

中国大陆含油气盆地的氦同位素组成及大地热流密度

根据天然气中氦同位素组成,讨论了中国大陆主要含油气盆地氦同位素地球化学特征与大地热流密度。不同地区425个~3He/~4He 值表明中国含油气盆地天然气的氦同位素组成变化范围较大,为4.0×10~(-9)-7.21×10~(-6),在统计直方图上呈现三个峰值:1.5×10~(-8),3.0×10~(-7)和1.5×10~(-6)。中国东部大陆裂谷系中、新生代盆地内天然气的~3He/~4He 值分布范围为1.02×10~(-7)-7.21×10~(-6),50%以上大于大气的值(1.4×10~(-6));其他地区含油气盆地天然气的~3He/~4He 值分布范围为4.0×10~(-9)-7.01×10~(-7),全部小于大气的~3He/~4He 值。根据天然气中~3He/~4He 值计算的大地热流密度值分布在30-82mW/m~2 之间。利用~3He/~4He 值计算的大地热流密度值与用其他方法测得的值相一致,在中国大陆水平方向上呈现"东高西低"的变化趋势。     

西北太平洋地区强台风的闪电活动特征

利用全球闪电定位网(WWLLN)获取的闪电定位资料和中央气象台提供的台风定位资料, 分析了西北太平洋地区2005~2008年登陆我国的1个强台风和6个超强台风的闪电空间分布及其随时间的演变特征. 分析结果表明：西北太平洋地区强台风成熟时平均闪电密度呈现出明显的三圈结构：眼壁上存在一个明显的闪电弱密集带(20~80 km), 而距离台风中心80~200 km范围内闪电密度接近于零, >200 km的外雨带中闪电又逐渐增加. 外雨带中的闪电远远多于台风中心或者眼壁上发生的闪电, 台风中心发生的闪电所占比例小于总数的1%. 若把距台风中心100 km范围内的闪电定义为台风眼壁闪电, 则在台风中心最大风速急剧增大的阶段, 眼壁上的闪电爆发, 而在眼壁闪电爆发的几个小时后中心风速达到最大值, 有个别台风在台风最强期间的前半段眼壁闪电爆发, 这对台风强度的预报有一定的指示意义. 在台风减弱阶段, 中心闪电发生很少.     

中国不同纬度城市群对东亚夏季风气候影响的模拟研究

该工作利用中尺度模式(MM5),通过在中国东部不同地区设置城市扩展区,进行了东亚夏季风气候的模拟对比试验,以研究不同纬度带上城市化对东亚夏季风气候的影响,并试图了解不同气候背景(不同纬度)下大规模城市群(带)的气候效应及其差异.结果表明,城市下垫面扩展使得扩展区及其周边地区的降水减少、气温升高,总体上呈现出干、暖化的趋势.城市化的气候效应通过大气环流的传输可以传播到较广阔的范围.而且不同地域(纬度)的城市下垫面扩展对大范围气候的影响也具有明显差别,北方城市带扩展比南方城市带扩展对东亚气候的影响更为显著.长江三角洲地区对城市扩展造成的下垫面改变相对不敏感,因而在长江三角洲地区比较适合发展大规模城市群,而在中国北方地区,尤其是华北平原地区,则应该对城市化的规模进行适当控制,以减小城市化发展对东亚区域气候产生的不利影响.该工作的模拟结果还表明,城市带扩展对东亚夏季风有明显影响,但由城市扩展激发出的次级大气环流具有较强区域性的特点,因而难以将城市带扩展对夏季风强度的影响概括为整体增强或减弱.     

全球强震能量释放与陆地表面积沿纬度带分布的相关关系

全球强震活动多集中在北纬35°—45°地带,这种明显的特征早已为国内外学者所关注。然而南纬35°—45°地带地震活动性则相对不高,其原因目前还未见报导。作者近年来研究全球强震活动性时发现,1901—1989年以来的全球强震能量释放沿纬度带的分布与全球陆地表面积沿纬度带的分布有极强的相似性(图1)。图1中全球强震能量     

北太平洋上空臭氧总量长期变化趋势及其影响因素分析

本文基于1979—2014年臭氧总量的卫星遥感数据,利用多元线性回归模型对臭氧总量数据序列进行模拟计算,考察了北太平洋上空臭氧总量长期变化趋势及其影响因素的作用.结果表明,北太平洋地区大气臭氧总量长期变化呈现减少趋势,但是减少速率随季节和纬度带表现出差异性,在各纬度带臭氧峰值季节臭氧下降趋势最为显著.在0°—15°N地区臭氧高值出现在夏秋季节并在8月达到峰值,峰值月份臭氧年均下降率约为0.2DU/a;15°—30°N亚热带地区臭氧高值出现在春夏季并在5月达到峰值,峰值月份臭氧年均下降速率约为0.22DU/a;而在30°—45°N中纬度地区臭氧高值出现在冬春季并在2月达到峰值,峰值月份臭氧年均下降率0.75DU/a.在臭氧分布年平均态基础上,影响臭氧总量分布变化的因素主要有臭氧损耗物质(EESC)、太阳辐射周期(Solar)、准两年振荡(QBO)和厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)等.其中,EESC导致臭氧损耗效应随着纬度升高而增大,在从低到高的三个纬度带损耗最大值分别为11DU、16DU和66DU;Solar增强导致臭氧增加,在三个纬度带的增加效应最大值分别为16DU、17DU和19DU;QBO@10hPa和QBO@30hPa对臭氧影响幅度基本在±10DU内波动,只有QBO@10hPa对30°—45°N区域的影响作用达到14DU,值得注意的是QBO影响作用随着纬度变化存在相位差异,在0°—15°N区域臭氧变化与QBO呈现相同相位,而在15°—30°N和30°—45°N区域臭氧变化与QBO呈现相反相位;ENSO对各个纬度带臭氧影响幅度也在±10DU内,ENSO影响作用在不同纬度带也存在相位差异,臭氧总量变化在0°—15°N、15°—30°N区域与ENSO相位相反,在30°—45°N区域与ENSO相位一致.     

北冰洋考察区海-气CO2的分布特征和通量研究

利用中国首次北极科学考察中走航观测所获得的北冰洋考察区海-气CO₂分压及相关资料, 分析研究了考察区夏季大气和表层海水中CO₂分压的分布特征, 首次用实测的海-气CO₂资料于多种方法估算了考察区夏季海-气CO₂的通量. 结果表明考察区夏季大气中CO₂分压(Pa)的测值范围在(352~370)×10-6 CO₂·Air-1(单位下同)之间, 平均为358, 平面上具有波因特来的北部海域较高, 其余海域分布较均匀的分布特征; 夏季表层海水中CO₂分压(Pw)测值在98~580之间, 极值之差竟达472, 平均值为242, 比相应的分压(Pa)低116, 呈现西低东高、北低南高的平面分布特征, 并与研究区浮游生物、冰况、水温和环流状况有密切关系. 估算结果表明, 各种计算方法所估算出的碳通量F的平面分布趋势相似, 除考察区东部海域为大气CO₂的弱源区外, 大部分海域都为大气CO2的汇区或强汇区, 但它们的值却有较大差异, 平均值在6.57(Liss法)至26.32 mg CO₂·m^-2·h^-1(¹⁴C法)之间, 最大与最小值之间相差约4倍, 大约分别是全球平均值的2~10倍; 若以Wannikhof系数估算, 本海域的平均碳通量则是Takahashi, Feely等人在本海域模拟估算值的2倍左右.     

臭氧含量变化对星载红外高光谱探测仪亮度温度模拟的影响

本文以搭载在风云三号D星上的红外高光谱探测仪(High-Spectral Infrared Atmospheric Sounder,简称HIRAS)为例,评估了通用快速辐射传输模式RTTOV(版本12)中臭氧含量空间和季节变化对模拟的红外高光谱探测仪亮度温度的影响.分析2019—2020年AIRS反演的全球臭氧浓度分布发现：臭氧主要集中在平流层1～50 hPa的高度,有明显的纬度带分布和季节变化;赤道地区臭氧浓度高,两极地区臭氧浓度低,变化范围约8 mg/m³.同一地点臭氧浓度有较明显的季节变化,变化幅度在±3 mg/m³之间.用RTTOV模拟的HIRAS亮度温度对臭氧浓度变化的强敏感区主要在中心波长9.8μm的臭氧强吸收带波段,引起的亮温差可以达到几K的量级,其余通道(尤其是窗区)对臭氧浓度变化不敏感.RTTOV中给出的臭氧浓度缺省值在中低纬度地区偏低,而在极区赋值则偏高,使得模拟的HIRAS臭氧吸收通道亮温值在极区偏高、赤道地区偏低.贴近真实分布的臭氧浓度反演值模拟的9.8μm的亮温比用缺省值模拟的亮温更接近观测值,观测O与模拟B差(O-...     

黑潮流域内在的平均流-低频变率-中尺度涡之间的非线性相互作用

利用一套新的泛函工具——多尺度子空间变换(MWT),以及基于MWT的局地多尺度能量分析和正则传输理论,文章将黑潮流域重构于平均流、年际低频变化和中尺度涡三个尺度子空间,并从气候态角度分析了这三者之间的能量传输和转换.结果表明台湾以东黑潮存在显著的逆尺度能量级串,平均流从年际尺度和涡旋尺度汲取动能,来自年际尺度的正向能量级串是这个区域涡旋发展和维持的一个内在的局地因素.东海黑潮海域不同尺度之间的能量传输主要表现为平均流和涡旋之间的相互作用,其中南段发生正压和斜压失稳,北段则表现为正压稳定和斜压失稳.日本南部是整个黑潮流域多尺度相互作用最为强烈的区域,该海区的黑潮不仅发生很强的正压、斜压失稳,将能量从平均流输送给涡旋,来自年际尺度的正向能量级串也是该海域涡旋能量的重要来源.同时我们发现该海域年际变化的能量主要来自平均流的正压不稳定,而非来自高频涡旋的逆尺度反馈.     

基于卫星测高交叉点的海洋表面地转流速度

在流体静力平衡状态下,海洋Coriolis力和压力梯度平衡就形成地转流,世界上大多数海流都近似为地转流.本文利用卫星测高交叉点方法计算海洋表面地转流速度,分析了利用测高交叉点计算地转流速度的不确定性,上升和下降弧段的海面倾斜在分辨率50 km上可以达到10^-7量级,才可能获得优于10 cm/s的地转流速度.在低纬度或者纬度接近卫星轨道倾角的地区,由交叉点方法计算的地转流速度精度低于中纬度地区.以中国台湾东部黑潮为试验区,利用最新的中国台湾周边海域大地水准面模型参考场计算高精度的大地水准面高,利用TOPEX/Poseidon和Jason-1的GDR数据(2002~2005年)计算海面高,然后计算交叉点的动力高,确定交叉点的地转流速度,结果与中国台湾NCOR(National Center for Ocean Research)的流速基本一致.     

基于不同再分析资料的全球蒸发量时空变化特征分析

基于目前使用较为广泛的8套再分析资料,研究了全球蒸发量的时空变化特征,同时对比分析了各套资料的异同点,研究结果表明:各套资料全球蒸发量的空间分布型基本一致,均具有明显的海陆、经向分布差异,并且同纬度陆地上高海拔地区蒸发量小于低海拔地区.各套资料蒸发量的时间变化形势不尽相同,其中MERRA,ERA-Interim,NCEP-R1和NCEP-R2等资料全球平均蒸发量的逐年变化基本一致,而CFSR与ERA-40资料更为接近;各套资料陆地平均蒸发量的逐年变化差异较大,其中MERRA,CFSR和NCEP-R2资料比较相似,而海洋平均蒸发量的变化形势具有较高的一致性,说明再分析资料对海洋蒸发量时空演变特征的再现能力更强.整体而言,MERRA与NCEP-R2资料能够同时较好地反映出全球蒸发量的时空变化特征,具有很好的代表性;此外,CFSR与ERA-40资料也可以较好地刻画出陆地蒸发量的变化特点,而ERA-Interim,NCEP-R1,OAFlux和HOAPS等资料比较适用于对海洋蒸发量的研究.各套资料陆地与海洋平均蒸发量在1958~1978年基本都呈现显著的线性减少趋势,而在1979~2011年时间段内大多是线性增加的,其中海洋地区更加显著.全球蒸发量也同时存在比较显著的年循环特征,尤其是北半球低纬度地区,而且陆地蒸发量逐月变化幅度要高于海洋.     

1981~2000年中国陆地净生态系统生产力空间格局及其变化

中国地域辽阔, 跨越多个气候带, 生态环境条件复杂多样, 因此研究其生态系统碳循环的空间格局及其对气候变化的响应有十分重要的意义. 应用高分辨率的气候数据库和生态系统过程模型估计了1981~2000年期间中国陆地净生态系统生产力 (Net Ecosystem Productivity, NEP)的时空变化, 分析了中国陆地碳汇的地域分布及其对气候变化的响应. 结果表明, NEP的20年平均值呈现北方高南方低、中部和西南地区高、东南地区低的格局; NEP正值(碳吸收)主要在西南地区西部、藏东南、三江平原、大兴安岭以及华北中西部, NEP负值(碳释放)主要在华中、西南南部、新疆北部、内蒙西北部、华北平原一些地区. 从20世纪80年代到90年代, 东北平原中部和黄土高原的NEP有明显的下降趋势, 而在华中大部分地区有增加趋势. 研究时段内中国森林生态系统的碳吸收不明显, 其在20世纪80年代是一个碳源, 但在90年代转为一个碳汇; 草地和灌丛由于面积广阔, 其碳吸收量占整个中国陆地生态系统碳吸收总量的近四分之三.