TOGA-COARE IOP期间的海气通量观测结果

在TOGA－COAREIOP期间用涡度相关法对海气热通量进行了船载直接观测．对垂直风速、温度和湿度湍流脉动观测数据的谱分析显示它们在高频区基本满足"－2／3次方律"．对船体简谐震荡影响的讨论从理论上证明该影响在热通量计算中可被忽略．根据以此方法得到的通量求出了中性层结条件下感热和潜热的整体输送系数分别为2．25×10（－3）和1．26×10（－3）．对海气边界层特性的分析表明该海域的近海层主要呈中性或弱不稳定层结．海气通量的变化与背景环流形势密切相关,潜热通量主要受海面风场强度的影响,而感热通量变化除了风场的影响外,层结变化也是一个重要因素．用整体输送法计算TOGA－COAREIOP期间以及TOGA期间8个航次的通量结果而得到的Bowen比约为0．1,显示潜热通量是暖池大气的主要热源．     

地球膨胀构造动力物理模拟的相似性研究

按照地球膨胀学说进行全球构造动力物理模拟的相似性研究，得到了膨胀地球岩石层弹性球壳力学模型的方程分析相似准则和地幔物质沿膨胀裂谷通道上涌流动的方程分析相似准则．按照各相似准则的约束，计算得到了满足与膨胀地球原型相似的模型参数：膨胀初始半径为０．４６ｍ；原始岩石层的厚度、密度分别为３×１０^－３ｍ和（１．２－１．８）×１０ｋｇ／ｍ^３，其强度为１０^４Ｐａ；原始地球膨胀内压为４．２５×１０^４Ｐａ；原始地表重力为－１．２５×１０^－２Ｎ／ｋｇ；上涌物质密度、粘度分别为１．２×１０^２ｋｇ／ｍ^３和２×１０^２Ｐａ·ｓ；原始地幔物质上涌厚度、速度和加速度分别为２．５×１０^－２ｍ，２．０×１０^－３ｍ／ｓ和３×１０^２ｍ／s²．由此表明材料物性等条件能够较好地满足原型要求的模型条件．     

西北太平洋海气界面湍流热通量低频振荡强度的特征

利用美国伍兹霍尔海洋研究所客观分析海气通量项目提供的1985～2006年日平均的湍流热通量及相关基本变量数据,通过小扰动方法和相关分析,详细讨论了西北太平洋湍流热通量低频振荡强度的特征．结果表明：（1）西北太平洋潜热低频振荡强度的空间分布主要受海气比湿差低频振荡强度（△q＇）和海气比湿差平均值（△q^-）的空间分布影响;感热低频振荡强度的空间分布主要受海气温差低频振荡强度（△T）的空间分布影响．（2）湍流热通量低频振荡强度冬季最强,夏季最弱．潜热低频振荡强度的季节变化受△q＇强度季节变化、海表面风速低频振荡强度（U＇）季节变化、△q^-季节变化和风速平均值U^-季节变化共同影响;感热低频振荡强度的季节变化主要受△T强度季节变化和U^-季节变化的影响．（3）20°N以北海域和热带西太平洋,潜热（感热）低频振荡主要受大气变量q＇a（Ta＇）和U＇的影响,表现为海洋对大气强迫的响应;20°N以南的热带中东太平洋,qs＇（Ts＇）的变化对潜热（感热）的低频振荡也有较大影响．     

1976年唐山地震震时和震后变形的模拟

本文采用三维粘弹性有限元方法拟合唐山地区１９７６-１９８５年观测到的地震震时和震后的水平与垂直地形变，反演华北板块下方深部物质的流变学性质．模型采用多层弹性覆盖层与线性粘弹性层的有限块体，发展断层面上存在着位错运动，并用正交设计法拟合观测数据．模拟计算表明，华北板块下方软流层粘度为７．１×１０^１８Ｐａ·ｓ；上地幔粘度为２．１×１０^１９Ｐａ·ｓ．     

沙漠陆面过程参数化与模拟

沙漠地区植被稀疏、干旱少雨,其陆面物理过程具有与全球其它地区显著不同的特点.本文利用巴丹吉林沙漠观测资料,分析和计算了地表反照率、比辐射率、粗糙度和土壤热容量、热传导系数等关键陆面过程参数,建立了适合于沙漠地区的陆面过程模式DLSM (Desert Land Surface Model),并与NOAH陆面过程模式的模拟结果和观测资料进行了比较.结果表明:巴丹吉林沙漠地表反照率为0.273,比辐射率为0.950,地表粗糙度为1.55×10^-3 m,土壤热容量和热扩散系数分别为1.08×10⁶ J·m^-3·K^-1和3.34×10^-7 m²·s.辐射传输、感热输送和土壤热传导过程是影响沙漠地区地表能量平衡的主要物理过程.通过对这三种过程的准确模拟检验,DLSM能够较准确地模拟巴丹吉林沙漠地气能量交换特征;短波辐射、长波辐射和感热通量的模拟结果与观测值间的标准差分别为7.98,6.14,33.9 W·m^-2,与NOAH陆面过程模式的7.98,7.72,46.6 W·m^-2的结果接近.地表反照率是沙漠地区最重要的陆面过程参数,地表反照率增大5%,向上短波辐射通量随之增加5%,感热通量则减小2.8%.本文研究结果对丰富陆面过程参数化方案,改进全球陆面过程模式、气候模式具有参考意义.     

台湾海峡中部障碍层日变化及其局地反馈

利用“延平2号”科学调查船于2005年6月下旬在台湾海峡中部（119．2°E,24．3°N）实施的定点连续观测资料,研究了夏季风期间障碍层的日变化过程及其局地反馈特征．障碍层开始形成时,由于非太阳辐射局限于上混合层,而太阳辐射可以穿透混合层底直至温跃层,导致障碍层内累积了最多热能,形成逆温层．随着障碍层内部热量的不断累积,障碍层与上混合层之间的热交换过程逐渐增强,上混合层显著增暖。此外,障碍层对应浮力频率极小值区,具有较弱的层结稳定性;针对海气通量的分析表明障碍层造成了显著的局地感热、潜热通量异常．进一步分析表明,海表风搅拌产生的湍动能在向下传输过程中,次盐跃层和温跃层构成了两个界面,大部分湍动能被较浅的盐度层结阻挡,限制在混合层以上,部分穿透混合层底的湍动能再次被温跃层阻挡,障碍层对应湍动能的薄弱区．     

我国西部高原地区近地层湍流特征的研究

通过对青藏高原第二次大气科学试验(TIPEX)得到的当雄湍流资料的分析,讨论了青藏高原地区的近地层湍流特征.结果显示:速度分量、温度和湿度谱大多满足相似理论的-2/3次方律;高原上无因次垂直速度方差在中性时与前人在平原地区得到的结果比较接近,但高原上无因次水平风速方差值大于平原地区值.在强不稳定层结时,高原观测结果显示无因次垂直速度方差和无因次水平风速方差符合-1/3次方规律.在稳定层结时,风速三个分量的方差都随稳定度z/L的增大有所增大.无因次温度和湿度方差在强不稳定条件下服从-1/3次方规率.稳定条件下无因次温度方差随z/L略有下降趋势,而后趋于常数,无因次湿度方差无明显的规律.在干季以感热通量为主要地面热源,湿季两者贡献相当,潜热通量略大于感热通量.得出了不稳定层结、稳定层结情况下高原的无因次温度结构参数和湿度结构参数与z/L之间的关系,得到了中性层结时整体输送系数的实测结果.     

南极长城站夏季哨声的观测与分析

在中国首次南极考察期间,我们对哨声和VLF发射进行了37天的连续观测。本文首先对观测设备作了介绍,在对观测资料进行统计分析的基础上就哨声类型、发生率、色散特征等作了描述,然后重点对磁暴期间两天的哨声活动作了较细致的分析,并由此推求出其传播途径上的电子浓度变化。观测到了磁暴期间等离子体层的倒空现象和其后的回填过程。计算表明,倒空的速率为10⁹el/cm²·s,向上的回填通量为5x10⁸ el/cm²·s。     

基于全天空F-P干涉仪反演热层垂直中性风

由于测量与计算的难度,对热层垂直中性风的观测还很不够,这影响了人们对热层及热层-电离层耦合的认识.本文基于全天空法布里-珀罗干涉仪(FPI)对热层风场的观测,提出了一种反演垂直中性风的方法.利用该方法,对北极黄河站全天空FPI观测数据进行了垂直中性风的反演计算,结果表明,高热层与低热层的垂直风平均幅值分别在40 m·s^-1和15 m·s^-1,且垂直风日变化表现出明显的时间演变特性,且与地磁ap指数的变化有一定的相关性,在地磁活动强烈时,低热层垂直风会出现高达100 m·s^-1的扰动,高热层甚至会达到300 m·s^-1的扰动,这些特征与其他学者的观测结果相一致.本文方法不需要假设垂直风均值为零,也不用限制FPI的观测方位,可用于垂直风的反演.     

2002年南海季风爆发前后西沙海区海-气通量交换及其变化

利用2002年4月24日至6月20日在西沙海区进行的第三次南海海-气通量观测试验资料,采用涡相关法和TOGA COARE25b版本通量计算方案,计算了西南季风爆发前后海洋-大气间的通量交换,讨论了辐射、动量、感热通量、潜热通量、海洋热量净收支的时间变化特征及其与气象要素变化的关系.结果表明：西南季风爆发前后,太阳短波辐射、海面净辐射、潜热通量和海洋热量净收支变化特别强烈;通量变化受不同环境要素的影响：感热通量与海-气温差呈正相关关系,与气温呈明显的负相关关系.潜热通量与风速、海-气温差及海面水温均有正相关关系,其中与风速的关系最密切.动量通量（τ）主要随风速变化,它与风速（V）的关系可以表示为τ=000185V2-000559V+001248.     

行星际扰动和地磁活动对GEO相对论电子影响

利用1988—2010年小时平均的GOES卫星数据,对地球同步轨道(GEO)相对论电子变化进行了统计分析,研究了相对论电子通量(Fe)增强事件的发展过程,探讨了利于相对论电子通量增强的太阳风和地磁活动条件.主要结论如下:(1)GEO相对论电子通量即使是峰值,也具有明显的地方时特性,最大电子通量出现在磁正午时.午/夜电子通量比率随着太阳风速度(Vsw)增加而增大;在Dst-50nT时相对论电子具有规则的地方时变化.在太阳活动下降相,电子通量与各参数的相关性较好,与其相关性最好的Vsw、Kp指数以及三次根号下的太阳风密度(N)分别出现在电子通量前39~57h、57~80h和12~24h.(2)强(日平均电子通量峰值Femax≥104 pfu)相对论电子事件,在距离太阳活动谷年前两年左右和春秋分期间发生率最高,较弱(104Femax≥103 pfu)事件无此特点;大部分强相对论电子事件中,电子通量在磁暴主相开始增加,较弱事件中则在恢复相开始回升.(3)太阳风密度变化对相对论电子事件的发展具有重要指示作用.电子通量在太阳风密度极大值后0~1天达到极小值,太阳风密度极小值后0~2天达到极大值.(4)90%以上相对论电子事件是在磁暴及高速太阳风的条件下发生的,与其伴随的行星际参数和地磁活动指数极值满足以下条件:Vswmax516km/s,Dstmin-31nT,Nmin2.8cm-3,Nmax14.1cm-3,Bzmin-2.9nT,AEmax698nT.(5)磁暴过程中,Dstmin后日平均电子通量大于103 pfu的发生概率为53%左右,强/弱相对论电子事件占总数比例分别为36%/64%左右,磁暴强度对其无影响.磁暴过程中的Vsw、N和AE指数大小对于能否引起相对论电子增强起着指示作用.     

南极中山站至Dome A考察断面湍流参数特征近地层湍流参数特征

利用南极中山站至Dome A考察断面上3个自动气象站2005～2007年的观测资料和2008年夏季在中山站附近冰盖获取的湍流观测资料,应用空气动力学方法和涡动相关法计算分析了中山站至Dome A断面上近地层各种湍流参数(感热通量,潜热通量,湍流温度、湿度和速度尺度,地表粗糙度,大气稳定度及动量输送系数)的季节变化、日变...     

黄土高原复杂地形上高质量湍流通量数据获取方法

利用兰州大学半干旱气候与环境观测站(Semi-Arid Climate and Environment Observatory of Lanzhou University,SACOL)湍流观测资料,分析了二次坐标旋转(double rotation,DR)、平面拟合(planar fit,PF)和分风区平面拟合(fetch planar fit,FPF)在复杂地形上的适用性,总结出一套适用于SACOL的总体湍流特征参数化方案.经过超声虚温订正、坐标旋转、空气密度脉动订正以及平稳性检验、总体湍流特征检验、总体质量分级处理,摩擦速度(u*)、感热通量、潜热通量、CO_2通量高质量数据所占比例分别为45%~62%、66%~68%、62%~65%、52%~54%.采用DR得到的高质量数据比例与采用PF相比,u*提高了17%,后三种通量略降低2%~3%.PF和FPF两种结果的差别主要体现在u*上,只考虑主导风向数据DR得到的u*质量仍最好.综合兼顾数据质量和计算工作量,在复杂地形上处理湍流观测资料的最优坐标旋转方法是DR.     

Characteristics of low-frequency oscillation intensity of air-sea turbulent heat fluxes over the northwest Pacific

Based on the daily turbulent heat fluxes and related meteorological variables datasets (1985–2006) from Objectively Analyzed air-sea Fluxes (OAFlux) Project of Woods Hole Oceanographic Institution (WHOI), characteristics of low-frequency oscillation intensity of air-sea turbulent heat fluxes over the northwest Pacific are analyzed by linear perturbation method and correlation analysis. It can be concluded that: 1) the distribution of low-frequency oscillation intensity of latent heat flux (LHF) over the northwest Pacific is mainly affected by that of low-frequency oscillation intensity of anomalous air-sea humidity gradient (Δq′) as well as mean air-sea humidity gradient (), while the distribution of low-frequency oscillation intensity of sensible heat flux (SHF) is mainly affected by that of low-frequency oscillation intensity of anomalous air-sea temperature gradient (ΔT′). 2) The low-frequency oscillation of turbulent heat fluxes over the northwest Pacific is the strongest in winter and the weakest in summer. And the seasonal transition of low-frequency oscillation intensity of LHF is jointly influenced by those of low-frequency oscillation intensity of Δq′, low-frequency oscillation intensity of anomalous wind speed (U′), and mean wind speed (Ū), while the seasonal transition of low-frequency oscillation intensity of SHF is mainly influenced by those of low-frequency oscillation intensity of ΔT′ and Ū. 3) Over the tropical west Pacific and sea areas north of 20°N, the low-frequency oscillation of LHF (SHF) is mainly influenced by atmospheric variables q _a ′ (T _a ′) and U′, indicating an oceanic response to overlying atmospheric forcing. In contrast, over the tropical eastern and central Pacific south of 20°N, q _s ′ (T _s ′) also greatly influences the low-frequency oscillation of LHF (SHF). Supported by National Natural Science Foundation of China (Grant No. 40675028) and National Basic Research Program of China (Grant No. 2006CB403600)     

鄱阳湖夏季水热通量特征及环境要素影响分析

气候变化加速了全球水文循环过程,然而,气候变化如何影响水体蒸发及其水热通量交换仍然不清楚.基于涡度相关系统观测鄱阳湖水体水热通量过程,在小时和日尺度分析了水热通量的变化规律及其主要影响因子.研究表明,潜热通量日变化波动剧烈,大部分为正值,变化范围在-50~580 W/m2之间.而感热通量数值较小,变化范围在-50~50 W/m2之间.8月份潜热通量和感热通量均呈波动下降趋势,均值分别为167.4和15.9 W/m2.8月份日平均潜热通量和感热通量之和大于净辐射,这是由于这一时段储存在水体中的热量释放并补充潜热通量和感热通量.小时尺度上潜热通量日变化在相位上与净辐射无显著相关性,而与风速显著相关.在日尺度变化趋势上,8月份日平均潜热通量仍主要受到风速和水温的影响,感热通量则主要受到风速和饱和水汽压差的影响.     

Seasonal variations between sampling and classical mean turbulent heat flux estimates in the eastern North Atlantic

The two commonly used statistical measures of the air-sea heat flux, the sampling and classical means, have been compared using hourly reports over a 7-year-period from a weather ship stationed in the NE Atlantic. The sampling mean is the average over all flux estimates in a given period, where individual flux estimates are determined from ship reports of meteorological variables using the well-known bulk formulae. The classical mean is the flux derived by substituting period-averaged values for each of the meteorological variables into the bulk formula (where the averaging period employed is the same as that over which the fluxes are to be determined). Monthly sampling and classical means are calculated for the latent and sensible heat fluxes. The monthly classical mean latent heat flux is found to overestimate the sampling mean by an amount which increases from 1–2 W m⁻² in summer to 7 W m⁻² in winter, on average, over the 7-year-period. In a given winter month, the excess may be as great as 15 W m⁻², which represents about 10% of the latent heat flux. For the sensible heat flux, any seasonal variation between the two means is of the order of 1 W m⁻² and is not significant compared to the interannual variation. The discrepancy between the two means for the latent heat flux is shown to arise primarily from a negative correlation between the wind speed and sea-air humidity difference, the effects of which are implicitly included in the sampling method but not in the classical. The influence of the dominant weather conditions on the sign and magnitude of this correlation are explored, and the large negative values that it takes in winter are found to depend on the typical track of the mid-latitude depressions with respect to the position sampled. In conclusion, it is suggested that sampling means should be employed where possible in future climatological studies.     

戈壁地区夏季碳和水热循环及其湍流特征

本文利用2006年夏季大气边界层观测资料,采用涡动相关法分析了我国西北地区戈壁下垫面碳收支及水热循环的规律和特征,并分析了大气湍流特征.结果表明:夏季白天的CO₂湍流通量呈逆输送特征,即CO₂白天向下输送,夜间向上输送,平均数值为-0.199 mg·m^-2·s^-1,整体上表现为碳汇;戈壁地区湿度小,其数值受水平来流的影响较大,日变化特征不明显;温度的归一化标准差与稳定度参数的关系满足Monin-Obukhov Similarity (MOS)理论;温度和CO₂的能谱相似;互谱uc与uθ,wc与wθ相似;水汽和CO₂的输送主要受水平方向湍流的影响.     

膨胀地球基本参数的初值及其平均变化率

本文讨论了地球膨胀过程的初始半径R₀、膨胀起始时间t₀以及半径R、转动惯量I、地表重力加速度g和反映地球内部物质分布状态参数y等膨胀基本参数的平均变化率。研究结果表明,在地球的地质年龄之内,地球膨胀的初始半径R₀>4619km,膨胀的起始时间t₀>43.8×10²Ma,膨胀过程中的地球半径R、物质分布状态参数y、转动惯量I、地表重力加速度g和表面积S随时间的平均变化率分别为:dR/dt=4×10^-4m/a,dy/dt=-6.7×10¹²/a,dI/dt=8.49×10²⁷kg·m~2/a,dg/dt=-1.23×10^-10kg·s^-2/a和ds/dt=6.41×10⁴m²/a。地球膨胀过程中的半径平均增长率,是首次用天文学方法研究得出,且该值介于其他作者用古地磁、古地理等方法所求得的地球半径增长率若干数值之间。