风垂直切变对大气静力适应过程的影响——第一部分:波动响应

本文基于描述可压缩大气静力适应过程的线性模型,分别采用正交模法和WKBJ法,从波动响应的角度研究了风垂直切变对大气静力适应过程的影响.结合实际天气现象构造了四种风垂直切变模型,分别为垂直无切变的定常模型、类似锋面特征的线性切变模型、表征东风急流的反气旋式切变模型和类似西风急流的气旋式切变模型.分析了相应模型下静力适应过程中的波动特征及波能量演变规律.得到结论：（1）在定常模型中,破坏静力平衡的能量激发出四支两两成对的、传播性质类似声波和重力波的波动,波动能量在闭合系统假设下为守恒量;（2）风切变的存在改变了波动及其能量的传播特征,也改变了波动能量的守恒性;（3）在大气稳定层结下,若波动多普勒频率大于0且小于0.7倍的浮力振荡频率,则发展（衰亡）型波动的螺旋结构分别为：（a）在线性切变模型中,等相位线自下而上需向西（东）倾斜;（b）在反气旋式切变模型中,等相位线在急流轴上层自下而上需向西（东）倾斜,在急流轴下层自下而上需向东（西）倾斜;（c）在气旋式切变模型中,等相位线在急流轴上层自下而上需向东（西）倾斜,在急流轴下层自下而上需向西（东）倾斜;若波动多普勒频率大于0.7倍的浮力振荡频率,则情形相反.

     

风的垂直切变对滞弹性大气中静力适应过程的影响

本文基于描写滞弹性大气静力适应过程的线性方程组,从波动频散关系、气团运动规律和能量转换的角度出发,研究了水平基流及其垂直切变对该模式大气静力适应过程的影响.构造四种水平基流垂直分布模型进行比较,分别为常数型、线性切变型、反气旋切变型和气旋切变型,得到结论：（1）具有重力波性质的波动是滞弹性大气静力适应过程中扰动能量传播的方式,当垂直折射指数大于零时,基本气流及其垂直切变的存在,不仅改变了波动频率的大小,而且改变波动传播的方向;（2）在静力适应过程中气块的运动轨迹呈椭圆形,水平基流及其垂直切变影响椭圆的扁率,同时也影响扰动物理量之间的偏振关系;（3）水平基流的垂直切变是扰动能量和水平基流能量发生转换的媒介,当存在垂直向上的动量输送时,正的垂直风切变对应扰动能量的衰减,水平基流能量的增加,负的垂直风切变对应扰动能量的增加,水平基流能量的衰减;（4）不同的风的垂直切变模型,对静力适应过程的影响不同;对于水平基流呈反气旋切变型和气旋切变型,扰动发展的波动垂直结构为,急流轴上方波动等相位线自下而上向西倾斜,急流轴下方波动等相位线自下而上向东倾斜,反之亦然.

     

初始扰动对静力适应过程的影响

本文从描述非静态、可压缩、等温干大气静力适应过程的线性模型出发,利用均匀介质中的波动理论,研究了初始扰动对静力适应过程中物理量场适应方向的影响;从能量分配和转换的角度探讨了静力平衡破坏后大气运动的物理本质.理论结果显示,当大气静力平衡被破坏后,垂直气压梯度场和密度场、垂直气压梯度场和水平流场u分量之间相互适应的因果关系受波动螺旋结构、水平基流及初始扰动性质等因素的影响,其中,初始扰动性质决定了声重力波各分支在静力适应过程中的贡献大小,从而影响各物理量场随时间的演变.在水平基流为西风急流的条件下,中尺度系统对初始扰动性质较敏感,初始速度扰动和密度扰动破坏静力平衡的前20分钟内,有垂直气压梯度场向浮力场适应,初始气压扰动破坏静力平衡的前期和后期,有浮力场向垂直气压梯度场适应,而中期,适应方向相反;垂直气压梯度场和水平流场u分量之间的适应关系对初始扰动性质不敏感但对扰动尺度较敏感;实验表明,当静力平衡被破坏后,在微尺度系统中,垂直气压梯度场是大气运动的因,而在中尺度系统中,水平流场u分量是大气运动的因.同时,初始扰动的性质影响适应过程中扰动能量的分配比例和扰动能量之间的转换情况,不同性质的初始扰动,引起大气运动的物理本质不同.

     

论不同模式大气中的静力适应过程

为了研究大气静力平衡适应过程的本质,利用波动理论和能量转换角度,分别对完全可压缩的等温大气模型、滞弹近似下的等温大气模型和层结中性大气模型进行研究比较.结果表明：大气静力平衡适应过程的本质是声波和混合声重力波对扰动能量的频散过程,滞弹近似模型和层结中性模型均不能完全描述此适应过程;在波动假设下,此三类大气模型中扰动物理量之间的偏振关系同波动的性质有关,气团的运动方程均为椭圆方程,声波和混合声重力波对气团运动的作用差异较显著.
大气静力平衡适应过程中扰动能量以有效势能、有效弹性势能、动能或波动能量的形式存在并相互转换;扰动有效势能与其他形式能量之间的转换与混合声重力波或者重力内波有关,扰动有效弹性势能与其他形式能量之间的转换与声波有关.在完全可压缩的等温大气模型中,扰动有效势能增加1个单位,其中69.9%来自扰动垂直动能,其余30.1%来自扰动有效弹性势能.     

风垂直切变对中尺度地形对流降水影响的研究

针对长江中下游中尺度地形特点以及暴雨过程发生发展期间风垂直切变的主要观测特征,设计了一系列中尺度地形的三维理想数值试验,分析了干大气地形流和重力波特征,探讨了条件不稳定湿大气地形对流降水的模态分布,在此基础上研究了圆形、直线风垂直切变和切变厚度对中尺度地形对流降水强度和模态分布的影响.结果发现:在 Fr≈1的干大气条件下,气流遇到地形后分支、绕流和爬升现象同时存在,地形激发的重力波在水平和垂直方向上传播,其在迎风坡、背风坡、地形上游和下游的振幅不同,并组织出不同强度的垂直上升运动.在Fr > 1的条件不稳定湿大气下,地形对流降水主要存在三种模态,即迎风坡和背风坡准静止对流降水以及地形下游移动性对流降水,地形对流降水的形成与重力波在低层组织的上升运动密切相关.风垂直切变对地形对流降水的强度和模态分布有重要作用,其中圆形风垂直切变(风随高度旋转)不仅影响地形下游对流降水系统的移动方向,而且影响迎风坡和背风坡山脚处对流降水中心的分布和强度;直线风垂直切变(风随高度无旋转)主要影响地形对流降水的移动速度和强度.风随高度自下而上顺(逆)时针旋转,地形对流系统向下游传播时向右(左)偏移.风垂直切变主要通过影响地形重力波的结构和传播以及对流系统的形成、移动方向和速度,来影响地形对流降水的模态分布,其中对流层中低层的风垂直切变对地形对流降水强度和模态分布有重要影响.     

双模态风垂直切变对台风结构和强度的作用分析

本文应用WRF(v 3.4) 模式输出资料,揭示了风垂直切变(Vertical Wind Shear:VWS)在垂直方向上的波状变化特征,这种波状变化在台风不同发展时期又有不同形态,其中在持续强盛期呈双模态分布.应用VWS引起的次级垂直环流影响台风对流分布和强度变化的基本原理,用模式资料分析发现:对流层中层具有的VWS是整层VWS的主要部分,台风强度变化滞后VWS的形态突变6h左右;双模态波状变化的VWS产生的次级环流和台风垂直环流的配置不同使台风强对流带结构变得不对称及眼墙区对流强度在垂直分布上变得不均匀,随着持续强盛期涡旋运动的增强,强对流带分布又趋于对称.又根据VWS形成的垂直方向上涡度力分布不均匀引起台风内中尺度滚轴状对流带不稳定发展原理,分析表明:对流层中、低层的涡度力有利于对流不稳定增强,垂直速度的最大值与风垂直廓线的拐点在同一高度上,这与理论模型的结论一致.因此,VWS的波状变化分布特征不仅影响台风强对流带中尺度结构的改变,也对台风持续强盛具有重要作用;同时也是台风内滚轴状对流带不稳定的可能启动机制.     

第8章地震过程韵律性--宇宙能量源与地球构造单元相互作用的结果

地球内部物质构造转换过程虽然取决于内（地球成因）能,但受宇宙（宇宙成因）力的配置和调节。同时,每一不均匀层对宇宙力分量有独特灵敏性。宇宙对地球作用主要以重力和电磁场时空变化来实现。电磁场变化能量源主要与太阳过程有关,月球和太阳对地球起最大重力作用。     

不同能谱沉降电子对极区电离层的影响

利用极区电离层自洽模型,考虑沉降电子引起的电离,计算了极区电离层的高度积分电导率和F层电子浓度,模拟了不同能谱分布的沉降电子对极区电离层的影响.研究发现不同能谱分布沉降电子对电离层电导率的影响不大,在能通量一定的情况下,平均能量是影响电导率大小的决定因素.而能谱对F层电子密度影响较大,随着平均能量的增加,能谱对电子浓度的影响越显著.在平均能量大于1 keV（甚至更低）时,修正的麦克斯韦分布谱能明显地增强F层电子浓度.     

Electric Field Effects on Animals:Mechanism of Seismic Anomalous Animal Behaviors (SAABs)

Electric field effect on animals has been studied to investigate its relation with seismic anomalous animal behaviors(SAABs)in China.Freshwater eel,crucian carp,catfish,and soft-shelled turtle responded to the threshold electric field of 1-10 V/m,while duck,goose,cat,sheep,pig,dog,and chicken all responded to the ground electric field of about tens of V/m,depending on the species as well as on individuals.Most of the behaviors caused by electric field were similar to those reported as SAABs such as alignment,sudden movement,panic,and convulsion.The intensity of electric field due to a major earthquake would have been over these threshold values.Numerical estimation based on an electromagnetic model of a fault has been made to induce SAABs as electric shocks to pulsed electric fields in electro-physiology.The seismic electric signals(SES)intensity might be estimated from the observation of SAABs.     

Stability of arsenopyrite and As(III) in low-temperature acidic solutions

Arsenopyrite is one of the most important pri-mary arsenic mineral. In the Eh-pH diagram of the As-O2-S-H2O system, if the total arsenic concentration (TAs) is taken to be 0.75 mg/L, the total sulfur con-centration, 32 mg/L, the temperature, 25℃and the pressure, one atmosphere pressure for the discrimina-tion of arsenic species, it may be found that under hy-pergene conditions, arsenopyrite is a moderately stable mineral. Only in the strongly alkaline and reducing environment can arsenopy…     

Assessing the impact of land use change on hydrology by ensemble modeling (LUCHEM) III: Scenario analysis

An ensemble of 10 hydrological models was applied to the same set of land use change scenarios. There was general agreement about the direction of changes in the mean annual discharge and 90% discharge percentile predicted by the ensemble members, although a considerable range in the magnitude of predictions for the scenarios and catchments under consideration was obvious. Differences in the magnitude of the increase were attributed to the different mean annual actual evapotranspiration rates for each land use type. The ensemble of model runs was further analyzed with deterministic and probabilistic ensemble methods. The deterministic ensemble method based on a trimmed mean resulted in a single somewhat more reliable scenario prediction. The probabilistic reliability ensemble averaging (REA) method allowed a quantification of the model structure uncertainty in the scenario predictions. It was concluded that the use of a model ensemble has greatly increased our confidence in the reliability of the model predictions.     

The crustal fluid evolution and the causes of earthquakes (III)

This paper is the third one of a series of three papers on the fluid evolution of the crust-upper mantle and the causes of earthquakes. Based on the last two papers, a model of the crustal resistivity structure and the deep-seated fluid evolution is presented, and also a seismogeny theory is set up, which is called the potential-kinetic energy transformation model. In this model, the crustal deep-seated fluid evolution is considered to take the most important effect on the seismogenic process. Taking the Tangshan M7.8 earthquake of 1976 as an example, the earthquakes occurred in a pull-apart rifting basin are analyzed, and finally the crust outgassing in the seismogenic processes is discussed, referring to the here-presented theory of seismogeny. This paper is supported by the Eight Five-Year Target of the State Seismological Bureau, China.     

Study of inorganic ligand-chromium(III)-surface ternary complexes by ESR spectroscopy

Cr(III) sorbed at the solid/water interface of latex and hectorite was studied by ESR spectroscopy in the presence of different inorganic ligands. The ESR spectra of the surface obtained in the presence of selenite, phosphate and fluoride can be explained in terms of ternary surface complex formation. This is contrasted by the behaviour of sulfate and selenate ions which were found to have no effect on the ligand field of Cr(III), either in the adsorbed state or in solution.     

温度对两品系蒙古裸腹溞(Moina mongolica Daday)种群增长和生殖的影响

本文报道两品系蒙古裸腹溞(Moina mongolica Daday)(晋南、内蒙)在5种温度梯度下(15℃、18℃、25℃、28℃、32℃)的种群内禀增长率(rm)、总生殖量、寿命、产幼间隔期、生殖频率和产幼前发育期,以及在28℃条件下两品系生物学的研究结果．结果表明,温度对两品系蒙古裸腹涵的种群繁殖均具有显著的影响．在试验温度范围内,随着温度升高,两品系蒙古裸腹涵的产幼前发育期、产幼间隔期、寿命随之缩短;而内禀增长率、总生殖量、生殖频率随温度升高而先升后降．温度28℃是两品系蒙古裸腹涵种群增长的最适温度,28-32℃是其种群增长的最适温度范围．晋南品系10组个体重复试验的内禀增长率结果仍高于内蒙品系．经比较可知：在相同温度条件下,晋南品系在种群增长能力方面要明显强于内蒙品系,反映在前者的内禀增长率要大于后者．在相对较高或较低的温度条件下,内蒙品系则表现出更强的耐受能力．