二维不均匀场地地震地面运动的估算

通过对某工程场地采用不同的介质参数和不同的人工边界处理方法求得的地面运动的比较，指出，只有应用合理的计算模型才得到正确的计算结果，文章还对在均匀粘弹性半空间内任意划定刚性和滚轴人工边界造成的计算误差作了探讨。     

纳米地球科学：从电子运动到岩石层板块

纳米尺度科学的研究者们在1 nm(纳米)到100 nm 空间范围内探索自然运作规律。尽管地球科学家们以探索大尺度、复杂的过程而自豪,但几乎所有地质现象的本源都来源于纳米尺度的现象。据保守估计,地球近表面由10~(30) nm~2的非生物和生物表面构成(Hochella and White,1990;Whitman,     

融合空间物理参数的小样本极光涡旋自动分类研究

复杂的空间物理过程导致极光出现各类复杂的形态.极光形态的自动分类有助于分析极光发生机制以及了解空间物理过程.当前的极光分类主要采用传统的机器学习或深度学习的方法, 需要大数据作为支撑.但在实际发生的极光事件中, 一些事件相比其他极光事件出现频率小(如极光涡旋), 这样的事件是小样本事件.本文提出一种基于注意力机制, 结合空间物理参数信息的小样本极光事件分类方法.从北极黄河站2003—2017年全天空极光数据集中, 构建了一个有85个极光涡旋序列的实验数据集.利用该方法, 对极光涡旋这一类特殊小样本极光事件进行分类研究.研究结果显示, 加入空间物理参数有助于极光涡旋的分类, 分类准确率从56.37%提升到66.25%, 同时也表明空间环境参数对极光涡旋的产生有着明显的调制作用.

     

旋转流体中的二维惯性重力波-涡相互作用

本文利用f-平面浅水模型讨论了二维情况下快速惯性重力波与平衡涡旋之间的相互作用问题.当快速的惯性重力波传入涡旋区域后,波－涡之间发生了相互作用,涡旋可被加深,涡旋区域的风场等可以出现非对称分布,当惯性重力波全部传出涡旋区域并远离之后,涡旋恢复到其初始状态,但此时惯性重力波可以出现非对称结构,这与一维情况不同.在波－涡发生相互作用过程中,其物理量变化的最大区域分布基本与波动传播方向一致,在波动进入或移出涡旋时,相对应存在两个最大物理量变化区域,此外,相互作用导致的物理量的最大变化与波动结构、强度、传播方向以及涡旋特性有关.非线性条件下的波－涡相互作用要强于线性过程.     

张北地震在北京市激发的二维强地面运动的模拟

张北县距离北京市约200多km,1998年1月的张北地震是近期北京周边地区发生的一次较强规模的地震,研究它在北京地区引起的强地面运动,有助于分析首都圈内的地震危害性,为地震减灾提供理论帮助.本文利用新的计算工具-局域离散波数法,模拟了张北地震激发的包括来自上地壳、moho面反射波、首播等在内的全波场在北京西部引起的2D强地面运动,分析了该区内第三纪、第四纪沉积地层对于地震的放大效应,得出的主要结论有,薄的第四纪沉积盖层的地点放大效应比厚的第三纪盖层的大很多,说明介质物性是决定地点放大效应的根本原因;不同物性的沉积盖层,在R、Z分量上的放大作用不一样,体现了地点放大效应的复杂性,值得在今后的研究中继续探讨.     

GPS观测得到的中国大陆地壳垂直运动

利用中国地壳运动观测网络基准站的GPS连续观测及基本站非连续GPS观测结果，分析了基准站垂直位移的年周期变化特点，讨论了获得中国大陆垂直位移长趋势速率的条件，说明由基本站（连同基准站）多期GPS观测得到的长趋势垂直位移速率是较为可靠的。由于不少GPS观测站有幅度达数cm的年周期变化及大部分区域站观测次数少，由1999年、2001年两期区域站GPS观测难以得到可靠的长趋势垂直构造运动速率。基本站的观测结果表明中国大陆长趋势垂直构造运动主要特点是，速率较低，北升，南降，东强，西弱，西部相对东部略有下降。     

基于中国中东部多站流星雷达的二维风场观测研究

全天空流星雷达广泛应用于中间层-低热层大气水平风场的观测,为研究该区域大气风场的变化特征提供了重要数据支持.目前流星雷达主要采用单站观测模式,没有水平分辨率,并且只能探测流星区域的大气平均水平风场.为了得到更加丰富且精准的中间层-低热层大气风场信息,本研究介绍了建设在中国安徽地区的多站流星雷达系统,该系统包括安装在蒙城（33.36°N, 116.49°E）的一台单站流星雷达和长丰（31.98°N, 117.22°E）的一台远程接收机,两地直线距离约为167km.相比于单站流星雷达,多站流星雷达系统探测到的前向散射流星数目增加了约70%,并且一般可以提供400 km×400km以上的水平观测区域.除此之外,多站流星雷达系统还可以提供更加丰富的流星观测角度.新多站系统可以实现中间层-低热层大气二维水平风场的观测,在获取平均水平风场以及风场水平梯度的同时,还可以估计水平风场的散度、相对涡度和拉伸、剪切形变信息.多站流星雷达能够提供更多的水平风场参数,对进一步研究中间层-低热层区域的大气动力学过程具有重要意义.不仅如此,未来即将建成的多站流星雷达观测网将会实现中国中东部地区上空的中间层-低热层...     

三维数据的二维可视化方法综述

等高线图、晕渲图和分层设色图等作为传统的三维数据的二维可视化方法,有各自的优点并被广泛地应用于屏幕显示和平面制图中。随着三维数据分辨率的不断提高,传统可视化方法已不能完全满足显示、挖掘隐含信息的要求。一种新的地形参数(openness)以及由此而产生的新的可视化方法(RRIM)被提出,这在很大程度上增强了二维显示的立体感和直观性。同时,在构造地貌研究的应用中,对细微构造的识别有着其他可视化方法无法比拟的优越性。良好的室内地貌解译工作不仅能够提高工作效率而且能够在一定程度上减少野外工作量。同时,对于森林覆盖严重、自然条件恶劣、不易到达而又具有研究价值的区域,RRIM提供了一种更好的工作方法,有着非常重要的实用价值。     

1999年9月21日台湾集集地震地表运动的二维重建

本文给出了1999年9月21台湾集集地震中全岛地表运动的观测记录与空间的依存关系。首次披露了使用强震记录在近源和近震地区所作遥随时间变化的空间地表运动分析，集集地震的二维地表运动是由400多个经绝对时间校正的自由场强震记录重建的，重建的地震波坡可被看作是一种新的观测数据，称其为“三维地震图”，本研究得出的结晶为基三维数字模型的震源与波传传播研究提供了一些见解，并极大地增强了我们区分地震波是由震源还是由地震构造了产生的能力。     

三维竖向断层场地对地面运动的影响

实际工程场地中的断层通常具有三维尺寸,应进行三维分析。本文考虑均匀弹性半空间内存在不同长度、深度的三维断层,由下向上垂直入射一个脉冲波,主要采用三维时域显式有限元结合透射人工边界的方法及相应编写的三维显示有限元波动程序DSI3,计算断层附近地震地面运动的时程反应,研究含有三维断层场地地面运动的一些特点,并与自由场反应对比,以说明三维竖向断层对地震波传播的特点和对断层附近地面运动的影响。     

利用卫星温度资料计算风场的方法分析与比较

本文分析和比较了利用卫星温度资料计算水平风场的方法,包括地转风、梯度风和平衡风的计算方法.以DAAC提供的MLS/UARS1992年12月份的大气温度数据为例,计算了20～55km高度范围的地转风、梯度风和平衡风,并与ECMWF提供的ERA-40再分析风场资料作了对比和分析,包括12月16日以及12月月平均风场随纬度-高度的变化、风场随经度-纬度的变化、纬圈平均风场随纬度-高度的变化特征和规律.计算结果表明,利用卫星温度观测数据计算的风场与再分析资料的特征和规律基本一致.计算的地转风在高纬地区比梯度风和平衡风大,在中低纬地区三者的差别较小,随着纬度的增大,曲率项的影响也逐渐增大,在高纬地区不可忽略.平衡风在梯度风的基础上还考虑了大气平流项的影响,能更好地反映风场的变化特征,尤其是高纬地区经向风的变化规律.利用平衡风场的计算结果,文章首次定量地计算了平衡方程中各项的大小和比值,分析了各项的贡献和相对重要性.结果表明,重力位势梯度项的贡献最大,并且随着纬度的增大有升高的趋势;曲率项的贡献随着纬度的增大也有增大的趋势,在高纬度地区的比值超过10%;平流项占有一定的比值,其变化范围相对较大,变化规律比较复杂.     

Models of interacting pairs of thin,quasi-geostrophic vortices: steady-state solutions and nonlinear stability

We study pairwise interactions of elliptical quasi-geostrophic (QG) vortices as the limiting case of vanishingly thin uniform potential vorticity ellipsoids. In this limit, the product of the vertical extent of the ellipsoid and the potential vorticity within it is held fixed to a finite non-zero constant. Such elliptical “lenses” inherit the property that, in isolation, they steadily rotate without changing shape. Here, we use this property to extend both standard moment models and Hamiltonian ellipsoidal models to approximate the dynamical interaction of such elliptical lenses. By neglecting non-elliptical deformations, the simplified models reduce the dynamics to just four degrees of freedom per vortex. For simplicity, we focus on pairwise interactions between identical elliptical vortices initially separated in both the horizontal and vertical directions. The dynamics of the simplified models are compared with the full QG dynamics of the system, and show good agreement as expected for sufficiently distant lenses. The results reveal the existence of families of steadily rotating equilibria in the initial horizontal and vertical separation parameter space. For sufficiently large vertical separations, equilibria with varying shape exist for all horizontal separations. Below a critical vertical separation (stretched by the constant ratio of buoyancy to Coriolis frequencies N / f), comparable to the mean radius of either vortex, a gap opens in horizontal separation where no equilibria are possible. Solutions near the edge of this gap are unstable. In the full QG system, equilibria at the edge of the gap exhibit corners (infinite curvature) along their boundaries. Comparisons of the model results with the full nonlinear QG evolution show that the early stages of the instability are captured by the Hamiltonian elliptical model but not by the moment model that inaccurately estimates shorter-range interactions.     

龙卷风的漏斗结构理论

龙卷风是大气中风速和垂直速度极大的小尺度系统.本文用气压梯度力、惯性离心力、黏性力三力平衡的柱坐标(r,θ,z)下的大气动力和热力学方程组,求龙卷风的三维速度场(vr,vθ,vz),从理论上绘制出龙卷风的三维漏斗型结构.充分说明龙卷风由涡旋流和急流这两种流叠加而成,涡旋流是由惯性离心力造成的,急流是由水平辐合辐散而引起的强对流.龙卷风是在极端不稳定的大气层结中形成的.     

纬向非均匀基流对大气长波调整的作用

大气长波的发展和演变影响着大气的可预报性,并对提高天气预报和气候预测水平有重要的意义.在影响大气长波演变的因子中,除波与波非线性相互作用外,基流的作用也非常重要.本文利用非均匀基本场下Rossby波运动方程,通过数值求解,分析了基本场结构和初始场对Rossby波演变的影响,揭示了纬向非均匀基本场对长波调整的作用.研究结果表明:基流纬向非均匀时,线性Rossby波也会出现长波调整现象,基流随纬向变化是长波发生调整的又一个重要机制;大气长波调整对波动的初始振幅不敏感,但基本场振幅影响着长波调整能否出现和出现的时间;基本场纬向平均西风基流的大小除影响波动传播的速度和方向外,还影响长波调整出现的时间和规律;长波调整的出现还与基本场和初始场的结构有关,不同基本场时,波动是否发生调整、向高波数还是向低波数调整都决定于基本场结构,相同基本场时,不同初始结构的波动也有着不同的演变过程.     

2011年5月26日北京上空TeSL与Es、大气风场的同时观测

本文报道了北京延庆（116.0°E,40.5°N）钠荧光激光雷达在2011年5月26日夜间观测到的一例低热层钠层（lower thermospheric-enhanced sodium layer,TeSL）事例,从数据采集开始到观测结束,该低热层钠层持续存在且不断增强,峰值密度从250 cm^-3增加至1500 cm^-3,峰值高度却从111 km逐渐下降到100 km.同一时间相距28 km的测高仪也观测到了出现在106~117 km的Es层,平均强度4.5 MHz;对流星雷达设备观测到的75~100 km的纬向风风速进行拟合,得到100~125 km的风速,风剪切节点从122 km下降到108 km.Es层和纬向风剪切节点的演化趋势与TeSL事件呈现出极好的相关性.我们计算了离子垂直速度及辐射复合反应的生成率,对钠原子的出现高度和密度做出解释,推测风剪切汇聚的Na⁺与Es层中的电子中和,是形成当日TeSL的主要机制.     

集合式数字多普勒声雷达及其在西藏高原试验（TIPEX）中的应用

为了便于野外试验,对多普勒声雷达天线作了重新设计.本文对新设计的集合式数字多普勒声雷达作了介绍,对比试验结果说明新设计的声雷达测量风速和风向的结果与系留气艇测量结果相符很好,其性能与过去国内和国外分离式天线多普勒声雷达的性能相当.在西藏高原试验中,新设计的多普勒声雷达进行了40多天连续探测.声雷达探测结果发现在西藏高原当雄地区存在烟柱式上升运动,其垂直速度可达1m/s左右.     

Vortex evolution due to straining: a mechanism for dominance of strong,interior anticyclones

In this article we address two questions: Why do freely evolving vortices weaken on average, even when the viscosity is very small? Why, in the fluid's interior, away from vertical boundaries and under the influence of Earth's rotation and stable density stratification, do anticyclonic vortices become dominant over cyclonic ones when the Rossby number and deformation radius are finite? The context for answering these questions is a rotating, conservative, Shallow-water model with Asymmetric and Gradient-wind Balance approximations. The controlling mechanisms are vortex weakening under straining deformation (with a weakening that is substantially greater for strong cyclones than strong anticyclones) followed by a partially compensating vortex strengthening during a relaxation phase dominated by Vortex Rossby Waves (VRWs) and their eddy–mean interaction with the vortex. The outcome is a net, strain-induced vortex weakening that is greater for cyclones than anticyclones when the deformation radius is not large compared to the vortex radius and the Rossby number is not small. Furthermore, when the exterior strain flow is sustained, the vortex changes also are sustained: for small Rossby number (i.e., the quasigeostrophic limit, QG), vortices continue to weaken at a relatively modest rate, but for larger Rossby number, cyclones weaken strongly and anticyclones actually strengthen systematically when the deformation radius is comparable to the vortex radius. The sustained vortex changes are associated with strain-induced VRWs on the periphery of the mean vortex. It therefore seems likely that, in a complex flow with many vortices, anticyclonic dominance develops over a sequence of transient mutual straining events due to the greater robustness of anticyclones (and occasionally their net strengthening).