全球地震过程及其机理

对比研究地震、月震、火星震和金星震有助于认识物质现代运动的本质和揭示地震过程的物理实质。3.1类地行星的地震活动3.1.1月震活动性月球是地球的天然卫星,月球距离地球384400km,它在空间运动过程中主要受地球和太阳影响。月球质量为7.35×1026g(地球质量等于5.977×1027g),体积为21.99×109km3,月球平均密度等于3.34g/cm3(地球密度等于5.52g/cm3)。在30亿年时界上,月球相对平静,很久前就已冷却。通过月球面热辐射不超过1026erg/a(地球上热损耗达1028erg/a),月球面上有超深断裂和弱化带的全球系统。图3.1月球内部结构图月球内部结构可分成…     

热带西印度洋年代际增暖对2020年超强梅雨的可能贡献

2020年6～7月我国长江中下游地区遭受了超强持续性梅雨的侵袭,其累积降水量打破了1961年以来的历史记录.通过分析1979～2020年长江流域梅雨期降水,发现相比于7月而言, 6月长江流域梅雨呈现出更加显著的年代际变化特征. 21世纪初期以来,热带西印度洋海温经历了明显的年代际增暖.观测分析和模式试验均表明, 5～6月热带西印度洋海温异常与6月长江流域降水存在显著的年代际相关.热带西印度洋异常增暖可以有效调制并加强西北太平洋反气旋,其西北侧异常强的西南风将大量水汽输送至长江流域,为超强梅雨的发生提供有利的大尺度环流条件. 21世纪初热带西印度洋海温异常由冷位相转为暖位相,使2020年5月的海温异常高达0.7℃,约为1.8倍标准差,显著提高了2020年梅雨期内强降水过程的发生概率.     

海洋和大气对Chandler摆动激发的贡献

用1985～1995年期间海洋角动量变化序列和大气角动量变化序列,分析它们对Chandler摆动的激发能量以及它们与天文观测激发的相干性. 结果表明，在Chandler摆动频带内，海洋角动量变化提供的激发能量大约占观测激发的64髎，其中洋底压力变化起主导作用；NCEP/NCAR(美国国家环境预测中心/国家大气研究中心)和JMA(日本气象厅)大气角动量变化提供的激发能量分别为观测激发的23髎和214髎. 海洋激发与观测激发的相干系数约为0.52，接近99髎置信度下限(0.54)，海洋激发的相位滞后观测激发约19°；NCEP/NCAR和JMA的大气激发与观测激发的相干系数分别为0.32和0.37，大气激发的相位超前观测激发分别约47°和19°. 用更短期间(9年、6年)的海洋和大气角动量序列与更长期间(16、39年)的大气角动量序列作分析表明，在Chandler摆动频带内，无论是它们的激发能量，还是它们与观测激发之间的相干系数都呈现很大的变化，而且这些变化具有某种程度的随机性.     

第3章全球地震过程及其机理

对比研究地震、月震、火星震和金星震有助于认识物质现代运动的本质和揭示地震过程的物理实质。     

大气加权平均温度对GNSS PWV精度的影响分析

大气加权平均温度T_m是GNSS探测大气可降水量PWV(Precipitable Water Vapor)的关键参数．目前,加权平均温度模型主要包括线性模型和非线性模型．本文基于2011—2015年期间的编号54511北京探空测站的有效探测资料,建立T_m与T_s的线性和非线性(一阶傅里叶函数、一元二次函数)关系;利用2016年探空站实测资料对所建模型及常用模型进行对比分析,从RMSE、Bias及波动范围评价参数发现T_m＿G模型精度高于常用模型,而再分析资料ERA-Interim建立的加权平温度T_m＿ERA模型和新非线性T_m模型精度相差甚小,且误差概率分布趋近于正态分布;因此,新建模型能有效避免了通用Bevis全球模型在特定区域导致的区域性精度偏差问题,尤其在探空站缺乏的区域,可以采用ERA-Interim产品建立T_m模型．通过对不同T_m模型获取IGS站BJFS的PWV结果与相应时间54511探空站的实测PWV数据进行...     

南极大气臭氧和温度垂直结构及其季节变化的研究

利用南极中山站2008年2月至2009年2月臭氧和温度探空等资料,对中山站上空大气臭氧和温度的垂直结构及季节变化特征进行了研究.结果表明,在中山站上空热对流层顶和臭氧对流层顶的高度相近,年平均高度分别为7.9和7.4km.对流层顶的气压和温度都存在位相相反一波型季节变化.春季和冬季对流层顶的温度转折没有夏季和秋季明显,而依据臭氧变化恰能更好地确定对流层顶高度.在对流层臭氧垂直分布的季节变化不显著;而平流层却十分明显.春季下平流层臭氧严重耗损,14km处的臭氧最小分压仅为1.57MPa,最大分压出现在上平流层,其他季节下平流层臭氧随高度增加而升高.春季下平流层臭氧的严重损耗,与极夜过后低温条件和平流层冰晶云表面消耗臭氧的光化学过程有密切关系.大气臭氧和温度的垂直结构及季节变化特征,对春季南极臭氧洞的形成和发展具有重要意义.     

CMIP6气候模式对21世纪初全球增暖减缓现象模拟能力评估与归因分析

自工业革命以来,大气中温室气体浓度持续升高,但1998～2013年期间却出现了全球增暖减缓现象,挑战了现有的对全球温度变化机理的认识.第五次国际耦合模式比较计划(Coupled Model Inter-comparison Project Phase5, CMIP5)中众多当时最先进的气候模式都没能合理地模拟出该现象,引发了公众对气候模拟和预测的质疑.文章基于六种常用的全球表面温度观测资料集,评估了最近发布的28个CMIP6气候模式对21世纪初全球增暖减缓现象的模拟能力.结果显示,相对前一代的CMIP5模式,新一代的CMIP6模式尽管在年代尺度增暖速率模拟能力上有所提高,但大多数CMIP6模式依然未能重现出全球增暖减缓现象.在28个CMIP6模式中,只有4个成功模拟出了增暖减缓,其他模式普遍高估了1998～2013年期间的增暖速率,呈现出明显的增暖加速,而不是观测到的增暖减缓.进一步分析表明,气候模式能否成功模拟出增暖减缓现象的关键在于其能否准确区分并模拟出两种不同来源的温度变化信号,即人类排放温室气体导致的长期增暖信号和气候系统内部短期的自然变率信号,特别是年际、年代际和多年代际这三种尺度的自然变率. 4个复现出增暖减缓现象的模式都较为合理地模拟出了长期增暖趋势和三种关键尺度自然变率.上述评估结果为改进气候模式对短期气候变化的模拟和预测能力提供了一个新的视角.     

全球重力异常对大气活动中心、气旋多发区的影响

利用卫星观测和地面实测资料统一归算的全球空间重力异常,探讨重力异常对全球冬夏大气活动中心、热带气旋以及温带气旋和高原低涡多发区的影响,并对其物理机理作一简要讨论.认为重力异常是大气运动发生发展不可忽视的因子之一.     

全球重力异常对大气活动中心、气旋多发区的影响

利用卫星观测和地面实测资料统一归算的全球空间重力异常,探讨重力异常对全球冬夏大气活动中心、热带气旋以及温带气旋和高原低涡多发区的影响,并对其物理机理作一简要讨论.认为重力异常是大气运动发生发展不可忽视的因子之一.     

第20章：美国对全球数字地震台网的贡献

概述了美国对全球数字化地震台网所做出的贡献，并提供了有关台站安装的一些经验。宽频带数字地震台网联合会（FDSN）负责对全球这项工作进行协调，它的成员包括全球各国负责宽带数字地震仪安装和维护的小组。第81章对宽频带数字地震台网联合会给出了简短概述，有关该联合会的详细情况可以访问其网站：http：//、www.fdsn.org／。任何仅为描述性目的的商业、公司或产品名称的用途不必经美国政府认可。     

热带印度洋增暖对南极平流层极涡的影响

过去几十年,在全球变暖的大背景下,全球大部分海洋,特别是热带印度洋,显著增暖．同时,南极平流层极涡呈现发展加深的趋势．以前的模拟结果显示,臭氧耗损的辐射冷却效应是南极极涡加深的主导因子,但模拟的臭氧耗损单独引起的南极极涡加深比实际观测到的要强．这说明有其他因子参与影响了南极极涡的趋势变化,其作用是部分抵消臭氧耗损的影响．是否热带印度洋增暖是其中的因子之一,这个问题还不清楚．利用4个大气环流模式,通过给定理想的、与观测到的强度相当的热带印度洋增暖强迫,进行集合试验,研究了这一问题．结果表明：热带印度洋增暖有利于南半球春、夏季极地平流层增暖、南极极涡减弱,于是倾向于部分抵消臭氧耗损的辐射冷却效应．这一结果能部分解释以前的模拟发现～臭氧耗损单独导致的南极极涡加深比观测到的要强．鉴于平流层变暖不利于极地平流层冰晶云的形成、遂有利于臭氧恢复,现在的结果暗示：在全球变暖的大背景下,气候系统的内部动力调整过程将有利于南极臭氧洞的恢复．     

中层大气重力波的全球分布特征

从2002年1月到2009年12月的SABER温度剖面数据提取了可以反映重力波活动的垂直尺度2~10 km的中尺度温度扰动,分析了全球中层大气重力波的分布.重力波扰动在夏季和冬季明显强于春季和秋季,而冬季与夏季相比,在70 km以下的高度夏季弱于冬季,在70 km以上夏季比冬季要强.从全球重力波分布来看,较大值分布在冬季半球和25°N到25°S的热带范围,其中热带范围重力波的峰值随着高度向北移动,而在南半球高纬度地区重力波扰动较大值位于极区涡流的边缘.热带范围的扰动沿着经度方向有明显的变化,这是由风过滤、地形和波动等因素共同作用的结果.重力波扰动强度随高度变化,在25~30 km处呈现下降趋势,而超过42 km后又逐渐递增.对比8年平均的重力波在不同高度的强弱分布,可以看到,在较低高度,重力波的强弱明显与地形有关,而在较高高度,重力波的分布与地形的关系变得不明显.这说明重力波的形成与地形有显著相关性,但在传播过程中重力波的分布会随高度出现明显的变化.     

全球大气环流的三型分解理论

文章回顾了近年来发展的全球大气环流的三型分解理论,主要包括全球大气环流三型分解模型及全球大尺度水平型环流、经圈型环流和纬圈型环流的动力学方程组理论.与传统二维环流分解方法的对比表明:全球大气环流三型分解将垂直涡度中由水平涡旋运动与辐合辐散运动引起的垂直涡度分量有效地分解开来,也将垂直速度中的经向垂直环流与纬向垂直环流分量分解开来,为研究辐合辐散过程对垂直涡度场的演变作用及局地垂直环流的准确描述问题提供了新的方法.全球大气环流的三型分解是一种基于实际大气运动特征的三维环流分解方法,其分解后的水平型、经圈型以及纬圈型环流可分别看作是中高纬度Rossby波及低纬度Hadley和Walker环流在全球的推广.因此,新的环流分解模型及其动力学方程组为中高纬度大气环流与低纬度大气环流之间的相互作用问题研究以及全球变暖背景下大尺度环流异常演变的物理机制问题研究提供了新的理论与方法.     

全球植被叶面积指数对温度和降水的响应研究

利用一套新的遥感信息反演的叶面积指数(LAI)数据和生物气候数据,建立了全球尺度的LAI与降水及温度的总体相关和距平相关,用以揭示全球尺度的植被季节和年际的变化对气候变化的响应特征.结果发现,全球尺度植被与气候因子的季节和年际变化随不同的生态系统差异明显.植被LAI与温度的总体正相关的最大值出现在北半球的中高纬度地区;LAI与降水的总体正相关高值(＞0.8)出现在亚洲东部、北美洲北部腹地和热带非洲北部的Sahel地区;最大的LAI与温度的正距平相关(0.4-0.6)出现在东南亚南部、非洲Sahel地区的南部和巴西东部等热带地区;而从LAI与降水的距平相关来看,最明显的特征是出现在西伯利亚、亚洲北部和北美西北部的强的负距平相关.本文进一步阐明了出现相关特征差异的陆-气过程物理机制.     

非绝热加热对大气局地扰动位能的影响和机理

本文运用统计相关和奇异值分解方法,系统地考察了非绝热加热对大气局地扰动位能的影响特征和机理问题.分析结果表明,热带地区海表温度异常和扰动位能的耦合相关特征与厄尔尼诺和南方涛动变率的关系密切,扰动位能在热带外地区的耦合模态空间型呈现出与北太平洋—北美大气遥相关型极为相似的分布特征.通过进一步考察大气中视热源与扰动位能的耦合特征,发现在低纬地区仍主要反映了厄尔尼诺和南方涛动的影响机制,在热带外地区,视热源异常的耦合模态则表现出与北半球环状模类似的特点,这表明热带外地区大气的局地能量有效性与热带非绝热加热的遥强迫以及局地性热源加热强迫有着极为密切的联系.     

全球植被叶面积指数对温度和降水的响应研究

利用一套新的遥感信息反演的叶面积指数(LAI)数据和生物气候数据,建立了全球尺度的LAI与降水及温度的总体相关和距平相关,用以揭示全球尺度的植被季节和年际的变化对气候变化的响应特征.结果发现,全球尺度植被与气候因子的季节和年际变化随不同的生态系统差异明显.植被LAI与温度的总体正相关的最大值出现在北半球的中高纬度地区;LAI与降水的总体正相关高值(＞0.8)出现在亚洲东部、北美洲北部腹地和热带非洲北部的Sahel地区;最大的LAI与温度的正距平相关(0.4-0.6)出现在东南亚南部、非洲Sahel地区的南部和巴西东部等热带地区;而从LAI与降水的距平相关来看,最明显的特征是出现在西伯利亚、亚洲北部和北美西北部的强的负距平相关.本文进一步阐明了出现相关特征差异的陆-气过程物理机制.     

我国北方干湿演变规律及其与区域增暖的可能联系

用中国地区60个站的月平均气温和月降水资料,计算了我国北方地区地表水分收支、蒸发等水分过程.以此为基础,分析了三北地区（西北、东北和华北）地表水分的历史演变规律及其与气温变化的关系,特别分析了和区域增暖的关系.结果指出：在北方地区,地表水分有其显著的演变规律,不同地区其变化规律不同.而实际蒸发和气温的关系存在明显的阶段性,在1965年前与1965年后的相关关系是完全相反的.分析的结果还指出：当前北方地区的普遍增温是干旱化加剧的主要原因.     

地热温度和生产井深度对岩体水流-传热温度影响机理研究

为研究地热温度和生产井深度对岩体水流-传热温度影响机理,针对地热开采的概念模型,采用3DEC离散元程序计算分析地热温度和生产井深度对岩体温度场、生产井出口水温变化.结果表明:(1)从瞬态到稳态,生产井水流传热与岩石对流换热和岩石热传导后温度波及到整个岩体,岩体和生产井出口温度升高,且岩体温度梯度逐渐减小,中部岩体形成从下到上为主的传热路径,边缘岩体形成从右(左)到左(右)为主的传热路径.(2)地热温度越高,岩体温度越高,其温度梯度越大,并且模型达到稳态所需要的时间越长.(3)生产井越深,增加了水流的传热路径,使抽水过程中热量损失增加,岩体和生产井出口温度降低,并且模型达到稳态所需要的时间越长.(4)存在奇数条生产井,由于热量的叠加效应,使得中部生产井抽水传热效果最佳.结果可为实际工程中地热温度和生产井深度对岩体水流-传热温度影响机理研究提供参考价值.     

基于经验模式给定热层温度对热层大气密度反演影响的评估

利用加速度计数据反演热层大气密度算法一般需由经验模式给定热层大气温度,进而计算大气阻尼系数C_D.本文基于CHAMP卫星加速度计数据反演得到大气密度,以2008年为例,利用反演得到的热层大气密度循环迭代修正大气阻尼系数C_D,通过对比修正前后密度偏差,评估经验模式给定热层温度对热层大气密度反演造成的影响.结果表明,经验模式热层温度计算偏差对大气密度反演造成的影响小于5%,而且考虑大气成分的改变则进一步降低了这种影响.