山脉对大尺度大气运动系统影响的实验室模拟

通过线性分层旋转流体的实验室试验,分析了翻越山脉的大气大尺度运动的模拟问题。分析表明,在f-平面模型条件下其相似标准须包括匹配Rossby数、Burger数和Ekman数以及用流体深度标准化了的山地高度函数。流体深度与地形宽度之比不具有零阶重要性,这使实验室的模型能够使用夸大了的垂直尺度对于水平尺度之比。模型在大气参数变化范围内,让f-平面西凤气流翻越落矶山。对不同深度的平面流型和不同的系统参数值作了定量分析。实验对于山地上空的脊、山地东部的下游槽以及脊和槽的一般走向,都给出了相当合理的结果。试验还指出,当流体以平均风速相对于一个观测者移动时,在山地中部的东南方可以找到一个闭合的气旋性涡旋。当Rossby数增大时,该气旋扰动将越来越移向东北。此外,在山地中心的正北方,沿着山脊有一个静止的反气旋涡旋。该反气旋的位置随着Rossby数的变化并不十分敏感。还展示了落矶山模型南部、中部和北部垂直剖面上流体的运动状况。这些运动呈现尾流流型的特征,尤其垂直运动场是如此。最后,试验给出了一个位于模型中部上空,具有切断低压的槽向东平流的情况。在山脉上游切断低压略微移向东北,而在穿过山峰时明显折向南方;切断低压的中心在翻越山脉时加速,然后在山脉的背风坡减速。实验室中的这些结果定性地类似于大气中切断低压翻越落矶山脉时的观测结果。     

高山地区地形降水分布的中尺度指标

对高山地区地形降水率指标提出了一个简单的分析表达式。方程式的假设是;山区边界层内的水汽辐合近似等于降水量。对喜马拉雅山脉,安第斯山脉,加州的内华达山脉进行数值计算后得到近似实际的降水分布。特别在内华达山脉用二维降水模式模拟了几次风暴过程的降水分布。根据高山地区的模拟结果可推测:细微的微物理过程对降水分布的作用在高山比在小到中等高度山地要小。研究了地形降水量最大高度z_m并推导出钟形山脉的z_m分析表达式。推出的z_m和实测值相当一致。发现最大降水量高度z_m总是移向比最陡坡处要低的高度层。同时表明z_m存在一个上限值。这上限和山的高度无关,主要决定于水汽标定高度(moisture scale height)和对流层大气标定高度(tropospheric scale height)。在喜马拉雅山区,除了已观察到的两个最大降水量高度(分别位于山脚和约2—2.4公里高度处)外,理论上还预示存在第三个最大降水量高度。这个没有观察到的理论上最大值预言位于4公里高度。由于在那个高度上缺少足够的观察资料,即使存在也很难得到证实。     

长期气候变化与浑沌动力学

本文在参数域内分析了周期性强迫对平均海温-海冰系统的作用,该系统可引起同宿(homoclinic)分叉。本文从理论上及数值模拟方法确立了复杂的非周期行为及长周期解的可能性,还简要讨论了所得结果与冰河期问题的联系。     

干旱预测

干旱预测是个古老的问题,但最近萨赫勒干旱的严重性使人们清楚地认识到需要改进预测干旱方法,使之具有一定程度的准确性。根据现有的科学水平,干旱预测即使可能,但仍很困难。在探索适当的技术方面,两个主要途径看来是重要的:这些包括遥相关的应用和数值模式的研制。实质上,有时滞的遥相关取决于这样的假设:在全球范围内,任一地区诱发的变化,可能在另一地方产生相应的有时滞差的变化。1972～1973年南美洲的西海岸的厄尔尼诺是一个很好的事例。数值模式的研制不仅考虑到气候因素,而且也考虑到人对自然环境的影响;大气环流模式(GCMs)的研制提供一些线索,可能有助于改进干旱预测的技术。     

地磁场模拟中的极型场和环型场(续二)

五、地磁场源5.1 Maxwell 以前的近似对地球基本磁场来说,感兴趣的长度尺度和时间尺度可以通过Makwell以前的近似来适当地处理,即忽略位移电流以及运动流体中净的体积电荷的转移所传送的电流。在每一瞬间,磁场B是由中性电流的螺线分布J~D引起的。该总的电流由中性传导电流分布J~D和由单个原子中的电偶极子引起的净的平均体积电流组成。后一种电流用M即原子电流偶极子的体积密度、或者磁极化密度来描述;M包括永久的(剩余的)和感应的磁化强度。从数学的观点来看,总的Makwell以前的中性电流分布J~D不可能是任选的。矢量分布     

使用指数密度-深度函数对沉积盆地的重力资料进行三维解释

在用重力模型绘制深部沉积盆地基地的地形中,结合密度随深度按指数函数增加的关系可以改善其精度。为了计算具有这种指数密度-深度关系的三维构造的重力效应,提出了一种以级数展开为基础的频率域正演算法,其数值计算可以用快速傅里叶变换完成。在递归程序中可以应用此算法,以便依据基底起伏来给出反演解。在澳地利东部的潘诺宁(Pannonian)盆地西缘得到的重力资料的二维合成例子和三维野外例子令人满意地检验了这种反演程序,盆地内厚达2.2km的三迭纪沉积物上覆在火成岩或变质岩基底上。几个井内的基地相交证实了这些结果。     

控制非洲和北美之间的破裂及古海洋学的脉动构造的最新钻井资料

布莱克-巴哈马(Blake-Bahama)盆地,深海钻井计划(DSDP)534井位的IPOD最新钻井资料给出了与北美大西洋板块边缘破裂有关的扩张中心的漂移的确定年龄。布莱克-斯潘 (Blake-Spur)地磁异常测定的为具有基本的卡洛夫年龄。这种地磁异常记录了标志着现代北大西洋诞生的洋脊扩张中心的漂移,比以前设想的年龄年轻约20Ma。由此可以得出一种推断: 引起北大西洋开裂的扩张中心漂移现在具有的年龄指出延伸扩张中心的漂移在墨西哥湾要结束了。有人认为这可能是同一个事件。另一种推断是:沿北美边缘的侏罗纪外层的磁静带需有很高的扩张速度,这种相对高的扩张速度与磁静带之间的关联同白垩纪中期的相似,同时也暗示了在上地幔控制的板块扩张速度过程和在外核控制的磁场过程之间的一种联系。海洋扩张速度的快和慢与地磁场的宁静和反转都具有60—100Ma的周期。由地幔最低层的热物质流的周期性喷发而形成的脉动构造理论能够解释这种相关性。这些喷出物带着热量离开核幔边界,后来达到软流圈和岩石圈,引起快速扩张。在侏罗纪,这种扩张的脉动明显地导致了北大西洋的洋脊开裂。由快速扩张引起的其它一些脉动的出现与地球各部分的多数洋脊破裂有关,这意味着扩张是一种全球性的过程。被动边缘的破裂也许就是受脉动构造理论所描述的较基本的全球性过程的控制。     

贝加尔湖—太平洋剖面地电模型

在西起贝加尔湖、东到太平洋这一地区的地电剖面上,有两层延伸很长的导电层。上层赋存于地壳下部及地幔上部,可能具有热液的性质;下层使上地幔复杂化,显然,可以认为是软流层。根据后者的埋深,该区域可分为三带。在西带和东带,地幔导电层顶部的埋深为40～80 km;在中带深度达160 km。西带与贝加尔裂谷带相符合,东带与亚洲—太平洋活动边缘带相符合,而中带则与外兴安岭及蒙古—鄂霍次克海褶皱带的前寒武纪和新生代构造一致。认为,西带与东带中电性软流层相对地埋深不大是与现代及晚新生代构造运动有关,而这些构造运动,正如大家所知,反映了东带与西带的特征;中带电性软流层埋藏相对地深,与该区内无上述构造活动的任何明显标志有关。     

台湾地区的三维P波和S波速度结构:岛弧-大陆碰撞带的深部结构

台湾岛是欧亚大陆架和属菲律宾海板块的吕宋岛弧向北延伸形成的弧形列岛间少有的活动碰撞产物。为了更好地认识这个碰撞的演化和近代构造,我们从台湾遥测地震台网记录的50000个原始记录中挑选了1260个好的地震记录,用于决定该岛下的一维和三维P与S波速度结构。速度结构和地震再定位的结果指出,该岛在构造上分为三个不同的地带。在东部,菲律宾海板块正俯冲于欧亚板块的东部,其北西向边界由地震活动和高速度区圈定。在南部,欧亚大陆板块正俯冲于菲律宾海板块,在大约23°N的东西向边界的南端,它可由壳下地震活动性和相当低的速度区很好地圈定。消减大陆的倾角很小,在吕宋岛弧东边,距主要岛屿50 km内都是这样。在该岛23°N以北的主要部分的结构指出,中央山脉的西部25 km的深度以上有一低速度缓倾带,而在那个深度以下,至少到50 km,呈现窄而陡的倾斜。由窄地震活动带勾画出该低速区的倾向,并延伸到100 km。这个地震带处于速度的鞍部,在24°N的中部低速区呈现明显的断错。因而,欧亚大陆消减带在台湾的证据在该岛下处处存在,地幔低速区证实,但未必需要,在大陆下地壳约6—16 km的消减带至少已达50 km的深度。在23°N速度结构和地震活动性的明显变化及在24°N低速范围的水平断错表明,在通过这些纬度时,消减带特性有突然变化。这些变化可以是吕宋岛弧和消减大陆架相互作用引起,它类似于表面的相互影响。最后,消减的菲律宾海板块的速度结构指出,在70 km深度以下,地震不在板块的高速区内发生,但有可能处于板块的上缘附近。地震位置和速度结构也指出,消减板块是分段的,而且消减作用当今正在22°N的南部发生。     

核—幔热相互作用

1715—1980年的核—幔边界磁场图,揭示出了磁场的静态特征、以及在大部分核—幔边界上不存在西向漂移现象。这种静态特征说明,地核中的流动是和地幔热耦合的。本文研究了各种耦合机制,并预言在核—幔边界上存在着横向不均匀性。这促进了用地震方法和大地水准面方法得到的下地幔和核—幔边界模型的比较,虽然要与分辨率很高的磁场进行详细的比较,它们的分辨率普遍是不够的。