初生阶段西南涡发展与消亡的物理机制

采用涡旋运动稳定性方法,结合大尺度环境场和积云对流潜热释放,研究初生西南涡发展与消亡的物理机制。结果表明：（1）在稳定层结和不稳定层结条件下,当大气扰动频率超过对应的临界频率时,初生西南涡均可以维持并向成熟涡转变;当大气扰动频率未超过临界频率时,初生西南涡要么因频散而消亡,要么在维持一段时间的纯涡结构后消亡,不能发展为成熟西南涡。（2）初生阶段,大尺度场的辐合辐散是西南涡发展和消亡的主要因素,辐合才有可能使得初生西南涡发展,辐散只能导致初生西南涡消亡;小尺度的潜热加热则决定着稳定层结下的扰动临界频率,进而影响稳定层结下初生西南涡的发展及向成熟西南涡的转变。     

估算地表热通量和近地层土壤含水量的变分方法

提出一种反演地表感热通量、潜热通量和近地层土壤含水量的变分方法,该方法把不同高度上的风速、位温以及湿度梯度的观测资料与Monin-Obukhov相似理论计算值的偏差、土壤水分蒸发参数化方案估算的蒸发潜热与由相似理论导出值的偏差在地表能量平衡的约束下融合到一个目标泛函数中,采用最优化算法寻求问题的解.利用2001年6月中国暴雨试验与研究项目在安徽肥西观测资料进行了数值验证,结果表明该方法估算的通量值与Bowen比法具有很好的相关性且又能克服当Bowen比等于-1时计算通量出现的不稳定;同时能克服用廓线法求解热通量与地表能量平衡条件有较大出入的缺点.对观测误差的敏感性试验也表明变分方法是3类方法中最稳定的.反演的近地层土壤含水量对降水具有很好的响应并与观测的0-15 cm深度上平均土壤湿度的变化趋势具有很好的一致性,其绝对偏差小于0.03 m3/m3.     

沸石基储能基元的研究

以酸活化沸石为载体,十二醇为储能工质.制备沸石基储能基元,并采用X射线衍射、红外光谱和差示扫描量热等对沸石基储能基元进行表征.结果表明:储能基元在2θ=22.50时的衍射峰变强,相变储能材料十二醇和沸石栽体之间仅仅是简单的嵌合关系.储能基元的相变温度有一定的降低,并且熔融峰变宽.     

江西持续性强降雨的气候特征及其大尺度环流背景

利用常规气象站每6 h一次的降水资料和National Centers for Environmental Prediction (NCEP) Final operational analysis (FNL)资料,运用局地经向环流诊断方程对2010年6月17—20日江西的罕见持续性暴雨的两阶段降雨过程作了定量诊断分析,结果表明：潜热加热是造成两阶段暴雨最为重要的原因,且在第二阶段激发的上升运动明显强于第一阶段;经向温度平流、经向西风动量平流和边界条件对两阶段暴雨过程都有一定的正贡献;平均温度垂直输送和纬向西风动量平流在第一阶段为负贡献,在第二阶段转为正贡献。结合对应天气形势分析发现：500 hPa青藏高原东南侧浅槽的生成、东移、加深,与减弱东南移的切断低涡合并形成东北西南走向的深厚低压槽（暴雨区位于槽前）是第二阶段潜热加热激发的上升运动较第一阶段强的主要原因;高空西风急流出口区（入口）反气旋切变侧的辐合下沉（辐散抽吸）是平均西风动量纬向平流在第一（二）阶段中为（负）正贡献的主要原因;平均温度由低层向高层（高层向低层）输送是造成平均温度垂直输送在第一（二）阶段中为负（正）贡献的主要原因;中低层暖平流激发的上升运动是平均温度平流在两阶段降雨过程中起正贡献的主要原因。

     

高温高压下辉石弹性及相变研究进展

辉石(pyroxene)是地壳中重要的造岩矿物,同时也是上地幔中除橄榄石以外含量最多的矿物,对其弹性及相变的研究有助于更好的理解壳幔的物质组成、地震波速异常及动力学过程等.高温高压实验和理论模拟计算是目前探测地球深部物质物性的两种最有效的间接方法,因此本文在介绍了辉石矿物学特征的基础上,从实验和计算两个方面论述了近十几年来国内外学者对辉石的弹性及相变的研究进展,然后探讨了辉石相变与上地幔X不连续面的关系,最后指出了目前的研究存在的问题以及未来的研究展望.     

线性准地转模型中副热带环流对潜热加热的定常响应I.基本性质及特征分析

利用线性理论模型进行解析和模拟是大气科学的重要基础研究方法之一, 其简单明了, 解释了如Rossby波形成等重要的环流现象。近年, 有研究 (Chen et al., 2001) 运用定常线性准地转模型研究副热带高压的形成, 在相似加热强迫下, 其结果与理论研究和GCM的研究不同。本文运用该模型系统研究了由季风降水产生的潜热加热所激发的副热带定常波的结构特征, 以理解其结果与GCM不一致的原因。研究表明基本流对热强迫的定常波的结构有重要的影响: (1) 当基本流为东风或为零时, 定常波在垂直方向上表现为第一斜压结构, 波动振幅随东风的增大而减小; (2) 当基本流为西风时, 呈现向上的传播特征, 振幅随高度的升高而增大。而且存在一个临界风速Uc(约3 m/s), 此时, 波动振幅最强; 基本流的平流作用具有非对称性, 西风时平流作用远远强于东风。由此揭示了该线性模型解的本质: 加热在热源区所激发的经向地转涡度输送必须能够平衡加热的位涡制造和纬向位涡平流; 基本流的经向和垂直方向的变化使得气旋和反气旋中心偏向热源中心北侧, 并进一步发现当基本流为夏季亚洲季风区纬向平均的纬向风场时, 线性模型的解中位于中低层的反气旋中心显著抬升, 而不出现在地面上, 与完整的大气环流模式的结果接近。说明即使在线性模式中, 洋面副高的形成也不能完全用季风潜热加热来解释; 另外, 静力稳定度对热强迫的副热带环流的影响也很重要, 使热源的强迫作用放大。     

秦岭和华北地区地壳低速层的成因探讨──岩石高温高压波速实验证据

对秦岭和华北地区地壳主要岩类１３８个样品进行高温高压实验,测量其纵波速度的结果表明,其中５４个样品出现了纵波低速现象．对出现该现象的样品的实验产物所做的肉眼和镜下观察、电子探针分析以及综合对比显示,微裂隙不是产生低速现象的决定因素,而主要是含水矿物（角闪石、黑云母等）的脱水相交和由之引发的岩石部分熔融导致岩石出现纵波低速现象．通过实验条件与中、下地壳的温度和压力等条件的类比揭示,秦岭和华北地区中、下地壳存在的低速（高导）层也可能是由含水矿物的脱水相变或岩石部分熔融引起的．     

葡萄石的热膨胀性与压缩性及其地质意义

利用同步辐射X射线衍射及拉曼光谱技术对葡萄石分别进行了原位高温及原位高压实验。原位高温实验结果表明葡萄石的热膨胀系数为K=1. 77(3)×10~(-5)K~(-1),轴向热膨胀系数具有各向异性(α_aα_bα_c),葡萄石在1073K时开始发生脱水反应,分解为钙长石及硅灰石。原位高压X射线衍射实验结果表明,在大于12. 4GPa时,葡萄石的晶胞参数发生不连续变化,可能发生了相变;在24. 0GPa左右,葡萄石发生不可逆的非晶化转变。原位高压拉曼光谱表明,葡萄石在12. 6GPa左右发生相变,这一相变很可能与其[(Si,Al)O_4]四面体中的Si发生有序排列有关。结合葡萄石的热膨胀性及压缩性,我们确定了葡萄石在高温高压下的稳定范围,这一结果对认识上地幔中含水矿物的状态以及地幔中水的来源有重要意义。     

超高压变质作用中水的相变增压

据静水压力梯度计算, 榴辉岩形成深度至少要70km, 含柯石英榴辉岩的形成深度至少要12 0km, 而同时含有柯石英和金刚石的榴辉岩形成深度至少要145km, 超高压变质岩要从如此深的部位折返到地表是不可想象的.大量资料表明水参与了超高压变质作用过程.通过矿物的脱水行为、水的相变和地温曲线等研究, 指出由于存在水的相变增压等多种增压因素, 大大提高了超高压变质作用过程中的地压梯度, 据静水压力计算出的超高压变质岩形成深度只是最大深度, 其形成时的实际深度要比该最大深度小得多.