热层大气密度反演与建模研究进展

热层是位于地球表面大约90 km到近1 000 km的大气圈层,它与电离层和低层大气都存在着复杂的耦合关系;同时热层作为人类航天器空间活动的主要区域,其大气直接影响着各类低轨航天器的运行轨迹.近年来,热层大气观测资料的逐步增加推动了热层大气变化特性的研究和大气模式的发展.本文首先综述了基于多源卫星观测数据的热层大气密度反演算法.着重介绍了基于精密轨道数据以及加速度计数据反演密度的主要算法,以及各种反演策略的优缺点.总结了当前工程常用的MSIS、Jacchia以及DTM热层大气模式在数据源、算法实现过程及其适用范围等方面的异同.接着介绍了基于当前最新大气密度观测数据结合已有大气模式,应用多项式、稀疏矩阵拟合以及数据同化等技术的大气模式优化研究进展.最后概述了基于观测数据研究热层大气响应磁暴、耀斑以及日食等空间事件方面的科学进展.     

四川通江—南江—巴中地区长兴组—飞仙关组沉积模式

有关通江—南江—巴中地区长兴组—飞仙关组沉积模式及其空间分布的研究较少,并且较为粗略。以前认为该区发育开阔台地、缓坡和盆地等沉积相沉积,但对缓坡相尚未进行详细的划分,是否存在台地边缘礁滩相带未能提出明确的认识。因此,利用新的资料,开展长兴组—飞仙关组沉积相研究对通南巴地区的油气勘探具有非常重要的意义。本文在以往研究的基础上,利用地表露头和地震资料,初步建立了通南巴地区长兴组—飞仙关组沉积模式,认为该区存在台地边缘礁滩相带,建议油气勘探部门给予重视。     

古新世—始新世最热事件对地球表层循环的影响及其触发机制

古新世—始新世最热事件（PETM, Paleocene Eocene Thermal Maximum）是发生在古新世—始新世交界时的一次全球性的气候突变事件。它造成了大洋环流模式的突然倒转和海水盐度、大气湿度的迅速上升。海洋表层生态系统和陆地生态系统生产力迅速上升,许多属种的植物、动物、微生物生活范围向高纬区扩大;大洋底栖微生物发生集群灭绝。现代哺乳动物的主要属种（灵长类、奇蹄类及偶蹄类）产生,哺乳动物演化进程发生重大改变。地球表层碳循环系统发生不同程度的碳同位素负偏移,全球碳循环系统发生大规模搅动。对于PETM的触发机制,主流的观点认为是海底天然气水合物突然释放造成巨量甲烷迅速进入表层系统引发的碳循环系统内部反馈。而对于甲烷释放的原因,又存在着减压释放和热释放两种解释;此外还有科学家用岩浆作用和地外星体撞击来解释PETM的发生。     

玉米深加工产业的循环经济模式研究

玉米深加工具有典型的替代能源及循环经济特征。目前玉米深加工行业面临的资源短缺和环境污染的双重制约。从促进经济与环境协调发展的角度,结合玉米深加工产业发展及环境治理现状,对玉米深加工产业的循环经济模式——玉米深加工生态产业园区建设进行了探索。通过对玉米深加工生态产业园上下游原料产业链的延伸、各环节废物的资源化分析、能源与水资源回收利用的设计和生态产业园区外围企业关系的研究,结果表明,通过实施清洁生产和延长产业链,构建闭合循环的玉米深加工生态产业链条,可实现资源、能源的有效节约和副产品、废弃物的综合利用,具有相应的环境、经济和社会效益,在增强企业绿色竞争力的同时可促进玉米深加工产业的可持续发展。该模式对吉林省及同类地区玉米深加工产业的可持续发展有指导和借鉴意义。     

GNSS-A直线测量模式及航迹组合优化分析

海底控制点的GNSS-A定位精度受到测量船相对于海底控制点的航迹影响,本文针对圆形测量模式垂向几何结构较弱的问题,给出了一种新的基于嵌套圆的直线测量模式的分析方法,研究了直线测量模式的参数可估性,并给出了直线测量模式得到唯一解的条件.同时,详细分析了圆形测量模式下要增加十字航迹的原因,推导出圆加十字测量模式下获得海底控制点最优三维点位精度的走航半径约为1.15倍水深.理论分析表明,在圆形测量模式下增加直线航迹能够有效增强其几何结构,提升定位效能.此外,针对是否存在唯一的最优航迹进行了思考,并给出了相应的见解.最后,利用深海实测数据验证了理论推导的结果,圆加十字测量模式较圆形测量模式对海底控制点定位的精度提升可达1.4 cm.     

全新世初期气候的数值模拟研究

本文尝试用一个完全耦合的大气-海洋-植被模式(Atmosphere-Ocean-Vegetation General Circulation Model, AOVGCM)模拟全新世初期的地球气候.模拟结果表明,耦合模式成功地再现了全新世初期复杂气候条件下的基本特征,为研究这一时期的气候状况提供了重要的模型支持.就全球平均而言,11ka BP冬季地表气温比现代约低1.6 K,夏季比现代低约0.3 K;大气温度从低层到高层有不同的表现,高层反映了太阳辐射的重要作用,而低层气候对下垫面（如冰川、植被和海洋等）的影响比较敏感.从区域分布来看,11 ka BP冬季大部地区比现在偏干,但热带太平洋和南半球少部地区降水偏多;夏季大部地区比现在偏湿,亚洲和非洲季风偏强,主要的季风区降水偏多.     

云顶以下臭氧对TOMS反演臭氧总量的影响及反演方法的理论研究

目前紫外后向散射反演臭氧总量的所有算法,都将云考虑成不透明的Lambertian反射体,并假定云顶有效反照率不随波长的变化而变化.然而本文通过模拟计算发现,由于云散射、瑞利散射、臭氧吸收三种作用的综合结果,云顶的有效反照率是与波长相关的,即使光学厚度比较大的云,辐射也可由云顶继续向下传输,因而会受到云顶以下臭氧吸收的影响.用V7方法进行反演,模拟计算结果表明：云的出现使得云顶以下,特别是云内光程增强,导致紫外波段的臭氧吸收衰减增大,所以反演出的臭氧总量值比真实值偏大,本文称这种现象为“云吸收效应”,并讨论了该效应的影响因子.最后,在辐射传输模拟的基础上建立一套反演算法,大大减弱了“云吸收效应”的影响.     

北太平洋对人为二氧化碳吸收的数值模拟

采用一个开边界海盆尺度环流模式研究人为CO2在北太平洋的吸收和分布,并与闭边界模式的模拟结果进行了比较.模拟结果表明,西北太平洋和赤道东太平洋是两个重要的人为CO2汇.使用较大的等密度面扩散系数使得西北太平洋人为CO2通量增大,而赤道海区通量减小（RUN2）.与闭边界模式相比,开边界模式中该两个区域的人为CO2通量都增加了.1800～1997年间,北太平洋共吸收人为CO2 2375GtC(1Gt=1×1015 g, RUN1).副极地海区是人为CO2的一个重要输出区,能输出人为CO2吸收量的38％～54％,而20°N～30°N海区是人为CO2的一个重要贮存区,占整个北太平洋的24％.开边界对于10°N以南太平洋吸收和贮存人为CO2有很大影响.与基于观测资料的估计相比,虽然模式低估了西北太平洋的人为CO2的穿透,高估了东北太平洋的人为CO2的穿透,但总的说来,模式比较好地估计了人为CO2在北太平洋的贮存.     

LASG耦合气候系统模式FGCM-1.0

本文描述了中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室(LASG)最新发展的一个耦合气候系统模式的基本性能. 该模式是在LASG灵活的全球耦合气候系统模式（英文缩写为FGCM）的初始版本FGCM-0的基础上发展而来的,是该系列耦合模式的第二个版本,即FGCM-1.0. FGCM-1.0通过一个通量耦合器将大气、海洋和海冰三个分量模式耦合在一起,其中海洋分量模式是LASG发展的一个涡相容分辨率（eddy-permitting）全球海洋环流模式,大气和海冰分量模式则为美国国家大气研究中心（NCAR）的大气环流模式CAM2和海冰模式CSIM4. 耦合模式完整地考虑了海气界面上的动量、热量和淡水通量交换,尽管在模式中没有使用任何形式的人为的通量调整或者通量距平方案,模式还是比较合理地模拟出基本的气候形态. 通过对该耦合模式长期积分结果的进一步分析发现,模式能够比较好地模拟出厄尔尼诺－南方涛动（ENSO）以及印度洋偶极子事件的基本特征;与FGCM系列耦合模式的最初版本FGCM-0相比,FGCM-1.0模拟的北赤道逆流（NECC）和ENSO循环更加真实.     

Rayleigh波的频散方程高频近似分解和多模式激发数目

对于在Rayleigh波勘探中经常提取到的多模式频散曲线,如何在理论上对其特征进行描述是一个很有意义的问题. 本文根据Rayeigh波频散方程中传递矩阵具有的高频近似特征,提出了传递矩阵的高频近似分解公式,据此导出了频散方程的高频近似分解公式,并在此基础上,定义了Rayleigh波的4种基本模式(R模、S模、R型周期模和S型周期模). 根据频散方程具有的周期性特征,给出了周期模频散曲线之间的平均间隔近似公式,以及在任意频率和相速度段内频散方程根的数目（即多模式的激发数目）的预测公式. 在这些结果的基础上,本文最后提出了频散方程数值搜根的一种新方法.