海洋三维遥感与海洋剖面激光雷达

本文从海洋与气候变化等重大前沿科学与应用对空间海洋观测系统的需求出发,基于当前国内外空间激光技术水平与前期海洋激光遥感的探索,提出了海洋遥感从二维向三维发展的紧迫性,并将海洋剖面探测激光雷达作为未来“海洋三维遥感”的主要技术手段。本文对近50年国内外激光海洋剖面探测技术的理论与应用、基础性关键探测机理问题,尤其是近10年来的试验性探索及其在多个海洋科学问题中的应用进行了综述。结合中国自主“观澜号”海洋科学卫星计划中海洋剖面探测激光雷达的系统论证与指标要求,提出了未来海洋剖面探测激光雷达发展路线图建议以及中国有望率先在空间海洋剖面激光探测领域取得突破的设想。     

基于星载测雨雷达探测的亚洲对流和层云降水季尺度特征分析

利用热带测雨卫星搭载的测雨雷达10年探测结果,就季尺度亚洲对流降水和层云降水的降水频次和强度及降水垂直结构的特点进行了研究.结果表明春、秋、冬三季东亚季平均降水环西太平洋副热带高压呈带状分布,雨强一般不超过10 mm/d;夏季,沿孟加拉湾、中国西南、中国东部至日本的大片雨区中出现了大于12 mm/d强降水;亚洲陆面对流和层云降水强度均弱于洋面.亚洲山地强迫不但可引起迎风坡上千公里长度的高降水频次和强降水带,而且导致其下风方向降水频次减少.季尺度降水频次分析表明,亚洲大部分地区对流降水频次小于3%;而层云降水频次一般大于3%,最高可超过10%;副热带高压南侧及西南侧的热带地区对流和层云降水频次均高于副热带高压北侧及西北侧的中纬度地区;降水频次的区域分布还表明,春季中南半岛至中国华南及南海南部对流活动多于同期的印度次大陆.季平均对流和层云降水廓线的季节变化主要表现为"雨顶"高度的季节变化,即降水云的厚度变化;两类降水平均廓线季节变化的区域性差异表明,热带外地区较热带地区显著、陆面较同纬度洋面显著、孟加拉湾比南海显著,而南海和西太平洋暖池无明显的季节变化.此外,降水结构的剖面分析还表明对流降水存在4层结构、层云降水存在3层结构.     

一个陆面过程参数化模式与 MM5的耦合

在法国陆面过程模式的基础上,为了表示冠层叶片遮挡对水分蒸发阻抗的影响,在植被覆盖部分引入了遮盖因子,然后将这个修正的陆面过程参数化模式耦合到MM5模式中。耦合后的模式模拟出了因为降水造成土壤湿度变化和植被覆盖动态作用对地面通量的影响,而原MM5模式模拟结果则没有反映上述动态变化对地面通量的作用。原MM5模式和耦合模式模拟了1993年8月17日到20日以内蒙古半干旱草原为中心的中尺度区域的气象场,模拟结果和IMGRASS预观测资料进行了对比,对比说明新的陆面过程模式提高了MM5模式对地面通量和边界层各物理量（风、温、湿）的模拟精度。     

应用多普勒天气雷达资料分析强对流天气的垂直廓线特征

利用石家庄多普勒天气雷达资料,对2004-2007年的22次冰雹和39次短时强降水天气过程中的各要素进行了对比分析.结果表明:在单体对流云和积层混合型对流云中,冰雹回波的强度、高度均强(高)于短时强降水,并且单体对流云型冰雹和短时强降水的回波强度和顶高均强(高)于积层混合型,积层混合型对流云出现短时强降水比例高于冰雹.在回波中层,短时强降水主要为偏东风和偏南风,冰雹主要为偏西风、偏北风;冰雹平均风速大于短时强降水,在3～6 km的高度风速显著增加.强对流天气出现前均呈现低层辐合,高层辐散;都有较强的上升运动,在天气过程出现后冰雹的下沉运动更强;当高层辐散量大于低层辐合量时,对流云发展加强,反之减弱.     

土壤剖面元素分布及其地质、环境意义

土壤垂直剖面上物化性质，矿物和化学组成的深入研究，可以提供有关成土母质，成壤演化作用的重要信息，识别人类活动叠加的污染强度和影响深度，为土壤地球化学背景值调查，土壤污染及其生态环境影响的评价，环境地球化学灾害的监控与预菟研究提供科学的方法和依据。根据广东珠江三角洲，湖北江汉平原，四川成都盆地部分土壤剖面实测资料，分析研究了土壤化学组成的剖面变化与成土母质类型及组成，土壤成熟度和污染影响的关系。探讨了土壤剖面地球化学特征的地质与环境指示意义，判断分析了土壤受到的污染叠加作用及其影响深度。     

中国大陆科学钻探主孔1200米构造柱及变形构造初步解析

在利用成象测井资料准确地恢复岩心空间位置的基础上，建立了位于江苏省东海县毛北村的中国大陆科学钻探主孔岩心1200m精细构造柱。划分了由榴辉岩与超镁铁质岩组成的第一岩性-构造单元及由副片麻岩夹榴辉岩与超镁铁质岩透镜体组成的第二岩性-构造单元，自上而下岩石的面理产状由向东陡倾变为向南东缓倾。第一岩性-构造单元的榴辉岩与超镁铁质岩是毛北榴辉岩杂岩体的组成部分，在榴辉岩中发现以南北向拉伸线理及由北往南的剪切指向为特征的超高压变质岩早期变形举止。位于第二岩性一构造单元下部(770-1130m深度)300多米厚的韧性剪切带是地表出露的毛北韧性剪切带在孔下的延伸，剪切应变及石英组构分析表明，在伴随的退变质角闪岩相一绿帘角闪岩相一绿片岩相的转换过程中，剪切应变由自SE往NW的“逆冲”转为NW向SE的正向滑移。结合钻孔围区地质，重塑了上部由毛北榴辉岩杂岩体与副片麻岩围岩组成的轴面向SE倾斜的同斜倒转褶皱系，以及下部为韧性剪切带的构造模型。钻孔验证了VSP地震反射剖面中850-1200m深度的强反射层与韧性剪切带相吻合。结合苏鲁超高压变质地体的折返构造的研究，提出该构造模型的成因与折返阶段超高压变质地体的斜向上的挤出及后折返阶段的穹隆形成有关。     

干旱区一次春季沙尘过程的大气气溶胶垂直分布结构及其特征

采用微脉冲激光雷达(Micro-Pulse Lidar,MPL)对干旱荒漠代表站张掖站上空一次春季沙尘暴过程的边界层和自由大气的气溶胶分布和大气环境进行了观测。结果表明,气溶胶的垂直廓线可分为高、中、低3层,高层气溶胶出现在5～9km,主要是通过上风方向的高海拔区域或低层气溶胶通过对流等过程突破边界层顶进入自由大气输送而来,其分布高度在一天中随着时间的推移逐渐降低;中层气溶胶位于2.5～4.5km,其消光特性随高度的增加没有明显的变化,具有垂直混合现象;低层气溶胶在2.5km以下,其消光特性随着高度增加反而降低;中、低层气溶胶主要来源于外部源区或当地沙尘源区和沙壤土起沙。气溶胶垂直分布表现出3种形式:在大气稳定条件下,气溶胶随高度增加呈单峰型减小趋势;不稳定条件下随高度增加指数型降低;混合层中随高度增加而保持稳定。由于受边界层日变化的影响,气溶胶分布的上界出现单峰型日变化特征,具体表现为下午较高,早晨较低。     

Turbulent Kinetic Energy Dissipation in the Surface Layer

We estimated the turbulent kinetic energy (TKE) dissipation rate for thirty-two 1-h intervals of unstable stratification covering the stability range 0.12 ≤ −z/L ≤ 43 (z/L is the ratio of instrument height to the Obukhov length), by fitting Kolmogorov’s inertial subrange spectrum to streamwise spectra observed over a desert flat. Estimated values are compatible with the existence of local equilibrium, in that the TKE dissipation rate approximately equalled the sum of shear and buoyant production rates. Only in the neutral limit was the turbulent transport term in the TKE budget measured to be small.     

水平风作用下雨滴水平速度的数值仿真

为了研究雨滴在水平风作用下的水平移动情况,在分析水平风作用下雨滴受力情况的基础上,通过对曳力系数与雷诺数对应关系的研究,采用数值仿真的方法分别对海平面大气条件和不同大气条件下雨滴水平运动速度进行仿真.结果表明:当有水平风作用时,雨滴的水平运动速度不等于风的速度,而是随雨滴直径和水平风速的变化而变化;在水平风作用下,雨滴的水平移动速度可以在较短的时间内(一般小于15 s)达到一个稳定的值;在水平风速相同的情况下,气压越高、温度越低,雨滴达到平衡时的水平移动末速度相对越大,反之则越小.这些结论对基于图像采集原理的光学降水自动观测仪器进行雨滴图像拼合有重要的应用价值.     

Effects of rainfall intensity fluctuations on infiltration and runoff: rainfall simulation on dryland soils,Fowlers Gap,Australia

Small plots and a dripper rainfall simulator were used to explore the significance of the intensity fluctuations (‘event profile’) within simulated rainfall events on infiltration and runoff from bare, crusted dryland soils. Rainfall was applied at mean rain rates of 10 mm/h. Fourteen simulated rainfall events each involved more than 5000 changes of intensity and included multipeak events with a 25‐mm/h peak of intensity early in the event or late in the event and an event that included a temporary cessation of rain. These are all event profiles commonly seen in natural rain but rarely addressed in rainfall simulation. A rectangular event profile of constant intensity, as commonly used in rainfall simulation experiments, was also adopted for comparative purposes. Results demonstrate that event profile exerts an important effect on infiltration and runoff for these soils and rainfall event profiles. ‘Uniform’ events of unvarying intensity yielded the lowest total runoff, the lowest peak runoff rate and the lowest runoff ratio (0.13). These parameters increased for ‘early peak’ profiles (runoff ratio 0.24) and reached maxima for ‘late peak’ profiles (runoff ratio 0.50). Differences in runoff ratio and peak runoff rate between the ‘uniform’ event profile and those of varying intensity were all statistically significant at p ≤ 0.01. Compared with ‘uniform’ runs, the varying intensity runs yielded larger runoff ratios and peak runoff rates, exceeding those of the ‘uniform’ events by 85%–570%. These results suggest that for small‐plot studies of infiltration and erosion, the continued use of constant rainfall intensity simulations may be sacrificing important information and misrepresenting the mechanisms involved in runoff generation. The implications of these findings for the ecohydrology of the research site, an area of contour‐aligned banded vegetation in which runoff and runon are of critical importance, are highlighted. Copyright © 2011 John Wiley & Sons, Ltd.