用于对流层遥感的新型数字化双频微波辐射计

在京、津、冀中小尺度危害性天气监测与超短期预报的实验研究中,新研制的数字化双频微波辐射计将为实验中心提供对流层水汽场及液态水的连续观测资料,原理上水汽变化容易从测量水汽1.35cm微波吸收线附近的大气热辐射中得出,在云天情况下,1cm附近大气窗区的辐射测量可用于计算来自云中液态水的微波辐射的贡献。     

TOGA COARE IOP期间西太平洋“暖池”上空大气水的统计特征

在中、美等多国合作进行的TOGA COARE综合观测期间(1992-11～1993-02),首次实现了对“暖池”上空大气水的全面(包括水汽、云水和雨强)、定点(2°S,158°E)、高分辨率(5 min)的连续监测,本文介绍其统计分析结果.必要时,将它们与1985～1989年间中国科学院组织的在西太平洋热带海域考察的某些结果做了比较.1 观测仪器用一台自制的(船载)双波长(0.86cm和1.35cm)微波辐射计监测水汽总量和垂直路径积分云液态水含量,其取样时间分辨率为5min.该仪器的观测方式及数据的反演方法见文献[1].用美国提供的ISS(integrated sounding system)系统中的自动雨强测量系统(ARRMS)监测降水,该仪器提供的初始数据为每秒钟的雨强,考虑到与水汽、云水资料的可比性,我们将雨强作了5min时段平均.     

FY-3卫星紫外臭氧总量探测仪

“风云三号”气象卫星是我国第二代极轨气象卫星, 其上搭载了我国自主开发研制的紫外臭氧总量探测仪TOU, 它的主要任务是测量地球大气对太阳紫外辐射的后向散射, 以反演地球大气臭氧总量的全球分布, 为环境监测、气候预报和全球气候变化研究提供重要参数. 目前已完成了在轨测试, 取得了圆满成功, 即将交付国家卫星气象中心, 进入工程业务化阶段. 本文主要介绍TOU测量原理、仪器概况, 分析了仪器的灵敏度特性, 辐照度测量精度、漫反射板衰变和波长漂移情况以及产品可用性. 结果表明, TOU反演的全球臭氧分布图与OMI的臭氧总量产品一致性很好, 均方根偏差约为5%. 这表明利用TOU观测数据和我国自主开发的反演技术, 可获得满意的大气臭氧总量全球分布数据.     

忽略1.6μm偏振计算对二氧化碳反演精度的影响

散射引起的偏振效应会对卫星遥感二氧化碳精度产生较大的影响.本文利用逐线积分方法和累加法精确模拟了星载仪器近红外1.6μm波段的大气层顶偏振辐射特征,计算了分子散射和气溶胶散射引入的偏振效应,分析了偏振效应对大气二氧化碳反演精度的影响.研究表明:1.6μm波段散射引入的偏振效应明显,并随太阳高度角、观测天顶角、气溶胶光学厚度、地表反射率而变化.除个别大角度观测天顶角外,偏振效应随太阳天顶角升高、气溶胶光学厚度增加、地表反射率的减小而变大,并且在吸收线位置的影响要高于窗区.忽略偏振效应导致的大气二氧化碳反演误差随太阳天顶角的升高、气溶胶光学厚度的增加以及地表反照率减小而增大,并且该误差与仪器观测角度有关.模拟结果显示在高太阳天顶角、高气溶胶光学厚度以及低反照率场景下,忽略偏振计算可能引入高于10 ppmv(1 ppmv=10~(-6) L/L)反演误差,远高于1~2 ppmv观测需求.为减小误差,基于该波段的二氧化碳反演需要考虑大气辐射偏振的影响.     

太阳亮度减少

美国和瑞士的天文学家所进行的测量表明,目前太阳亮度正在减少.借用装在卫星、火箭和高空气球上的仪器测量表明,在与太阳黑子数量有关的亮度瞬时变化的情况下,目前太阳亮度每年减少0.015～0.019％.从1978年发现太阳亮度减少就开     

青藏高原隆升与哺乳动物演化

独特的现代青藏高原哺乳动物群中的多数成员在高原上具有悠久的生活历史,表明它们在高海拔的高原范围内经历过长期的适应过程。哺乳动物对生态系统的变化非常敏感,能够指示气候环境和地形地势的变化,所以,研究青藏高原腹地及周边的哺乳动物化石的演化历史能够反演新生代时期高原的隆升过程及其对气候环境变化的重大影响。     

数字化天顶望远镜观测图像及数据处理

中国科学院国家天文台与山东科技大学合作,于2011年底成功研制出了中国第一台数字化天顶望远镜样机(DZT-1).与经典天体测量望远镜相比,DZT-1具有体积小、自动化程度高和测量精度高的优点.可用于经典的天体测量观测和大地测量领域的垂线变化及垂线偏差观测,在天文学及地球科学相关领域具有重要意义.DZT-1的测量原理和方法与经典的照相天顶筒有某些类似,但又有较大区别.本文主要介绍DZT-1观测恒星位置图像及数据的处理原理、方法和过程,介绍利用观测资料实时归算出天文经纬度的应用软件,以及该应用软件的特点和使用方法.最后介绍了该仪器的试观测情况及试观测结果.试观测结果表明,该仪器的单次观测精度可达0.2″~0.3″,单组观测精度为0.07″~0.08″.所编写的数据处理软件满足DZT-1观测图像及数据处理的要求,为仪器的自动化及高精度测量提供了保证.     

抑制CCoAOMT表达的转基因杨树的制浆性能

检测了生长3年的转反义CCoAOMT基因杨树(Populus tremula × Populus alba)的制浆性能. 该株系木质素含量比野生型对照下降约13%, G/S略有增加. 化学成分分析表明, 转基因杨树的灰分含量、冷水抽提物、热水抽提物、1% NaOH抽提物、综纤维素、戊聚糖及纤维素含量与野生型对照没有明显差别, 但转基因杨树的苯醇抽提物含量略有增加. 纤维特征分析表明, 转基因杨树的纤维品质有所提高. 实验室小规模制浆实验表明, 降低木质素含量可以明显改善转基因杨树的制浆性能, 表现为木质素更易于去除、纸浆得率增加和纤维聚合度提高.     

森林垂直结构参数实测与遥感研究进展:以叶面积指数和聚集指数为例

森林垂直结构参数指的是森林冠层孔隙率、郁闭度、叶面积指数(leaf area index, LAI)和聚集指数(clumping index, CI)等关键结构参数在垂直方向的分布特征.获取森林垂直结构参数是深入研究森林碳氮水循环和遥感辐射传输过程的关键环节.本文聚焦LAI和CI,探讨森林垂直结构参数地面实测与遥感反演研究进展.地面测量的常用仪器有LAI-2200、数字半球相机和光合有效辐射(photosynthetically active radiation, PAR)测量仪等,不同高度的测量可以通过破坏采样、塔基测量和移动升降机等手段来进行.地面测量方法虽然较为准确,但通常比较费时费力,不利于获取大范围信息.遥感方法主要通过经验的植被指数估算或物理模型反演来进行.激光雷达(LiDAR)作为一种主动式遥感方法,具有反演垂直结构参数的独特优势.虽然遥感方法能够进行大范围连续观测,但目前还没有成熟的全球遥感产品能满足实际需求,少数区域产品也缺乏充分的质量检验.森林垂直结构参数已经在陆面过程模型、冠层辐射传输模型和森林经营管理中展现了巨大的应用价值.未来的研究应进一步探索新的地面测量和遥感反演方法,分析参数的垂直分布特征,同时开展垂直结构参数的验证研究,为森林垂直结构参数在模型机理研究和森林管理中提供科学依据.     

痛信号对痛反应阈和脑内去甲肾上腺素与5-羟色胺含量的影响

有关情绪活动与单胺类神经介质关系的研究已有很多报道。在人身上进行的研究表明,人在情绪激动吋尿中排出的儿茶酚胺及其代谢产物即增多。动物实验中,发现动物在急性应激、伪怒等情况下脑内单胺类神经介质尤其是儿茶酚胺也有一定变化。多数研究表明,在急性应激状态时动物脑内去甲肾上腺素含量降低。本文试图通过用大白鼠建立痛条件反射的方法,使动物处于某种情绪状态下,探索其对痛反应阈(以下简称痛阈)及脑内单胺类神经介质含量的影响。     

风云三号卫星紫外臭氧垂直廓线产品反演试验

新一代极地轨道气象卫星风云三号携带的紫外臭氧垂直探测仪SBUS, 是我国第一次自主研制的卫星臭氧探测仪, 目前正处于在轨测试阶段. 利用现阶段观测数据, 开展臭氧垂直廓线反演试验, 并将观测数据和反演廓线与美国NOAA卫星同类仪器SBUV/2进行了初步对比. 通过太阳辐照度观测、5个短波长通道N-值, 以及反演廓线的比较和分析, 表明我国首次自主研制的风云三号卫星紫外臭氧垂直探测仪SBUS观测数据和反演产品均达到较高精度, 反演廓线与SBUV/2的相对偏差百分率大约为±7%.     

地球物理矢量场磁测技术的研究进展

矢量磁测技术是工程和环境地球物理勘探中最有效的方法之一,与传统总场强度或总场梯度测量相比,可同时获取地磁场模量大小和方向信息,有效减少反演中的多解性,有助于对磁性体的定量解释,获得更多更准确的反映场源的信息,提高目标体的探测分辨率和定位精度.本文根据不同应用环境,介绍了地面矢量磁测、井中矢量磁测、海洋矢量磁测、航空矢量磁测及卫星矢量磁测等技术的应用情况和技术特点,综述了各矢量磁测仪器装备的国内外研究现状.最后,分析了矢量磁测技术的发展趋势,即由单一的总场或总场梯度测量,转向为多信息的矢量场测量或多参量测量;从低效率、探测深度浅的地面磁测转向高效率航空、大深度井中或深海目标体的快速定位与探测,并逐步发展为地面、井中、海洋、航空、卫星联合磁测和解释.通过各磁测技术和方法的优势互补,提高地球物理磁场测量精度和反演分辨率.     

如何控制全球变暖?

把一种可控制的办法用于大气粒子中,来改变低层云的化学性质,以此来抑制或消弱全球变暖,是定量可行的吗?云体覆盖面积(或云量)微小变化的结果,类似于随着大气中CO_2浓度的增加大气对长波吸收增加的一样,可引起大气温度几摄氏度的变化,这个结果与目前计算的相一致.如今,人们认为气候变暖是由于大气中CO_2含量成倍增加而引起的.云体覆盖面积(C),液态水滴的移动路径(L),以及云体液滴相当半径(r)的相对微小变化可以导致气候的变化.据预测,当云体覆盖面积(C)增加15～20%,液态水滴移动路径(L)增加20～35%以及云体液滴相当半径(r)减小     

370 ka以来灵台黄土剖面元素碳记录及其对气候环境变化的响应

通过测定灵台黄土剖面370 ka来黄土-古土壤样的元素碳含量, 结合相关孢粉资料及古气候替代性指标, 讨论了该地区天然火的历史及其与气候、植被的关系. 灵台剖面元素碳含量谷值和峰值出现时的气候状况及变化特征, 表明气候不稳定的过渡时期, 特别是湿润转向干旱的时期容易发生大火. 各层黄土-古土壤元素碳含量变化规律为: 冰期低、间冰期高, 反映区域(或全球)生物量变化. 元素碳含量在130 kaBP前后呈阶段性增加趋势, 表明植被类型、气候格局发生了变化, CO₂浓度阶段性增加可能是其中原因之一. 元素碳含量总体上随时间呈上升的趋势, 可能反映了干旱化趋势的加剧. 全新世元素碳含量出现最大峰值, 反映了距今约六千年的气候突变事件, 以及人类活动导致火灾更为频繁的发生.     

我国的数字化天顶望远镜样机

经典的光学天体测量技术观测得到的是地方铅垂线在恒星背景上的指向,它受重力场变化的影响,因而可用于垂线变化的测量和研究.这对天文学和地球科学的交叉研究领域具有特殊的意义,非甚长基线干涉测量(VLBI)、激光测距(SLR)等技术所能取代.经典光学的天体测量技术的最大缺陷是观测效率低、多数仪器的自动化程度低、需要的人力较多、有的目视观测的仪器还有观测者的误差,难以降低随机观测误差的影响.为此,我们利用CCD等相关新技术、新器件,研制成功了口镜为20 cm的数字化天顶望远镜样机(digital zenith telescope DZT-1).试观测表明,DZT-1做到高效率,每晚可观测上万个星次,这对抑制随机观测误差的影响,提高观测精度起到很明显的作用.同时DZT-1自动化程度高,甚至可通过遥控实现无人值守观测.同时因其小型化和易于移动,便于垂线偏差的流动测量,适于在地学领域及天文领域推广应用.     

粒度揭示的青藏高原湖泊水动力现代过程:以藏南普莫雍错为例

在全球变暖的背景下,冰川融水占重要补给地位的湖泊对气温变化具有潜在的敏感性.本文以藏南普莫雍错为例,通过湖泊现代水动力过程解析,结合古湖泊学气候环境序列对比,辨析湖泊沉积物中粒度对气温变化敏感性.根据表层沉积物的粒度参数、各粒级百分含量的空间格局以及频率分布曲线特征,分析了该湖不同湖区的水动力环境.结果表明,该湖碎屑沉积可分为5种类型,其中开阔湖区除小岛周围和北岸受近岸碎屑影响外,其他中心湖区主要受悬移搬运控制;沉积动力学模型(粒径趋势方法)分析表明,该湖开阔湖区沉积物具有自西向东运移的输运趋势,表明该湖西部冰川融水补给河流加曲对湖泊的影响不仅限制在冲积扇上,而且影响到整个湖泊,从而也表明了湖泊沉积物粒度的温度指示意义;中心湖区沉积物岩芯粒度指标与气温资料时间序列的对比,验证了在短时间尺度上,粒度环境意义为区域温度的良好指示器,进而验证了水动力现代过程辨析方法的可靠性.作为案例研究,本研究表明,沉积物粒径趋势分析和沉积模式常规对比方法能够辨析青藏高原冰川融水补给湖泊的水动力过程,进而有助于理解钻孔的碎屑来源和粒度大小的控制性因素,有利于提高该类湖泊的古气候反演能力.     

河蚬壳体δ~(13)C:由水体溶解无机碳重建过去环境变化的代用指标

溶解无机碳(DIC)是陆地生态系统水体重要的组成物质.其含量、组成以及碳的来源决定于汇水区域环境条件和流域水体碳循环特征.如果能够反演水体DIC的地球化学特征,则可以为重建过去环境变化提供一条新途径.河蚬是陆地生态系统水体中广泛分布的底栖双壳类动物,其壳体由碳酸盐矿物构成,是软体在生长过程中依次分泌的结果,因而具有DIC代用指标的潜质.通过对中国西江流域河蚬壳体及其环境水体DIC的分析,发现了二者碳同位素组成之间显著的相关关系(P0.01,r=0.63),表明河蚬壳体碳同位素组成的变化记录环境水体DIC的相应变化,其时间分辨率很容易达到季节变化的水平.新陈代谢作用虽然使壳体的碳同位素组成平均低于水体DIC同位素组成1.4‰,但整体上并未改变壳体与水体DIC同位素组成变化的相关性.分水岭地区小溪流DIC同位素组成在时间上变化较大,因而对壳体样品选取的空间分辨率要求较高,不宜作为代用指标的首选.该结果为利用湖泊滨岸和/或河流阶地沉积物中河蚬化石的分析重建流域过去环境变化和碳循环提供了科学基础和技术途径.     

渤海底层低氧区的空间特征与形成机制

近海低氧区的发生是影响海洋生态系统健康的重要因素,也是海洋科学的研究热点.通过对2014年渤海夏季(8月末)航次观测数据的深入分析及与春(4月末)、秋(11月)两季观测的对比,研究了半封闭的渤海底层低氧区的分布特征、形成机制、及其与温盐结构的关系.结果表明,春季和秋季渤海底部溶解氧(DO)8 mg/L,但在夏季出现大范围底部DO低值区,其中DO3 mg/L的低氧区总面积约为4.2×10~3km~2,具有南、北"双核"结构,空间特征与双中心冷水结构基本一致.渤海中部断面分析表明渤海浅滩南北两侧洼地在夏季出现明显垂向分层,导致底部冷水团DO含量下降与明显酸化(p H7.8).冷水区稳定的沉积环境使其表层沉积物总有机碳(TOC)和总有机氮(TON)含量明显高于其他海区.对数据综合分析表明,渤海中部海水季节性层化及其对溶氧的阻滞作用是低氧区产生的关键物理机制,沉积物中累积的有机质在夏季的矿化分解是产生底部低氧和酸化环境的重要原因.该低氧区的产生是渤海生态系统剧变的结果和集中体现,与赤潮等生态灾害频繁发生和渔业资源衰退可能存在密切关系.     

嫦娥一号干涉成像光谱仪数据TiO2 反演初步结果

反演月表TiO₂含量的分布对于月球科学研究和未来月球资源开采与利用具有重要意义. 利用干涉成像光谱仪数据对月表TiO₂ 反演进行了初步尝试, 获得了基于月球着陆点数据和月面真值的TiO₂ 反演公式. 将该公式应用于嫦娥一号干涉成像光谱仪数据, 获得了TiO₂ 在Apollo 16 登陆点附近高地、月球澄海MS2 地区的低钛玄武岩和高钛玄武岩等地区的局域分布特征. 经与Clementine UVVIS 数据反演结果进行比较, 嫦娥一号干涉成像光谱仪数据的TiO₂ 含量初步模型对于所研究的高地地区预测偏高0.7 wt.%左右, 对于月海低钛地区的预测偏高1.5 wt.%左右, 对于月海高钛地区的含量预测偏低0.8 wt.%左右.     

基于磷灰石裂变径迹数据的热史反演

磷灰石裂变径迹在地质时期对20—150℃范围内温度变化的特殊敏感性,使其成为研究各种影响上地壳热结构过程的理想地质温度计.基于磷灰石裂变径迹年龄(FTA)和长度分布(FTLD)的热史反演可以获得温度随时间变化的信息,从而提高了热史分析的定量化程度.近年来热史反演方法的研究进展迅速,但在方法及应用方面都需作深入研究.本文介绍作者在热史反演方法研究以及在鄂尔多斯盆地钻井样品应用的结果.