辐射沙洲地形对南黄海潮汐过程的影响

利用海岸及大洋环流模型FVCOM三维数值模式模拟了南黄海区域辐射沙洲地形条件下的潮波运动,并与实测天文潮进行验证,保证了计算精度.在相同动力条件下,又模拟了去除辐射沙洲地形时的南黄海潮波运动情况.结果表明:辐射沙洲地形使得潮波波形发生形变,落潮历时大于涨潮历时,且越接近近岸这种差异越大,非线性效应显著;辐射沙洲地形的存在使得辐射状汊道的流速变大,均超过1 m/s,涨潮期和落潮期流速均大于辐射沙洲北部的废黄河口和南部的长江口;与此同时,辐射沙洲地形的存在使得该海域潮能通量变大,加快了潮能耗散,也使得临界层化参量值向近海移动,即潮混合锋区向近岸移动.同时,伴随着近岸层化参量值变小,海水掺混在辐射沙洲地区更为严重.     

东海外陆架线状沙脊群

基于最新的高精度全覆盖多波束资料, 对东海外陆架线状沙脊群分布特征进行了定量统计分析. 将研究区线状沙脊群划分为东北区和西南区, 东北区沙脊走向约为N116°, 该区沙脊线性特征明显, 向内陆架延伸收敛, 西南区沙脊走向为N120°~N146°, 该区沙脊群趋向网状, 研究区中部有趋向沙席特 征. 沙脊群向陆侧发育到60 m等深线, 东北部向海发育到水深120 m左右、西南部发育到150 m左右, 在西南部洼地130~180 m水深处仍有发育不完全沙脊分布. 结合靠近研究区的典型地震剖面的沙脊体高角度斜层理声反射特征, 以及4个钻孔和12个柱状样岩性分析及测年资料, 表明在研究区内广泛分布于东海外陆架的线状沙脊群形成于全新世早中期, 并由富含碎贝壳细砂为特征的海侵砂层所组成. 沙脊的形成、发育和埋藏的决定因素在于海平面升降导致的水深变化和沉积物源供给速度. 12400 aBP期M2分潮同潮时线已与研究区线状沙脊群具有较好的正交关系, 12000~8000 aBP期间的潮波系统可能是形成广泛分布于现东海外陆架线状沙脊群的主动力.     

在界面处产生的受激Brillouin后向散射现象

通常人们观察到的受激Brillouin后向散射(SBBS)光束与泵浦光基本一样,是一种无束腰的低发散角光束.本文将报道在界面处产生的SBBS的一种新现象,即受激Brillouin后向散射光束存在自聚焦现象1 实验实验装置如图1所示,一台调Q Nd:YAG激光经倍频输出波长为0.53μm作为SBBS的泵浦源,单脉冲能量大于2mJ.图中Ⅰ_1和Ⅰ_2分别为直径3mm和1mm的光栏,在这里使用直径1mm的光栏是为了用等量通光孔径来区别不同强度的光束通过.B_1和B_2为分光板,S是泵浦光和SBBS的观察屏,P为光电探测元件,用高兆示波器同时监视泵浦光和SBBS光的时间特性和相对强度.M_1和M_2为全反介质膜平面镜,L_s为焦距60mm的透镜,C为Brillouin池,并安装在可上下微调的平台上,CS_2用作Brillouin介质.为了避免Brillouin介质液面的反射和其它杂散光对后向散射光的观察和测试影响,泵浦光经M_2必须是入射到Brillouin池内.移动屏S可观察到后向散射光斑的变化,在后向散射光斑变化为最小处拍摄SBBS光束自聚焦光斑和泵浦光斑.     

卡特里娜飓风对美国新奥尔良市西侧海岸线变化的影响

卡特里娜飓风及其引发的风暴潮给路易斯安那州周围的海岸造成了灾难性的破坏.对海岸线进行连续观测有着重要意义,一方面可以用于定量评估飓风对海岸的破坏,另一方面有助于理解飓风对海岸的破坏过程.本文选取新奥尔良西侧一段约180 km的海岸线为研究区,综合使用美国陆地卫星时间序列和验潮站的水位数据得到飓风前后的海岸线变化率.提取不同时期的海岸线,然后进行速率估算和变化检测.结果表明,飓风登陆前后,海岸线位置和变化速率发生了较大的改变.卡特里娜飓风之前,研究区有39.42%的海岸线向海洋推进,60.58%的海岸线向陆地后退,海岸线平均变化速率为?2.53 m/a;而之后有26.73%的海岸线向海洋推进,73.27%的海岸线向陆地后退,海岸线平均变化速率为?3.58 m/a.卡特里娜飓风给海岸造成了很大破坏,86.57%的海岸在卡特里娜飓风中受到严重侵蚀,研究区海岸线向陆地平均移动14.91 m.计算结果表明遥感技术确实能够有效估算出飓风前后的海岸线变化.其结果可用于评估飓风对海岸的影响,为灾后重建提供基础信息,也可以用于研究飓风对海岸的破坏机理.本文显示了对地观测技术在灾害评估中发挥的巨大作用.     

全球热带海洋地区降水季节变化的TRMM卫星观测

基于2007~2012年TRMM卫星上搭载的降水雷达提供的雷达反射率因子、降水率、降水类型等产品,结合ECMWF提供的再分析数据资料,分析了全球热带海洋地区平均降水率、400 h Pa垂直速度、850 h Pa相对湿度和下对流层稳定度的时空分布特征.根据400 h Pa垂直速度的季节差异确定了4个子研究区及相应对比季节,给出了对比季节内浅对流单体、层云、对流云3种降水系统降水量、降水面积、降水强度以及垂直结构上的差异.结果表明:(1)热带海洋地区平均降水率与400 h Pa上升速度在时空分布上存在一个显著的正相关,即400 h Pa上升速度越强的地区平均降水率越大;(2)4个子研究区内层云降水对区域累积降水面积贡献率最大(年均值均超过50%),对流云降水次之(约30%),而对流云降水对区域累积降水量贡献率最大(约65%),层云降水次之(约25%);(3)400 h Pa上升速度较强时,4个子研究区中3类降水系统的累积降水面积、累积降水量都有所增加,但降水强度以及降水系统垂直结构的变化存在差异,其中对流云降水强度一致增大且其垂直结构上的发展更旺盛;(4)对流云降水系统的雨顶高度、雷达反射率重心以及30 d BZ回波顶高随着400 h Pa上升速度的增强以及850 h Pa相对湿度的增加而迅速抬升,同时随着下对流层稳定度的降低有所抬升,但变化率较小.说明影响对流降水系统垂直结构的主要气象条件是400 h Pa上升速度和850 h Pa相对湿度.     

潮滩动力过程影响下扩散边界层和沉积物-水界面扩散通量的变化

扩散边界层(DBL)控制了沉积物和上覆水间物质的交换,在潮流底边界层(BBL)的动力过程影响下,海洋DBL的厚度变化很大,溶解物质的扩散通量也有很大变化.因此探究影响DBL厚度和扩散通量变化的动力机制是准确估算扩散通量的关键前提,对近海水体营养盐补充和环境二次污染等问题的准确估计有重要意义.利用微尺度剖面仪和高频流速仪等对BBL的动力结构和DBL进行了联合观测.运用线性分布、剖面拐点和浓度方差法较准确地判识了DBL厚度.分别从水体和沉积物一侧计算了扩散通量,两者相差不超过6%.使用PROFILE模式对溶解氧剖面进行了精确模拟,获得了分层的单位体积耗氧速率.结果显示DBL厚度(0.10~0.35mm)和扩散通量(15.4~53.6mmolm2d1)在一个潮周期内均变化了3.5倍.通过进一步分析动力强迫对DBL厚度和扩散通量的影响,发现在平均流速控制DBL厚度占优的潮滩系统中,DBL厚度δDBL和平均流速大小U成反比,通过拟合得到了两者的关系式δDBL=1686.1DU1+0.1(其中D为分子扩散系数).扩散通量的变化分阶段受到了沉积物上覆海水和湍流混合强度变化的影响.在主要受湍流混合影响的阶段,扩散通量和湍动能耗散率、摩擦速度和湍动能的变化都有一定的正相关关系.     

南美SLR 监测的2010 年智利8.8 级大地震产生的地面位移

2010 年2 月27 日, 智利发生了8.8 级特大地震, 该地震使震中附近的地面产生了较大位移. 德国与智利合作的卫星激光测距系统SLR-7405 距震中仅约130 km, 其观测受到地震的影响. 中国科学院国家天文台与阿根廷合作的SLR-7406 系统距震中约600 km, 利用这两个SLR 站的观测资料并结合全球SLR 站的观测资料, 在ITRF2000 下解算了这两个SLR 站点的地心坐标, 发现两站的坐标都发生了不同程度的变化. SLR-7405 站整体向西南方向发生了较大移动, 在X, Y, Z 方向上的位移量分别约为3.11, 0.52 和0.49 m, SLR-7406站在3 个方向上的位移量分别约为0.02, 0.03 和0.02 m. 由SLR 这一独立的观测手段得到的结果可以为其他定位观测提供必要的外部检核.     

全球沙漠面积和粉尘排放量的新估算

沙漠是干旱半干旱地区最重要的地表景观,是粉尘排放的主要源区.确定全球沙漠边界、计算沙漠面积、估算沙漠的粉尘排放量对于定量评估沙漠对气候与环境的影响具有重要意义.利用中分辨率成像光谱仪（Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer,MODIS）数据,结合支持向量机（Support Vector Machine,SVM）、试错法及目视解译技术提取了全球沙漠范围.对全球沙漠分区域进行面积和分类精度计算.利用地形、降水、蒸散、地表风速等数据对全球沙漠的环境变化进行分析.基于移动风蚀仪（Portable In-Situ Wind Erosion Laboratory,PI-SWERL）的观测数据,结合地表类型、土壤湿度和摩阻风速估算出全球沙漠的年粉尘排放量.研究表明,全球沙漠面积为～17.54×10⁶km²,总体分类精度为92.37%.沙漠多分布于地形低于2000 m、降水量不足200 mm、全年风速为4～6 m/s的极端干旱和干旱地区.沙漠每年排放～1792.65 Tg粉尘(本文指PM₁₀     

北大西洋涛动活动中心空间位移年际年代际变化

利用Twentieth Century Reanalysis(V2)月平均再分析资料, 通过对冬季平均海平面气压(SLP)距平场上北大西洋涛动(NAO)活动中心空间位置的直接确认, 建立4 个NAO 空间位移指数反映NAO 活动中心空间位移特征, 发现NAO 南北活动中心的经向位移趋势与纬向位移表现非常一致, 表现为NAO 活动中心往往沿着西南-东北方向移动. 多窗谱分析显示, NAO 空间位移指数的周期主要集中在2~6 年, 与NAO 指数的高频变化存在共同的2~3 年的振荡周期.在年代际变化上, NAO 指数与NAO 空间位移指数有显著的正相关关系. 但在年际变化上,NAO 指数与NAO 北活动中心纬向位移的关系却并不显著. NAO 指数与NAO 活动中心年际变化的联系很可能是通过天气尺度的Rossby 波破碎(RWB)产生作用的, 在NAO正(负)位相阶段,伴随着反气旋性波破碎(气旋性波破碎)事件, NAO活动中心偏北(南), 且NAO南活动中心偏东(西), 而NAO 北活动中心在纬向上没有发生明显偏移. 虽然北大西洋地区平均纬向风强度与NAO 空间位移指数存在显著的正相关关系, 但这很可能只是NAO 指数对NAO 活动中心空间位移影响的外在表现.     

页岩微裂缝内气-水两相流动规律

气-水两相流动广泛存在于页岩气藏压裂液返排及页岩气生产阶段,直接决定页岩气藏压裂及开发效果.页岩微裂缝是储层流体运移的主要通道.然而由于物理实验尺度及精度的限制,准确模拟页岩微裂缝中的气-水两相流动存在巨大挑战.为探究页岩微裂缝中气-水两相流动规律,本文系统考虑了气-水两相流体多重微尺度效应,包括:(1)气相滑移;(2)水相滑移及边界层黏度变化;(3)气驱水条件下,存在沿壁面流动的水膜.建立气-水两相流体微尺度流动模型,采用侵入逾渗判断两相分布,求解真实页岩微裂缝内气-水相对渗透率,并验证模型的正确性.研究结果表明,微裂缝开度小于3μm时,微尺度效应影响不可忽略;微裂缝开度及水膜对气-水相对渗透率的影响均取决于各相流体所占流动空间的相对大小;气藏开采过程中压力降低,导致气相表观渗透率升高及微裂缝开度减小,均会造成气相相对渗透率减小;水膜的存在对气相流动能力造成影响的微裂缝开度界限为0.65μm.该研究揭示了页岩微裂缝内气-水两相流动规律,为评价页岩气井压裂及生产效果提供了理论基础.