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.     

福建泉州湾盐沼对台风“格美”的沉积动力响应

为了探讨海岸盐沼在台风条件下的海岸防护机制, 利用小型压力传感器、电磁式流速仪、Seapoint浊度计观测了互花米草盐沼、光滩在2006年“格美”台风登陆前后的水位、流速、流向、悬沙浓度等沉积动力参数. 结果显示: 互花米草盐沼内底层流速一般小于5 cm·s^-1, 明显低于光滩(5~35 cm·s^-1); 互花米草盐沼内底层流速大小对台风的响应不显著, 但其流向随台风作用强度的不同而出现较大差异; 台风过境对附近海域悬沙浓度的影响非常显著, 悬沙浓度达到正常天气情况下的13~19倍, 台风影响后期互花米草盐沼底层悬沙浓度高于光滩. 计算结果表明, 台风期间互花米草盐沼和光滩底层悬沙输运量是平常天气情况下的4倍左右; 落潮期间, 光滩底部切应力在大部分时间大于临界切应力, 滩面发生侵蚀, 台风登陆后的侵蚀通量为正常天气情况下的2~3倍不等, 而互花米草盐沼底层切应力一般小于临界侵蚀切应力, 符合悬沙沉降条件的时间段也比较长, 整个滩面很少发生侵蚀, 以沉降为主, 台风显著影响期间的悬沙沉降通量是正常天气情况下的3~6倍, 落潮期间的沉降通量是涨潮期间的1~2倍. 根据台风期间互花米草盐沼和光滩的沉积动力过程的对比, 前者有利于悬沙的堆积, 而光滩的沉积动力过程则使滩面发生侵蚀.     

福建泉州湾盐沼对台风“格美”的沉积动力响应

为了探讨海岸盐沼在台风条件下的海岸防护机制,利用小型压力传感器、电磁式流速仪、Seapoint浊度计观测了互花米草盐沼、光滩在2006年"格美"台风登陆前后的水位、流速、流向、悬沙浓度等沉积动力参数.结果显示:互花米草盐沼内底层流速一般小于5cm·s-1,明显低于光滩(5～35cm·s-1);互花米草盐沼内底层流速大小对台风的响应不显著,但其流向随台风作用强度的不同而出现较大差异;台风过境对附近海域悬沙浓度的影响非常显著,悬沙浓度达到正常天气情况下的13～19倍,台风影响后期互花米草盐沼底层悬沙浓度高于光滩.计算结果表明,台风期间互花米草盐沼和光滩底层悬沙输运量是平常天气情况下的4倍左右;落潮期间,光滩底部切应力在大部分时间大于临界切应力,滩面发生侵蚀,台风登陆后的侵蚀通量为正常天气情况下的2～3倍不等,而互花米草盐沼底层切应力一般小于临界侵蚀切应力,符合悬沙沉降条件的时间段也比较长,整个滩面很少发生侵蚀,以沉降为主,台风显著影响期间的悬沙沉降通量是正常天气情况下的3～6倍,落潮期间的沉降通量是涨潮期间的1～2倍.根据台风期间互花米草盐沼和光滩的沉积动力过程的对比,前者有利于悬沙的堆积,而光滩的沉积动力过程则...     

半球结构亚波长光栅抗反射性质的研究

利用多台阶圆柱结构近似与严格的耦合波理论研究了化学方法制作出来的新型的半球结构的亚波长光栅的光学性质, 此光栅制作技术简化了可见光波段光栅的制作工艺. 通过计算机模拟与数值计算, 证明了半球结构亚波长光栅具有良好的抗反射性能. 给出了两种光栅设计方案. 第1种方案下, 光栅能够达到3.4416×10^-7的低反射率, 适用波段为0.46~0.7 μm, 入射角变化范围为±12°; 第2种方案下, 光栅的适用范围较广, 适用波段为整个可见光波段, 入射角变化范围为±23°, 所能达到的最低反射率为3.112×10^-4.     

由固体潮发现引力以光速传播的观测证据

由于太阳的真位置无法直接观测, 在实际使用的地球重力固体潮公式中用视位置近似代替真位置. 研究发现, 这种近似相当于隐含了一个假定, 即引力是以光速传播的. 本文从狮泉河站和乌什站的重力固体潮观测数据出发, 作了地球黏弹性相位滞后校正; 用减除月球引力潮理论值的办法从重力固体潮观测数据中提取出准太阳引力潮的观测数据; 推导出并求解了引力传播方程, 得出引力传播速度约为0.93~1.05倍的光速, 相对误差为5%. 这是第一个强有力的观测证据, 证明了引力传播的速度与光速相同.     

显微高光谱成像的生物组织定量检测机理及方法研究

将显微镜技术与高光谱成像技术相结合, 研制出了推帚式显微高光谱成像系统. 介绍了系统原理和实现的关键技术, 并对系统的性能进行了分析. 对显微高光谱数据的预处理方法进行了研究, 提出了一种利用空白显微高光谱图像进行光谱响应校正的算法. 对校正后的数据进行了归一化处理, 反演出了生物组织的透射率光谱曲线. 使用该系统采集了大鼠视网膜组织切片的显微高光谱数据, 获得了视网膜切片的单波段图像和3波段伪彩色合成图像, 并提取出了透射率光谱曲线. 初步试验表明, 显微高光谱成像系统在生物样本的检测和分析中具有良好的应用前景.     

金华市冬季大气颗粒物PM_(2.5)中多环芳烃的污染现状及健康风险评价

多环芳烃(PAHs)是大气细颗粒物PM_(2.5)中典型的有毒有害物质,具有"三致"效应.为了解金华市PM_(2.5)中PAHs的污染特征,明确关键污染源,于2013年12月~2014年1月采集了金华市冬季大气PM_(2.5)样品,采用GC-MS/MS方法分析了16种优控PAHs.结果显示,冬季PAHs的总质量浓度为62.75±27.87 ng m~(-3),浓度最高的4种PAHs分别为苯并(b)荧蒽(15.13%)芘(13.05%)荧蒽(12.47%)屈(10.62%),占SPAHs的50%以上.利用比值法开展的来源解析表明,燃煤排放以及交通尾气特别是汽油车的排放是金华市大气PAHs的主要污染源.终生致癌风险评价模型(ILCR)的评价结果显示,ILCR值介于10~(-6)~10~(-5),金华市大气PAHs存在较低的致癌风险.     

南极中山站大气六氟化硫浓度本底特征

六氟化硫(SF_6)是一种增温潜能极高、主要来自人为排放的温室气体,对其大气背景浓度进行长期监测,对于研究全球变化具有重要意义.利用南极中山站区2008年2月~2013年1月近5年SF_6浓度的观测资料,对SF_6本底浓度和变化趋势进行了研究,结果表明:中山站风向为偏东风时大气中SF_6浓度较低,风向为偏西风时浓度较高,这主要是受海陆气团差异引起,而局地源和风速的影响可忽略不计.大气SF_6浓度的变化范围为6.01~7.80 pptv,(1 pptv=1×10~(-12)L/L,下同),平均浓度为6.90±0.40 pptv.SF_6浓度呈明显稳定的年增长趋势,年平均增长速率为0.28 pptv a~(-1),其变化趋势与全球其他观测点较接近,中山站的观测结果可代表南极地区SF_6的本底浓度.通过与全球其他观测点大气SF_6浓度数据对比,结果显示:南半球大气SF_6平均浓度明显低干北半球,北半球是SF_6排放的主要源区;而南半球SF_6主要来源干北半球大气传输和南北半球间大气高度混合,能较好地反映全球大气SF_6本底浓度。南极受人类活动影响很小,是研究全球SF_6浓度变化趋势的理想区域。     

多基线距DInSAR技术反演城市地表缓慢形变

利用多基线距DInSAR技术反演城市地表缓慢形变已经成为当前DInSAR研究的热点. 该技术的基本流程包括干涉图像对组合, 差分干涉图生成, 高相干点提取, Delaunay三角网建立, 网络增量计算和集成, 残余相位解缠和定标, 大气相位和非线性形变相位估计等. 其中网络增量计算是线性形变反演的关键, 残余相位解缠和定标是非线性形变反演的关键. 针对前人在这两方面研究的不足, 提出基于改进的模型相关系数方程的增量计算方法, 以及基于三角形“环”处理方法进行离散点相位解缠和定标的算法. 在上述算法的基础上, 利用24景ERS数据, 反演了苏州市在1993-02~2000-12之间的地面沉降. 结果表明, 在此期间内苏州市大部分城区平均沉降速率在20~30 mm/a之间, 而且沉降速率呈逐年递减趋势, 并在2000年之后趋于稳定. 水准数据证明了结果的准确性和算法的可行性.     

用一年生植物研究大气Δ14C 分布与化石源CO2排放

利用加速器质谱(AMS)技术, 通过测量北京地区一年生植物放射性碳同位素(¹⁴C), 系统分析了2009 年5~9 月北京地区大气Δ¹⁴C 水平和化石源CO₂浓度分布. 研究结果表明, 北京地区大气Δ¹⁴C最高值为29.6‰±2.2‰, 最低值为-28.2‰±2.5‰, 表现出远郊-近郊-市区依次递减趋势, 这与由人类活动(人口密度、交通流量等)引起的化石源CO₂ 排放增加呈相反的变化趋势, 即人类活动频繁地区大气Δ¹⁴C值较低. 2009 年5~9 月北京地区大气化石源CO₂浓度变化范围为(3.9±1.0)~(25.4±1.0) ppm, 每排放1 ppm 化石源CO₂可使大气Δ¹⁴C水平下降~2.70‰. 用AMS 测量一年生植物¹⁴C这一方法, 为快速示踪大气化石源CO₂浓度提供了有效手段.     

基于贝叶斯反演理论的海水固有光学特性准分析算法

近年来新发展起来的多波段准分析算法(QAA)是一种有广泛应用前景的海水固有光学特性反演算法. 与传统的半分析算法不同, QAA无需叶绿素吸收光谱模型的先验参数化, 但算法包含的若干经验公式影响了其普适性和抗扰能力. 本文利用贝叶斯反演理论改进QAA. 新算法以QAA的估算结果作为先验知识, 结合一个分别考虑水分子与悬浮颗粒后向散射作用的前向光学模型、Akaike贝叶斯信息准则(ABIC)和遗传算法, 提取参考波段的总吸收与总后向散射系数, 然后利用后向散射系数光谱形状的经验公式将估算结果推广至其他波段. 以国际海洋水色协调组(IOCCG)的模拟数据作反演试验, 结果显示, 使用QAA-555、QAA-640与QAA混合算法的反演结果作为先验估计, 新算法对440 nm的总吸收与总后向散射系数的反演值与真值的均方根差(RMSE)分别为0.367与0.023 m^-1, 0.092与0.005 m^-1, 0.096与0.005 m^-1, 较之三种QAA算法先验估计的0.918与0.039 m^-1, 0.205与0.007 m^-1, 0.207与0.007 m^-1有一定的降低, 特别是对高叶绿素样本的反演精度有较大的提高; 敏感性分析结果表明, 新算法的抗扰能力优于QAA算法.     

四川九寨沟M_s7.0地震主震及其余震序列精定位

采用基于三维速度模型的定位方法,测定了九寨沟M_s7.0级地震的主震位置,震中为103.806°E,33.201°N,震源深度为20.4 km.使用最近一个强震台(51JZB)的S-P到时差,估算了主震初始破裂点的深度不浅于14.3 km.利用流动观测获得定位精度较高的余震,对早期余震位置进行校正,并采用双差方法对震后一个月的余震进行了重定位,获得了3030个地震的位置.余震呈北西西向的条带状分布,长约42 km,余震北临塔藏断裂,南接虎牙断裂北端.主震位于余震带的中央,其两侧各有长约20 km的余震带,西北侧有一长约5 km的余震稀疏段.西北段余震深度较浅,余震带宽度约6 km;东南段余震深度较深,余震带较窄,约4 km.余震震源深度的优势分布范围在4~20 km之间.发震断层倾角较陡,平均值约为84°.断层倾向和倾角沿走向方向有明显变化,断层在浅部向西南倾斜,深部略向北东倾斜.主震初始破裂点深度大于矩心深度和余震平均深度,地震破裂由深向浅传播.余震沿断层走向有明显的时空扩展特征,震源区可能存在余滑.     

电子垃圾拆解地大气中二口恶英、多氯联苯、多溴联苯醚的污染水平及相分配规律

研究了浙江台州电子垃圾拆解地大气中二口恶英(PCDD/Fs)、多氯联苯(PCBs)、多溴联苯醚(PBDEs)的污染水平、分布特征和相分配规律. 通过对3个采样点的研究发现, ΣPCDD/Fs的浓度为2.91~50.6 pg&;#8729;m^-3, 其毒性当量为0.20~3.45 pg (I-TEQ)&;#8729;m^-3, ΣPCBs的浓度和毒性当量分别为4.23~11.35 ng&;#8729;m-3, 0.050~0.859 pg(TEQ)&;#8729;m^-3, ΣPBDEs的浓度为92~3086 pg&;#8729;m-3, 此3类污染物的浓度高于一般城市地区. 研究结果显示二口恶英主要分布在颗粒物相, 而多氯联苯主要分布于大气中的气相. 通过污染物的气(气相)-粒(颗粒物)分配系数(K_p)与蒸气压(P_L⁰)的关系式评价了污染物的气-粒分配行为. 利用Junge-Pankow 模型和K_oa吸附模型预测了3类污染物在大气中的气-粒分配, 并与实测值作了比较. 结果表明, Junge-Pankow 模型较好地预测了多氯联苯的气-粒分配, 但是该模型较低地预测了二口恶英在颗粒物上的组分, 较高地预测了多溴联苯醚在颗粒物上的浓度. K_oa吸附模型对于二口恶英和多氯联苯的预测值与实测值较一致.     

长江径流量特性及其重要意义的研究

长江的年平均径流量与径流深度分别为9.519 ×10~(11)m~3与526.4mm.其径流量有五个特性:(1)径流量居全国河流之首,占全国总径流量的35.1%,也是流入中国海径流量总量的55.2%.(2)径流量与降水量的关系密切,两者相关系数高达0.99.(3)年际流分配均匀;流量变化幅度在全国不同气候带的大河中属最小.(4)中游的年平均径流量与径流深度均居全流域的首位.但全流域径流分布较为均匀.(5)中下游干流的水面比降与洪水传播速度均大于上游.这些特性,对于长江的洪水成因与预报的研究和水利资源的开发与利用,均具有重要的意义.     

应用双重优化方法估计碳通量

<正>贝叶斯综合反演方法(BSIM)利用先验CO2通量和大气CO2浓度观测数据估计碳通量分布,其结果在很大程度依赖于先验碳通量的偏差.实际应用中,通常用生态碳通量模型计算先验通量,可是不恰当的短期生态过程的模拟将引起先验通量的刻度误差,从而导致BSIM估计结果的偏差.我们提出了一种双重优化算法,     

第三极西风和季风主导流域源区降水呈现不同梯度特征

利用位于第三极东南部受季风主导的长江、黄河、澜沧江、怒江上游和雅鲁藏布江流域,以及位于西部受西风主导的叶尔羌河、印度河、阿姆河和锡尔河上游流域源区256个气象站的降水数据,分析了各流域降水随海拔变化的梯度关系;基于ERA5数据,通过分析水汽含量、对流有效势能和抬升凝结高度与各流域内海拔的变化关系,探讨了不同气候系统主导的流域呈现不同梯度特征的原因;通过水文模型模拟径流反向验证降水梯度校正方法在推算高海拔山区降水时的可行性.结果表明:(1)位于季风区的长江上游、黄河上游、澜沧江、怒江和雅鲁藏布江流域降水随海拔增加而降低(17～128 mm/100 m),地形效应仅在小尺度呈现;西风主导的叶尔羌河、印度河、阿姆河和锡尔河上游流域降水随海拔增加而增加(5～64 mm/100 m),地形效应明显.(2) ERA5与气象站观测降水数据在不同流域源区表现出一致的降水梯度特征.季风区流域降水随海拔增加而减少,主要由水汽含量随海拔增加而减少所致,地形效应在局地尺度依然有所反映;西风区流域降水随海拔增加而增加,主要受抬升凝结高度降低和对流有效势能增加的影响.(3)陆面水文模型反向验证结果表明,在降水地形效应明显的流域,对低海拔站点降水进行地形校正是提高通过降水变率推算高海拔区域降水可靠性、提高水文模拟精度的一个有效途径.研究结果对第三极流域高海拔山区降水数据的地形校正有参考价值;对第二次青藏高原综合科学考察中降水观测的选点有指导意义.     

利用地震海洋学方法研究南海东北部东沙海域内孤立波的结构特征

主要利用地震海洋学方法研究了南海东北部东沙海域内孤立波的结构特征,内孤立波的类型是第一模态下沉型,最大振幅有85.5 m.内孤立波自最大振幅所处深度向下,其振幅大体呈线性减小趋势,振幅随深度的减小率为0.2左右.海底对内孤立波的波形会产生一些影响,一方面海底可能会"切割"内孤立波底部,使之出现间断,另一方面海底的"摩擦"会导致近海底的内孤立波处会发育有较多次一级尺度的波动.横向上看,由地震剖面所得到的内孤立波视宽度,需经过一定的校正才能获得真实宽度,本文所研究的两个内孤立波视宽度分别是4.52和3.36 km,校正后的宽度为0.5~3 km.另外内孤立波处存在的垂向噪音反映出内孤立波具有很强的垂向剪切力.内孤立波水平波数谱与GM模型谱的对比研究表明,其能量在低波数段比GM谱大两个数量级左右.     

朝鲜第六次核爆后InSAR地表形变测量与分析

利用InSAR小基线集(SBAS)方法得到了朝鲜第六次核爆后其中心17 km×22 km范围内一些部位不同时刻(2017年9月10日～2018年6月1日每12 d间隔)的累积地表形变量.将这些测量点依空间相邻关系聚集成14个集合,按照集合内各点平均相干性进行加权平均得到各集合的累积形变量.观测结果显示:(1) SBAS-InSAR能有效观测第六次核试验的热辐射后效阶段形变过程,爆炸中心附近在爆炸后10余天仍存在地表抬升现象,随后开始下沉,不同地方下沉速率和下沉量不同;(2)在冬春季可观测到可能主要因围岩内裂隙水冰冻带来的地表下沉减缓甚至抬升的现象, 2018年5月24日因朝鲜对部分核设施进行爆破使地表形变出现抬升.研究结果表明:(1)第六次核试验的热辐射后效阶段主要表现为围岩受高温高压作用变酥变软,变质后的围岩在重力作用下被压实并开始下沉,沉降的时间过程可以用Weibull模型进行拟合分析;(2)考虑受核爆影响的变质岩层厚度等因素建模分析最大沉降量,得到了爆炸中心垂直向影响距离约为1800～2300 m,变质后的岩石形变系数约为7×10~(-5)～8×10~(-5),统计拟合优度为0.8,P值接近于0.     

SACOL站冰云微物理特性的反演

冰云是全球分布范围最广的云类型之一,对地气系统的辐射收支有重要作用.本文利用兰州大学半干旱气候与环境监测站(SACOL)Ka波段毫米波云雷达(KAZR)2013年8月至2014年7月的观测数据,结合微脉冲激光雷达(MPL)观测数据,分别使用传统经验算法、考虑温度订正的反演算法和KAZR-MPL联合反演算法,反演了冰云的冰水含量和有效粒径两个微物理量,形成了云微物理量的反演数据产品.在此基础上对SACOL站上空云微观特性进行了统计分析,并进一步结合Fu-Liou辐射传输模式,模拟了冰云在大气层顶处对长短波辐射通量的影响,与CERES卫星观测的辐射通量值进行比较,用以评估不同冰云微物理量的差异对辐射所造成的影响.结果发现:SACOL站冰云主要出现在2～14 km的范围内,在7 km处出现频率最高,达到13.02%; 3种云微物理方法反演的冰水含量相差不大,均呈现单峰型分布,概率密度最大处的冰水含量集中在10~(-3)g/m~3左右,而有效粒径的谱分布呈现出较大差异, KAZR-MPL反演算法模拟的冰晶粒径普遍偏大,也正是由于这种差异,造成了对大气层顶的短波辐射通量模拟的偏差.而各种算法对于大气层顶出射的长波辐射模拟效果远好于对短波的模拟,平均误差为5.04%,相关系数均大于0.6,而模拟效果较差的部分,主要存在于光学厚度较薄的个例当中.     

DE3潮汐的全球结构

利用美国卫星TIMED在2002~2006年期间取得的温度数据(L2Aver1.07 SABER/TIMED数据)提取了中间层和低热层(MLT)大气热力潮汐信号, 并且利用Hough模分解(HMD)方法考察了DE3潮汐的全球结构. HMD分析结果显示DE3潮汐主要受前两个Hough模的影响, 而包括衰减模在内的其他Hough模的影响是可以忽略的. 根据HMD分析结果, 给出了MLT区域中DE3潮汐活动的中心高度, 指出其活动的中心主要受第一传播Hough模, (-3, 3)模的控制, 出现在110 km高度, 表现出稳定的单峰年变化(出现在北半球夏季). 还发现(-3, 3)模表现出以2 a为周期的年际变化, 它同时清楚地反映在110 km高度附近DE3潮汐振幅活动中. 在分析时段内, 与(-3, 3)模2 a变化位相一致, DE3潮汐在2002和2004年分别出现显著增强的活动, 其中心振幅达到12 K以上. 分析结果还指出, 在100 km以下高度, 第二传播Hough模, (-3, 4)模, 也起着重要的影响, 使得这里的DE3潮汐活动表现出关于赤道反对称的结构; 另外, (-3, 4)模表现出双峰年变化的特征, 并且在中间层下部区域起着显著的控制作用; 与此对应, 中间层下部的DE3潮汐活动中心出现在冬末春初和秋末冬初两个季节中, 并且交替地出现在赤道以南和赤道以北的热带地区.