雷暴中放电过程的模式研究

利用二维时变动力和电模式对雷暴的放电活动进行的数值计算结果表明：雷暴的放电过程 主要发生在模拟雷暴云发展到３０￣４５ｍｉｎ期间,对应于上气气流速度开始减弱阶段,放电的始发位置主要集中在４．４￣４．８和６．４￣６．８ｋｍ高度上,其相应的环境温度约为－１０和－２５℃。在三极性电荷结构的模拟雷暴云中,大约有１０％的闪电是在雷暴云中部负电荷区与上部正电荷区之间发生。９０％的闪电则发生在雷暴云中部负电荷区与     

两次超级单体雷暴的电荷结构及其地闪特征

利用闪电VHF辐射源高时空分辨率的三维观测资料, 针对二个超级单体雷暴产生的地闪的时空分布特征和电荷结构进行了分析, 结果表明在这两个雷暴产生大量正地闪期间, 雷暴的主体部分(对流区)雷暴电荷结构呈反三极性, 正地闪主要发生在雷暴的主体部分, 并由中部的正电荷区产生; 在大量负地闪发生期间, 负地闪主要发生在雷暴的砧体部分, 由于雷暴主体部分的电荷结构向砧体区的倾斜, 云中砧体部分电荷结构为反偶极性, 上部负电荷区产生了大量负地闪. 雷暴最下部的电荷区很少直接产生对地放电, 但对其上部电荷区的对地放电的发生具有重要作用.     

一次单体雷暴云的穿云电场探测及云内电荷结构

自行设计制作了携带GPS的强电场探空系统, 可以获取探测路径上的电场垂直分量、温度、相对湿度和GPS定位数据. 2008年夏季, 在地面大气平均电场仪以及一部X波段天气雷达的配合下, 在甘肃平凉地区进行了雷暴云内的电场探空实验, 获得了中国内陆高原地区雷暴云内的电场廓线资料. 通过对一次过顶雷暴活跃阶段的探空资料分析, 表明在雷暴云及其下边界存在4个电荷区域: 在海拔高度4.3~4.5 km之间(云底)存在一个负屏蔽电荷层; 在4.5~5.3 km存在一个正电荷区, 对应3~2℃温度层; 在5.4~6.6 km存在一个负电荷区, 对应温度–3~–10℃; 在6.7~7.2 km存在一个正电荷区, 对应温度–11~–14℃. 本文提供的观测结果支持中国内陆高原地区雷暴云内(0℃层之上)存在三极性电荷结构, 但下部正电荷区较正常三极性结构要强的结论.     

超级单体雷暴中闪电VHF辐射源的时空分布特征

利用闪电VHF辐射源高时空分辨率的三维观测资料, 对3个超级单体雷暴的闪电VHF辐射源的时空分布特征进行了分析, 结果表明对流风暴中的闪电洞(即闪电空白区)或闪电环(即环状闪电空白区)与强上升气流密切相关, 闪电洞的直径可达5~6 km, 持续时间长短不等. 在产生龙卷风的灾害性风暴中, 闪电洞的持续时间有时长达20多分钟, 且闪电洞出现在龙卷风发生之前. 在龙卷风发生期间, 闪电洞最为明显, 并在闪电洞上方15~16 km高度有独立于其他闪电的辐射发生. 在闪电洞周围, 闪电通道呈顺时针方向的旋转状, 且没有明显的双层结构, 闪电洞对应于雷暴中的强上升气流区, 闪电辐射源时空分布特征在一定程度上反映了雷暴的对流结构. 同时, 在这些雷暴中主要以大量正极性地闪为主, 正地闪的发生频数最大可达6次/min, 正地闪峰值有时出现在龙卷风发生之前, 有时在之后.     

驾驭雷电新技术

<正>全球平均每分钟遭受约2000次雷暴雷电是蕴含能量最大的自然事件之一。地球上每年大约会产生14亿次闪电。一道闪电的长度最短为100米,最长可达数千米。闪电的温度从1.7万摄氏度至2.8万摄氏度不等,约为太阳表面温度的3至5倍。闪电以其明亮的闪光点亮天空,呈“之”字形划过天空,而不是以直线形式在雷、雨、云和地面之间放电。当空中的冷暖气流相遇时,暖空气将会上升。在上升的过程中,暖空气中的水滴和冷空气中的冰晶彼此碰撞再分开,这种摩擦使云层中产生净电荷。上升的气流将较轻且带有正电荷的冰晶继续抬升到云层的上部,     

美科学家发现新的氢键

氢，这种最简单的元素，可能仍会给人以惊奇。研究人员现在已经发现了一种新的氢键——属于不同分子的二个氢原子之间的吸引。“这是一种新型的分子间相互吸引．”耶鲁大学的化学家罗伯特·克拉布特里（RobortH．Crabtree）说。传统的氢键早为人们所熟知。例如，在水分子中，一个水分子中的氢原子与另一个分子中的氧原子相连便叫氢键。在水分子内，一个氧原子与二个氢原子以共价键的形式相吸引，氢呈正电荷，氧带负电荷，于是便形成了氢键。克拉布特里和他的同事们已发现，在某些分子中，氢原于具有不同的电荷。例如．在硼烷胺（H3BNH3）…     

外核顶部刚性薄层探测

核幔边界作为固态地幔和液态外核的分界面, 是地球深部最重要的间断面, 界面两侧地震波速度和密度存在显著差异. 研究表明, 该界面上部的D”层存在较强的不均匀性和各向异性. 研究人员利用地震学的方法, 发现在某些区域D”层下部存在超低速区; 近年来更有某些学者提出外核顶部某些区域可能存在一个刚性(固体)薄层, 其剪切波速度约为1 km/s, 并认为形成该层的物理机制是在外核冷却过程中, 物质分异产生轻元素聚集在外核顶部从而发生固结. 分析了斐济-汤加地区深地震在美国4个主要台网(USarray, BK, US, CI)上记录到的PKKPbc波形, 发现存在前驱波, 从而证明非洲下部外核顶部可能存在核刚性层. 通过波形拟合确定了该核刚性层的厚度约为1 km. 非洲下部核刚性层与前人利用P4KP和ScP波形在其他区域得到的刚性层模型较为一致. 核刚性层的存在可能对核幔间的物质、能量、角动量耦合起到重要的影响.     

南黄海EY02-2孔磁性地层及古环境意义

对采自南黄海中部平原的钻孔EY02-2(孔深70 m)进行了岩石磁学和磁性地层学研究. 磁化率随温度变化曲线(k-T)显示, 该钻孔沉积物磁性矿物的居里温度为580~600℃, 即主要磁性物质为磁铁矿. 磁滞回线测定结果表明, 南黄海磁性矿物的粒度随不同沉积环境变化很大, 总趋势是潮下滨岸大于陆相, 陆相大于海相, 与沉积物物源的距离远近和水动力强弱有关. 磁极性地层研究揭示出M/B极性转换界线位于该钻孔的63.29 m, 同时在布容期至少出现7次极性漂移(Nr1-7), 可以与布容期内的6次极性事件对应; 在松山期也出现3次正极性漂移, 最下部的两个正漂移可能是发生于886±3 kaBP的Kamikatsura正极性事件的反映. 磁化率和沉积物的粒度在不同的沉积相表现不同, 因此揭示了一些大的环境转换界面. 通常潮下滨岸和陆相的磁化率和粒度都要大于海相沉积物, 磁化率在10×10?5SI左右的稳定分布和平均粒径接近7Φ指示了水深较大的海相层. 但是, 磁化率和粒度不能作为气候变化指标与深海氧同位素δ 18O对比. 我们认为, 半封闭陆架海复杂的沉积物源和在冰期-间冰期沉积动力的变化是造成这种不能对比的原因.     

小脑间位核对下丘脑外侧区神经元电活动的影响

许多研究表明,刺激或损毁小脑某些部位可引起一些内脏和情感活动的变化,提示小脑除具有躯体性运动调节功能之外,还参与了机体非躯体活动的调节.但是,小脑实现其非躯体功能的神经通路至今还不明了.近年来的神经解剖学研究揭示,小脑与下丘脑之间存在着双向的纤维联系.其中的小脑-下丘脑投射纤维由所有三个小脑核团(顶核、间位核和齿核)发出,终止于对测下丘脑外侧区(lateral hypothalamic area,LHA)、后区和背区及背内侧核(?)推测小脑-下丘脑通路可能是小脑实现其非躯体功能的一个途径.本研究观察刺激小脑间位核(interpositus nucleus,IN)对LHA神经元活动的影响,以探讨小脑在参与机体某些非躯体功能调节过程中的作用机制.     

旋磁介质中电磁波的非线性传播特性

本文简要报告了旋磁介质中非线性磁波传播特性研究的最新进展，导出了反铁磁介质对圆偏振电磁波响应的非线性磁化率显式，提示了在反铁磁中传播的非一磁波波束在其稳态和非稳态情况下都以空间孤子的形式存在，其空间宽度与自身的频率有关，当与频率有关的非线性磁化率为负值时，磁波才具有传播稳定性，研究了红外电磁波经反铁磁膜层透射的多稳特性，功率多稳效应的阈值主要取决于波的频率、膜厚和入射区的介质特性，膜厚的增加使得功     

塔里木盆地轮南低隆起储层石油包裹体GOR特征及其地质意义

应用PVTsim模拟软件，对不同储层流体包裹体成分与GOR(油气比)特征进行了研究．结果表明：奥陶系储层中发育三期石油包裹体，石炭系与三叠系储层中发育两类石油包裹体；奥陶系储层中的三期石油包裹体与石炭系及三叠系储层类型1石油包裹体成分相似，为正常原油聚集条件下形成，而石炭系、三叠系储层类型2石油包裹体具有较高的GOR与C1值，油质较轻．结合油气藏形成的地质地球化学特征，本研究认为轮南低隆起现今油气藏主成藏期有两期，一期是正常原油，另一期是轻质油，均发生在晚第三纪；轻质油充注来源于东南部，具有东南强，西北弱，下部强，上部弱的特点；油气藏的多期充注及保存条件造成的油气散失是轮南低隆起油气多样性的主要原因．     

琼东南盆地深水重力流沉积旋回

通过3D地震资料,在琼东南盆地西部陆坡(15°30′00″~16°30′00″N)、早更新世至今的沉积地层中,自下而上依次识别了3套重力流沉积旋回,每套重力流沉积旋回由下部的块体搬运沉积体系和上部的水道-堤岸沉积体系构成.块体搬运沉积体系整体呈现为杂乱、半透明状的地震反射特征,底界面发育侵蚀沟谷,内部发育逆冲断层;水道-堤岸沉积体系整体表现为平行、连续同向轴的地震反射特征,局部半透明,发育弯曲水道、海鸥翼状堤岸、越岸沉积、决口扇和滑塌体.依据海底地形、重力流流动方向和中南半岛的山间河流分布推断越南中部山区是研究区的重力流物源,山间河流是主要的输送途径,指出陆架-陆坡的快速沉积物堆积是形成重力流沉积旋回的基本条件,探讨了海平面变化过程中的孔隙流体压力变化与重力流沉积体系类型之间的对应关系,并在理论上推测重力流旋回周期与更新世偏心率长周期(400~500 ka)的海平面变化一致.     

下扬子地壳P波速度结构: 符离集-奉贤地震测深剖面再解释

利用适于地壳速度结构重建的有限差分反演技术和RayInvr技术, 解释了下扬子地区符离集-奉贤地震测深剖面密集的宽角反射/折射地震资料, 重建研究区地壳上地幔顶部P波速度结构. 该剖面速度模型在纵向上大致可分上地壳、中地壳和下地壳三部分, 横向上可划分为6个块体. 研究区速度分布符合稳定地台的速度结构特征. 上地壳总厚度10.5~13.0 km, 速度横向变化剧烈, 底部速度可达到6.2 km·s^-1. 中地壳下部及下地壳上部速度分布横向不均匀性显著. 中地壳上部和下部、下地壳及上地幔顶部的P波速度值度值分别在5.9~6.2, 6.3~6.4, 6.6~7.0和8.06~8.30 km·s^-1左右. 莫霍界面深度为30~36 km. 郯庐断裂带域两侧中上地壳速度结构明显不同, 而下地壳未见明显的速度异常和界面形态异常显示. 推测郯庐断裂嘉山段在中生代曾经切割整个地壳, 后由于造山带伸展及壳内均衡作用等, 使得断裂特征在弹性中上地壳中得以保留, 而在粘塑性下地壳中的断裂迹象则逐渐消失. 镇江附近5级以上地震与延伸至下地壳的深大断裂有关, 其地震成因可能是来自岩石圈的能量容易沿深大断裂传输至中上地壳, 在构造有利的位置积聚, 最终诱发地震.     

Mn掺杂LiMgP新型稀磁半导体的光电性质

采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝势法,对新型稀磁半导体Li_(1±y)(Mg_(1-x)Mn_x)P(x=0,0.125;y=0,0.125)体系进行几何结构优化,计算并对比分析了体系的电子结构、形成能、电荷重叠布局、差分电荷密度及光学性质.结果表明,LiMgP体系中化学键均表现为极化的共价键,磁性元素Mn的掺入形成了强于Mg-P的Mn-P共价键,且产生自旋极化杂质带,通过改变Li的计量数可以改变体系的性质和参与杂化的轨道.与单掺Mn相比,Li过量体系表现为金属性,杂质带宽度增大,而净磁矩减小,同时形成能降低,导电能力增强,Mn-P键的相互作用减弱;Li空位体系表现为半金属性,半金属能隙为0.478 eV,净磁矩为4.02μ_в,Mn-P键的重叠电荷布局数最大,键长最小,Mn和P原子之间的电子云最密集且共用电子对偏移程度最小,Mn3d和P3p间杂化作用最强.通过对比体系光学性质发现,Mn掺入后介电函数和光吸收谱在低能区出现新的峰值,同时复折射率函数也发生明显变化,体系扩大了对电磁波的吸收范围,能量损失明显减小.     

1930年以来的粒子物理学——自然界简单性和一致性观念的进化史

1930年以前,原子物理学认为只有质子和电子是物质的基本结构单位即“基本粒子”。这种只有在两种基本粒子的观点与物理学家们对自然界秩序的过分简单化的看法非常一致。而且人们发现这两种基本粒子都带有电荷和质量。因此,很多物理学家包括象玻尔(Bohr)和爱丁顿(Eddington)这样的领袖人物,对于中微子和中子具有基本粒子特性的假设在很长一段时间里都持怀疑态度。按照他们的观点,承认这些新的基本粒子,会带来两个不愉快的后果,第一,这会动摇长久以来人们对自然界简单性原则的信任;第二,这意味着无电荷、无质量这种光子的属性也会成为任何基本物质粒子的自然属性。除掉这种怀疑论以外,在一些理论家中,还有一种实证主义观点,不愿在理论上承认这种“没有观测到的粒子”。另一方面,某些实用主义的理论家则大胆地表示,愿意引入没有观测到的粒子,以便取得概念上的突破。自从本世纪四十年代后期以来,大量的所谓多余粒子的意外出现,极大地震动了原子物理学家们,同时也使他们的脑子大为开窍。他们已经认识到,复杂微妙的对称和守恒定律必须设法达到对各种亚原子现象的完全统一,他们还倾向于发展一种新的信念:即便不能发现或观测到独立状态的“真正的”基本粒子,也不能证明它们并不存在。     

老化过程对大气黑碳颗粒物性质及其气候效应的影响

黑碳颗粒物是人类活动排放到大气中的重要温室物种,但对其气候效应的认知仍然存在很大的不确定性.老化过程对黑碳颗粒物性质的改变,是造成这种不确定性的重要来源.针对黑碳老化这一研究热点,本文综述了国内外基于实验室和外场研究的进展,从影响黑碳微观性质的角度出发,总结梳理了老化过程对黑碳混合态,包括形貌和化学组分的影响,并在此基础上,探讨了与气候效应相关的黑碳颗粒物的吸光性、吸湿性、云凝结核与冰核活性在老化过程中的变化.伴随着老化过程的进行,黑碳颗粒物由初始的外混态向内混态转变,形貌由枝杈状结构经填充-塌缩-持续被包裹的过程逐渐演变成近似球形的核壳结构.黑碳颗粒物中的化学组分在排放初期会受到共同排放组分的影响,并在老化过程中表现出二次组分增加的趋势.由于包裹物在黑碳外层的累积,老化过程会导致黑碳颗粒物吸光性的增强,但增强倍数受到包裹物厚度、形貌和化学组分的共同影响.并且,在讨论颗粒物群体的吸光增强倍数时,黑碳颗粒物之间混合态的非均一性也需要纳入考虑.老化过程会增强黑碳颗粒物的吸湿性与云凝结核活性,这与包裹物本身的性质密切相关,但相关的外场研究还十分缺乏.针对黑碳颗粒物是否具有冰核活性以及老化过程...     

埃迪卡拉纪-寒武纪过渡时期下扬子深水盆地氧化还原性质:来自浙西底本剖面铁组分及有机碳同位素的约束

浙江省开化县底本乡皮园村组硅质岩和荷塘组黑色泥岩为埃迪卡拉纪-寒武纪过渡时期(Ediacaran-Cambrian transition,E-C transition)下扬子盆地典型深水相沉积,对其研究有助于认识古海洋的氧化还原环境.本文共采集岩石样品53件,分析岩样中铁组分包括黄铁矿的铁(FePy)、碳酸盐矿物中的铁(FeCarb)、氧化铁和氢氧化铁(FeOx)、磁铁矿的铁(FeMag)、总铁(FeT)的含量和δ13Corg值.结果表明:(1)底本剖面皮园村组硅质岩和荷塘组黑色泥岩样品中的黄铁矿含量普遍较低,大部分小于1%;FePy/FeHR的值在0.01~0.81之间,绝大多数样品低于0.5;FeHR/FeT的值在0.39~0.93之间,绝大多数样品高于0.5.(2)从碳同位素的对比可以看出底本剖面与其他剖面具有很好的对应关系,并且界定出埃迪卡拉纪与寒武纪的分界点在底本剖面皮园村组中下部δ13Corg值的最大负偏处.浙西皮园村组硅质岩和荷塘组黑色泥岩的沉积环境主体上以缺氧含铁为主,较高的高活性铁含量和较低的黄铁矿含量指示当时盆地深水中H2S相对缺乏,Fe2+是富余的;且在荷塘组下部和上部海水含氧量似乎有逐渐增加的趋势,但氧气的增加量还不足以使深海达到完全氧化.因此,E-C过渡时期古海洋环境是缺氧含铁的,这样的环境制约了后生动物在深水区的出现和演化,并且为充分认识"寒武纪生命大爆发"的时空顺序和过程提供了重要的参考.     

与“南永2井珊瑚礁‘红色与黑色沉积夹层’的成因及环境意义初探”商榷

“南永2井珊瑚礁‘红色与黑色沉积夹层’的成因及环境意义初探”一文[1](以下简称“南文”)重点研究了南永2井珊瑚礁红色和黑色沉积夹层.通过对黑色沉积和红色沉积的古地磁特征(包括磁化率、剩余磁化强度)和地球化学特征(MnO和Fe2O3)的研究,“认为这一对特殊而典型的‘沉积夹层’与古气候的突变有关”.文章思路新颖,独创性强,所报道的红色和黑色沉积对于全球气候变化、事件沉积具有重要的研究意义. 关于黑色与红色沉积的研究国际上已进行多年,不同时期的黑色和红色沉积在规模、时间跨度和空间分布上不尽相同,因而其形成机理也各不相同.30多年来全球深海钻探和大洋钻探资料揭示,地质历史中侏罗纪~白垩纪广泛分布富有机质的黑色页岩,Schlanger等人[2]首次提出“大洋缺氧事件”模式用以解释其成因.后续调查研究表明,缺氧事件对应于高含量有机碳[3]、大规模有机碳埋藏[4]、碳同位素正偏[5]和海洋生物大规模绝灭[6].近年来,科学家注意到在早、中白垩世缺氧事件黑色沉积之上晚白垩世期间全球范围内广泛出现典型的海相红色沉积,包括红色灰岩类和红色泥质岩,并认为是大洋富氧事件的产物[7,8]1).这种大洋缺氧事件(黑色页岩与大洋富氧事件)红色沉积组合变化绝不是偶然的现象,它是地球系统中气圈-水圈-沉积圈圈层耦合的产物,其表现周期为10~100 Ma. 而“南文”报道的红色沉积夹层时限为20~30 ka,相当于米兰科维奇旋回,空间分布区域也较为有限.根据沉积速率推算,其黑色沉积的时限约220 ka.与白垩系相比,南永2井珊瑚礁红色与黑色沉积夹层很可能相当于米兰科维奇旋回级别.在整个地质历史中,与白垩系相似的黑色/红色沉积很可能出现在奥陶系[9](Andrei Dronov,私人通信,2001). 现在最为紧迫的一点似乎在于区分不同级别的黑色/红色沉积,为系统性的研究打下一个良好的基础.因此,在“南文”研究基础上,进一步开展红色和黑色沉积夹层研究具有非常重要的意义,因为相对来讲,相似沉积的地质历史时代越近,研究也就相对更准确,难度也更小.但是就文章本身所提供的信息来看,该文的研究结论似乎还有不少值得完善的地方, 下面特把我们的问题提出来,以期共同提高对于地质历史时期的黑色/红色沉积研究. 问题1:“南文”中黑色沉积和红色沉积的岩石学特征交待不够明朗.岩石学特征直接与海平面、物源区性质等相关.如果黑色和红色沉积的岩石学特征不发生明显变化,则可以排除海平面变化和物源区的影响. 问题2:黑色和红色沉积的颜色分布是浸染状、斑点状还是块状？其均一性如何？均一性不同,解释很可能不同.例如,斑点状颜色很可能是特殊矿物在成岩阶段被氧化所致,而均一性好的颜色多为沉积阶段产物(成岩后生阶段之前).其颜色成因很可能与海水地球化学性质有关. 问题3:黑色和红色沉积中的有机碳含量是否有变化？颜色跟有机碳含量变化是否相关？在沉积学中,有机碳含量高的沉积物一般颜色较深,典型的黑色页岩就是由于有机碳含量较高所致. 问题4:“南文”中1477页最后一段至1479页第1段指出:黑色沉积中心层的底界正好对应于布容正极性/松山反极性(B/M)转换的界限,并进一步根据年龄数据相当于d 18O曲线划分的19/20(冷/暖)转换界限, 由此得出结论黑色沉积夹层的形成与全球气候突发事件有关.应该指出的是,在承认对比精确度的前提下,极性反转与气候冷暖转换界限对应于黑色沉积中心,只能说明在时间上的对应关系,而并不能说明黑色沉积就一定与全球气候突发事件相关,两者之间不存在必然关系.要揭示气候变化,恐怕碳酸盐(全岩或化石)氧稳定同位素测试是必要的,同时也是最有效的方法. 问题5:1479页第1段.生物碎屑含量在黑色沉积中的变化是否一定是气候(气温)变化的产物值得进一步探讨.导致生物碎屑含量增加的因素很多,气候温度变化可能仅仅只是其中一个因素.我们不能将生物碎屑含量的增加直接用作气候变化的证据. 问题6:“南文”中指出(1479页第2段)冰期会有Mn,Fe等金属元素在礁岩中的浓缩, 而当气候突然变暖时,Mn,Fe,Cu,Zn和Cd等金属又会大量氧化稀释.此处是直接提出结论而未见任何参考文献的印证;“南文”随后在解释黑色/红色形成机制时更进一步假设是由于Mn和Fe各占优势的原因,其理论依据是什么？另外,文中仅仅讨论了Mn和Fe的含量变化,其他元素变化如何？Mn和Fe等金属的地球化学行为与气候之间的关系如何？等等,均缺乏令人信服的解释.而这些问题正是全文的核心所在. 以上提出的问题得当与否有待验证,可能会由于研究侧重点的不同而会囿于一家之言.但无论如何,目标只有一个,那就是共同推进黑色/红色沉积(事件)的研究,将问题引向深入. 致谢 本工作受国家杰出青年科学基金(批准: 49625203)资助.