梅雨期EAP事件的中期演变特征与中高纬Rossby波活动

揭示了梅雨期EAP(东亚/太平洋)事件的中期演变特征和中高纬Rossby波活动对它的作用. 正负EAP事件的形成过程并不是简单的反位相演变过程. 在对流层上层, Rossby波能量在欧亚大陆中高纬地区及亚洲急流区向下游频散, 形成EAP事件中高纬度2个异常中心的基本形态. 在这一层, Rossby波能量也从中纬度异常中心向高纬度异常中心经向传播. 在对流层中低层, 热带西太平洋暖池区对流活动异常可形成EAP事件的副热带异常中心, Rossby波能量从这一中心的北界向北频散, 有利于中纬度异常中心的维持和加强. Rossby波能量在对流层上层西风带背景环流中准纬向频散和在对流层中低层东亚夏季风环流中准经向频散, 其对应的异常环流在东亚沿岸地区相互作用和相互锁定, 形成正负EAP事件盛期的典型特征.     

复杂构型非孤立圆涡的能量频散

能量频散是一个基础性的科学问题, 与台风、暴雨、地震等灾害密切相关, 一直受到多学科研究人员和广大预报员的关注. 孤立圆涡能量频散的动力学己经清楚. 但是, 造成天气灾害的往往是非孤立圆涡. 非孤立圆涡能量频散的动力学尚待探索. 本文用线性化的正压无幅散涡度方程, 研究了非孤立圆涡能量频散的特征. 这里, 非孤立圆涡指的是: 一个热带气旋(TC)涡旋和一个中尺度涡构成的复杂构型. 基于傅里叶变换的解析解和基于空间差分格式的数值解一致地显示: (1) 在只有TC 涡旋的条件下, 涡旋能量频散形成一个TC-G-D 的波列, 3 个波列成员中心的连线是一条与x 轴平行的直线. 这里, “G”和“D”分别代表高值和低值系统. (2) 在非孤立圆涡的条件下, 涡旋能量频散也形成了一个TC-G-D 的波列, 但是, 3 个波列成员中心的连线不再是一条与x轴平行的直线, 而是一个三角形. (3) 三角形底角的角度与初始中尺度涡的强度之间存在非线性联系. 这些结果在台风预测中具有应用前景.     

含非完好界面的非线性弹性波超材料中SH波的非互易传输

研究了含非完好界面的非线性弹性波超材料中的非互易传输现象.通过结构的非对称性和材料的非线性打破了经典弹性波系统中的互易性原理.入射的反平面剪切(shear horizontal, SH)波与材料的非线性效应相互作用产生二次谐波.根据Bloch定理,利用刚度矩阵法得到了基频波和二次谐波的带隙和透射系数.通过与完好界面情况下的结果对比,讨论了界面特性对层状周期结构中SH波的带隙和非互易传输的影响.本研究有助于设计具有非互易传输性能的弹性波超材料器件.     

一种新型式的Boussinesq方程

Boussinesq方程关于变水深问题的应用早已被Peresrine所推导,其作用能够描述不规则波与方向谱在浅水区的非线性作用和能量转换。其沿水深积分使三维波浪传播问题转化成二维问题进行处理。近些年来,一些工作已经扩展了Boussinesq方程在深水中的应用范围,靠促进其方程频散性来实现。Madsen仿Witting作法采用变量线性组合构成的量级小项,加入到动量方程中来拓展变水深条件下的Boussinesq频散性,使其达到了2阶频散精度。Nwogu采用水深之某一特定层的水平速度变量来推导出可随不同水深层的选取来达到改善其频散精度的Boussinesq方程。     

华南大陆S波三维速度结构与郯庐断裂带的南延

利用我国地震台站记录的Rayleigh波观测资料, 通过适配滤波频时分析技术进行数据处理, 获得了穿越我国东南及陆缘地区的Rayleigh波频散. 运用随机反演理论取得了东南大陆及陆缘地带4°×4°网格的纯路径频散数据. 在网格反演的基础上求得了该区S波的三维速度结构. 同时结合该区人工地震深部探测速度结构剖面综合研究了该区构造格局与断裂延深和延伸. 研究结果表明: 华南大陆Moho界面埋深为30～40 km, 并由西向东逐渐减薄, 在陆缘与浅海地域为25～28 km, 具有明显的分区特征. 上地幔低速层埋深为60～100 km, 变化幅度较大. 郯庐断裂跨过长江后在64～96分格(NS)和65～97分格(NS)之间地带向南延伸, 垂直错动幅度可达10 km, 可伸抵170 km左右的深处, 并在海南岛东侧附近潜入海域. 太行山-武陵山-苗岭-越北山区巨型重力梯度带南段深部Moho界面与软流层顶面均向南加深下倾, 并伸入海域. 它可能与郯庐断裂带汇合, 这条重力梯度带与郯庐断裂带均受到东西向潜伏构造的作用与影响.     

一种优化的交错变网格有限差分法及其在井间声波中的应用

提出了一种优化交错变网格有限差分算法, 并在二维速度-应力关系的弹性波方程中实现. 利用频散关系守恒准则构造了四阶精度的差分算子, 该算法属于连续变网格方法, 不需要在精细网格和粗糙网格之间进行插值. 将优化算法的数值结果与解析解及八阶规则交错网格差分算法进行了比较, 验证了该算法的精度. 与基于Taylor展开的变网格有限差分算法比较可知, 优化算法的频散特性较好, 在数值模拟中可使用更粗糙的网格. 将提出的优化算法应用于复杂的井间声波模型. 该数值实例表明, 优化算法可以节省大量的计算内存和计算时间, 同时具有优良的稳定性.     

上地壳低频地震波频散现象的物理学机制被揭示

<正>上地壳岩石低频地震波的频散现象及其成因一直是学术界关注的热点,最近科学家采用双重孔隙结构逼近地壳岩石,对比理论预测与实验观测,为上地壳孔隙岩石中低频地震波强频散现象提出了合理的物理学解释.这项题为"双重孔隙介质波传播理论与地震响应实验     

钠层分布对重力波传播响应的线性理论

利用线性化的光化-动力耦合的重力波模式就重力波对中层顶区钠层分布的影响进行了计算, 模式中包括了背景光化学和钠层光化学反应. 着重研究并给出了钠层混合比对重力波传播响应的振幅和相位分布. 计算表明, 钠原子对重力波响应的最敏感区域在钠层的下部. 并且, 在钠层下部, 钠原子混合比波动与温度波动同相位, 而在其上部, 与温度波动反相位.     

曲靖地区电离层准6日扰动与MLT大气行星波的相关性

利用曲靖地区(25.6°N,103.8°E)2008年9～11月共2个月的MF雷达风场数据和电离层垂直探测数据,分析了中层低热层(MLT)大气行星波,电离层Es和F层的准6日行星波状扰动特性.结果表明,电离层foEs的准6日行星波状扰动与MLT大气纬向风场中的准6日行星波存在紧密相关性,后者通过调制半日潮汐间接影响Es层.电离层F区未出现显著的准6日行星波状扰动.这些结果提供了大气行星波与电离层Es层相互耦合的实验证据,加深了对我国低纬地区电离层空间天气扰动特性的认识.     

台风螺旋雨带的数值模拟研究

螺旋雨带是台风的基本特征之一. 近年来螺旋雨带发生机理的涡旋Rossby波理论已得到普遍的认同, 但对螺旋雨带的内部结构还没有详细的研究. 利用MM5(V3)对2002年8月给厦门带来特大暴雨的强热带风暴Kammuri的螺旋雨带作了数值模拟. 结果表明, 模拟螺旋雨带沿方位角的移速与涡旋Rossby波的理论波速一致, 并伴随着能量在径向的频散. 从模式输出的高分辨率的多种物理参数数据集中分析出的螺旋雨带结构表明, 台风中的气旋式涡度、垂直运动、水平动量等都高度集中在螺旋雨带中. 并进一步指出, 螺旋雨带的水汽主要来自1 km以下, 而且来自外侧的空气具有明显的对流性不稳定, 它为螺旋雨带中对流的发展提供了不稳定能量. 螺旋雨带内侧空气的层结是中性的, 说明不稳定能量已经释放. 螺旋雨带的外侧存在风速高达30 m/s以上的中尺度强风带, 它的产生和外侧的空气向螺旋雨带流入时气压梯度力所起的加速作用有关.     

微波左手材料的反射率和相位随频率的变化特性

利用矩形波导法首次由实验研究了微波垂直入射到由铜六边形开口谐振环(split ring resonators, SRRs)和铜杆组成的左手材料(left-handed metamaterials, LHMs)样品表面时, 其反射率和反射相位随频率的变化特性. 实验结果表明: 单层SRRs的LHMs样品在左手频段内出现了一个深度为&#8722;3.3 dB的反射峰, 即其反射率为47%. 在左手频段内, 反射波相位随微波频率的变化关系与透射波相位变化不同, 而且反射波相位曲线在反射峰频率处出现一个拐点. 对于三层SRRs的LHMs样品, 其反射峰的深度随样品排数的增加而增加, 即不反射能力增强, 且反射峰与左手透射峰有一个相对频移, 认为不同层间SRRs的相互作用是导致其频移的原因.     

消逝波激励的WGM光纤激光的偏振特性

研究了一种新型光纤激光器—— 消逝波激励的回音壁模式光纤激光器的偏振特性. 通过实验发现, 在两种不同的光泵浦条件下, 消逝波激励的回音壁模式光纤激光辐射具有不同的偏振特性. 当泵浦光严格沿光纤轴向泵浦时, 回音壁模式激光只存在横电波, 激光辐射点的光电矢量偏振方向沿光纤径向, 由此形成一种特殊的径向偏振激光辐射; 当泵浦光沿光纤的近轴向泵浦时, 回音壁模式激光既存在横电波又存在横磁波, 由此形成径向和轴向混合偏振的激光辐射. 根据消逝波激励的回音壁模式光纤激光的辐射机制, 对观察到的激光偏振特性给予了合理的解释.     

自旋电磁场和偶极子: 一种局域化和量子化的场

自旋电磁场是一种与传统电磁场形式不同的电磁场模式, 具有波粒二象性. 自旋电磁场 是自旋方程在自由空间的本征模式解, 而自旋方程可以通过麦克斯韦方程得到. 本文把具有分 布特性的源函数作为自旋模式的一个组成部分, 从而由自旋方程导出齐次的本征方程. 自旋电 磁场有两个基本特性: 绕轴自转和存在于有限空间内. 本文详细讨论了所得到的本征电模和磁 模的源和电磁场结构. 从源的层面上, 我们可以通过积分得到自旋模的电和磁偶极矩. 自旋电 磁场的分布电荷与电流源可以看成是电和磁偶极子的电磁结构. 自旋模的电磁场结构同时具 有波和粒子的基本特征量, 包括用传播常数、角频率或特征转速表示的波动参量, 以及用本征 半径、能量和角动量表示的量子性参量. 前者体现了电磁谐振模的特点, 而后者体现了自旋粒 子的力学特性. 自旋电模有两种不同的电磁场结构, 除了用电荷对描述外, 论文导出了它的磁 流源表示. 这两种模式有相同的电偶极矩, 但由于它们的源不同, 分别具有有散和无散的特性.     

采用地震背景噪音成像技术反演天山及周边区域地壳剪切波速度结构

采用地震背景噪声成像技术获得了天山及周边区域的地壳剪切波速度结构, 数据取自中亚地区50个宽频带数字地震台站的连续噪音记录, 通过互相关计算共获取了约748个高信噪比瑞雷面波经验格林函数: 利用可视化方法测量了周期为6~50 s的瑞雷面波相速度频散, 据此反演了相速度分布模型和剪切波速度结构. 结果表明, 短周期(6~20 s)相速度分布与地质构造存在一定的相关性, 高速区域对应于山脉, 低速区域对应于沉积盆地, 天山造山带下部存在双向俯冲高速异常, 其中天山南部的高速异常从塔里木中上地壳向北俯冲, 天山北部的高速异常则从中地壳向南俯冲; 另外天山造山带中下地壳存在低速通道, 该通道为地幔热流的上涌或侵入提供了途径. 研究表明, 塔里木盆地地壳的向北俯冲和哈萨克地台地壳的向南俯冲作用, 以及天山下方的地幔热流上涌共同为天山造山带的活化提供了主要动力.     

1995年日本神户地震建筑物倒塌与S波和盆地边缘次生面波干涉的研究

用地震波在不均匀介质传播中的波动方程的数值模拟方法, 分析了两维剖面SH以及P-SV地震波传播过程中波的叠加干涉与1995年日本神户地震中建筑物倒塌率分布之间的关系. 模拟中使用了错格实数Fourier变换的快速、高精度的微分算子. 利用地震波在不均匀地下介质传播的瞬间分布图分析了地震波在空间叠加干涉的过程. 结果表明, 模拟所得加速度波形的峰值很可能是由基岩表面传入沉积层的次生面波和沉积层中体波在地面表层中的干涉所致. 模拟所得地面加速度振幅的分布与建筑物倒塌率的分布极为一致. 远离地震断层的建筑物峰值倒塌率也和加速度的峰值吻合. 干涉过程的分析表示了建筑物倒塌率的分布与地质构造和地震波速度结构密切相关. 地震体波与盆地边缘次生面波的干涉很可能是形成倒塌极大值的原因. 由此可见用数值模拟方法研究地震波动传播过程以及其干涉过程对于地震灾害研究是十分必要的.     

银膜表面等离子体激元的光学倍频增强效应

一、前言近年来,对表面等离子体激元(简称SP)的非线性光学效应的研究日益引起人们的兴趣和重视。Simon和Shen等人曾从不同角度对Ag-石英界面SP波的光学倍频增强效应进行了分析,本文介绍了Ag-ADP界面产生的二次谐波(简称SH信号)的增强效应,并把它与Ag-石英界面产生的SH信号进行了比较。在理论上给出了SH信号强度的计算公式。对     

地震地面运动数值模拟中的土层增幅和波的多重干涉效应

阐述了在研究复杂地震灾害问题时不均匀介质中土层增幅率和地震波多重干涉效应对于用数值模拟方法研究地震地面运动的影响. 在数值模拟中, 首先分析了区域地质构造, 使用了由地表微动矩阵观测结果而得来的高精度地震波速度结构. 又运用地表浅层40 m深的钻孔岩(土)芯结构的地质和地震波速度资料, 进一步分析了浅地表土层对于地震波地面运动增幅率分布的影响. 揭示了重灾区地表土层对地面运动增幅率的非线形关系特征. 在地质结构特征分析基础上, 用数值模拟方法计算了日本神户地震灾区地面运动SH波分量加速度波形. 波动方程数值模拟解法中使用了错格实数傅里叶微分算子的拟Fourier谱微分法. 地面运动数值模拟结果表明地表土层的增幅率和地下速度结构特征对地面加速度波形及其最大振幅分布有很大影响. 由数值模拟地面运动结果与该区的1995年日本神户地震建筑物倒塌率关系的分析可知, 模拟所得地面加速度波形最大振幅与建筑物倒塌率的分布极为一致. 远离地震断层的建筑物的两重峰值倒塌率也和加速度的峰值吻合. 利用模拟的瞬间地震波不均匀多层介质中空间传播快拍图像分析了两重地面运动峰值与地质构造的关系. 结果表明两重峰值的地面运动可能是由基岩表面传入沉积层表层的次生面波和沉积层中体波干涉形成了第1次地面运动峰值; 表层下层通道波次生的面波与体波干涉形成了第2次波动干涉, 导致了第2个地面运动峰值. 这表明了波的多重干涉与地下结构有关. 由此可知详细分析土层增幅率和与地质结构相关的波的多重干涉现象对于用地面运动数值模拟方法研究地震灾害及建筑物倒塌率分布特征是十分有益的. 地质构造和结构的调查研究, 地面运动数值模拟分析对于地震波传播和抗震研究都是十分重要的.     

压电石英晶体在电解质水溶液中的振荡性能研究——起振特性与振荡区间

八十年代初,压电石英晶体在液相振荡始获成功。后发现溶液比重、粘度、电导率和介电常数对晶振频率的影响。文献[6]以石英剪切波与流体阻尼剪切波耦合的简单物理模型导出了晶振频移与溶液比重、粘度的数学关系式,但该式不能说明晶体在液相难以起振的原因,亦未反映晶体特性与振荡器性能的影响。本文采用自行设计的Pierce晶体振荡器,研究     

利用气候模式能够预测西北太平洋台风活动的气候背景吗?

首先利用1948~2004年观测和再分析资料分析了西北太平洋(WNP)台风频次与夏季平均纬向风垂直风切变、外逸长波辐射以及对流层高、低空散度场之间的相关关系, 表明台风发生频次与三者在台风发生源区都存在密切关系, 因而对西北太平洋台风活动异常具有显著的预测意义. 然后, 利用中国科学院大气物理研究所的9层全球大气环流格点模式(IAP9L-AGCM)进行了34 a (1970~2003年)集合回报试验, 考察了该模式对台风源区纬向风垂直切变以及对流层低层散度场的预测能力. 结果表明, 前者回报结果与实测间的时间相关系数可达0.70, 后者回报结果与实测间的空间相关系数达0.62, 这说明模式对WNP台风活动中主要相关大尺度环境场具有较大的气候预测潜力, 从而有能力在一定程度上实现西北太平洋台风活动异常的实时气候预测.     

与青藏高原东北部地球动力学相关的深部构造问题

青藏高原东北部是探索青藏高原地球动力学的重点地区之一.自20世纪60年代以来实施的一系列深部地球物理探测和相关研究获得了该地区地壳上地幔结构的基本特征.深部地球物理探测揭示高原的地壳增厚,且具有低P波速度、低电阻率和高热流值的特点;体波走时层析成像、面波频散和远震体波接收函数反演共同显示中下地壳的低剪切波速度.回顾青藏高原东北部已有的深部地球物理研究成果,梳理出当前存在一些与地球动力学相关的问题.它们是:(1)中上地壳的低速-高导层;(2)高原地壳的增厚方式;(3)地壳和地幔各向异性;(4)下地壳通道流;(5)向南俯冲的欧亚大陆岩石圈.这些问题尚未达成一致的认识.不同的深部构造模型和观点使得对例如"下地壳通道流"和"俯冲的欧亚大陆岩石圈"有关议题争论持续不断.未能达成共识的重要原因之一可能是现有台网的数据成像分辨率和精度仍不足以识别在地壳和上地幔深处的细节.在国家和区域地震台网的基础上,正在实施的大规模流动地震台阵观测,以及重点地区开展高分辨的深部地球物理探测,将较大幅度地改善目标模型的分辨率和可靠性.这是增进青藏高原东北部深部结构和地球动力学知识的有效途径.