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.     

中国大陆地区雷暴上方的巨大喷流

巨大喷流(gigantic jet)是发生在雷暴云上方的一类大尺度瞬态放电现象,将雷暴云和电离层直接电连接起来.与发生在雷暴云上方的其他放电现象相比,巨大喷流很难在地面观测到.2010年8月12日晚,在我国大陆地区黄海附近雷暴上方(雷暴中心位于35.6°N,119.8°E)观测到一例巨大喷流放电事件,这是迄今为止观测到的距离赤道最远的发生在夏季雷暴上方的巨大喷流.研究结果表明,观测到的巨大喷流放电顶端约位于地面上方89km.产生巨大喷流的雷暴是一个多单体雷暴,巨大喷流出现在雷暴发展阶段,云顶最低亮温约为73℃,最大回波顶高为17km,45dBZ雷达回波顶高位于12～14km.与已有研究结果巨大喷流产生前后正地闪占主导不同,本文得到在巨大喷流产生前后负地闪占主导,而且负地闪在整个雷暴过程中占主导,表明产生巨大喷流雷暴的雷电活动特征存在多样性.另外,本文观测结果是两个雷暴过程产生了两类不同的放电事件,产生巨大喷流的雷暴仅产生了这次巨大喷流,而另外一次雷暴则只产生了5次红色精灵.这一研究结果丰富了对已有产生巨大喷流的雷暴的认识.此外,由于本文观测到的巨大喷流处在台湾FORMOSAT II卫星搭载的ISUAL(Imager of Sprites and Upper Atmospheric Lightnings)观测设备的有效探测范围(30°S～30°N)之外,因此,本文也是对台湾卫星观测结果的有益补充.     

形形色色的闪电

在世界的许多地方,每天都有电闪雷鸣尽情肆虐,特别是在夏天的雷暴天气里,击向大地的雷电每秒可多达100次。闪电现象是如此普遍又频繁,而我们对它的了解却十分有限。尽管我们已经知道,闪电是天地之间的一种放电现象,它发生在云层之中,也发生在带电云层和大地之间,雷电发生时,带电粒子以极快的速度在大气中划过。但是,我们却无法预测下一次雷电会在何时何地发生,我们也不清楚大自然的雷电现象中究竟有多少秘密等待着我们去发现。     

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     

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.     

索马里棉异源单体附加系的形态及分子特征研究

通过细胞学和形态学观察, 从(陆地棉×索马里棉)异源六倍体的陆地棉回交后代中, 鉴定出2个异源单体附加系, 用RAPD方法对其附加的染色体来源进行分子鉴定和区分. 在160条引物中, 筛选出引物SBSG11能特异标记异源单体附加系Ⅰ所附加的索马里棉染色体, 特征带长约600 bp; 引物SBSC03能特异标记异源单体附加系Ⅱ所附加的索马里棉染色体, 特征带长约700 bp; 引物SBSE07和SBSE08分别扩增附加系Ⅰ和附加系Ⅱ产生共有的特征带. 高强纤维索马里棉异源附加系对棉花品种改良可能具有重要的价值.     

青藏高原中部地区闪电活动特征及其对对流最大不稳定能量的响应

利用卫星上携带的闪电成像系统, 1998年1月至2002年7月获取的全球闪电定位资料对青藏高原中部地区的闪电活动进行了研究. 结果表明, 高原上的闪电活动呈现出明显的日变化, 峰值出现在下午17︰00左右, 比临近同纬度带上的湖北荆州地区早3个小时, 说明高原对太阳的加热比同纬度带的邻近地区反应敏感. 青藏高原地区的闪电放电较荆州地区和其他低海拔高度地区的闪电放电要弱, 其原因可归结为高原上较低的对流最大不稳定能量. 青藏高原上的对流最大不稳定能量平均值为荆州地区的1/12左右, 为广州地区的1/20左右, 但是闪电活动频数对对流最大不稳定能量变化的敏感性却比显著低海拔地区高30多倍.     

我国北方沙尘暴的时空分布特征及成因分析

沙尘天气是干旱及半干旱区特有的一种灾害性天气 ,我国西北和华北是沙尘天气的高发区之一 .近年来 ,随着强沙尘暴活动的日趋频繁及其危害的日益严重 ,对我国沙尘暴活动特点及形成原因的研究具有十分重要的意义 .本文从我国北方沙尘暴的时空分布特征、形成原因及危害和防治几方面 ,对沙尘暴这一灾害性天气的最新研究进展进行了较全面的论述 .     

卫星遥感中国对流层中高层大气甲烷的时空分布特征

利用美国Aqua 卫星的AIRS 遥感资料, 分析了2003~2008 年中国地区对流层中高层大气甲烷的时空分布特征. 研究发现, AIRS观测结果与近地面观测资料变化趋势一致, 与地基遥感的误差在1.5%以内. 受近地层自然排放与人为活动的共同影响, 中国对流层甲烷在垂直分布上呈现典型的变化趋势: 随着高度的增加甲烷浓度下降. 甲烷在我国东部和北部地区具有明显的双峰季节变化特征, 最高值存在夏季, 次高值出现在冬季, 与近地面观测结果一致, 而南部地区冬季没有显著增加的人为来源, 西部地区人为活动稀少, 因此在南部和西部地区的甲烷高值只出现在自然源排放强烈的夏季. 中国地区的对流层中高层的甲烷与北半球的几个主要地区变化趋势一致, 均在2007 年之前保持相对稳定, 在2007 年后有一个明显的增长, 但是中国的增长速度较其他地区更为显著, 其中2006~2008 年期间的增长速率与我国近地面观测结果相近.     

青藏高原典型河流中新污染物的时空分布特征及生态风险

新污染物治理及风险防控对于持续改善生态环境质量、建设美丽中国具有重要意义.尼洋河流域是青藏高原地区最重要的农业区之一,尼洋河的水质对于青藏高原生态环境和藏区人民生活至关重要.然而,目前关于该流域新污染物的研究十分欠缺.本研究针对尼洋河林芝段设置了20个采样点,根据实际情况,分别采用被动和主动采样法采集了丰水期和枯水期的水样.一共检出33种抗生素、4种对羟基苯甲酸酯防腐剂、6种三嗪类和苯并咪唑类农药,单一污染物的检出浓度为0.01～250 ng/L,检出率为3%～100%.大部分污染物的浓度低于其他国家和地区河流中的检出浓度,但红霉素、多菌灵等的浓度与其他河流的检出浓度接近,甚至略高.新污染物的检出种类和浓度具有显著的时空分布差异,且抗生素以及三嗪类和苯并咪唑类农药分别在丰水期和枯水期占主导.尼洋河新污染物主要来自生活污水、养殖废水和农田径流,整体生态风险较低.这些发现有助于认识青藏高原典型河流新污染物的污染现状、来源与生态风险,为新污染物防控和水资源保护提供了科学依据.     

澜沧江水温时空分布特征及与下湄公河水温的比较

利用澜沧江流域11个基本未受人类活动干扰水文站的水温观测资料(20世纪60年代),分析了澜沧江水温的时空变化,并利用20世纪80年代后的澜沧江下游(允景洪站)的水温与下湄公河水温(清盛站)进行了比较,探讨了澜沧江下游与下湄公河水温的变化趋势.经过分析发现:澜沧江上、下游的水温变化较大,明显受到纬度的影响,其效应干季大于雨季,冬季大于夏季;平均最低水温受纬度的影响最大,而平均最高水温的影响最小.由此可以认为:澜沧江由于受到河道准南北走向的影响,水温变化较大.另外,通过对澜沧江下游的允景洪站和下湄公河的清盛站近期的水温极其变化趋势的比较分析,发现:允景洪站与清盛站的水温差值是趋于减小.不论是干季、雨季还是年平均,允景洪站的水温趋于弱上升趋势;而清盛站的水温则有明显的降温趋势,由此造成了两站间的水温差异呈现减小趋势.这种相反的变化趋势表明,下湄公河的水温变化与澜沧江出境水温变化关联较弱,更多受区域来水水温和地方气候变化影响.     

黔北志留纪早期枝线贝类介壳层的时空分布和风暴沉积特征

上扬子区下志留统灰岩中发育良好的与海洋风暴事件相关的腕足动物枝线贝类介壳层. 它见于黔北香树园组近顶部或石牛栏组上部, 由2个昙花一现的浅海土著分子拟壳房贝属 (Paraconchidium)或小枝线贝属(Virgianella)以不同比例混合、非原始正常栖居方式的碎壳与灰泥共同堆积而成. 单层厚度少则仅数十厘米, 多则达4 m多. 其中的壳体皆遭遇过高能水流强烈搅动, 特别是较薄的腹壳前部和背壳, 更是破损严重, 其形成的主要动力是风暴和海岸线形状共同导致的增水作用; 据相关群落的生态位(BA2下部至BA3上部)推测, 它们是近岸浅海风暴作用的产物, 介壳的破碎及其堆积的疏密程度反映了近源和远源风暴成因. 志留纪时处于南低纬度的黔北海域, 在广海强水团到达时, 加剧的能量强烈地波及到枝线贝类群落栖居的深度. 多数介壳滩被风暴反复冲淘, 推测其堆积时间可达数万年.     

末次间冰期古土壤的Zr/Rb值时空分布特征及其影响因素

Zr/Rb比值被认为比粒度更为可靠的冬季风指标, 该指标的使用基于两项假设: (1) Zr在粗颗粒中富集而Rb在细颗粒中富集, 因此Zr/Rb可记录到粒度的分选信息; (2) Zr和Rb在风化过程中都稳定, 因而沉积后的风化或成壤作用不会改变原先的Zr/Rb. 研究沿黄土高原的西北-东南断面3个末次间冰期古土壤(S1)的Zr, Rb, Ti, Hf等元素和元素比值在空间上的分布特征, 并对这两项假设进行检验. 结果表明, 从黄土高原西北部到东南部, 在末次间冰期Zr和Rb元素丰度均表现出增加的趋势. 但在末次冰期早期和倒数第2次冰期晚期, Zr元素丰度由西北向东南呈现递减的趋势, Rb元素丰度则仍表现为递增的趋势. 同一剖面间冰期的Rb元素丰度总是高于冰期时段的水平. 在黄土高原西北部风化作用较弱的定西剖面, 间冰期的Zr元素丰度低于冰期时段的水平. 在远离源区、风化作用较强的天水和蓝田剖面, 间冰期的Zr元素丰度高于冰期时段的水平. Zr/Hf值在较窄的范围内波动, 定西剖面的Zr/Hf值相对恒定, 天水和蓝田剖面S1土体部分的Zr/Hf值略高于L1和L2部分. 这些结果支持Rb在细颗粒富集的假设和实验观察, 但不完全支持Zr在粗颗粒中富集的假设和实验观察. 在假定Zr不淋失的基础上, Rb变化率的结果表明Rb的淋失随着风化作用的增强而逐渐增加. 因而也不支持关于Rb的稳定性的假设. 无疑, Zr/Rb值的最终展现是源区因素、搬运以及沉积后的风化作用之间平衡的结果. 在化学风化作用较强的情况下(CIA>65) , 使用Zr/Rb来反映粒度变化或者冬季风强度的波动需要谨慎. 此外我们发现, Zr/Rb始终被约束在1.7以上.     

滑坡活动时空分布的容量维(D_0)特征及其工程地质意义

据分形理论,以西藏樟木地区滑坡活动为例,系统地研究了滑坡活动时空结构的容量维（Ｄ０）特征。结果表明,区域性滑坡活动时空结构的分维在急剧变化阶段同滑坡活动的高潮期相对应。滑坡活动降维现象的存在,在某种意义上也许意味着滑坡系统的失稳和滑坡活动的产生。探讨了分维的工程地质意义。     

三轴压缩下不同构造花岗岩的微破裂时空分布特征及其地震学意义

利用一套新型的声发射测量系统,研究了三轴压缩下两种花岗岩变形过程微破裂活动的时空分布,Ｉｎａｄａ花岗岩的声发射在时间上和空间上丛集现象不明显,因而根据微破裂难以准确推测主破裂的时间和位置,而Ｍａｙｅｔ花岗岩的声发射在时间上丛集出现,在空间上沿主破裂丛集分布,因此根据微破裂可以较准确地预测主破裂的时间和位置,这种差异归因子岩石构造不同引起的变形方法的不同。     

基于DEM的中国东部南北样带森林、农田净初级生产力时空分布特征

利用1999年5月至2000年4月期间接收的NOAA AVHRR图像进行了植被指数NDVI分布图的计算; 讨论了其对全年NPP分布规律的贡献, 并据此分区计算出相应的NPP分布图; 又进一步将其与中国中原地区、华南地区森林、农田NPP野外实测样点数据相结合, 建立了遥感NPP分布估算的定量模型; 在此基础上, 将NPP与DEM进行了配适分析, 得到了中国东部南北样带的森林、农田三度或三向分布规律性直观的、 定量的和详细的时空分析结果. 作者认为, 以往对中国NPP分布的研究由于受到图像分辨率较低(8 km)或定性分布规律分析的影响, 所得出的结论与实况有比较大的出入. 而通过中国东部南北样带分析所得出的结论是“山地森林植被与平原区农业植被NPP值的高低在不同区域存在较大差异, 在华南地区前者高于后者; 黄淮海平原农业区比其周边低山带NPP值高; 而东北区NPP值由高至低的排列顺序为中高山森林带、平原和低山带”. 而且, 大多数农业区NPP值在25~35 t·hm^–2·a^–1地带性差异不明显等结论. 总之, 遥感时空三维模型所表达的地带性NPP平均分布状况, 展现出较高分辨率的定位、定量的三向地带性分布信息, 较详细地刻画了其特殊地段或极端NPP分布的特征, 并得到定量或半定量的形成机理分析结果的证明.     

小麦籽粒中痕量稀土元素的背景含量及分布特征

通过ＩＣＰ－ＭＳ方法,测定了采自种子库的６０个不同品种小麦籽粒样品中１５种痕量稀土元素的背景含量。观察了小麦籽粒中ＲＥＥ含量的分布模式,并与土壤中ＲＥＥ平均含量进行了对比,同时与有关文献中的测定结果进行了对照。     

城市污水处理厂污泥中多氯萘的污染水平与分布特征

采用同位素稀释高分辨气相色谱-高分辨质谱(HRGC/HRMS)联用技术对北京市8个城市污水处理厂污泥中的70余种多氯萘(PCNs)进行了分析测定. 污泥中SPCNs的污染水平在1.48~28.21 ng/g (干重)之间, PCN-TEQs的含量在0.11~2.45 pg/g (干重)之间, 远低于国外其他地区的含量. 结果表明, 污水处理厂的污水来源是影响多氯萘污染水平的重要因素. 探讨了污泥中多氯萘同类物的分布特征, 发现所有样品中PCNs同类物的分布大体相同, 均以二氯萘和三氯萘为主, 说明其污染来源具有一定的相似之处. 研究表明, 城市污泥中的多氯萘主要来自工业污染源; 另外, 废弃物焚烧、燃煤等热处理过程也是造成多氯萘污染的重要来源.     

西沙群岛海域表层海水中微塑料的组成与分布特征

西沙群岛作为我国最大的海洋珊瑚礁区,目前对于微塑料这类新型海洋污染物的研究仍鲜见报道.本研究以西沙群岛海域30个表层海水中采集的微塑料为样本,对微塑料的空间分布、组成及可能的来源进行了定性和定量分析.结果表明:(1)微塑料广泛存在于西沙群岛海域表层海水中,丰度在10～130个/m3,长度多在1～3 mm之间(64.8%),形态主要为纤维和薄膜,颜色多属透明(56.8%)和蓝色(40.2%),化学组分主要是聚对苯二甲酸乙二醇酯(56.2%)和聚丙烯(20.3%).(2)微塑料在西沙群岛海域表层水体中空间分布不均,其分布主要受海水运动、人类活动以及地形地貌特征的影响.与国内外已有研究结果相比,西沙群岛海域表层海水中的微塑料整体处于较低的含量水平.(3)对微塑料形态特征和化学组成的分析表明,西沙海域高强度的渔业活动以及岛上人类活动释放的塑料垃圾可能是其主要来源.     

现代土壤中含季碳支链烷烃的分布特征及环境意义

利用色谱质谱(GC-MS)技术对中国及蒙古国不同气候区的26个深约20 cm表层土壤中的类脂物进行了系统分析. 讨论了在现代土壤中首次发现的含季碳的支链烷烃系列化合物, 如5, 5-二乙基烷烃、6,6-二乙基烷烃、5-丁基, 5-乙基烷烃和6-丁基, 6-乙基烷烃等. 它们每个系列都只有奇碳或偶碳分布, 明显指示生物来源, 其碳数分布具有协变性. 其中5,5-二乙基烷烃的分布同正构烷烃一样具有规律性的空间变化趋势, 与气候和植被的空间分布有很好的一致关系. 在湿热的东南和西南地区其低碳数组分占优势, 主峰基本上为C₂₁或C₂₃; 而在寒冷干旱的西北地区及蒙古国高碳数组分丰度较高, 主峰基本上为C₂₉. 研究结果证明: 和正构烷烃的SC₂₁^-/SC₂₁⁺一样, 5,5-二乙基烷烃的高低碳数分布优势作为一个新的独立指标, 可以敏感地指示土壤生态和气候的变化.