说氧

氧不仅是地球上分布最广、含量最多的元素,同时又是地球上所有生命赖以生存的物质。数10亿年来,正是氧与二氧化碳互为补充的神奇循环,造就了万物繁荣的地球。氧气(O_2)主要分布在地球表面附近大气中,并随着海拔高度增高而递减。据科学家研究得知,早期地球大气中并没有氧气,直到25亿年前,一种原始的海洋生物绿藻大量繁殖起来后才有了变化。绿藻能利用水进行光合作用,把水分解成为电子、质子和氧气。现在地球大气中的氧气含量,很稳定地维持在     

中国地球物理学十年来的进展

一地球物理学是以物理学的原則和方法来研究地球整体及其組成部分——地球本体、大气和海洋——的性貭、状态及在其中发生的自然現象的物理过程的一門科学。很早以前,自然現象就为人們所注意,我国古代科学家对于地球物理并有了不少的貢献。最早的地震历史記載可追溯到公元前1189年,或者更早。世界上第一架地震計在公元132年就已出現。汉代已发明測风向和雨量計。公元724年,僧一行等已測出子年綫一度的长度。在11世紀以前,中国人就已知道地磁偏角并发明航海指南針。明永乐年间(1424年)     

地史时期古大气二氧化碳变化趋势与温室气候——以中生代白垩纪为例

中生代不仅是地球发展和生命演化的重要阶段,同时也是距离现代最近的典型温室气候期。其中,白垩纪被视为地球历史时期温室气候的最佳范例之一。通过古植物气孔参数、古土壤同位素以及地球化学模型等途径的研究,可以勾勒出白垩纪这一典型温室气候环境下古大气二氧化碳浓度变化的大致轮廓。在整个白垩纪时期大气二氧化碳水平相对较高,但在白垩纪早期较低,白垩纪中期达到最高,而白垩纪晚期逐渐降低。更重要的是,借助于这些地质参数还更精确地识别出在白垩纪关键时期出现了几次显著的古大气二氧化碳的短期快速波动变化,表明白垩纪的温室气候状态并非之前所想象的那么稳定,而是发生了几次大规模快速气候扰动事件,并伴随着二氧化碳浓度的短期波动变化。这项研究质疑了整个白垩纪期间气候温度均匀分布且呈现单一稳定温室状态的观点。     

青藏高原表层土壤的日冻融循环

由于土壤与大气之间的能量和水分交换主要发生在界面层, 因此在研究地气相互作用时, 浅层土壤的冻融状况尤为重要. 根据中日国际合作项目CEOP/CAMP-Tibet的观测结果分析发现, 就青藏高原中部那曲附近而言, 表层土壤真正冻结的日数较少(1个月左右). 而存在日冻融循环过程的日数则较多(6个月左右). 土壤冻融状态的频繁变化, 会极大地影响土壤和大气之间的水分和能量的交换过程. 指出土壤在不同状态(完全消融、完全冻结和存在日冻融循环)下, 土壤与大气之间的相互作用过程是个值得深入研究的问题.     

深时气候演变和板块运动

<正>碳在地球各个圈层中的流动和转化过程称为地球的碳循环.地球的碳循环过程可以划分为表层和深部碳循环.两个碳循环过程密不可分,以不同的时间变率相互交织共同维持着地球上气候平衡.古气候指标数据显示,新生代以来大气中的二氧化碳浓度(pCO₂)与地球表面温度之间存在着显著的正相关关系,即当二氧化碳浓度上升时,地球表面的温度也会随之升高^[1,2](图1(a)).     

过去的气候是未来气候的模式

当我们在干燥的草原上被雨淋,或者在北方某地身受酷热折磨的时候,便会不由自主地想道:是不是气候在变化呢?但仅就一种现象,即使是极异常的气候现象,也无法判断气候的变化,因为气候是地球某一点上几十年当中的平均天气状况.在八千至九千年的时间里气候的变化幅度不大,实际上三千年以前的气候已与今天无所区别.在自然界的演变过程中,近几十年来的气候几乎没有什么变化.     

气象学家有望揭示高空卷云的秘密

太空中拍摄到的地球大气照片,可以作为大气脆弱平衡状况的指标;得益于这种脆弱的平衡,生命能够在地球上存在——对于大气科学来讲,2006年无疑是“云团之年”。4月28日,美国航空航天局(NASA)发射了两颗旨在研究各种云团上升和下降之结构因素和具体过程的气象卫星(代号为CLOUDSAT     

地球物理因素在长期天气预报中的应用

一、问题的提出我们的研究表明,地球物理因素(包括地极移动和地球自转速度变化)在大气环流和我国气候演变中起一定作用。本文的主要目的是,从统计学角度估计地球物理因素对我国长江流域、华北及东北地区降水和气温的影响,并寻求将这种影响应用于长期天气预报的方法;为此,我们将综合分析大气环流因子、地球物理因子和太阳活动与预报对象的关系。     

利用第三个人造地球卫星对高空大气的研究

苏联在噴气技术方面的成就,为对高空大气进行新的重要的科学研究創造了条件。苏联的工程师和科学家已經在着手建造一些巨大的人造地球卫星。研究高空大气的地球物理学家已經有可能在地球卫星上装备各种仪器,研究高空大气的各种性貭,以及研究与高空大气相互作用着的地球外面的各种因素:强烈的太阳电磁輻射和微粒輻射,星际间的微尘和气体介貭(以及与其有关的磁場),宇宙线和其他可以被地球大气吸收的各种輻射。在这以前苏联地球物理学家就已經有了利用火箭来研究高室大气的經驗。苏联首批人造地球卫星的建造,标誌着掌握星际空間秘密的新紀元的开始。卫星实驗室在稠密的地球大气层以外开始了工作。每一个地球卫星都丰富了我     

北京地区的天文气候考察和北京天文台台址的选定

一引言计划中的北京天文台是一个近代化的、以天体物理为主的综合性天文台。一个现代化的天体物理台,必须建立在天文气候条件好、基本建设快、与科学中心联系方便的地方。天文气候条件是决定观测质量的主要客观条件。天文气候,也就是影响天文观测的大气条件,它包括以下五个方面的因素: 1.可观测的晴日(夜)数; 2.大气宁静度;     

我国深空探测研究深入火星和月球内部

<正>地球、火星、月球等具有显著的圈层结构,这是其形成与演化的结果;圈层结构因而记录了它们的形成和演化中诸多地质过程和环境变迁,如岩浆洋冷却、壳幔分异和核幔分异,以及气候和宜居性环境演变等.地球的圈层结构可分为外部圈层(水圈、生物圈、大气圈)和内部圈层(地壳、地幔、地核),地球各圈层间存在大规模的物质循环和能量交换.地壳物质可以通过俯冲过程到达地幔甚至是核幔边界,而核幔边界的热物质则能以地幔柱形式上涌至地表.本文着重探讨火星与月球的浅表层和深部结构探测及其未来可能的考量.     

天气图天气预报

我们所说的天气,是指某地区在某瞬时或较短时间内所观察到的各种气象要素(如气压、气温、湿度、风、云等等)所综合体现的大气状态。而各种不同的天气,是由大气中各种天气系统造成的。为了能同时察看和分析各类天气系统的演变规律,研究广大空间里各种气象要素的分布特点,就需要有相应的工     

太阳耀斑对我国华东地区雷暴活动的影响

近十几年来的统计工作、理论研究和探测结果表明,太阳活动确实可以调制地球大气的电状态。而这种改变了的电状态是否可以影响大气中的雷暴活动则是人们最为关注的问题之一、因为它将直接影响每日天气预报的准确率,与人类的日常活动有着密切的联系。自30年     

大气微粒——气候变化关键性的问题

70年代,一些科学家提出称之为大气微粒的空气污染微粒通过阻拦太阳光线和冷却地球表面,可能会使地球进入冰期.然而随着全球温升与对气候变暖威胁的日益关注,大气微粒——气候相关的大多数研究却显得极度冷漠.美国宇航局戈达德(Goddard)空     

高层大气建模:从地球到行星

地球和行星的高层大气作为大气圈与空间环境的过渡区,是大气科学和空间科学的交叉研究领域.高层大气理论模式及其数值模拟可以突破实验观测的限制,又能够比理论分析更为全面细致地重现高层大气的各种物理和化学过程,在高层大气的研究中表现出独特的优势,也一直是国际高层大气研究热点之一.虽然地球高层大气和其他行星高层大气存在差异,但它们之间有着密切的联系,因此大多数的行星高层大气理论模式都是以地球高层大气理论模式为基础开发的.本文聚焦于地球和行星高层大气理论模式,对目前国内外主流的地球和行星高层大气理论模式的发展历史及其性能进行了系统介绍.     

触发和驱动第四纪冰期的机制是什么?

晚新生代地球环境演化的重要事件包括冰期气候和人类起源等,其中,冰期及其旋回问题受到广泛关注,但迄今没有被广泛接受的理论解释.地球构造活动诱发的地表风化强度和大洋环流变化,改变了大气CO_2含量和地表热量传输过程,其与地球运动轨道变化调制的太阳辐射量变化周期,包括地球轨道偏心率、黄赤夹角和岁差等,共同驱动了第四纪大冰期降临及旋回变化.其中,太阳辐射量变化起主导作用.在包括海陆配置、大气CO_2、洋流变化、岩石风化等达到临界点的背景下,太阳辐射量变化驱动着第四纪冰期气候旋回变化.在晚上新世,由于地表化学风化加强、深海沉积埋藏碳增多,使得大气中CO_2含量减少,温室气体效应减弱;加上高纬地区接受太阳辐射量降到临界值,高纬地区冰川发育并形成强大的反馈机制,北半球冰期来临并在之后发生了中更新世冰期气候转型.在上新世-更新世的古气候变化中,存在~400,100,41和23ka等周期,这是太阳辐射量变化驱动的结果;其中,大气CO_2和冰冻圈反馈起到重要的放大作用.近200年以来,人类急剧向大气中排放CO_2气体,增强了温室气体效应,可能改变冰期气候的趋向.     

地球大气的"进化"史

包围地球的空气被称为大气。像鱼类生活在水中一样，我们人类生活在地球大气的底部，并且一刻也离不开大气。大气为地球生命的繁衍、人类的发展，提供了理想的环境。它的状态和变化，时时处处影响到人类的活动与生存。但地球大气一开始并不是现在这样子的，它是伴随着地球一起成长，经过了亿万年不断“吐故纳新”才变成今天这个样子。     

大气细颗粒物对大气能见度的影响

大气颗粒物污染是造成灰霾的主要原因.本文总结了大气颗粒物影响大气能见度的几个主要因素,即颗粒物的数浓度(或质量浓度)粒径分布、化学组分以及混合状态.我们认为,空气动力学粒径小于1μm的细颗粒物(PM1)是影响大气能见度最关键的大气成分.而要准确理解颗粒物的光学性质还必须结合颗粒物的化学组分及其混合状态来综合分析.     

如何控制全球变暖?

把一种可控制的办法用于大气粒子中,来改变低层云的化学性质,以此来抑制或消弱全球变暖,是定量可行的吗?云体覆盖面积(或云量)微小变化的结果,类似于随着大气中CO_2浓度的增加大气对长波吸收增加的一样,可引起大气温度几摄氏度的变化,这个结果与目前计算的相一致.如今,人们认为气候变暖是由于大气中CO_2含量成倍增加而引起的.云体覆盖面积(C),液态水滴的移动路径(L),以及云体液滴相当半径(r)的相对微小变化可以导致气候的变化.据预测,当云体覆盖面积(C)增加15～20%,液态水滴移动路径(L)增加20～35%以及云体液滴相当半径(r)减小     

影响我国霾天气的多尺度过程

频发的霾天气是我国现阶段面临的最主要大气环境问题之一.霾期间高浓度大气细颗粒物(PM_(2.5))是多种物理化学过程综合影响的结果,包括排放、气-粒转化、大气边界层、局地环流、天气与气候等过程.上述过程的时空尺度跨越了几个数量级,在空间尺度上涵盖了纳米尺度至上千千米尺度.多尺度过程本身的复杂性以及不同过程之间的相互影响是目前大气环境领域面临的最严峻挑战,直接影响到对于霾天气形成机制的科学认识、预报技术与数值模式研发,以及相应的大气污染治理.文章综述了在影响我国霾天气的多尺度过程及其与气溶胶的相互作用领域取得的研究进展.研究表明:二次气溶胶已经成为我国大气气溶胶的主要部分,在霾过程后期,液相非均相过程对气-粒转化有重要贡献; PM_(2.5)呈现多时间尺度周期性振荡,包括1, 4～7以及40～60 d等,边界层、天气和气候等多尺度过程是造成上述周期性变化的主因;已有证据表明,我国高气溶胶已经影响到该区域大气光化学、大气边界层,甚至天气和气候过程.气溶胶与上述过程的相互作用进一步影响了气溶胶浓度及其空间分布,但是此问题极为复杂,尚存在很大不确定性.为此,今后需重点加强以下研究:加强包含气溶胶理化性质、大气光化学、气象要素在内的多要素协同观测,重点开展对流层内多要素协同垂直探测;增强跨学科领域研究,尤其是大气物理-大气化学-天气/气候等多学科间的交叉性研究;加强气溶胶与大气化学、边界层、天气气候等过程相互作用的数值模拟研究.