利用VLBI-CONT08观测量确定夏季ERP较强周日变化的研究

甚长基线干涉测量技术(VLBI)是监测地球自转变化的主要手段之一. 1994年以来, 国际上已实施了多次VLBI连续加密观测(CONT), 促进了地球自转参数(ERP)的周日或亚周日成分的连续高频解算, 揭示了观测得到的ERP高频变化与理论模型之间的差异, 有助于进一步解析其激发机制, 改进模型. 为了观测较强信号的大气激发对高时间分辨率ERP的作用, 在最近一次于2008年8月实施的CONT08连续加密观测中, 国际VLBI服务机构(IVS)在CONT联测中安排了地理覆盖更广的VLBI测站分布, 获取连续的周日亚周日高频ERP. 本文分析比较了CONT02, CONT05和CONT08的观测结果, 发现CONT08给出的ERP频谱中存在较强的周日项信号. 该信号得到了相同观测时段的GPS观测数据的证实, 并符合大气角动量的预期, 可以初步认为是北半球夏季较强的大气激发导致了上述ERP周日高频项幅度的增强.     

地极运动与北大西洋涛动

地球瞬时自转轴相对于地球表面或历元平极的运动,简称极移.极移的主要特征是周年极移和Chandler极移.80年代以来,随着资料积累和观测精度的提高,人们开始从局限于周年和Chandler极移的研究扩展到对亚季节性、年际乃至几十年时间尺度极移的探讨.北大西洋涛动是英国气象学家Walker确定的全球三大气象涛动之一,其基本特征为:副热带反气旋带至冰岛附近副极区近南北方向、年际时间尺度上的气压振荡.根据固体地球-海洋-大气系统的总角动量守恒定律,大气、海洋的运动和质量再分布必然伴随着地球自转的变化.所以,本文将研究北大西洋涛动对年际时间尺度上地极运动激发的可能性.     

GPS,OBP和GRACE估计地球动力学扁率变化及其地球物理激发

行星地球是一个旋转的扁椭球体,其动力学扁率(即J2)变化主要由地球系统物质流动和各圈层相互作用引起.目前国际上地球动力学扁率测定主要用卫星激光测距(SLR)资料得到,然而SLR地面观测台站少,南北半球分布不均,且不是连续观测,以及受动力学模型和常数等影响.尽管新一代重力卫星(GRACE)观测大大提高了地球重力场球谐系数低阶项一两个数量级,但对二阶项C20不敏感.本文利用全球连续GPS观测得到的地表负荷位移估计地球动力学扁率J2,并联合GPS与海底气压(OBP)以及OBP和GRACE资料分别估计地球动力学扁率J2,比较和分析地球动力学扁率多尺度变化特征及其机理.结果发现GPS单独估计结果振幅偏小,GPS+OBP,GPS+OBP+GRACE和GRACE估计J2周年变化与SLR结果非常接近.而J2半周年变化,GRACE估计相对较差,主要由于GRACE资料处理没有很好扣除约161天的S2潮汐影响.另外,GPS+OBP和GPS+OBP+GRACE估计J2季节内和年季变化与SLR结果较一致,而GRACE和GPS单独估计结果与SLR结果偏差较大.并进一步利用地球物理模型资料研究对J2变化的贡献,结果表明,地球动力学扁率J2季节性、季节内和年季变化主要由大气、海洋和陆地水地表流体质量重新分布和迁移激发.     

台风麦莎(Matsa)的波状降水特征研究

采用地面加密观测资料、中国风云2号卫星黑体亮度温度(TBB)资料以及NCEP1° × 1°再分析资料, 分析2005年8月登陆中国的台风Matsa大范围暴雨带的结构特征, 研究台风激发的大气波动、大气三维结构及其与台风雨带的关系. 采用观测实事、诊断分析与大气波动理论, 探讨这类台风引起的远距离暴雨带的形成机理. 结果表明: (ⅰ) Matsa雨带具有显著的波状分布特征和远距离传播特征. (ⅱ) 雨带从台风中心向北绵延达2000 km, 波长约500~1000 km, 波动周期12~24 h. (ⅲ) Matsa雨带分布的波状结构与台风周围大气的三维结构特征, 包括扰动涡度散度场、垂直运动场和水汽通量散度场等相应的波动变化特征有密切关系. (ⅳ) 观测实事和理论分析结果表明, Matsa北向传播的大型雨带分布特征与大气惯性波与大气重力内波的混合波特征有关. (ⅴ) 只有在适当的大气层结与合适的重力波垂直波数条件下, 台风扰动才能激发此类远距离传播的波动, 并形成大范围的波状雨带.     

大气季节内振荡在印度夏季风建立和年际变化中的作用

利用动力和统计方法诊断了大气季节内振荡(ISO)在印度夏季风建立和季节演变中的作用. 结果表明, ISO对印度夏季风的建立有着重要的激发作用, 同时在季风的季节变化中ISO也起到一定的促进作用. ISO扰动对季风变化的贡献主要体现在非线性动力作用上, 通过季节内时间尺度的低频西风扰动动量水平输送的辐合或辐散来影响季风的季节变化. 相关分析表明, 在印度夏季风区季节平均的ISO强度与季风强度之间的年际变化关系为显著的负相关. ISO强时, 印度次大陆上空的对流层低层为反气旋性环流异常, 季风偏弱; ISO弱时为气旋性异常环流控制, 季风偏强.     

中层大气臭氧的地面毫米波观测

近年来极区臭氧空洞的发现迫使人们去探测大气臭氧长期的变化趋势。已经使用许多实验技术来测量臭氧的总含量或垂直分布,对中层大气臭氧的地面毫米波观测则是射电天文学成就的延伸。该方法可以提供差不多全天候24h的连续观测数据,可以分析几分钟、几小时以至几年时间尺度内的变化。这里所提出的是在名古屋用地面毫米波观测技术所得到的中层大气臭氧的周日变化与垂直分布的初步结果。     

高阶电离层延迟对GPS坐标时间序列的影响分析

基于高阶电离层延迟改正模型,确定了不同阶次电离层延迟对双频GPS载波信号的影响量,并根据国际地球自转与参考系统服务(international earth rotation and reference systems service,IERS)协议2010推荐的最新模型,对全球均匀分布的109个国际GNSS服务(international GNSS service,IGS)跟踪站1999~2003年的全球定位系统(global positioning system,GPS)数据重新进行了精密处理,量化了高阶电离层延迟对全球GPS坐标时间序列的贡献.研究结果表明,高阶电离层延迟改正会造成较大的测站速度变化,在赤道附近的测站垂直速度变化最大可达约1 mm a?1;能显著降低赤道附近测站垂直分量及亚洲南部测站南北分量的加权均方根(weighted root mean square,WRMS),最佳改善效果达10%(中国LHAS站南北分量);可有效减小IGS基准站各种不同周期信号的振幅;据此,提出高阶电离层延迟可能是造成中纬测站垂直周年、东西方向半周年及低纬测站垂直半周年运动的主要原因之一.     

太阳耀斑期间向日面电离层相关扰动现象与分析

利用2000年7月14日太阳大耀斑期间向日面电离层GPS观测资料，对电离层此次耀斑的响应进行了研究，观测到了向日面电离层总电子含量（TEC）时间变化曲线的小同步扰动结构，扰动幅度的量级在10^15m^-2左右。通过与耀斑期间GOES卫星的软X射线辐射通量进行对比，对这些同步扰动结构进行了分析。结果表明，这些同步扰动确实存在于电离层，并与太阳耀斑辐射的演化特点有直接的关系。由软X射线辐射通量没有类似扰动的事实，可以认为该扰动主要是由于耀斑期间远紫外辐射存在的类似扰动引起的，且同步扰动发生的区域主要在电离层F区。     

利用地球定向参数建立射电与历表天球参考架之间的联系

目前天球参考架主要有3种实现:光学天球参考架、历表天球参考架和射电天球参考架.尽管各类协议天球参考架都有很高的精度,但在具体实现过程中,由于(i)定义参考架所用到的常数和参数系统及原理和模型的差异;(ii)观测技术与方法的不同;(iii)观测数据处理过程的区别等等,使得它们三者之间并不完全一致.建立彼此之间的联系是相关研究领域,特别是宇航探测极为关注的课题之一.天球参考架之间的联系方法总体上可分为直接和间接两类.直接方法是通过比较共同天体在不同天球参考架中的坐标而实现的.间接方法分为两种:一是用不同技术的观测资料联合解算地球定向参数(EOP)、观测站坐标,并确定各技术所对应的天球参考架之间的联系;另一种则是比较不同技术得到的EOP序列和相应的测地参考架之间的差异,进而建立对应天球参考架之间的联系.本文基于后者讨论了射电天球参考架(C_(VLBI))与历表天球参考架C_(PE)之间的联系.     

华北汛期降水量年代际和年际变化之间的线性关系

华北地区汛期(7月和8月)降水量的变化具有明显的年代际和年际两种时间尺度. 在年代际时间尺度上, 华北降水在20世纪70年代末发生突然减少. 研究了降水突然减少对应的大气环流变化以及对降水年际变化产生的影响, 发现年代际变化所提供的背景对华北降水年际变化的规律和物理机制没有影响, 华北汛期降水年代际和年际变化之间的关系是线性的.     

射电变源4C38.41的米波特殊变化

自从高频变源(HFV)和低频变源(LFV)的相继发现,许多河外射电源已经被检测到在一定时期有显著的流量变化.通常地,变化率小于10%,时变在几个月至几年.Padrielli等将射电变源分成三类:一类是只有米波变化,另外两类是在长、短波段上均有变化,但变化或彼此相关,或毫不相干.目前,以相对论团块运动为典型代表的内禀机制,和以折射闪烁(RISS),即把LFV归因于射电源辐射经过星际媒介的传播效应的机制,分别构成了解释LFV现象的不同途径.射电变源4C38.41的高频观测特性,已由Spangler和Cotton作过多波段描述.利用荷兰WSRT(Westerbork synthesis radio telescope),作者在92cm波长上对它     

全球对流层天顶延迟模型IGGtrop的建立与分析

对流层延迟是高精度GNSS导航定位的重要误差源.利用IGS站提供的高精度对流层天顶延迟时间序列和NCEP大气资料进一步研究了全球及中国区域对流层天顶延迟的时空变化特征.在此基础上,根据NCEP资料建立了无需地面实测气象参数且同时顾及经、纬度差异的全球对流层天顶延迟IGGtrop模型.IGGtrop模型在全球125个IGS站的平均误差(bias)和平均中误差(RMS)分别为0.8和4.0 cm,优于同等条件下国际上常用对流层延迟模型EGNOS,UNB3和UNB3m模型的结果(上述三模型的bias和RMS分别为2.0,2.0,0.7 cm和5.4,5.4,5.0 cm).同时,IGGtrop模型的bias和RMS的分布范围小于EGNOS等模型,显示其在全球各地区的改正效果具有相对更好的一致性.IGGtrop模型在中国几个IGS站的bias范围为2.0~0.4 cm,RMS为2.1~6.4 cm,总体上优于EGNOS等模型的改正效果.IGGtrop模型在南半球的改正精度也显著优于EGNOS和UNB3m模型.IGGtrop模型的另一优点是误差随高度增加没有明显变化,从而避免了其他许多模型随高度增加而精度明显降低的情况.     

同El Nino发生相联系的热带大气系统动能的变化

作者之一首先在1988年指出E1 Nino事件的前期征兆在赤道西太平洋,其后的进一步研究更明确指出,东亚冬季风异常与El Nino有相互作用.通过资料分析和GCM的数值模拟,我们最近又指出热带大气季节内振荡与El Nino也存在明显的相互作用.1 观测资料分析结果就时间尺度而论,我们可以将热带大气运动大致分为三类系统,即天气尺度(3～10d)系统,主要是大范围积云对流的活动;低频系统,主要是季节内(30～60d)振荡;准定常(>90d)系统,包括ENSO循环.1982～1983年及1986～1987年分别发生了El Nino事件,用ECMWF     

人为排放所引起大气CO_2浓度变化的卫星遥感观测评估

人为排放是引起大气CO_2浓度升高的主要原因,由大气CO_2卫星遥感观测获取全球和区域大气CO_2浓度的变化已被认为是评估区域人为排放的有效手段之一.为了深入定量分析区域人为碳排放对大气CO_2浓度变化的贡献,本研究利用由温室气体观测卫星(GOSAT)获取的近5年(2010~2014年)大气CO_2柱浓度数据,以同纬度带高人为排放区域的中国京津冀和美国东部城市密集区为研究对象区,结合位温气象数据和人为碳排放清单数据圈定出对比背景区,通过分析比较人为排放区与背景区的CO_2浓度差值,评估人为排放对大气CO_2浓度增量变化的影响.分析结果显示,近5年中国京津冀和美国东部城市密集区的大气CO_2浓度比背景区分别显示平均1.8和2.0 ppm的升高;且冬季均高于其他季节,分别为2.4±0.6和2.8±0.8 ppm.进一步分析月变化特征时发现中国京津冀地区2014年11月亚太经合组织会议(APEC)期间大气CO_2浓度异常低于前期3.2 ppm,反映了会议期间政府实施的减排控制效果.论文研究结果表明CO_2卫星观测能够从区域大气CO_2浓度的变化定量评估人为排放的影响,作为有效手段之一辅助于区域人为排放控制效果的评估.     

利用GPS监测中国地壳的垂向季节性变化

通过归算中国GPS（全球定位系统）基准网1999-2001年近3年的观测数据，监测到了振幅为3-10mm的高程季节性变化，并通过大气压，非潮汐海洋负荷，雪和地表水的质量负荷变化引起的地壳垂向季节性位移，可以解释所监测到的季节性变化的大部分，但GPS估计的季节性变化结果与质量负荷预报结果存在明显的系统性差别，合理的物理解释有待更和匠GPS站坐标时间序列的获得和更进一步的研究。     

日照边缘区电离层对2003年10月28日大耀斑的响应

利用国际GPS服务中心(IGS)的GPS观测数据, 分析了2003年10月28日特大耀斑期间日照边缘区域的电离层总电子含量(TEC)的响应特点. 计算结果表明, 这是有相关记录以来最强烈的一次电离层总电子含量突增事件, 在地面太阳天顶角80°到110°的空间范围内, 观测到了明显的由耀斑辐射引起的总电子含量突增. 在太阳天顶角90°区域的TEC增加值大约为7 TECU, 在110度附近的总电子含量的增加值大约在1~2 TECU. 总的来看, 太阳天顶角越大, TEC增幅越小, 但在天顶角大于90°的区域TEC随天顶角的减少的速度要大于天顶角90°以内的区域.     

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。     

Chandler摆动激发函数的统计特性

由SPACE2002系列的地极坐标序列计算出1 d, 5 d, 1 m和3 m间距的极移激发函数, 在消除了其中的低频成分和周年变化等以后得到Chandler摆动的激发函数(下称“测地激发”), 用它作正态分布假设的统计检验, 并分别与大气、海洋和水文激发以及它们的2种联合激发(大气+海洋和大气+海洋+水文)作同分布假设的统计检验. 结果表明, 这4种间距的2种联合激发函数共16个分量绝大多数(14/16)满足高斯正态分布, 测地激发各分量与这2种联合激发的相应分量具有相同的统计分布, 然而测地激发与上述大气、海洋和水文等单个激发函数之间的“同分布”假设多数都被拒绝. 这些结果从一个全新的角度说明, 大气激发、海洋激发和水文激发是Chandler摆动的主要激发源, Chandler摆动的激发函数具有随机正态分布性质.     

大气和海洋对周年极移的激发

给出海洋对周年极移激发的定量计算结果,大气对周年极移的激发量约为海洋的２倍多;大气与海洋激发的总量,比起只考虑大气,更接近于观测到的周年极移激发量;这表明大气和海洋是周年极移的主要激发源。     

南极冰芯定年综述

定年研究是冰芯研究的基石.为此,本文综述了南极冰盖冰芯定年研究的最新研究进展.南极冰芯定年的主要方法有:利用季节性参数(δ18O、主要离子和微粒等)的季节变化特征,参考层位(如放射性物质参考层和火山事件参考层)、放射性同位素、理论模型、冰孔内古温度记录和同其他记录比较等.各种定年方法适用的时间尺度不同,精度也不一样.在实际应用中,应利用各种方法对冰芯进行综合交叉定年,才能得到较为精确的时间序列.