武汉地区(30.5°N,114.4°E)钠流星尾迹激光雷达的初步观测

通过将Na激光雷达的积累时间设置为3.2s,我们在武汉地区(30.5°N,114.4oE)对原子流星尾迹进行了测量.在16个晚上166h的观测时间里,总共发现了125个Na流星尾迹事件.这些尾迹峰值密度变化范围为4040～39170cm–3,平均值为16430cm–3.出现高度范围为77.2～111.6km,质心高度为92.6km.钠尾迹高度分布的上边界与同时观测到的平均钠层剖面相类似.特别地,尾迹高度柱状图最大值出现在平均钠层峰值处.这表明流星体进入大气层后消融产生能被地基激光雷达探测到的流星尾迹,更多的出现在常规金属层的峰值附近.这与早期的K和Fe尾迹的激光雷达观测结果一致.观测发现,偶发钠层的形成往往伴随着钠流星尾迹群,这些尾迹出现高度与偶发钠层的高度一致.     

2001年狮子座流星雨期间钠荧光激光雷达的观测

报道国内大型激光雷达对流星尾迹的观测, 用共振钠荧光雷达观测到2001年11月武汉上空狮子座流星雨的4个长寿命尾迹. 数据显示, 观测到的狮子座流星雨尾迹的参数与普通的偶发流星有较大的差异, 而与已报道的1998年和1999年的狮子座流星雨的结果类似. 流星尾迹的平均消融高度为97.95km, 与狮子座流星雨的进入速度(约72 km/s)吻合, 平均峰值密度为3380±2630 cm^−3, 柱含量为(2.33±1.49)×108 cm^−2, 都高于普通偶发流星尾迹的相应参数, RMS宽度为360 m, 寿命81 min, 为长寿命尾迹. 狮子座流星雨爆发前后共5个晚上的观测数据显示, 狮子座流星雨的爆发对背景钠层的柱含量并没有产生显著的影响.     

武汉上空中层顶附近大气环流的流星雷达观测

利用2002年2~9月流星雷达的观测, 分析了武汉上空中层顶附近大气环流的特征. 在80 ~ 100 km高度范围内, 冬季纬向环流以西风为主, 在冬季环流向夏季环流转变的过程中, 3月到5月上旬中层顶附近出现纬向东风环流, 但在观测高度内, 5月中旬以后纬向环流基本上为西风. 经向环流主要吹向赤道, 峰值随时间向下移动, 7月份峰值达21 ms^-1. 将每月的平均风与HWM93模式进行比较, 观测得到的北风的值、西风的最大值以及西风转向高度等都明显与HWM93模式不同.     

南极冰盖中山站-Dome A断面表层雪内δ18O分布

测试了中国南极考察内陆冰盖考察沿线约1248 km断面上(中山站至Dome A)表层雪中氧稳定同位素组成. 通过回归分析得出了δ¹⁸O-气温(T)分布梯度、δ¹⁸O-海拔(H)高度效应和年均温-海拔效应递减率分别为–0.84‰/℃, –1.1‰/100 m和1.31℃/100 m, 分析过程均通过99.9%的置信度检验.     

基于PCBM/P3HT异质结的柔性染料敏化太阳能电池

以聚3–-己基噻吩(P3HT)和与C60的衍生物6,6-–苯基–-C61丁酸甲酯(PCBM)的异质结代替I^–/I₃^–氧化还原电解质作为载流子传输介质, 一种新的柔性染料敏化太阳能电池被制备. 红外光谱、紫外-—可见吸收光谱的表征表明: PCBM/P3HT异质结不但具有PCBM对紫外光的吸收特性, 而且具有P3HT在可见光、近红外的吸收特性, 拓展了电池的光电响应范围. 本文还讨论了PCBM/P3HT质量比等条件对电池性能的影响. 在100 mW•cm^–2(AM 1.5)模拟太阳光辐照下, 该柔性太阳能电池的光电转换效率达到1.43 %, 开路电压、短路电流和填充因子分别为0.87 V, 3.0 mA•cm^–2和0.54.     

通过瑞利激光雷达观测研究武汉上空中层大气(30~60 km)的稳定性

利用WIPM瑞利激光雷达大约一年的观测数据, 对武汉上空30~60 km高度段的中层大气的稳定性进行了初步研究. 通过激光雷达探测的中层大气温度分布, 计算了表征大气稳定性的参数浮力频率N², 发现30~60 km高度段的N²均大于零值, 但呈现出有规则的近似半年振荡, 表明武汉上空中层大气在全年均处于基本稳定的状态, 但其稳定程度在一年中随季节呈现出周期变化: 夏季和冬季大气的稳定性较差, 而春季和秋季大气稳定性较好.     

西藏纳木错1971~2004年湖泊面积变化及其原因的定量分析

利用1970年航测地形图、1991和2004年二期影像数据、1971~2004年纳木错流域附近气象站点气象资料以及纳木错实测水深数据, 综合运用遥感、GIS技术、空间分析、统计分析等方法, 定量分析了近34年来纳木错湖面面积和水量的变化情况, 并从气象要素和水量平衡两方面对其变化原因进行了探讨. 结果表明, 1971~2004年期间, 湖面面积从1920 km²增加到2015.38 km², 增加速率为2.37 km²?a^–1; 湖泊水量从783.23×108 m³增加到863.77×108 m³, 平均增加速率为2.37×108 m³?a^–1. 其中, 湖面面积和水量在1992~2004年的增加速率(4.01 km²?a^–1和3.61×108 m³?a^–1)均明显大于其在1971~1991年的增加速率(2.06 km²?a^–1和1.60×108 m³?a^–1). 气象要素变化分析表明, 纳木错流域气温升高引起的冰川融水增加、流域降水量增长、湖面蒸发量减小共同构成了湖泊水量增加的原因. 从湖泊水量平衡来分析, 两个研究时段内, 湖面降水与陆面降水产生的径流补给分别占湖泊总补给量的63%和61.91%, 而冰川融水补给仅占总补给量的8.55%和11.48%, 显示降水是构成湖泊补给的主要来源; 从湖泊水量增加的原因来分析, 降水增加及其产生的径流对湖泊总补给增量的贡献率占46.67%, 而冰川融水增加对湖泊总补给增量的贡献率则高达52.86%. 湖泊蒸发与水量增加的比例显示, 湖泊总补给增量的95.71%贡献给湖泊水量的增加, 因此, 冰川融水增加在近期湖泊水量增加的比例占到50.6%左右, 显示气候变暖引起的冰川融水增加是引起近年纳木错湖面迅速扩张的主要原因.     

X射线衍射法测定Na2SO4水溶液结构

用快速X射线衍射仪研究了298和323 K Na₂SO₄水溶液的时间空间平均结构, 得到溶液差值径向分布函数. 采用多峰拟合中的Gaussian法去卷积曲线上的重叠峰. 初步断定溶液中Na⁺-OH₂距离为0.235 nm, S-OH₂距离为0.385 nm左右; 浓溶液中NaSO₄–接触离子对特征距离为0.345 nm, 且SO₄^2–单齿配位到Na⁺. 讨论了浓度和温度对溶液结构的影响. 浓度减小, 水分子贡献增强, Na⁺的平均配位数几乎不变, 而SO₄^2–水合数有所增大; 温度升高有利于形成NaSO₄^–离子对, 且导致稀溶液中自由水分子结构的不稳定程度增大, 即0.290 nm的氢键峰分裂成0.275和0.305 nm两个峰.     

水合锰(Ⅱ)结构的量子化学和ABEEM/MM研究

应用新一代可极化分子力场——原子-键电负性均衡浮动电荷分子力场ABEEM/MM,结合精密量子化学方法, 构建了精确的Mn²⁺-H₂O 相互作用的势能函数, 确定了相关参数.将该势能函数用于计算[Mn(H₂O)_n]²⁺(n=1~12)的结构和结合能, 得到了与量子化学一致的结果. 进一步对Mn²⁺水溶液进行ABEEM/MM 动力学模拟, 得到的Mn²⁺–O 径向分布函数的第一和第二最高峰分别处于0.218 和0.435 nm 处, 积分得到第一和第二水合层的配位水分子数分别为7.03 和17.74; 对于O–Mn²⁺–O 角度分布函数, 其第一和第二最高峰分别位于80°和140°附近, 这些结果与实验和其他理论方法的结果有很好的一致性. Mn²⁺的极化作用使得第一水合层中水分子的键长明显增长, 键角明显减小; 而Mn²⁺对第二水合层及外层水分子的结构影响较小. 分析体系的电荷分布表明, 与ABEEM-7P 纯水相比, Mn²⁺水溶液中参与形成氢键的氢原子和孤对电子的电荷变化较大, 且Mn²⁺和其邻近的水分子间存在明显的电荷转移.     

高气压非平衡等离子体源的小型化研究

大气压非平衡等离子体源输出的等离子体浓度是电离电场中能耗率、气体粒子动量的的函数. 实验表明, 等离子体源中的能耗率、气体粒子动量增加时, 将大幅度提高其等离子体浓度. 当外加激励电场能耗率为2.18 W·h/m³、气体粒子平均动量为109×10^-22 g·m/s时, 一个体积仅为2.5 cm³的等离子体源处理气量为12 m³/h, 其输出等离子体浓度达到1010 cm^-3以上, 这将为化学工业、环保工程及军事应用提供小型、低能耗的高浓度等离子体源.     

贡嘎山东坡植物和土壤有机质的δ13C差异

通过对贡嘎山东坡地表植被、凋落物、土壤有机质δ¹³C值的分析, 结果显示贡嘎山东坡地表植被、凋落物、0~5, 5~10和10~20 cm土壤有机质的δ¹³C值均随海拔的升高先减小后增大, 即从海拔1200~2100 m, δ¹³C值逐渐变小, 从2100~4500 m, δ¹³C值则逐渐变大. 植被、凋落物和土壤有机质δ¹³C值沿海拔高度的这种变化是与C3, C4植物的分布有关, C4植物仅仅生长于海拔高度低于2100 m的环境中, 而C3在所有海拔都存在. 植被、凋落物和土壤有机质三者间的δ¹³C有显著的正相关, 凋落物、0~5 cm层、5~10 cm层和10~20 cm土壤有机质δ¹³C较植被分别平均偏正0.56‰, 2.87‰, 3.04‰和3.49‰. 在综合考虑工业革命以来大气CO₂浓度和δ¹³C值变化对植物同位素的影响后, 我们认为1.57‰可能是利用古土壤有机质δ¹³C进行古生态重建时应该考虑的最小修正值.     

“嫦娥一号”多通道微波辐射计测量估算全月球月壤层氦3含量

由太阳风注入月球表面月壤层的氦3(³He)是一种可供核聚变燃料使用的最有价值的月球资源之一. 以Apollo月壤样品为基础, 提出月表面³He含量与月表面归一化太阳风通量、月壤光学成熟度以及TiO₂含量之间成线性关系. 中国2007年10月24日首次成功发射的“嫦娥一号”(CE-1)探月卫星在世界上首次载有多通道微波辐射计, 用于测量月表面微波辐射亮度温度(brightness temperature, Tb). 本文根据CE-1观测的多通道Tb数据反演的全月球月壤层厚度, 估算全月球月壤层³He总含量约为6.6×10⁸ kg, 其中月球正面3.7×10⁸ kg, 月球背面2.9×10⁸ kg.     

地球同步轨道磁场和等离子体行为对行星际激波的响应

行星际激波是一个影响全球地空环境包括磁层-电离层时空变化的重要因素. 主要利用1997~2007年的GOES卫星磁场数据和1997~2004年的LANL卫星的等离子体(MPA)数据, 采用个例分析和时间序列叠加的统计分析方法来研究地球同步轨道磁场和等离子体质子(0.1~45 keV)和电子(0.03~45 keV)在行星际激波到达前后3 h内的变化特征以及质子和电子温度各向异性变化可能激发的电磁离子回旋波和电子哨声波. 研究结果表明, 激波锋前到达同步轨道后, 同步轨道总磁场强度在白天扇区(8~16 LT)有明显增强, GSM坐标系下的B_Y分量在激波到达前后几乎无变化, B_Z分量与总磁场变化趋势非常一致. 同步轨道质子密度在夜晚扇区明显增加, 峰值到达1.2 cm⁻³. 质子温度在夜晚扇区增强, 正午之前的扇区(8~10 LT)温度减小. 同步轨道电子密度和温度整体上都是夜晚扇区增强, 白天扇区减弱, 密度峰值为2.0 cm⁻³. 推算出的氧离子密度在激波的影响下黄昏侧密度峰值为1.2 cm⁻³, 并表现出明显的晨昏不对称性. 质子的温度各向异性在正午扇区增强, 夜晚扇区的各向异性明显减小. 在激波锋前到达同步轨道之前, 电子的温度各向异性白天扇区高于夜晚扇区, 在激波锋前到达之后, 正午和黄昏扇区的各向异性几乎不变, 而午夜扇区温度各向异性明显减小. 质子和电子的温度各向异性可能激发电磁离子回旋波和电子哨声波. 根据质子的温度各向异性计算的电磁离子回旋波强度在激波到达后白天扇区(8~16 LT)迅速增加, 最大值为0.8 Hz. 根据电子的温度各向异性计算的电子哨声波在激波到达同步轨道之后表现为白天扇区(8~16 LT)明显增大, 最大值接近2 kHz左右, 夜晚扇区电子哨声波明显减小.     

钠荧光多普勒激光雷达测量中间层顶区域大气温度

建立了一套钠荧光多普勒激光雷达系统用于测量中高层大气环境参量. 钠荧光多普勒激光雷达系统主要包括发射系统、接收系统、数据采集控制和数据处理系统等. 该激光雷达主要使用窄线宽的589 nm激光去激发中间层顶区域的钠原子, 钠原子受激后发射共振荧光; 接收采集钠原子共振荧光, 通过分析其多普勒展宽获得中间层顶区域(约75~105 km)的大气温度. 利用该激光雷达系统开展了观测实验, 成功获得了中间层顶区域钠原子数密度廓线和大气温度廓线; 将钠荧光多普勒激光雷达测量结果与TIMED/SABER温度测量结果进行比较, 结果显示两者非常一致, 说明了该激光雷达探测结果具有可靠性.     

上地幔中的岩浆混合作用: 东太平洋海隆13°N附近玄武岩高Mg# 橄榄石内熔体包裹体证据

洋中脊玄武质岩浆中早期结晶产物: 高Mg#橄榄石常捕获有早期熔体, 从而形成熔体包裹体. 这些熔体包裹体记录了岩浆早期演化的重要信息. 本研究获得的东太平洋海隆(EPR) 13°N附近5个站位玄武岩具有很小的K/Ti (0.07~0.12), Tb/Lu (1.72~1.84), Sm/Nd (0.310~0.332)变化范围和相似的稀土元素配分型式, 说明亏损上地幔源区具有相似的矿物组成. 结合前人的Sr和Nd同位素分析结果表明这些玄武岩未经受明显的洋壳混染作用. 通过对校正橄榄石分异和“铁丢失”作用后获得的65个初始熔体包裹体组成分析, 表明这些熔体包裹体具有较寄主玄武岩高的MgO含量, 因此, 可能是寄主岩浆早期不同演化阶段的产物, 从而能够指示岩浆较早期阶段的演化过程. 寄主玄武岩尚处于橄榄石+斜长石共结结晶阶段, 但熔体包裹体具有较寄主玄武岩更高的CaO/Al₂O₃比值, 且该比值与MgO正相关和Na₂O负相关的事实表明寄主玄武岩经历了较高压下的单斜辉石结晶分异. 同时, 根据单斜辉石结晶和熔体包裹体液相线组成计算其平均结晶压力为(0.83±0.25) GPa, 说明这些熔体包裹体平均捕获于洋底以下~24 km左右的上地幔中. 熔体包裹体的Ca₈/Al₈, Na₈与Fe₈ 之间良好的负相关性, 及其明显高于寄主玄武岩的Ca₈/Al₈, Na₈, Fe₈和K/Ti变化范围, 显示这些熔体包裹体形成于不同熔融程度和深度的岩浆混合作用. 另外, 根据寄主玄武岩和熔体包裹体Ca₈/Al₈, Na₈, Fe₈和K/Ti的变化范围和平均值, 这些玄武质岩浆仍需要在洋壳中经历其他组成端元的岩浆混合作用. 由此可见, 洋中脊玄武岩斑晶内熔体包裹体组成的多样性并不都反映岩浆在洋壳内的混合和结晶作用, 形成于上地幔压力下的橄榄石中熔体包裹体不能直接与其他矿物斑晶中熔体包裹体共同用于指示洋壳内的岩浆过程. 本次高Mg#橄榄石中熔体包裹体研究证明东太平洋海隆下部地幔中的确存在不同来源深度和熔融程度的岩浆混合作用.     

Al2O3 绝缘栅SiC MIS 结构基本特性的研究

采用原子层淀积(ALD)方法在4H-SiC(0001)8°N-/N+外延层上制备了超薄(~4 nm)Al₂O₃ 绝缘栅高介电常数SiC MIS 电容. 通过对Al₂O₃ 介质膜以及Al₂O₃/SiC 界面微结构和电学特性 分析表明, 实验所得Al₂O₃ 介质膜具有较好的体特性和界面特性, Al₂O₃ 薄膜的击穿电场为25 MV/cm, 并且在可以接受的界面态密度(2×10¹³ cm^-2)下具有较小的栅泄漏电流(8 MV/cm 电场 下漏电流密度为1×10^-3 A/cm^-2). 电流-电压测试分析表明, 在FN 隧穿条件下, SiC/Al₂O₃ 之间的 势垒高度为1.4 eV, 已达到制作SiC MISFET 器件的要求. 同时, 在整个栅压区域也受 Frenkel-Poole 和Schottky 机制的共同影响.     

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.     

普光气田中高密度甲烷包裹体的发现及形成的温度和压力条件

根据包裹体均一温度测定和激光拉曼光谱分析, 在普光气田三叠系储层中发现一批高密度甲烷包裹体, 其均一温度Th=−117.5~−118.1℃, 相对应的密度分别为0.3455～0.3477 g/cm³, 测定的甲烷包裹体的拉曼散射峰v1位移主要为2911~2910 cm⁻¹, 也反映甲烷包裹体密度很高. 样品中与甲烷包裹体主要共生的盐水包裹体均一温度Th=170~180℃, 结合拉曼光谱分析的甲烷包裹体组成, 用PVTsim软件模拟高密度甲烷包裹体在地质历史中的捕获压力达153~160 MPa 以上. 观测数据表明, 普光气田目前虽然为常压气藏, 储层中流体压力在56~65 MPa左右, 但在白垩纪时期原油裂解气大量产出阶段可能形成高压. 高密度甲烷包裹体的发现, 为气藏在地质历史中的超压现象提供了重要证据. 同时, 根据拉曼光谱分析, 发现部分高密度甲烷包裹体含少量H₂S, CO₂和重烃等信息, 也揭示了包裹体捕获的地球化学环境可能与H2S的生成有关. 甲烷包裹体的观测结果为研究油裂解气藏的压力条件和探讨H₂S成因的硫酸盐化学反应(TSR)提供了依据.     

陕北子洲黄土丘陵区古聚湫洪水沉积层的确定及其产沙模数的研究

陕北黄土丘陵区聚湫坝和淤地坝众多, 以子洲县黄土洼古聚湫为研究对象, 采集了总深度达12.73 m的沉积泥沙剖面样品. 根据泥沙粒度和孢粉浓度的变化, 将全剖面分为54个洪水沉积层. 并根据剖面中融冻扰动层的分布, 将54个洪水沉积层分为31个年度的洪水沉积层的组合. 根据锥台法计算, 每次暴雨洪水的产沙模数介于715.53~30376.47 t?km^-2, 平均7105.87 t?km^-2; 年产沙模数介于968.36~55579.37 t?(km²?a)^-1, 平均12629.49 t?(km2?a)^-1, 与淮宁河中游年输沙量相近, 表明该地区明代的土壤侵蚀强度与现代接近. 31个年度的后5年产沙模数急剧增加, 5年内的年均产沙模数达31309.12 t?(km²?a)^-1, 结合明代当地戍边屯垦的历史分析, 这一现象应为滑坡灾害发生后新的土地大开发所造成.     

光腔衰荡光谱技术研究AsH2自由基:Ã2A1(000)−X~2B1(000)

采用光腔衰荡光谱(cavity ringdown spectroscopy, CRDS)技术在19870~20250 cm⁻¹能量范围内研究了AsH₂自由基 òA₁(000)−X^~2B₁(000)带的高灵敏高分辨吸收光谱. AsH₂自由基由AsH₃/Ar混合气脉冲直流放电产生. 通过对K′_a≤ 5,N′≤ 10的777根谱线进行了转动标识和最小二乘拟合, 获得了精确的激发态光谱常数和转动项值. 其中转动项值和部分高阶光谱常数均为首次得到. 通过分析发现部分K′_a≤ 4的转动能级和全部K′_a≤ 5的能级受到了扰动, 扰动很可能来自于基态的高振动激发态.