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我国建成首套近地面沙尘观测系统近地面50米范围内是沙尘暴发展变化最为剧烈的区域,绿洲防护林可以减少70%的沙尘水平通量,消减风速30.5%～52.9%,防风固沙林和农田防护林网对沙尘暴的阻截作用非常显著。     

2006年春季天气背景下腾格里沙漠近地面气象要素与输沙通量的变化趋势

目前在研究沙漠地区的沙尘暴时, 缺乏长期的、实时观测的数据资料. 中国科学院风沙科学观测场是一个建立在沙漠地区流动沙丘上的长期风沙科学观测站, 2006年春季的沙尘暴无论是沙尘暴发生的频率还是危害程度都是近几年较为严重的. 利用中国科学院风沙科学观测场2006年春季采集的6次沙尘暴发生过程中的实测资料, 对沙尘暴发生过程中近地层风沙活动特征和气象要素的变化进行统计分析, 旨在说明沙尘暴发生时, 近地层风沙活动特征和沙尘暴对近地层气象要素的影响以及近地层对沙尘暴事件的响应. 沙尘暴发生时, 近地层的湍流度比晴天明显增大, 其值随高度的变化表现为先增加后减小, 同时, 在沙尘暴发生时, 湍流度在近地层的最大值的高度要比未发生沙尘暴时高出10 m左右. 在沙尘暴发生时, 虽然风沙活动的时间比较短, 但风对沙粒的搬运能力大大增强, 由实测的资料计算的输沙势占整个月份输沙势的29.94%. 在沙尘暴发生时, 由于风速风向及地形等因素的影响, 近地层的风沙流和风蚀过程存在空间变异性, 风沙流随高度变化可以表示为指数函数; 同一点的风沙流运动方向并不是单一的, 而是在一定范围内摆动; 同时, 在沙尘暴期间, 风蚀和风积交替进行.     

风沙流中沙粒带电现象的实验测试

通过风洞实验测量,得到当沙粒粒径小于２５０μｍ时,运动沙粒带负电荷;而当直径大于５００μｍ时带正电荷．由此证实了Ｌａｔｈａｍ关于风沙流中粒径较小的沙粒带负电,粒径较大的沙粒带正电的假设．测量结果还表明：每千克运动沙粒所带平均电荷量随沙粒粒径和风速的增大而减小,随高度的上升而增加;风沙流中的电场主要是由运动着的带电沙粒形成的,其方向垂直地面向上,与晴天电场的正方向相反,且其值随风速和高度的增加而增大     

我国光学干涉仪对中高层大气风场的首次观测

子午工程光学干涉仪安装在河北省境内的国家天文台兴隆园区(40.2°N,117.4°E),于2010年4月开始观测运行,探测峰值高度在87,98和250km的OH892.0,OI557.7和OI630.0nm的气辉辐射.设备从4月5日到5月12日共38d的观测运行表明,光学干涉仪成功地进行了中高层大气风场的地基观测,获得了大气风场的观测数据.分析结果表明:风场数据具有非常明显的逐日变化,观测期间内,在87,98,250km高度区域内的经向风和纬向风的平均值分别处在-16.5～8.7和-5.4～7.6m/s,-24.4～15.9和2.3～23.0m/s,-43.6～1.5和-22.6～49.3m/s之间.与HWM93模式结果比较,87和98km峰值高度的气辉反演风场的平均分布与模式之间存在较好的一致性,半日潮变化相当明显;250km高度的热层大气风场的探测结果与经验模式有较大的差异.观测结果表明,子午工程光学干涉仪是一个适合观测中纬地区中层顶和热层风场的地基探测设备.     

南极高原夏季Ekman边界层动力学分析

极地大气行星边界层动力过程及其对全球大气环流的影响是大气科学研究关注的重要问题.利用中国南极昆仑站2012和2013年夏季高分辨率的GPS探空资料,对南极高原大气边界层的动力特征进行了研究.结果表明,南极高原观测风随高度的变化规律与理论计算的Ekman螺旋曲线基本一致.风速随高度增加快速、风向左转.这是在南半球观测到的显著Ekman垂直结构特征.Ekman动力边界层的厚度较高,平均从900 m向上至3400 m,900 m以下为对流混合层.整个层结呈干冷和稳定状态,显示了南极高原边界层动力结构具有其独特性.计算的南极高原湍流摩擦应力明显大于中低纬度地区的值,表明南极高原行星边界层动力摩擦效应对全球大气环流的影响显著.     

科学问答

空气和大气有什么区别?大气的概念比空气大。除了地球之外,木星等行星也有大气。大气成分较复杂,其中生物生存所必备的成分就是空气,行星中只有地球拥有空气。从地面到1000km高度是大气层,其中最下部的对流圈(地表到11km高处为止)和其上部的成层圈(从地表到48km高处为止)是空气。     

科学问答

空气和大气有什么区别? 大气的概念比空气大.除了地球之外,木星等行星也有大气.大气成分较复杂,其中生物生存所必备的成分就是空气,行星中只有地球拥有空气.从地面到1 000 km高度是大气层,其中最下部的对流圈(地表到11 km高处为止)和其上部的成层圈(从地表到48 km高处为止)是空气.     

利用地震海洋学方法研究南海东北部东沙海域内孤立波的结构特征

主要利用地震海洋学方法研究了南海东北部东沙海域内孤立波的结构特征,内孤立波的类型是第一模态下沉型,最大振幅有85.5 m.内孤立波自最大振幅所处深度向下,其振幅大体呈线性减小趋势,振幅随深度的减小率为0.2左右.海底对内孤立波的波形会产生一些影响,一方面海底可能会"切割"内孤立波底部,使之出现间断,另一方面海底的"摩擦"会导致近海底的内孤立波处会发育有较多次一级尺度的波动.横向上看,由地震剖面所得到的内孤立波视宽度,需经过一定的校正才能获得真实宽度,本文所研究的两个内孤立波视宽度分别是4.52和3.36 km,校正后的宽度为0.5~3 km.另外内孤立波处存在的垂向噪音反映出内孤立波具有很强的垂向剪切力.内孤立波水平波数谱与GM模型谱的对比研究表明,其能量在低波数段比GM谱大两个数量级左右.     

东南极Dome A 近地面气温及雪层温度的观测研究

利用我国在Dome A 获取的2005~2007 年自动站观测资料, 分析了冰盖近地面3 个高度的气温和近表层4 个深度雪温的季节变化及其差异特征, 并分析了近地面底层逆温及大气稳定状况, 最后对近地面观测气温、10 m 深度雪温以及地面气温的关系作了探讨. 结果表明, Dome A近地面温度变化具有典型的无芯冬季特征, 在长达半年的冬季期间近地面存在强而稳定的逆温. 雪层中季节温度波动的振幅随深度衰减, 同时位相逐渐滞后, 导致近表层内季节温度的垂直分布廓线具有显著差异. 由于很强的近地面逆温效应, 自动站观测的近地面年平均气温比 10 m 雪温所代表的年平均地面温度高得多. 而根据边界层理论对地面气温进行近似推算得到的年平均地面气温与10 m 雪温十分接近, 考虑到其极低的10 m 雪温和很强的近地面底层逆温, Dome A 可能是地球上地面温度最低的地点,这有待于观测进一步证实.     

便携式粉尘观测仪测定腾格里沙漠和毛乌素沙地PM_(10)释放通量

中国北方沙漠和沙地是亚洲粉尘释放的重要源区,定量估算这一地区的粉尘释放量有助于评估区域大气环境质量及其气候效应.目前,对中国北方粉尘释放量的估算主要是基于模拟结果,野外直接观测数据很少.利用一种新型的粉尘释放观测仪器——便携式粉尘观测仪(PI-SWERL),测量腾格里沙漠和毛乌素沙地若干典型地表(沙丘、干湖、灌丛沙丘、河流冲积物等)的粉尘释放通量,获得了不同地表潜在粉尘释放量的直接观测数据.结果表明,不同地表的PM10释放通量存在较大差异,但均随摩阻风速的增加而增加.在相同的摩阻风速U*=0.55 m/s条件下,灌丛沙丘的PM10通量最高(0.70~10.23 mg/(m2 s)),河流冲积物次之(0.12~4.97 mg/(m2 s)),干湖湖底、沙丘等地表的通量较小(0.5 mg/(m2 s)).对比试验表明,破碎结壳地表释放的PM10通量是未破碎结壳的几倍甚至几十倍;披覆松散沙粒结壳地面的PM10释放通量高出未披覆的1~2个数量级.对比前人研究结果,PI-SWERL可以较好地反映不同源区粉尘释放的差异,对定量评估区域乃至全球的粉尘释放量等具有重要意义.     

北京北安河地表沉积物的岩石磁学特征及环境意义

地表沉积物的磁性能够记录自然环境变化以及人类活动对环境的影响. 北京北安河地表沉积物的类型为全新世洪积、湖积粉砂和黏土. 岩石磁学研究表明这些沉积物中的磁性矿物以磁铁矿、赤铁矿和磁黄铁矿为主. 该剖面磁参数变化特征和已报道的北京其他区域的典型污染剖面显著不同, 例如, 磁化率和饱和等温剩磁随剖面深度增大而逐渐减小, 表明研究剖面的沉积物中磁性矿物的浓度从地表向深处逐渐降低. ARM/SIRM等指示磁性矿物粒度的磁参数的值从上往下逐渐增大, 表明磁颗粒粒度向下逐渐变细. 磁黄铁矿从22 cm深度处往下突然出现, 指示了沉积剖面中存在氧化-还原界面. 因此, 北安河地区地表沉积物的磁性变化受控于还原成岩作用和成壤作用两种地质过程. 这为在北京地区利用磁性来调查污染状况提供了一个可供参考的“基准点”.     

隧道穿越断层带施工技术总结

太佳宝塔山隧道出口右洞K110+935处掌子面出现断层带,围岩主要为泥加碎石夹层,风化严重,无法封闭,大量塌落,并且右侧水量较大,后来塌方,塌腔高度8m,纵向长度12 m,出水流量约0.01 m2/s～0.02 m2/s.地表处理采用Φ108大管棚架设通过塌空区、Φ50小导管注浆加固、钢拱架加密配合Φ50小导管环向加固、塌腔处预留管道,后期泵送粉煤灰等轻质填充料等施工技术,成功通过了塌方段.文章就相关技术作了介绍.     

隧道穿越断层带施工技术总结

太佳宝塔山隧道出口右洞K110+935处掌子面出现断层带,围岩主要为泥加碎石夹层,风化严重,无法封闭,大量塌落,并且右侧水量较大,后来塌方,塌腔高度8m,纵向长度12m,出水流量约0.01m2/s～0.02m2/s。地表处理采用Φ108大管棚架设通过塌空区、φ50小导管注浆加固、钢拱架加密配合φ50小导管环向加固、塌腔处预留管道,后期泵送粉煤灰等轻质填充料等施工技术,成功通过了塌方段。文章就相关技术作了介绍。     

挟沙水流颗粒垂向扩散机理

用封闭的动理学模型分析了天然沙颗粒的扩散系数及升力和颗粒垂向脉动强度梯度对颗粒扩散的影响. 用Einstein &; Chien (1955)资料进行了对比验证. 中、粗颗粒的扩散系数e yy明显大于水流涡粘性系数, 细颗粒的e_yy与近似相等. 在0.03<y/H <0.4的实验量测范围内, e_yy/随y的减小而增大. 升力和颗粒垂向脉动强度梯度在y/H = 0.2以下显著改变颗粒的重力沉降, 在描述近壁区内的颗粒扩散时应该考虑这种影响.     

汶川Mw8.0级地震震源破裂过程研究: 分段特征

利用全球台网中均匀分布的远场台站记录的39个长周期P波和SH波波形数据, 研究了5月12日汶川8级地震的矩张量解、破裂过程及破裂特征. 研究结果表明汶川地震由可分辨的5次7.3级以上地震组成, 这5次子事件在时间上连续发生, 空间上由在起始破裂点处的一次走滑破裂, 距起始破裂点80 km范围内的2次逆冲破裂, 以及在北川附近的2次右旋走滑破裂组成. 前3次破裂的震级分别为M_w7.3, 7.6, 7.4级, 后2次的震级分别为M_w7.5和7.4级. 破裂过程反演结果表明整个破裂在时间上持续了105 s, 在北川-映秀断裂上自起始破裂点所在的南西端向北东方向单侧扩展, 造成沿断层地表破裂近230 km, 地表平均位错达4 m. 研究结果揭示此次地震破裂过程至少由2段组成, 在起始破裂点所在的西南段即都江堰-汶川段, 破裂以逆冲错动为主, 最大错动位移达8.2 m; 在绵竹附近, 破裂开始转变为向北东方向扩展的右旋走滑错动, 断层错动区域较西南段浅, 主要发生在北川-青川段10 km深度以上, 最大位移位于地表, 为6.53 m. 相应地在地表出现了两个位移达6 m以上的地段, 其一是都江堰-汶川段, 地表的最大位移为6.44 m; 其二是北川-青川段, 最大位移6.53 m. 这种分段性存在一定的构造背景.     

浅谈滑模技术在桥梁高墩建设中的施工工艺及控制

太佳宝塔山隧道出口右洞K110＋935处掌子面出现断层带,围岩主要为泥加碎石夹层,风化严重,无法封闭,大量塌落,并且右侧水量较大,后来塌方,塌腔高度8m,纵向长度12m,出水流量约0.01m^2/s～0.02m^2/s。地表处理采用Φ108大管棚架设通过塌空区、φ50小导管注浆加固、钢拱架加密配合φ50小导管环向加固、塌腔处预留管道,后期泵送粉煤灰等轻质填充料等施工技术,成功通过了塌方段。文章就相关技术作了介绍。     

地球磁层内近地磁尾流场的分布特性:探测一号卫星的观测结果

TC-1卫星的观测清晰表明近地磁尾流场的流速随地心距离变化. 其中尾向流的流速随地心距离的增加而逐渐增强, 并且有从晨昏两侧向夜侧运动的趋势; 地向对流的流速随地心距离的下降而逐渐下降, 并且有自夜侧向晨昏两侧运动的趋势. 尾向流和地向对流在不同等离子体区域的分布有明显不同: 在低纬瓣区以尾向流为主; 在等离子体片边界层尾向流和对流都较强; 在等离子体片内以地向流为主. 近地磁尾流场的一个重要特征是尾向流和地向流在11 R_E附近形成了一个明显的强流分布区域, 在此区域地向流和尾向流的流速都较强. 强流分布区域的位置和亚暴膨胀相触发区域的位置一致, 可能对亚暴膨胀相的触发有重要的影响. 另外TC-1卫星的观测显示来自中磁尾的BBF和对流有明显区别. BBF基本上分布在9 R_E以外, 且主要发生在|Z|<3 R_E区域.     

南海三沙永乐龙洞关键水体环境要素特征及其影响因素

基于2016年10月在南海三沙永乐龙洞开展的水体环境要素的综合观测,获取了水体温度、盐度、密度、叶绿素a、溶解氧、浊度、悬浮颗粒物粒度和海流等数据,研究了南海三沙永乐龙洞关键水体环境要素的分布特征及影响因素.结果表明:永乐龙洞在水深10 m以下区域与外海无大规模连通;水体温度、盐度、密度存在多个跃层,分别位于水深3,10,50和80~110 m附近水深,其中以50 m水深附近跃层最强,155 m以下区域水文要素几无变化.叶绿素a垂向分布表现为多峰特征,在10~20 m附近存在一次表层叶绿素a最大值区.随着水深增加叶绿素a含量快速降低,在水深90 m附近叶绿素a浓度达到最大值,而后叶绿素a快速降低.溶解氧浓度垂向分布较为复杂,表层最高可达7 mg/L,在温度、盐度和密度跃层水深附近浓度快速降低,并在水深90 m附近降为0,即无氧状态.水体浊度与叶绿素a分布特征极为相似,即在水深10~20和90 m附近存在浊度高值区.龙洞内悬浮颗粒物主要有两个粒径组分,分别为145~500μm的粗颗粒组分和5.28~38.55μm的细颗粒组分,其中以粗颗粒组分为主.龙洞80 m以上和其下水体性质差异显著,表明其来源不同.80 m以上水体温度、盐度跃层主要为日变和季节性跃层,80~110 m为永久性跃层.跃层处密度的显著差异,导致水体垂向对流受限并富集悬浮颗粒物,是导致溶氧浓度快速降低的主控因素.80 m以下水体与其上水体几无交换,加之有机颗粒物的氧化与分解,形成无氧状态.悬浮细颗粒组分体积浓度控制水体浊度变化,推测细颗粒应主要为矿物及岩石碎屑,粗颗粒应主要为藻类和海洋雪花等.     

汶川8.0级地震地表破裂白鹿镇段的变形特征*

汶川8.0级地震在彭县-灌县断裂上形成的地表破裂带主要位于彭州磁峰与安县睢水之间,全长约90 km,白鹿镇位于该断裂地表破裂带的南段。应用全站仪和GPS对地表破裂带的垂直位错量、水平位错量、构造缩短率进行精确测量,结果显示,沿彭县-灌县断裂,白鹿镇地表破裂的垂直位错量和水平位错量都是最大的,其中最大垂直位错量位于白鹿老街,为(2.7±0.2) m,最大水平位错量位于白鹿河堤岸,为(0.7±0.2) m。究其原因,可能是沿彭县-灌县断裂,白鹿地区煤层含量最为丰富,煤层厚度最大,因而该地区软弱岩层的屈服强度相对最低,从而导致该地区断层两侧岩体的滑动量最大。另外,通过白鹿中学附近垂直于断层走向的探槽,甄别出两条呈叠瓦状排列的分支断层,该探槽所揭示的地表破裂面倾角度数及倾角随深度的变化趋势与通过震源机制解推断的结论一致。     

塔里木沙漠公路防护林生态工程的综合生态环境效应

为了探讨重大工程的生态环境效应,从风沙环境、土壤环境、小气候、生物多样性和地下水环境5个方面对塔里木沙漠公路防护林工程的综合生态环境效应进行了研究.结果表明:(1)防护林改变了近地表风沙运动过程,防沙体系内风速、输沙率降低幅度分别达64%~80%和87.45%~99.02%,风沙流结构、沙物质粒度、地表蚀积状况也发生了明显变化;(2)与自然流沙地相比,防护林土壤容重减小,全盐含量、总孔隙度和含水量增大,土壤肥力质量明显提高,其变化基本呈现"先快后慢"的规律;(3)防护林对于小环境改善作用明显,距地面6m范围内,林地不同高度的空气温度普遍低于自然流沙地,而空气湿度则高于自然流沙地,林地土壤温度也低于自然流沙地;(4)随着防护林内生境的变化,土壤微生物种类显著增加,但不同种类微生物的种群分布并不均匀;(5)目前防护林灌溉抽水对地下水位、地下水矿化度的影响不大,水位在厘米级范围波动,矿化度的变化幅度在±1g·L-1左右,且没有明显的变化趋势.