雷暴中的反极性放电和电荷结构

通过对闪电VHF辐射源高时空分辨率的三维观测资料的分析，揭示了在具有正常三极性电荷结构的雷暴云中，云内放电不仅发生于上部正电荷区与中部主负电荷区之间，还存在着反极性放电过程，它起始于中部负电荷区，向下传输到下部正电荷区后水平发展，除极性相反外，其特性与发生在上部正电荷区与中部主负电荷区的闪电一致，进一步证实雷暴下部正电荷区的存在，并且这一正电荷区参与放电过程，同时还发现，某些雷暴云中或雷暴云发展的某些阶段可以呈现出与正常极性相反的电荷结构，即在雷暴云中部是主正电荷区，而上部为负电荷区。，在它们之间有反极性放电过程发生，表明雷暴云中丰在反极性起电机制，以及雷暴电荷结构的复杂性。     

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     

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.     

隋唐时期东中部地区温度变化的重建(601~920年)

根据史料对隋唐时期初终霜雪、春耕、山桃开花、秋收、海冰、柑橘种植北界等现象的记载, 重建了公元601~920年的东中部地区温度变化. 结果发现: 隋唐时期, 东中部地区的气候在总体上比较温暖, 与1961~2000年相比, 601~920年的冬半年平均温度高约0.22℃; 其中, 601~820年的冬半年平均气温比现在(1961~2000年, 下同)高约0.52℃, 821~920年时比现在低0.42℃左右; 隋唐时期的冬半年温度存在显著波动, 其在100, 50, 30和20年尺度上的最大变幅分别达到1.05, 1.38, 2.02和2.3℃; 在最暖的4个20年(601~620, 641~660, 701~720, 781~800年), 冬半年平均温度分别比现今高约1, 1.44, 0.88, 0.65℃, 在最冷的3个20年(741~760, 821~840, 881~900年), 冬半年平均温度分别为–0.37, –0.45, –0.87℃.     

江西井冈山地区寒武-奥陶纪地层的Sm-Nd同位素组成及其构造意义

研究的井冈山地区位于扬子地块与华夏地块之间, 在早古生代寒武-奥陶纪时期沉积了巨厚的泥砂质韵律岩层夹碳酸盐岩和含炭岩层. 它们具有低的ε_Nd(t)值(–13.9~–7.9)和古老的Nd模式年龄(1842~2375 Ma), 数据点在t_DM-t_Str.图上远离一致线分布, 在ε_Nd(t) - t_Str.图上都位于华南元古代地壳演化区域内. 这些特征表明, 本区寒武系和奥陶系主要是古元古代古老地壳组分再循环作用产物, 物源以华夏地块区成熟度较高的陆源碎屑沉积岩为主. 奥陶系爵山沟组和对耳石组的ε_Nd(t)值(–10.5~–7.9)位于上述范围的高端, Nd模式年龄(1842~2059 Ma)位于上述范围的低端, 反映在它们沉积时期内, 来自古元古代晚期-新元古代早期新生地壳物质的加入相对明显. 鉴于在华夏地块和扬子地块东南缘范围内, 早古生代地层的Nd模式年龄都大于1800 Ma, 没有发生明显的降低, 反映在这些地区不存在早古生代亏损地幔来源岩浆活动.     

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.     

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.     

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3.2 s, 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166 h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4040~39170 cm^–3, 平均值为16430 cm^–3. 出现高度范围为77.2~ 111.6 km, 质心高度为92.6 km. 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.     

超级单体雷暴中闪电VHF辐射源的时空分布特征

利用闪电VHF辐射源高时空分辨率的三维观测资料, 对3个超级单体雷暴的闪电VHF辐射源的时空分布特征进行了分析, 结果表明对流风暴中的闪电洞(即闪电空白区)或闪电环(即环状闪电空白区)与强上升气流密切相关, 闪电洞的直径可达5~6 km, 持续时间长短不等. 在产生龙卷风的灾害性风暴中, 闪电洞的持续时间有时长达20多分钟, 且闪电洞出现在龙卷风发生之前. 在龙卷风发生期间, 闪电洞最为明显, 并在闪电洞上方15~16 km高度有独立于其他闪电的辐射发生. 在闪电洞周围, 闪电通道呈顺时针方向的旋转状, 且没有明显的双层结构, 闪电洞对应于雷暴中的强上升气流区, 闪电辐射源时空分布特征在一定程度上反映了雷暴的对流结构. 同时, 在这些雷暴中主要以大量正极性地闪为主, 正地闪的发生频数最大可达6次/min, 正地闪峰值有时出现在龙卷风发生之前, 有时在之后.     

超慢速扩张洋中脊NTD的蛇纹石化地幔:海底广角地震探测

非转换断层不连续(NTD)在超慢速扩张洋中脊高频度出现,其地壳速度结构与相邻的岩浆扩张中心(NVR)差别明显.结合表层断层多和减薄的地壳,说明NTD在超慢速洋中脊扩张理论、热液活动甚至矿产资源方面有十分重要的意义.本文使用2条海底广角地震测线的数据,使用射线追踪正反演的方法,获得了西南印度洋中脊28~29扩张段之间NTD下方的地壳及上地幔速度结构.结果表明:(1)NTD下方地壳较薄(3.2~4.5 km),洋壳层2厚约2.0 km,洋壳层3较薄(1.0 km)甚至缺失;(2)洋壳层2表层速度横向差异大,表明存在较多断裂;(3)洋壳层3出现低速区,成因可能是受浅部大断裂或地幔蛇纹石化作用影响;(4)上地幔顶部速度存在低速异常(7.2 km/s),结合NTD地壳较薄(5 km)和表层断裂多的特征,认为是上地幔发生大规模蛇纹石化作用导致低速,为进一步理解和区分莫霍面与蛇纹石化前缘(Serpentinization Front)提供了一个很好的例证.     

接收函数CCP-PWS偏移方法探测中国东北地区620 km深处低速层

利用中国东北地区CCDSN台网4个台站和PASSCAL 19个台站的802条远震接收函数, 以三维地壳上地幔速度模型为背景, 用共转换点相位加权叠加(CCP-PWS)偏移技术, 对研究区(120°~132°E, 38°~48°N)上地幔间断面进行了成像. 结果表明: 在深度620 km附近存在一个明显的低速层, 而且在更靠近研究区西太平洋俯冲带东部较浅, 深度约600 km. 经与前人研究结果对比, 认为该低速层很可能是由西太平洋俯冲板块中的洋壳从俯冲板块分离并滞留堆积而形成. 另外, 受西太平洋俯冲板块的影响, 660 km间断面深度在研究区明显增大, 最深达到700 km, 而且在其东北角明显呈现为多级间断面.     

发生于山东沿海雷暴云上方的红色精灵

红色精灵(red sprite)不同于发生在对流层中的雷电, 它一般发生在雷暴云上方40~90 km之间, 通常认为是由强烈的雷电引起的. 2007年夏季, 在山东沾化首次观测到17次红色精灵, 一次发生在7月28日, 雷暴中心位于山东省冠县, 与观测站的距离约为272 km, 另外16次红色精灵发生在8月1日深夜至8月2日凌晨, 雷暴中心与观测站的距离约为315 km. 记录到的所有红色精灵均成簇(cluster)出现, 而且, 红色精灵呈现出多种形态, 有柱状, 带有天使状翅膀的柱状、胡萝卜状和跳舞状等. 红色精灵持续的时间范围为40~160 ms, 几何平均值约为61 ms. 红色精灵与母体雷电的时间差范围在3.4~11.8 ms之间, 几何平均值为7.1 ms. 在红色精灵发生时段, 正地闪在总地闪中所占的比例约是没有产生红色精灵时段所占比例的7倍. 红色精灵并不常出现在对流发展较旺盛阶段, 而是在雷暴系统开始减弱阶段频繁出现.     

极区电离层O+上行的时空分布: 平静期FAST卫星观测

分析FAST卫星能量离子测量数据, 首次得到2000~4200 km高度范围平静期电离层O+上行的时空分布图像. 结果表明, 磁正午前的极尖/极隙区是低能O+上行发生最频繁的区域; 黎明前等离子体对流的低纬边界区域是高能O+上行发生率最高区. 无论能量高低, 在平静极光椭圆边界之外的较低纬度宽阔时区上存在较频繁的O+上行. 午夜前21:00~22:00 MLT极光椭圆带的上行O+携有较强的能通量, 其中高能O+在靠近极盖边界处上行能通量特别强. 在所分析的2000~4200 km高度范围, 上行O+离子锥发生率显著高于离子束; 离子束在3000 km高度以下极少出现, 而离子锥较均匀地在各高度都有发生.     

无碰撞磁场重联中电子动力学的粒子模拟

采用二维全粒子模拟方法研究了存在初始引导场情况下的无碰撞磁场重联中电子的动力学特征, 在计算中采用的质子电子质量比为m_i/m_e=256. 结果表明, 初始强引导场的存在将会改变电子的流向, 在沿着分离线的电子入流区出现了电子密度空洞和平行于磁场的电场, 入流和密度空洞只出现在二、四象限内. 另外与采用较小的质子电子质量比的计算结果不同的是, 在X线附近的扩散区出现了新的结构特点: (1) 在此处同时出现了狭窄的电子密度增大区和空洞区; (2) 与X线附近电子密度的变化相对应, 在扩散区沿着一、三象限的方向出现了较强的平行电场, 而这部分电场对电子的加速和加热可能会比空洞区的电场作用更大一些.     

转动磁中子星的表面能级及其观测效应

在中子星表面有一层致密的金属壳层,它是一种由铁核构成的体心点阵晶态物质,密度约为10~4克/厘米~3,即约相当于普通金属的10~3倍.对于转动的有磁场的中子星,由于常常存在较差转动,金属壳层与磁场之间可能有相对运动.这样,转动的磁场就会在金属表面内感生电场.其场强E值可达10~8～10~9静电单位. 表面物理的研究已经表明,表面的强电场会造成电子的表面态,或表面能级.因为,指向表面内部的电场与表面势一起构成一个势     

回转筒颗粒表面流的分子动力学模拟和连续理论

在考虑颗粒非弹性接触、滑动摩擦和滚动摩擦基础上发展了分子动力学模拟的算法, 实现了中高速(Fr = 0.1~0.2)回转筒内颗粒流的离散模拟. 回转筒内颗粒流由表面活性层和下部柱塞流区组成, 颗粒在活性层的停留时间约为柱塞流区的1/3~1/2, 对称线上活性层和柱塞流区的厚度比为0.57~0.61, 因而推断颗粒流动处于Rolling-Cascading过渡模式. 对称线上MD模拟的速度分布与正电子放射性测量实验结果十分吻合. 在模拟和实验结果基础上发展了连续理论: 柱塞流区内颗粒运动并非完全随着筒壁刚体转动, 而是存在着塑性蠕变, 这种速度变化过程符合指数函数规律; 而活性层内颗粒流动则符合简单的Couette切变流动分布. 最后探讨了颗粒温度和颗粒相对浓度分布的内在机理.     

青藏高原西部大地电磁测深探测结果

青藏高原西部吉隆-三个湖剖面大地电磁测深(MT)研究表明,研究区被雅鲁藏布缝合带、班公湖-怒江缝合带和鲁谷北断裂分为四个构造区,其中冈底斯块体和羌塘块体南缘壳内双高导层与壳内单高导层交替存在,且由南到北呈叠瓦状分布。冈底斯块体的软流圈平缓,平均埋深100km;羌塘块体南部软流圈埋深急剧增加,最深处达230km。     

驾驭雷电新技术

<正>全球平均每分钟遭受约2000次雷暴雷电是蕴含能量最大的自然事件之一。地球上每年大约会产生14亿次闪电。一道闪电的长度最短为100米,最长可达数千米。闪电的温度从1.7万摄氏度至2.8万摄氏度不等,约为太阳表面温度的3至5倍。闪电以其明亮的闪光点亮天空,呈“之”字形划过天空,而不是以直线形式在雷、雨、云和地面之间放电。当空中的冷暖气流相遇时,暖空气将会上升。在上升的过程中,暖空气中的水滴和冷空气中的冰晶彼此碰撞再分开,这种摩擦使云层中产生净电荷。上升的气流将较轻且带有正电荷的冰晶继续抬升到云层的上部,     

中国东海北部晚全新世表层海水温度变化

采用长链烯酮不饱和度法(U k'37)构建了中国东海北部涡漩泥质区距今3600年以来海水表层温度(SST)高分辨率变化曲线, 结合对季风波动敏感的粒度组分变化曲线, 探讨了东海北部古海洋环境变化. 距今3600年来的环境演化可以划分为5个阶段: Ⅰ期降温阶段, 距今850年以来, 冬季风较强, 存在“小冰期”, 温度最大降幅2℃; Ⅱ期波动升温阶段, 距今1900~850年, 平均升温幅度0.8℃, 存在隋唐温暖期, 响应的时间在距今850~1350年间, 距今1400年的降温事件比较明显; Ⅲ期降温阶段, 距今2550~1900年, 处于南极冰芯记录曲线上一个缓慢降温到快速升温的完整周期, 降温幅度达0.9℃; Ⅳ期相对平稳略有升温阶段, 距今3200~2550年, 处于南极冰芯记录气温波动升温期, 升温幅度仅有0.3℃; Ⅴ期相对平稳略有降温阶段, 距今3600~3200年, 对应南极冰芯记录的波动降温阶段. 5个周期性阶段与南极冰芯记录的气候周期比较吻合, 全球降温一般比较缓慢, 陆架海SST基本上能够同步调整.     

大别山金河桥榴辉岩中金红石Zr温度计及其意义

对大别山金河桥超高压榴辉岩中的金红石进行了电子探针微量元素分析, 得出其Zr含量为37~118 μg·g^-1, 并且同一薄片内不同颗粒之间的Zr含量存在明显差别. 应用压力校正的金红石Zr含量温度计, 以压力上限4.1 GPa计算得到的温度(595~678℃)仍比石榴石-绿辉石Fe-Mg配分温度(846±70)℃低200~250℃, 但是比石英-金红石矿物对氧同位素温度及U-Pb体系封闭温度高150~200℃. 这指示, 金红石中Zr的扩散速率明显比Pb和O慢, 与已知的实验研究结果一致, 表明金红石Zr温度高于U-Pb同位素定年体系冷却年龄对应的封闭温度. 超高压岩石折返过程中降压扩散和流体参与下的退变质重结晶可能是造成金红石Zr含量降低而没有记录峰期温度的主要因素. 金红石粒间Zr含量的显著差别表明, 金红石中Zr的配分可能处于差异性扩散和退化不平衡状态.