Andes上空MLT中大气周日潮的流星雷达观测研究

本文利用了Andes(30．3°S,70．7°W)流星雷达2010年1月1日至2014年3月21日的观测数据,研究了中间层和低热层(mesosphere and lower thermosphere,简称MLT)区域水平背景风场,周日潮汐以及周日潮汐与行星波之间的相互作用,并与模式结果进行了比较。多年观测结果表明,在80-100 km高度,月平均经向风场在5-8月份是南向风,在10-2月份是北向风,其变化范围在-11 m?s^(-1)到13 m?s^(-1)间,明显比HWM-07模式计算的月平均值-4 m?s^(-1)到6 m?s^(-1)范围大;观测的月平均纬向风场全年主要以东向风为主,只有少数月份的少数高度为西向风,风速范围为-14 m?s^(-1)到32 m?s^(-1),比模式计算的月平均值-20 m?s^(-1)到37 m?s^(-1)变化范围略小。观测和GSWM-00模式给出的周日潮汐月平均振幅时空分布都呈现双峰结构,观测的最大峰值出现在3月份,经向和纬向分量月平均振幅峰值分别为51 m?s^(-1) 和44 m?s^(-1),次峰出现在9月份,经向和纬向分量月平均振幅次峰值分别为40 m?s^(-1) 和37 m?s^(-1)。模式计算的经向和纬向月平均振幅峰值约为观测值的2倍,且峰值出现的时间也比观测值晚1-2个月。这些研究结果表明,模式对南半球月平均风场和周日潮汐的描述,与实际观测值间存在明显差异,还需要加强对南半球的观测研究,来不断提高和完善目前的模式。此外,我们的研究显示,在MLT区域,由于周日潮汐和行星波都比较强,周日潮汐能与不同周期的行星波相互作用,产生新的谱成分,从而导致潮汐发生短期变化。     

中国科大蒙城流星雷达观测中间层-低热层大气风场和潮汐研究(英文)

中国科学技术大学蒙城流星雷达（33.4°N,116.5°E）自2014年4月运行以来，已经持续观测超过了8 a。本文报道了该流星雷达8 a的水平风场和大气潮汐波动观测结果。另外，给出了该流星雷达观测和Navy Global Environmental Model-High Altitude(NAVGEM-HA)模拟的对比结果。观测结果表明在北半球较低中纬度地区，流星雷达观测的流星数量存在明显的周日变化，流星数量在当地时间的上午增多，在午后和夜晚降低。同时流星数量也存在明显的周年变化，在9和10月份出现大值，在2月份出现低值。此外，北半球较低中纬度地区中间层-低热层大气水平风场存在明显的周年变化，在84 km以上，纬向水平风场在夏季表现为东向风场，冬季表现为西向风场；而在84 km以下，冬季为东向风场，春季为西向风场。经向风场则表现出冬季为北向风场，夏季为南向风场。此外，大气风场存在明显的太阳热力潮汐波动，主要表现为周日潮汐，半日潮汐次之。其中纬向和经向周日潮汐均在春季3月份出现了最大值，振幅分别可达到40和30 m/s，而在秋季9月份出现较大值，振幅分别可达到30和25 m/s。周日潮...     

平流层风场的火箭观测及其与模式风场的比较

美国西北研究机构(NWRA:NorthWest Research Associates)发布了1963-1992年期间在Kwajalein岛礁(8°N,167°E)上共计1862次火箭探测的平流层风场和温度剖面.本文选取测量较为连续的1969-1972年期间共计345个风场剖面来研究平流层月平均风场及其两年变化、年变化和半年变化的特征.同时与目前应用较为广泛的风场模式HWM07(Horizontal Wind Model:2007)和CIRA86(COSPAR International Reference Atmosphere:1986)进行了比较.火箭测量的4年逐月平均纬向风在夏季为西向风,并在8月41km处达到最大值45ms-1;在冬季变为东向风,并在3月57km处达到最大值47ms-1.全年的经向风在60km以下基本上是北向风且风速低于10ms-1.纬向风在20~35km之间以两年变化为主,振幅在10~17ms-1之间;在45~55km之间以半年变化为主,振幅是16~25 ms-1之间;在5km以上以年变化为主,振幅在16~25 ms-1之间.测量风场与HMW07相比,HWM07的西向风在7月46km处达到最大值38ms-1,东向风在2月60km处达到最大值37ms-1,均小于测量风场的峰值.测量风场与CIRA86相比,CIRA86的西向风在7月49km处达到最大值36ms-1,东向风在3月60km处达到最大值43ms-1,仍小于测量风场的峰值.测量风速稍大于模式风速的可能原因之一是测量风场包含了背景风场和各种波动成分,而模式风场是气候学平均的结果;此外,HWM07和CIRA86虽然包含了不少探空火箭数据,但并没有包含在Kwajalein岛礁的测量资料.     

北半球准定常行星波经向结构及特征尺度分析

准定常行星波对于热带外地区的天气和气候有着举足轻重的影响.以往对于准定常行星波的研究主要针对某一纬度或多纬度平均的纬向波动进行分析,因此准定常行星波的经向结构及特征尺度尚不清楚.利用经典的Rossby波的频散关系,对传统定常波的水平全波数的计算方法进行了改进,将纬向和经向波数进行分离,得到了描述准定常行星波运动学特征的纬向和经向特征波数,从理论上给出了准定常行星波空间尺度的动力约束条件,进而对北半球行星波动的经向结构及特征空间尺度进行了分析.结果表明:在北半球热带外地区,冬季准定常行星波的经向尺度以1波为主,表明准定常行星波的经向结构多为偶极子型;而纬向波数随纬度的增高而减小,表明大尺度的准定常波可以在高纬度传播,而较小尺度的准定常波只能在较低纬度传播.进一步利用大气环流观测资料分析冬季不同纬度间准定常行星波(纬向1～3波)的位相关系,发现不同纬度间的准定常行星波以反位相关系为主,且行星波的经向活动区域随着纬向波数的减小而向极地延伸.观测得到的冬季准定常行星波的纬向和经向结构特征,与理论推导的纬向和经向特征波数的时空分布特征基本对应.     

钠激光雷达对中间层顶大气温度和风场的探测

中高层大气温度和风场是研究中高层大气波动的重要参数.钠高光谱分辨率激光雷达能够对中间层顶(80-105km)大气温度和风场进行高精度观测.2011年中国科学技术大学成功研制了我国首台高光谱分辨率钠测温测风激光雷达系统.文中对该激光雷达系统进行了详细介绍,其中包括探测的基本原理,发射机,接收机和采集控制部分的设计.给出了钠测温测风激光雷达于2011年12月9日晚同时探测的大气温度、纬向风、经向风和钠原子密度的结果.结果发现中间层顶区域大气温度、纬向风、经向风变化范围较大,分别是175K~235K,-70~60m/s,-100~110m/s,有明显的半日或周日潮汐振荡的成分.探测结果表明中国科学技术大学钠测温测风激光雷达可对中间层顶区域温度和大气风场进行高时空分辨率的探测,其探测数据对于研究中高层大气动力学具有重要的意义.     

高速蒸汽与过冷水直接接触凝结局部换热特性研究

针对气液两相流喷射器内高速蒸汽与过冷水直接接触凝结过程,设计并搭建了使用矩形截面喷嘴及混合腔的可视化实验台,在蒸汽质量流率为200~600kg·m~(-2)·s~(-1)、入口过冷水质量流率为4~18t·m~(-2)·s~(-1)、入口过冷水温度为20~50℃的实验条件下,使用图像处理技术分析可视化图像,研究了气液界面的波动特性,建立了局部凝结换热系数的计算方法,并对界面波动与局部凝结换热系数的关系进行了研究。研究结果表明:实验中观察到的界面波是界面不稳定性的一种表现形式;界面波在传播过程中振幅逐渐增加,强度增大,平均振幅在0.12~0.38mm之间;局部凝结换热系数沿流动方向逐渐增大,其值在1.8~5.9 MW·m~(-2)·℃~(-1)之间;界面波振幅与局部凝结换热系数对比的结果表明,界面的波动对汽水直接接触凝结的换热过程具有强化作用。     

严寒地区太阳能土壤源热泵土壤温度场特性

为了解决严寒地区地源热泵长期运行所引起的土壤温度逐年降低问题,建立了太阳能全年补热的土壤源热泵系统模型.结合某办公建筑土壤源热泵项目,建立了2口120 m深U形垂直埋管试验井,进行热响应试验,得出制热工况与制冷工况的土壤导热系数与热扩散系数分别为1.883 W·(m·K)~(-1)和7.608×10~(-7)m~2·s~(-1);制冷工况的导热系数与热扩散系数分别为1.758 W·(m·K)~(-1)和9.203×10~(-7)m~2·s~(-1).利用TRNSYS软件平台模拟了土壤温度场变化,结果表明:热泵运行10年的土壤温度降为5.17℃,获得了供暖、供冷、过渡季节的太阳能联合土壤源热泵系统的土壤温度的恢复情况.     

武汉超导重力仪测定的近周日共振

采用武汉超导重力仪在新台站1997-12-20～2000-04-30期间重力潮汐观测资料和最新海潮模型研究了地球的近周日共振. 结果表明,地球近周日自由摆动的本征频率为-(1+1/435.2)Ω(Ω为地球自转恒星频率),品质因子为4730,共振强度为(-6.34×10-4, -0.09×10-4)°/h. 为了便于比较, 采用该仪器在旧台站1985-11-25～1994-12-31的观测资料作了同样的工作, 结果表明,相对较大的背景噪音将严重地扭曲拟合的近周日共振特征. 近周日共振导致P1,S1,K1,Ψ1和Φ1波的扰动分别为-0.0682, -0.0025,-0.6989,0.0277和0.0072 μGal. 考虑近周日共振效应可以有效改善局部的潮汐理论模型和海潮负荷重力效应改正模型.     

北京地温的年日变化与土壤的导温率

本文首先讨论各层土壤温度的分布,及其月平均值的年变化,与不同天气情况下的日变化,最后用不同的方法计算土壤的导温率,并讨论计算结果的准确度。 结果指出北京月平均地温年变化的振幅,在地面约为20℃,随深度迅速减小。在0.75米深度处,地温年振幅为地面振幅的一半。最高最低出现的月份,随深度都有落后现象。但落后的情况,两者并不相同。在25厘米下,各月月平均温度都高於0℃。 地温日变化振幅因天气情况不同,大有差别。根据某月观测纪录,最大达22.3℃,最小只1.5℃晴日远较阴雨日为大。振幅随深度减小,最高最低出现时间随深度的落后现象,晴日也较雨日为明显。 根据随深度振幅减小与位相落后计算得的导温率,因计算方法与天气情况不同,有相当大的变动范围。共平均值为。 0—1 厘米层 0.3×10~(-3)厘米~2/秒 1—10厘米层 1.2×10~(-3)厘米~2/秒 10厘米-1米层 4.0×10~(-3)厘米~2/秒 1—12米层 7.0×10~(-3)厘米~2/秒总平均值为5.0×10~(-3)厘米~2/秒。根据上述导温率的数值,以1厘米深的观测振幅为标准,所计算得的各深度振幅值,与实际观测值极为相近。     

基于产气模型对填埋场垃圾产气速率与气压的估算

通过建立垃圾产气模型,估算衰减期填埋场垃圾产气速率;结合渗透系数推算填埋场内气压。结果表明,衰减期填埋场产气速率由于温度不同,变化范围为0.12×10~(-9)~1 466.67×10~(-9)m~3·kg~(-1)·s~(-1)。在假设条件下,衰减期填埋场内气压根据压实度及温度条件不同,变化范围为0.092 6~50 490.078 9 Pa;填埋场内产生的填埋气优先横向迁移,当横向迁移受阻或内部压力过大时,才纵向迁移至填埋场表面。通过静态箱采样不能准确分析填埋场表面CH_4释放情况,应同时对填埋场的集气管进行采样观测。     

复杂下垫面碳通量足迹分析——以上海市奉贤大学城为例

基于位于上海市奉贤大学城的通量观测塔,利用ART Footprint Tool分析了各个风向(东南、西北、东北、西南4个方位)的碳通量足迹.结果表明:各个风向上的贡献源区碳通量数值范围基本一致,均可以代表研究区的总体碳通量范围(0~18μmol·m~(-2)·s~(-1));碳通量贡献源区的通量峰值出现在东北方向(18μmol·m-2·s-1),东北方向的总体碳通量水平较高,其碳通量贡献比值最高(全天共36%),原因是东北方向单位面积上建筑物较多且靠近交通主干线,人类活动较多导致碳通量贡献比值最高,其他方向上的碳通量贡献比值相差不大.该研究可以为其他城市的碳循环研究提供服务和参考.     

极区夏季中层顶大气波的共振非线性相互作用

采用德国SOUSY VHF雷达数据研究极区夏季中层顶区域行星波-潮汐-重力波之间的非线性相互作用以及中层顶以上高度背景大气的不稳定性. 纬向风场的Lomb-Scargle功率谱显示35h行星波、周日潮、半日潮和1/8ch-1潮汐是中层顶区域占优势地位的大气扰动. 对频率组合的检验发现多组满足频率共振条件的三波组. 双谱分析表明大多数双谱峰代表潮汐谐波之间或潮汐与行星波或重力波之间的相互耦合, 而双谱峰的高度变化反映了波-波相互作用的变化. 在中层顶以上, 主要波分量对应的最强谱峰所在的各高度倾向于随频率增高而依次增加. 这可能是由两个低频波发生共振相互作用生成一个高频波的缘故. 行星波和潮汐的强度随高度近似地依次序逐渐增长, 达到最大, 然后再快速衰减. 这种图像与一个随高度增加从低频段向高频段移动的波-波共振相互作用“链”相关. 不稳定性分析表明, 在中层顶以上高度, Richardson数越来越小, 说明湍流运动逐渐加强, 背景大气越来越不稳定. 最后建议, 波-波和频共振相互作用与因不稳定导致的波耗散是中层顶区域两种占支配地位的动力学过程. 前者引起能量逐渐从低频波动向高频波动传输. 后者导致对背景大气的加热和对平均流的加速.     

Andes上空中间层和低热层中大气惯性重力波的激光雷达观测

利用Andes观测站(30. 3°S,70. 7°W)激光雷达2016年6月8～9日共11. 6 h的风场、温度以及钠原子数密度的观测数据,研究了一个在中间层顶区域惯性重力波活动事件。谱分析表明,这个惯性重力波的周期约6. 6 h,垂直波长约7. 5 km,水平波长约826 km。根据矢端曲线法分析发现,此惯性重力波的传播方向大约为西偏北38. 6°。计算出它的垂直群速度约0. 2 m·s~(-1),水平群速度约22. 9 m·s~(-1)。射线追踪结果表明,上传惯性重力波可能来自于平流层的急流区域。虽然该惯性重力波不能达到不稳定性的阈值,但是理查德森数和浮力频率显示,由于不同扰动分量的叠加,导致了在一些高度和时间上,动力学的发生和对流不稳定性的存在。因此,叠加效应引起的不稳定性可能会对中间层-低热层中波的饱和度和幅度约束有显著影响。同时利用重力波偏振关系和惯性重力波纬向风扰动,计算出了经向风、温度和大气密度扰动,同时观测的经向风和温度扰动与计算的结果一致,表明观测到的准单色惯性重力波能很好满足重力波偏振关系。另外,计算得到的大气密度扰动与观测的钠原子数密度扰动相位一致,证实了中间层-低热层区域的钠原子可以作为重力波的示踪物。     

琉球群岛海域的波候观测分析

为了展现琉球群岛海域的海浪特征,利用2个浮标观测数据分析了该海域的波候(海浪气候态)特征,重点计算了宫古海峡的强风、强浪。结果表明:喜屋武岬的月平均有效波高(SWH)峰值为1.5 m,出现在8月,22001站的峰值为1.7m,出现在2月,2个站点各月的波周期基本为6.0~8.5s,波谷出现在5-6月,波峰出现在10月;琉球海域的最大波高呈单峰型月际变化,波峰出现在8-10月,22001站为12m,喜屋武岬为8~10 m,平均最大波高的峰值为6 m,出现在8月;50年一遇的极值波高表现显著的月际变化,22001站的峰值为22~24m,出现在8-9月,喜屋武岬的峰值为16~20m,出现在6-10月;2月和11月,琉球海域出现频率最高的波高-周期联合频率为(2.0m,7s),5月出现频率最高的为(1.0m,7~9s),8月出现频率最高的为(1.0m,7s);在宫古海峡,2月、5月和11月的强浪主要源自东北偏北向,8月,强浪源自东南偏东向,强风向与强浪向整体上保持了较好的一致性。     

离子型稀土矿体孔径分布及其渗透性变化

以江西龙南典型的离子型稀土矿为研究对象,对原矿和5种孔隙比重塑矿开展了现场和室内土-水特征曲线和饱和渗透系数测试试验。基于土-水特征拟合曲线,计算了矿体孔径分布和非饱和渗透系数。结果发现:孔隙比0.92的原矿单位质量矿体累积孔隙总体积为0.234 5 cm~3/g,大孔隙(r≥5μm)、中孔隙(2μm≤r≤5μm)和小孔隙(r≤2μm)体积分别占孔隙总体积的58%、15%和27%,渗透系数为2.0×10~(-5)m·s~(-1);保持原矿孔隙比重塑后,小孔隙体积增加约3.0%,渗透系数为1.2×10~(-5)m·s~(-1),表明相同孔隙比的原矿和重塑矿在孔径分布上有明显差异,原矿存在较多大孔隙,重塑后大孔隙分裂成多个小孔隙,矿体通透性变差,渗透系数变小。而重塑为孔隙比0.97的矿样,小孔隙体积减少约1.0%,渗透系数为1.9×10~(-5)m·s~(-1),孔径分布和渗透性基本达到原矿状态,采用该孔隙比状态的重塑矿样模拟龙南类型天然矿体进行浸析试验效果更好。     

O（^3p）原子与乙醚和异丙醚化学反应速率常数的测定

用流动放电-化学发光技术测定了O(~3p)原子与乙醚和异丙醚总包二级反应速率常数。反应速率常数与温度关系可表达为k_1=(1.91±0.70)×10~(-11)exp[-(2.14±0.16)kcal·mol~(-1)/RT]·cm~3·molec.~(-1)·s~(-1) [O(~3p) 乙醚] k_2=(3.25±0.80)×10~(-11)exp[-(2.57±0.20)kcal·mol~(-1)/RT]·cm~3·molec.~(-1)·s~(-1) [O(~3p) 异丙醚] 还讨论了醚分子中氧原子对α-位C—H键能及其反应活化能的影响。结果表明,氧原子使α位C—H键能减弱而降低了反应活化能。     

南亚热带11种珍贵阔叶树种光合特性研究

【目的】了解我国南亚热带珍贵阔叶树种的光合特性,为造林树种的选择和结构优化提供参考。【方法】使用Li-6400便携式光合测定系统测定各树种的光响应曲线和二氧化碳响应曲线,采用模型拟合的方法,计算出各树种的光合特征参数并比较分析。【结果】不同珍贵阔叶树种的光合生理特性存在明显差异,各树种最大净光合速率为7.00~18.19μmol·m~(-2)·s~(-1),平均值为10.83μmol·m~(-2)·s~(-1)。最大净光合速率由高到低排序依次为柚木Tectona grandis(18.19μmol·m~(-2)·s~(-1))、米老排Mytilaria laosensis(13.07μmol·m~(-2)·s~(-1))、红锥Castanopsis hystrix(12.60μmol·m~(-2)·s~(-1))、降香黄檀Dalbergia odorifera(11.63μmol·m~(-2)·s~(-1))、香梓楠Michelia hedyosperma(11.29μmol·m~(-2)·s~(-1))、灰木莲Manglietia glauce(10.85μmol·m~(-2)·s~(-1))、观光木Tsoongiodendron odorum(10.64μmol·m~(-2)·s~(-1))、格木Erythrophleum fordii(8.90μmol·m~(-2)·s~(-1))、擎天树Parashorea chinensis(7.72μmol·m~(-2)·s~(-1))、山白兰Paramichelia baillonii(7.22μmol·m~(-2)·s~(-1))、铁力木Mesua ferrea(7.00μmol·m~(-2)·s~(-1))。光合能力较强的树种为柚木、米老排和红锥,较弱的为擎天树、铁力木和山白兰;对高光强适应能力较强的树种为铁力木、柚木、观光木和降香黄檀,较弱的为灰木莲和山白兰;对弱光利用能力较强的树种为格木、红锥和香梓楠,较弱的为山白兰、擎天树、观光木和米老排。【结论】在全球气候变化的背景下,可选择光合能力强的树种造林。格木、红锥和香梓楠对弱光利用能力较强,可作为松、杉人工针叶纯林近自然化改造树种。     

一种新型阴离子型清洁压裂液的性能评价

以长链羧酸盐型阴离子表面活性剂为稠化剂,氯化钾为交联剂,获得了阴离子型清洁压裂液(YD~(-1)),对其性能进行研究。YD~(-1)清洁压裂液黏度随稠化剂浓度的增加而增加,当交联剂的浓度为3%时,其黏度达到最大值。所得YD~(-1)清洁压裂液在80℃、170 s~(-1)下的具有良好的耐温耐剪切性能。携砂性良好,稠化剂浓度分别为3%、4%、5%时,石英砂的沉降速率分别为0.281mm·s~(-1)、0.032 mm·s~(-1)、0.016 mm·s~(-1)。压裂液低温破胶性能良好,原油与4%的压裂液体积比为1∶10时,压裂液在80 min可完全破胶,破胶液黏度在5 m Pa·s以下,破胶液表面张力为28.9m N/m,说明压裂液具有低伤害性。     

污泥厚度和风速对污泥常温干燥的影响及干燥模型分析

为了研究污泥在常温下的干燥特性,采用自制的污泥干燥装置对城市脱水污泥进行常温干燥实验。研究了不同厚度(10、20、30 mm)和不同风速(0、1、3 m·s~(-1))条件下污泥含水率随时间变化的规律,并用常见的干燥模型对污泥常温干燥过程进行拟合。结果表明:常温条件下,10 mm厚度污泥的干燥速率均高于20 mm和30 mm厚度污泥的干燥速率,并且在风速较低时,降低污泥厚度对缩短干燥时间的效果更加显著;污泥厚度不同,风速对污泥干燥的影响作用不同,对于10 mm厚度的污泥,增加风速可显著缩短干燥时间,而对于20 mm和30 mm厚度的污泥,风速需增加到一定数值(如3 m·s~(-1))时,才能显著缩短干燥时间;Logarithmic模型更适合描述污泥在常温条件下的干燥,干燥过程中的有效扩散系数为1.73×10~(-9)~1.38×10~(-8)m~2·s~(-1)。     

羊草在多云条件下光合及水分生理生态特征研究

使用Li-6400便携式光合测定仪,对自然条件下呼伦贝尔草原羊草的光合及水分生理生态特征进行了研究,结果表明:八月的呼伦贝尔草原多阴云天气,羊草的净光合速率日变化呈现双峰曲线,蒸腾速率曲线与净光合速率表现出一致的趋势.光响应曲线、CO_2响应曲线结果表明:光合速率(P_n)与CO_2浓度(C_(CO_2))之间回归方程为P_n=-0.09051+0.03865 C_(CO_2)-1×10~(-5) C_(CO_2)~2,根据回归方程可求得CO_2补偿点为2.34μmol·m~(-2)·s~(-1),CO_2饱和点为1932.5μmol·m~(-2)·s~(-1).P_n与光合有效辐射(PAR)之间回归方程为P_n=-2.0596+0.02094 PAR-8×10~(-6) PAR2,光补偿点(LCP)为102.36μmol·m~(-2)·s~(-1),光饱和点(LSP)为1308.75μmol·m~(-2)·s~(-1),羊草较高的光补偿点和光饱和点是其适应内蒙古高原高光强环境的表现,也是其成为该地区优势植物的适应对策.