基于漠河与武汉站流星雷达的中间层顶大气温度反演

本文利用漠河和武汉站的全天空流星雷达在2012—2022年期间的观测数据,基于流星高度分布的半高宽(full width at half maximum,FWHM)与温度之间的线性关系来反演90 km高度处的大气温度。对每年数据作线性拟合时发现拟合参数几乎不变,因此本文使用过去一段时间总结出的参数来拟合温度,并与传统梯度法对比。结果表明,使用FWHM法测出的温度与Aura卫星的温度更为接近,其中相关系数和平均误差均优于梯度法,并且FWHM法在较高纬度的漠河站的拟合效果好于较低纬度的武汉站。说明在漠河站和武汉站使用FWHM法反演中间层顶大气温度是可行的;同时也证明了纬度会影响FWHM法的误差,在较高纬度使用FWHM法的结果误差更小。

浅层顶管施工对路面影响的数值模拟分析研究

研究浅层顶管施工对路面变形的影响规律,以商丘某市政改造工程中的新建雨污水管道下穿机动车道施工为背景,采用FLAC3D建立了顶管施工数值模拟模型,在数值模拟计算结果与实际监测结果对比分析的基础上,设计了改变顶管机顶推力、注浆压力、管道埋深的3种工况,分析了路面变形随顶推力、注浆压力和管道埋深的变化规律,找出了最佳的施工设计。结果表明:数值模拟和实际监测的竖向位移曲线的变化趋势、最大值、最大值出现位置基本保持一致,验证了数值模型与计算参数取值的合理性;最大竖向位移随顶管施工距离的增大而增大,最大影响范围为10 m左右;路面变形最小的最佳顶推力、注浆压力和管道埋深分别为150.0 kPa、50.0 kPa和1.8 m。

中尺度区域模式层顶高度对高空风场数值模拟的影响分析

本文基于中尺度区域模式WRF,开展模式层顶高度变化对高空气象要素,特别是高空风场数值模拟影响的研究。通过设计模式顶高45、5 hPa两个试验,同化来源于NOAA-15、NOAA-18、NOAA-19和METOP-2的AMSU-A辐射计高通道数据,表明提高模式层顶能够使卫星更多的高通道样本数量进入同化系统,达到减小背景场误差,同时减小高于层顶通道辐射能量对低层通道影响的目的,一定程度上改进了同化效果,从而改善高空气象要素,特别是风场的模拟效果,与观测值的均方根误差减小了约0.4~0.5 m·s^(-1)。

对流层顶变化对上对流层/下平流层臭氧分布的影响

上对流层和下平流层(UT/LS),位于8—25km高度之间,是大气中一个很特殊的区域。大部分的臭氧分布在下平流层,在下平流层臭氧的含量发生一个很小的变化,就会对气候和地面的紫外辐射产生很大的影响。而作为气象参数的对流层顶,是充分混合、缺乏臭氧的上对流层和层结稳定、臭氧丰富的下平流层之间的边界或过渡层,其变化对臭氧总量和分布有直接和明显的影响。本文使用二维模式模拟研究对流层顶变化对臭氧在UT/LS分布的影响。模拟结果表明对流层顶的季节变化对UT/LS的臭氧分布有明显的影响,臭氧的局地变化可以超过10％。在冬季北半球中纬度对流层顶高度升高1km时,模式结果表明对臭氧分布的影响比较显著,局地变化可超过6％,但是对臭氧总量的影响较小,变化不超过5DU,小于观测资料统计分析的结果。

石膏矿护顶膏层顶板支护控制研究

石膏矿层开采时,为了避免膏层上方泥质岩层的风化潮解及保证矿房稳定,通常需要保留至少1.5 m的石膏作为护顶膏层。石膏矿层具有层理结构,为了保证矿房开采或采后空区的稳定,在保留护顶膏层时通常选择较厚的分层作为底分层。分析护顶膏层在不同的分层结构时底分层的承载特征,并对不同分层结构的护顶膏底分层载荷进行计算,确定底分层承受的最大载荷和保证矿房稳定的最小底分层厚度,制定满足最小底分层厚度的矿房顶板控制方案,为石膏矿的开采和采空区稳定提供了安全保障。

中间层顶变化的SABER/TIMED卫星观测

本文利用TIMED卫星搭载的SABER探测仪对全球中间层顶信息进行了研究,包括中间层顶的高度、温度及其季节和纬度变化,并对双中间层顶现象进行了分析.中间层顶的温度约在160～180K之间变化,高度在85～100km内变化,温度和高度都是冬季高夏季低,有着较为一致的变化趋势.中间层顶高纬呈现显著年变化,而低纬和赤道呈现弱的半年变化,南北半球的中间层顶信息有着不对称性.高纬地区的双中间层顶现象十分显著,中间层顶一般会从100km附近迅速降低至85km附近.根据长时间范围内平均的结果显示,北半球的双中间层顶现象在20°N—30°N的中纬范围开始发生,证实了北半球双中间层顶现象不再仅限于极区和中高纬地区.而南半球则仍是在50°S才显著发生双中间层顶现象.我们统计了中高纬地区夏季所有的单个观测剖面并且与当年冬季的平均背景剖面相比较,数据显示,较低的夏季第二中间层顶高度绝大多数比冬季中间层顶低12～16km.

梅雨发生前对流层顶及平流层异常信号的分析

利用NCEP和欧洲中心的ERA-Interim再分析资料结合中国国家气候中心的20a梅雨观测资料,分析了梅雨发生前江淮地区对流层顶和位涡的异常以及北半球环状模指数的变化。研究表明,江淮地区在梅雨开始前3—5天会出现对流层顶的下降,且高度的经向变化比纬向变化更为明显。对流层顶的降低与北方冷空气的南下入侵、东亚季风的爆发以及急流轴北跳引起的频繁的对流层顶折卷过程有关。对流层顶的下降伴随着来自平流层的高位涡冷空气的入侵。而梅雨发生前江淮地区上空对应正位涡异常,这一异常的建立和维持与贝加尔湖、西西伯利亚、鄂霍次克海附近的正位涡异常有关;而梅雨发生前江淮地区平流层温度达到极大值,梅雨爆发后开始下降,纬向风则处于西风到东风的转换期。梅雨期的总降水量与对流层上部平流层下部的北半球环状模指数存在一致的正相关关系,而在梅雨发生前15—30天,这种相关性尤为显著。这一结果说明,在对流层顶附近的北半球环状模指数对梅雨期降水量的预测有较好的指示意义。

用AE-D卫星近地点上观测的n(He)估算湍流层顶高度

本文分析了AE D极轨卫星近地点的变化及其相应的大气膨胀和密度分布情况 .在高度相同情况下 ,中低纬区热层底部的大气密度比高纬区大 ,卫星受阻也就更大 ,从而卫星近地点的高度在中低纬区比高纬区要低、白天比夜间低 .采用近地点上的n(He)观测资料 ,根据大气数密度在低层内均匀混合和高层内扩散分离的不同垂直分布特征 ,粗略地估算出湍流层顶的高度Zt 及其变化 .高纬区内Zt 高低与纬度几乎无关 ,但对磁暴的响应十分明显 .中低纬区内 ,Zt 随纬度减小而增大 ;白天地区Zt 大于夜间 ,而与磁暴的关系不大 .

卫星遥感东经120°子午圈MLT典型温度结构：中间层顶统计分析

利用2002～2006年期间SABER/TIMED温度数据综合考察了中心位于120°E。宽度为30°子午圈(东经120°子午圈)内中间层和低热层(MLT)大气的平均热力状态.季节平均温度的分析结果说明该子午圈中平均温度与用相同数据集建立的纬圈平均温度之间表现出相当好的一致性,但是与国际参考大气CIRA-86温度之间则表现出显著的差异.而对MLT典型温度结构描述不同是导致70 km高度以上出现这种显著差异(20 K以上)的主要原因.进一步利用逐日数据开展温度梯度诊断确定了中间层顶的位置和温度,在此基础开展考察的结果显示,在夏季,与极区中间层顶高度一致(83 km)的中间层顶稳定地伸展到中纬度(48°N),而热带和赤道地区中间层顶稳定地维持在97 km高度,形成了"两台阶"中间层顶结构.逐日分析结果还揭示了中纬度地区夏季中间层顶异常复杂的表现,结果表明在这里可以看到两种位于不同高度的中间层顶,第一种位于83 km并且伴随异常低温.而另一种位于约100 km高度.虽然基于当前分析结果并利用过去用于解释极区中间层顶"两模态"的理论对有关问题进行了探讨,但是全面理解夏季中纬度中间层顶的复杂表现还有待更深入的研究.

利用光谱拟合法反演中间层顶大气温度

本文提出了利用梳状函数进行模拟光谱计算的方法，并根据在北京郊区观测的OHMeinel（9，4）带夜气辉光谱，利用加权最小二乘法与模拟光谱进行拟合，得出了转动温度的最佳值，同时还分析了OH（9，4）气辉强度和转动温度随时间的变化特性．

超浅层顶管施工引起路基地层移动数值模拟

覆盖土层薄的超浅层顶管穿越路基施工引起管道周围土体移动会对路面结构造成破坏。结合实际工程,运用有限元模拟超浅层顶管穿越路基引起的地层移动和现场地表变形监测,研究了管道摩擦力、注浆率、顶推力、路面交通荷载等因素对覆盖土层变形的影响。研究表明:地层移动是先隆起后沉降,覆盖土层下部的移动速度比表层的大;地表变形的有限元计算结果和现场实测数据基本吻合;超浅层顶管施工对浅埋覆盖路基土层移动,横断面地表沉降变形在工具管纵向通过2倍顶管外径后基本趋于稳定,横向地表沉降沿侧向分布近似为正态分布,主要影响范围在顶管轴线左右两侧各1.5倍顶管外径的范围内;变形要求严格的地面下进行超浅层顶管施工,可以通过有限元分析对周围环境影响程度的评价。

中间层顶区域大气平均风场年和半年振荡的全球结构

利用2003~2011年TIDI(TIMED Doppler Interferometer)风场观测数据研究了中间层顶区域80~105 km纬向平均风场年振荡和半年振荡振幅和相位的全球分布结构,并给出了它们的年际变化。在热带地区,纬向风半年振荡最显著。振幅峰值中心位于南半球10°S^20°S范围,出现与平流层半年振荡类似的相对于赤道不对称的分布,并且振幅峰值与以前在该区域的研究结果存在较大差别。在中高纬度地区,纬向风和经向风被年振荡所控制。纬向风在高度100 km以下中高纬度都存在振幅大值中心;经向风年振荡只出现在两半球中纬度高度95 km以下,并且南北半球振幅峰值中心分布不一致。分析结果还显示年振荡和半年振荡振幅存在显著地年际变化,相位的年际变化则较小,但北半球热带地区经向风年振荡振幅和相位表现出2年周期的变化。

有限元模拟超浅层顶管施工引起的路基地层移动

在市政工程中,超浅层顶管作为一种非开挖的施工技术,具有保护环境和不中断交通、不影响居民的正常生活等优点。通过有限元模拟超浅层顶管穿越路基时引起路基地层的变化情况,得出了超浅层顶管施工对浅埋覆盖路基土层移动的影响范围。

关于低纬边界层顶垂直速度的计算

提出了一个由低纬地（海）面风计算边界层顶垂直速度的方法，得到了低纬边界层顶垂直速度的一些特征。

能量弥散与模式大气层顶的选取

对所设计的三个数值模式,就重力惯性内波能量弥散进行了试验,得出只有模式大气层顶选在大气上界(p=0 hPa)的数植模式能更好地描述重力惯性内波的能量弥散。从而提出了一个合理选取数值模式大气层顶的现实问题。

浅层顶管施工引起路基地层移动有限元分析

在市政工程中，浅层顶管作为一种非开挖的施工技术，具有环境保护和不中断交通、不影响居民的正常生活等优点。本文通过有限元模拟浅层顶管穿越路基时引起路基地层变化情况。得出了浅层顶管施工对浅埋覆盖路基土层移动影响范围。

地磁扰动期间等离子体层顶结构的模拟研究

本文选取2001年6月8—10日的一个亚暴事件,模拟了在这期间等离子体层的结构演化过程.选取Weimer(2001模式)电场和Tsyganenko(1996模式)磁场作为背景电磁场,基于E×B的漂移运动计算磁赤道面内的带电粒子分布,模拟磁扰期间的等离子体层变化.模拟了等离子体层顶的结构和形状,结果有羽状、肩状和通道状结构,与同一时间点的EUV/IMAGE探测结果一致.

地球等离子体层顶与地磁活动的关系研究

本文利用IMAGE卫星EUV相机观测的等离子体层图像,并采用最小L算法反演磁赤道面等离子体层顶位置.文中选取了2000—2002年间的3579幅等离子体层图像,并反演得到了时间间隔为1h的等离子体层顶位置数据库,包含48899个等离子体层顶位置数据.利用该数据库统计研究了等离子体层顶位形随地磁活动的变化特性.统计发现等离子体层顶高度依赖地磁活动,与地磁指数Kp、Dst和AE均呈负相关,且等离子体层顶随地磁指数的变化趋势具有显著的MLT分布特性;亚暴活动对等离子体层顶演化的贡献在不同地磁活动期间有所不同,磁暴期间亚暴活动的贡献小,而地磁平静期亚暴的贡献大.本文研究工作为后续建立等离子体层顶模型和了解等离子体层顶的动态结构提供了重要研究基础.

基于钠激光雷达观测数据的中间层顶大气温度分布特性研究

作为中间层和热层的边界层,中间层顶存在多种能量交换方式,是大气能量耦合的重要区域。本文利用部署于中国科学院廊坊临近空间大气探测站的钠荧光多普勒激光雷达2013年的观测数据,研究了廊坊上空中间层顶区域大气温度的年度和季节分布特性,并分析了影响温度分布的多种因素。年平均温度廓线图显示,中间层顶位于约97.5 km高度处,温度约191.2 K。受放热化学反应的影响,年平均温度廓线91 km高度处出现了一个198 K的相对温度高点。中间层顶区域大气温度的季节分布受太阳辐射和大气动力学因素综合影响,夏季在大气动力学影响下,中间层顶高度较低,位于88 km高度处,温度也较低,约177 K;冬季太阳辐射起主导作用,中间层顶位于99 km高度处,温度为181 K。通过拟合月平均温度分析了中间层顶区域大气温度年变化和半年变化的振幅和相位特征。结果显示,中间层顶区域上部温度分布主要受太阳辐射的影响;在中间层顶区域下部,大气波动主导了温度分布。

基于VAP卫星的等离子体层顶电子密度波动统计分析

基于范艾伦辐射带探测卫星的观测数据(2012年9月至2015年11月),收集了584个等离子体层顶密度波动事件,研究了这些事件分布随磁地方时、磁壳值以及地磁活动的变化关系,并使用快速傅里叶变换分析了全部事件平均功率谱.统计结果表明,等离子体层顶密度波动事件主要发生在磁地方时黄昏扇区,其分布与磁地方时和地磁活动具有明显的相关性.等离子体层顶密度波动在1~100mHz区间内具有接近-5/3的功率谱斜率,表明存在二维磁流体动力学湍流.本文统计结果将有助于进一步深入理解等离子体层顶密度波动在内磁层中能量传输的具体作用,并且将促进对等离子体层顶波动的激发、增强与传播过程的进一步研究.