HL-1装置边缘扰动谱的初步分析

一、引言目前许多实验都已证实托卡马克边缘扰动对等离子体的反常输运有重要的影响,由于扰动而产生的反常粒子输运流大约在玻(王母)扩散量级,而且,边缘扰动的大小、湍流频谱和波数谱的宽度对约束时间的影响很大。用探针对边缘等离子体进行湍流扰动分析已在许多托卡马克实验中进行过,用静电探针得到的电子密度扰动n和悬浮电位扰动,可以估计出扰动产生的粒子输运通量。本文主要给出了一套静电探针系统及其数据获取和频谱分析方法,

10枚火箭观测的低热层大气速度扰动谱

在“Sodium 88” campaign期间, 10枚Chaff火箭在高纬测得高分辨率低热层水平速度剖面(25 m), 这个分辨率在目前是惟一的. 分析这些数据, 发现速度扰动谱有接近－3的平均谱斜率, 提供了饱和重力波谱在低热层大气的火箭观测证据, 且饱和的波数范围比其他测量技术高一个数量级. 还发现速度扰动谱在水平方向为各向同性, 这与文献中报道的不一致. 在能含图上, 纬向谱和经向谱均显示了11 km的盛行垂直波 长, 这与过去的研究结果一致.

卫星遥测纬向剖面地形谱分析——青藏高原背风侧地区地形扰动与西风扰动的耦合模态

遥感地形资料具有空间离散分布特点,因此根据离散谱空间变换中谱能不变性约束下的谱分析方法,研究了遥感地形谱空间域分布基本特征和地形强迫对大气受迫运动的作用机制.并通过定义地形扰动和地形扰动特征尺度的概念,发现位于青藏高原背风侧的我国中东部地区纬向(东西向)剖面地形扰动特征尺度在454.5km,即该地区地形扰动可以定义为中α尺度扰动(比照大气尺度分类);地形扰动尺度与该地区主要致灾天气系统MαCS(Meso＿αConvectiveSystem,中α尺度对流系统)尺度上的一致性揭示了地形对于MαCS的触发作用.进一步通过对卫星遥感离散地形场测度进行分形学分析,计算出该区域纬向剖面分数维为1.26,说明该地区地形的基本分形元是Koch三角生成元,即青藏高原背风侧地区剖面地形强迫作用机制本质上是基本西风气流与三角形元组合型山脉剖面障碍物相互作用的结果.这种相互作用的物理图象表现为:在我国青藏高原背风侧地区,冬季和夏季700hPa纬向平均风速扰动谱最强峰与地形扰动谱最强峰存在着明显的地形 纬向风速偶合关系,地形 纬向风速共振模态是该地区冬季纬向环流扰动的典型触发机制;而夏季,地形 纬向风速偶合模态转变为向小尺度漂移的高阻尼模态.同时,地形和纬向风速的分形分析表明,关于地形强迫下的受迫扰动的偶?

基于轨道扰动引力谱分析的方法确定低低观测重力卫星反演重力场的空间分辨率

基于低低卫-卫跟踪重力卫星的轨道特性,从垂直和水平两个方向计算了重力卫星高空扰动引力,并根据其谱特性及星载加速度的测量噪声水平分析了重力卫星能反演重力场的阶数.利用EGM96重力场模型分别计算了400km、450km和500km轨道高度处重力卫星受到的扰动引力谱及扰动引力谱的平均量级,分析其垂直特性表明:在三个轨道高度处能分别能反演150、140和130阶的重力场模型.利用两颗同轨重力卫星相距220km的特性,计算了400km、450km和500km轨道高度处纬度相差2°的两颗卫星纬向扰动引力差,即扰动引力水平分量,分析其谱特性,表明:重力卫星能反演至117阶的地球重力场模型.

极区夏季70—100km大气垂直速度扰动功率谱的观测

使用1987年夏季MAC／SINEcampaign期间在挪威北部的Andenes发射的5枚chaff火箭垂直速度数据研究了70—100km高度范围内大气垂直速度扰动垂直波数谱．发现垂直速度垂直波数谱在39×10-4m－1处有1个谱缺口．在大于这个谱缺口的垂直波数范围，垂直速度垂直波数谱与饱和谱模式有好的一致．在小于这个谱缺口的垂直波数范围，垂直速度垂直波数谱有谱斜率－1.87和谱振幅比饱和谱振幅低1个量级，认为在低波数，除重力波外的其它地球物理过程存在于垂直速度扰动中．

西藏高原地形扰动对其降水分布影响的研究

利用离散谱空间变换中谱能不变性约束下的谱分析方法和引进相对地形高程(地形扰动)概念,研究了西藏高原地形强迫对该区降水分布的影响机制。研究表明,在相对最大降水高度之下,所谓地形-降水分布剖面一致性(即降水分布曲线相似于地形起伏曲线,雨峰雨谷和山峰山谷基本一一对应)的经典结论在西藏高原不能完全满足。频谱空间中的地形-降水锁相关系能够更本质地反映出地形性降水分布的物理特征。揭示出,两种不同的地形-降水锁相关系即分别对应西藏高原的两种地形-降水分布形态,即雨峰雨谷和山峰山谷基本一一对应的共振分布型;降水随地形增高或增或减的漂移分布型。

冬季中层顶区域重力波谱特性

使用DYANA试验期间19枚(Chaff火箭在81-105km高度范围测量的高分辨率水平速度数据,研究标量水平速度垂直波数谱在冬季的谱特性.分析结果显示冬季平均垂直波数谱有-3.02的谱斜率,这与各种饱和理论预测的-3谱斜率很一致,提供了饱和重力波谱在冬季的观测证据.与各种饱和理论比较表明,这个冬季谱的谱振幅与线性饱和理论预测的谱振幅完全一致,但是总是小于非线性饱和理论预期的、激光雷达测量的谱振幅.这个冬季谱与最近得到的夏季饱和重力波谱一道,共同表明我们的观测结果支持了线性饱和理论,而不管季节,地理位置和高度范围的不同.由这个冬季谱估计的盛行垂直波长为15km,它比夏季的12.8km盛行垂直波长稍大.

利用谱分析法估计GRACE Follow-On地球重力场的空间分辨率

利用轨道扰动引力谱和大地水准面累计误差谱分析的方法估计未来GRACE(gravity recovery and climateexperiment)Follow-On卫星反演地球重力场的空间分辨率。基于GRACE Follow-On卫星的轨道特性,计算其在高空所受到的径向扰动引力,并根据谱特性及星载加速度计的测量噪声水平分析该卫星能反演重力场的阶数。利用EGM96重力场模型分别计算200 km和250 km轨道高度处的扰动引力谱。分析其特性表明:在两个轨道高度处分别能反演281阶和242阶的地球重力场模型。给出大地水准面累计误差谱模型,并计算200 km和250 km轨道高度处大地水准面累计误差谱。分析其谱特性表明:在两个轨道高度处分别能反演至286阶和228阶的地球重力场模型。

湖北省1954/2008年历史罕见持续低温冰雪过程对比分析

1954年12月26日-1955年1月18日湖北省遭遇了120年一遇的历史罕见持续低温冰雪灾害。2008年1月13日-2月3日,湖北省再次出现了一次持续低温冰雪过程,严重程度仅次于1954年,为70年一遇。利用常规天气图和数值预报产品资料,应用天气学和波谱分析方法,对比分析了两次过程的环流形势特征及能谱特征。结果表明:两次过程具有基本一致的长波系统背景场、水汽条件、地面冷空气条件;在低温冰雪过程中,850～700hPa存在明显逆温层;中高纬度、中低纬度能量谱强度、输送和转换有明显的变化,并且与天气系统的变化相对应。但是,两次天气过程的表现形式有明显差异,而且前者的主要影响系统,如阻塞高压、低涡、副高和地面冷高压等的强度均明显比后者强。

2009年初湖北省持续雨雪过程分析

利用常规天气图和数值预报产品资料,采取天气学和波谱方法,分析了2009年2月13日至3月4日湖北持续雨雪过程的环流形势及能量谱特征,并与2008年1月10日至2月1日湖北罕见持续低温雨雪冰冻过程进行对比。结果表明:两次持续雨雪过程具有基本相同的长波系统背景场条件和地面冷空气影响路径;对流层850—700 hPa存在逆温层,后一过程的逆温层维持时间更长、强度更大且无中断;两次雨雪过程的温度分布和强度差异明显,后者气温异常偏低,冰冻现象严重;两次雨雪天气期间,中高纬、中低纬地区的能量谱强度、输送和转换变化明显,且与天气系统的变化相对应。

上三角算子矩阵谱的自伴扰动

本文研究了自伴算子的构造方法,基此得到一类上三角算子矩阵谱的自伴扰动.结果表明对于此类算子,其谱的自伴扰动包含通常的谱扰动,并举例说明后者可以是前者的真子集.作为应用,将上述结果推广到无穷维Hamilton算子情形.

水平速度扰动场在大波数区的各向异性

利用 MAC/SINE试验期间 Chaff火箭在67～96km高度范围测量的25m高分辨率经向和纬向速度数据,研究经向和纬向速度扰动谱特性。分析结果显示平均垂直波数谱在波数k=0.001m-1附近有一分岔点。在小于这个分岔点的波数区,经向速度谱和纬向速度谱有接近相同的谱斜率、谱振幅和特征垂直波长,并且与线性饱和谱模式相当一致。然而,在大于这个分岔点的波数区,经向和纬向速度扰动谱不但谱斜率和谱振幅不一样,而且它们的谱结构也不相同。这些差异提供了平均意义上速度扰动场在大波数区各向异性的观测证据。