中间层臭氧的夜间变化特征及与太阳活动的相关性

基于ENVISAT-1/GOMOS(Global Ozone Monitoring by Occultation of Stars)和TIMED/SABER(Sounding of the Atmosphere using Broadband Emission Radiometry)卫星的臭氧廓线数据结合模式HAMMONIA(Hamburg Model of the Neutral and Ionized Atmosphere)对热带低纬度地区(20°S-20°N)中间层(60~110 km高度)夜间(20:00 LT-24:00 LT)臭氧的分布进行统计,分析其与27天太阳周期的相关性.观测与模式均表明中间层夜间臭氧在95 km达到峰值,并在中间层上层存在半年振荡.通过与相同时间段内的太阳辐射强迫Lyman-α数据对比发现,中间层上层臭氧与太阳强迫作用可能是反相关,中间层下层臭氧与太阳强迫作用可能呈正相关.虽然观测结果与模型结果在臭氧随月份的时间和空间分布上有一定的相同特征,但在臭氧峰值的数值上发现有较大的差异,其中臭氧敏感性的振幅被模型低估.

三江源多年冻土活动层厚度变化特征研究

作为多年冻土与外界大气间水热交换的主要场所,活动层及其变化特征显著影响着地―气间水热交换、碳循环、地表及地下水文过程、地形地貌、生态系统和寒区工程建筑物安全。本文利用三江源区内多年冻土活动层厚度的实测数据,基于修正Stefan模型对三江源区多年冻土活动层厚度的空间分布特征及其未来变化趋势进行了研究,并对可能影响活动层厚度变化的因素进行了讨论。结果表明,1981—2018年,活动层厚度增大的速率达7.2 cm·(10a)^(-1)。未来活动层厚度仍呈现增大的趋势,增大最明显的是三江源中部地区。2006—2049年,活动层厚度以4.3 cm·(10a)^(-1)(RCP6.0)到6.8 cm·(10a)^(-1)(RCP8.5)速率增大;2050—2099年,以0.04 cm·(10a)^(-1)(RCP2.6)到5.6 cm·(10a)^(-1)(RCP8.5)速率增大,明显小于前50年的增大速率,活动层厚度增大速率变缓。对活动层厚度变化影响因素分析表明,影响最大的是年平均气温,年降水量的影响并不明显,而NDVI对活动层厚度有一定的影响。本文的结果将会对三江源区的水源涵养、气候调节和生态安全等方面产生重要影响。

泛北极地区冻土活动层厚度变化及影响因素研究

北极地区是冻土广泛分布的地区,针对泛北极地区冻土退化的现象进行分析,对于预测全球气候的改变,植被类型和覆盖度的剖析具有十分重要的意义。现如今,随着工业和科技的飞速发展,全球变暖的趋势日益明显,这可能使地球上的多年冻土加速退化。并且多年冻土极易受气温的影响,不同植被类型冻土活动层也有所不同。本研究基于站点监测数据MODIS (Moderate resolution Imaging Spectroradiometer)数据(MCD12Q1和MCD12C1产品)对泛北极地区活动层厚度进行研究。结果表明:北极地区活动层厚度存在纬度地带性,全球气候的变暖与活动层厚度的增加有极大关系,且不一样的植被类型所对应的活动层厚度也不尽相同(林地最高,灌丛最低)。该结果对于深刻理解北半球高纬度地区的冻土冻融格局有很大帮助,而且可以为冻土区的资源和环境保护提供有效的支持。

青藏公路沥青路面下季节活动层的变化特征

青藏公路沥青路面下季节活动层的变化，既与天然地表有相似之处，也有差异之处。相同条件下，天然地表下季节活动层变化比较稳定，而沥青路面下季节活动层的变化一直处于不稳定状态，人为多年冻土上限不断下移，同时在季节活动层中出现融化夹层，这种特殊的变化过程与沥青路面修筑直接在关。通过热量分析，认为人为多年冻土上限不断下移和融化夹层的出现，归因于热量积累和冬季气候较暖，它阻碍了季节活动层冻结前缘下移，促进了多年冻土上限的下移。

黄、东海温盐跃层的分布特征及其季节变化

利用“中韩水循环动力学合作研究”和“中国近海海洋环境综合调查”( 1 996年 4月 -1 999年 1月 )期间各季节 1 2 8°E以西的校正后的 CTD现场水文调查资料 ,对黄、东海温、盐跃层在 4个不同时期 (成长、强盛、消衰和无跃期 )的各特征值的分布特性及其季节变化作了探讨和分析。结果表明 :( 1 )黄海底层显著冷水团的存在 ,使黄海以温跃层占绝对主导地位 ;东海的沿岸海区因受长江径流的影响则以盐跃层为主导。 ( 2 )温跃层的强度主要取决于与其相联的上、下层水团的强弱。冷水团的存在是产生强跃层的根本原因。( 3)夏季东海区双温跃层从浙江近海到济州岛以南水域连成片 ,其分布范围恰好与冬季入侵陆架的黑潮水相一致。 ( 4 )长江冲淡水舌状盐跃层强度等值线在各季节的伸展情况反映了长江冲淡水在各季节的扩散情况 ,一年当中 ,其轴向先从南往北转 ,再从北往南转。 ( 5 )

低层大气季节变化及与黄海雾季的关系

根据2005～2006年青岛气象台逐日L波段探空雷达资料和地面观测资料,计算、分析了低层大气湍流混合高度、湍流混合强度和温度层结的季节变化,并分析了其与黄海海雾季节变化的关系。结果表明:温度层结、湍流强度和高度均有明显的季节变化,这些变化与海雾的季节变化密切关联。春、夏季节湍流强度较强,湍流混合高度相对较低,有利于近海面的凝结水汽在低空聚集而形成雾。雾季典型的层结结构是"上稳下湍",即:近地(海)面至150 m左右为条件性不稳定,其上方为大约400 m厚的稳定层。盛雾期稳定层的稳定性减弱,湍流强度加强。另外,黄海雾季由7月最盛到8月突然结束,与东海雾季逐渐结束明显不同。8月黄海终雾期迅速的原因与风向的突然转变有关。偏东风为整个黄海带来较冷的空气,使条件性不稳定发展,雾季终止。风向的突然转变与区域性海陆热性质差异和大尺度背景环流的调整有关。

青藏高原多年冻土活动层厚度对气候变化的响应

活动层厚度变化将会对多年冻土区生态系统、地气间能水平衡和碳循环等产生重要影响。利用Stefan公式模拟了1981-2010年青藏高原多年冻土区活动层厚度的分布和空间变化特征。结果表明:多年冻土区活动层厚度平均为2.39 m,活动层厚度在羌塘盆地最小,在多年冻土区边缘、祁连山、西昆仑山、念青唐古拉山活动层厚度较大。在气候变化条件下,青藏高原多年冻土区活动层厚度呈整体增大趋势,在1981-2010年,活动层厚度的变化量为-1.54~2.24 m,变化率为-5.90~10.13 cm·a^(-1),平均每年变化1.29 cm。活动层增厚趋势与年平均气温增大的趋势基本一致,这说明气候变化对活动层厚度变化有很大的影响。

南沙群岛海域混合层深度季节变化特征

基于南沙群岛海域综合科学考察11个航次的实测资料,研究了南沙群岛海域的混合层深度季节变化特征。研究结果表明,南沙群岛海域混合层深度存在明显的季节变化,并且与季风和海表热通量的变化密切相关。春季,风速较小且风向不稳定,海面得到的净热通量全年最大,上层水体层结稳定,混合层深度较小;夏季,南海西南季风盛行,上层为反气旋式环流,海面得到的净热通量减少,混合层呈加深的趋势;秋季,海面净热通量继续减少,混合层深度达到最大值;冬季,东北季风驱动下形成的上层气旋式环流引起深层冷水的上升,限制了混合层的加深。

气候变化情景下青藏高原多年冻土活动层厚度变化预测

在人类活动和气候变暖的共同影响下,浅层多年冻土近地表和活动层的热状况会发生显著的变化,从而对生态环境、水文、工程等产生较大的影响.以A1B,A2,B1气候变化情景模式为基础,运用Stefan公式计算和预测了青藏高原多年冻土区活动层厚度的变化特征.结果表明:以羌塘盆地为中心,青藏高原多年冻土活动层厚度向其四周不断增加,多年冻土活动层厚度随着气温升高而增加.A1B、A2模式下活动层厚度变化大,相对人类活动强度较小的B1模式活动层厚度变化较小.到2050年时,A1B情景活动层厚度平均约为3.07m,相对于2010年活动层厚度约增加0.3～0.8m;B1情景活动层厚度增加0.2～0.5m;A2情景增加0.2～0.55m.到2099年,A1B情景活动层的平均厚度将约为3.42m;A2情景将可达3.53m;B1情景将可达2.93m.气候变暖将可能加深活动层,百年后将大范围改变多年冻土的空间分布.

东经120°E中间层和低热层大气潮汐及其季节变化特征

利用为期一年的卫星遥感温度(SABER/TIMED)资料重建了120°E子午圈内中间层和低热层大气潮汐各主要频率分量(周日、半日和8小时潮汐).这些主要频率分量随高度振幅增大,在97km高度达到显著的振幅;其中迁移性周日潮汐在97km高度出现极大振幅,然后随高度衰减.本文从考察迁移性成分和非迁移性成分各自在总潮汐中贡献角度出发,着重讨论了那些对形成该子午圈中97km高度上整体潮汐扰动起控制作用的潮汐成分.结果显示,对周日和半日频率这两种潮汐而言,迁移性成分控制了它们的总体时空分布.在春分季节,迁移性周日潮的控制作用最显著,决定了赤道和两半球热带的活动中心;其中北半球副热带地区的季节变化形势与以往利用武汉(30°N,114°E)流星雷达风测量资料开展分析得到的结果是一致的;其他季节受非迁移性成分明显影响,例如,在本文关注的2005年中,夏至季节受(1,0)模、(1,-3)模和(1,-2)模的共同影响形成了从赤道向南延伸的活动中心,极值中心位于赤道附近,振幅达到了20K以上,是全年的最大值.受迁移性成分控制,半日潮活动主要出现在两半球热带地区,北半球活动中心位于秋分季节(振幅达到13K),南半球活动中心位于春分和夏至之间.其他季节受非迁移成分的影响,形成若干分布在两半球的活动中心.在本文关注的40°S^40°N范围内,与周日潮和半日潮相比,8小时潮汐具有显著较低的振幅;另外,虽然迁移性成分在一年中的大部分时间系统地分布在两半球热带地区,但是非迁移成分具有与迁移性成分相当或更大的振幅,在整体上控制了这种潮汐的时空分布.

喀斯特山区浅层地下水的季节变化特征及影响因素——以普定后寨河为例

以贵州中部喀斯特山区普定县后寨河流域浅层地下水为研究对象,对浅层地下水的季节变化特征及影响因素进行分析。结果表明:在喀斯特山区,浅层地下水主要阴离子为HCO_3^-、SO_4^(2-)、Cl^-,分别占总离子含量的53%、15%、3%,主要阳离子为Ca^(2+)和Mg^(2+),占总离子含量的19%和6%,水化学类型为HCO_3^-Ca型水,pH为7.51~8.23,呈微碱性;浅层地下水具有明显的季节变化特征,HCO_3^-、Na^+、NO-3-N、Ca^(2+)、TP的季节差异显著(P<0.05),K^+、Mg^(2+)、Cl^-、TN、NH_4^+-N、SO_4^(2-)不同季节之间存在差异,但未达显著水平。喀斯特山区,浅层地下水化学性质主要由地层岩性决定,对农业活动、居民生活活动响应敏感,其中以农业活动最为显著,居民生活活动次之。喀斯特山区居民的农业活动和人为干扰使得浅层地下水中氮、磷质量浓度升高,明显影响水质。

西安高陵人工林土壤干层与含水量季节变化研究

通过野外调查和室内测定，利用烘干称重法对高陵地区丰水年前后不同人工林下0～6m土壤含水量及土壤水分的季节变化进行研究。结果表明，2002年高陵田家村中国梧桐林和杨树林下160～400cm范围内均已发育了土壤干层。经过2003年丰水年充沛的降水补给，2004年高陵团庄槐树林、杏树林0～6m土层均未出现土壤干层，说明水分在丰水年得到很好恢复。丰水年后梨、杏、槐三种人工林160～400、410～600cm层位土壤含水量均显示春季最高，夏季次之，秋季降到最低或略微上升。

2013年南沙海域混合层深度的季节变化特征

基于2013年在南沙海域开展的4个航次生态环境综合调查的实测资料,研究了该海域混合层深度(MLD)的季节变化特征。结果表明,南海南部海域MLD季节变化明显,海域均值以秋季最深(65 m),冬季次之(54m),夏季居第3位(49 m),春季最浅(37 m),主要受季风、环流和海面净热通量的影响。其中春季时中南半岛对开的海域MLD较深,夏季时整个海域MLD分布较均匀,秋季时海域中部MLD最深,冬季时高值区出现在海域东北部。Ekman输运导致水体在巴拉望岛西侧、南沙南部以及加里曼丹岛西北侧产生的堆积作用,以及9°N以北海域冬季存在的失热效应,是MLD存在区域差异的可能原因。南海南部海域混合层水温始终大于27℃,其中夏季大于28℃,混合层内水温的季节变化很小。海表温度(SST)区域差异大时,MLD空间差异亦大;MLD与SST的关系在调查海域的南部和北部存在差异,代表性站位的研究结果显示,海域北部MLD与SST的变化刚好相反,而海域南部由于靠近赤道太阳辐射全年变化小致使SST变化亦小,SST与自春向冬急速加深的MLD关系不明显。

新疆层云和层积云冰粒子属性的季节变化

利用CloudSat卫星资料,选取冰粒子的等效半径(IER)、数浓度(INC)、含水量(IWC),统计分析了层云、层积云微物理量的垂直分布和季节变化。层云/层积云小粒子(0~50μm)、中等粒子(50~80μm)、大粒子(≥80μm)出现频率分别为18.7%/16.3%、77.6%/62.6%、3.7%/21.2%。在IER垂直分布上,层云小、中等粒子在云层中部出现较多,层积云小粒子在云层上部出现较多,中等、大粒子在云层中部出现较多。层云/层积云INC低值段(0~50 L^(-1))、中值段(50~100 L^(-1))、高值段(≥100 L^(-1))出现频率分别为90.1%/76.5%、9.6%/19.5%、0.3%/4.1%。在INC垂直分布上,层云低、中值段在云层中部出现较多,层积云低、中值段分别在云层中部、上部出现较多。层云/层积云IWC低值段(0~50 mg·m^(-3))、中值段(50~100 mg·m^(-3))、高值段(≥100 mg·m^(-3))出现频率分别为96.7%/82.8%、3.2%/13.4%、0.1%/3.7%。在IWC垂直分布上,层云低值段在云层中部出现较多,层积云低、中值段分别在云层中部、上部出现较多。

中国不同纬度背景Na层夜间和季节变化特征的激光雷达研究

基于子午工程的北京、合肥和海南三个Na荧光激光雷达对中国不同纬度上空夜间背景Na层的长期观测,分析了我国沿东经120°N上空Na层的夜间变化和季节变化特征.对照2010年12月17日夜间三个雷达站的观测结果,发现三个地方Na层的夜间变化并不具有相关性.Na层长期变化的年加半年变化拟合结果显示,北京和合肥上空Na层柱密度具有明显的年变化特点,而海南上空Na层柱密度的半年变化特征更明显;Na层的质心高度和RMS宽度具有明显的半年变化特点,但海南地区Na层的RMS宽度的长期变化不具有半年变化特征.Na层参数的统计和对照显示,Na层柱密度的季节变化与大气温度季节变化相关,在冬季最大,在夏季最小.Na层柱密度随纬度升高而增大,同时年变化性逐渐增强;质心高度随纬度变化趋势不明显,但三个地方Na层质心高度的长期变化都具有较明显的半年变化特征;在各个月份中,北京地区Na层RMS宽度最大,合肥地区Na层RMS宽度最小,海南地区居中.

气候变化条件下青藏铁路沿线多年冻土概率预报(Ⅰ):活动层厚度与地温

对1961—2100年IPCC气候模拟与预测结果进行降尺度处理,得到铁路沿线空间分辨率为1km、时间分辨率为1h的大气边界条件.对铁路和公路沿线钻孔资料在垂直和水平两个方向进行空间差值处理,得到水平1km、垂直0.1m分辨率的沿线地下含水(冰)量的二维分布,作为初始条件.考虑气候模型预测误差和空间格网内地形的变化,以Monte Carlo方法产生气温的概率分布,以此作为冻土模型的驱动.对公共陆面过程模型(CoLM)的土壤分层进行细化,使得模型更为细致地模拟多年冻土地表及活动层的水热交换过程.在此基础上,模拟过去40a和未来100a铁路沿线多年冻土路段1km分辨率的活动层厚度概率预报结果,根据沿线观测和考察数据进行分区验证.结果表明:模拟的活动层厚度可以反映出不同分区的异同,但是模拟的活动层厚度总体偏小.根据青藏高原1961—2002年土壤表层温度(0cm)和2006年铁路沿线土壤温度观测廓线数据进行验证,发现表层和浅层土壤温度相对误差较小,而深层土壤温度相对误差较大.

多年冻土季节活动层区引气混凝土孔结构演变规律与抗冻性研究

以多年冻土季节活动层区铁路、公路线路中桥梁的墩台基础混凝土灌注桩为背景,将持续-3℃养护下84 d时的引气混凝土和标养下28 d时的引气混凝土(两者抗压强度相同)的孔结构及抗冻性进行了对比分析,得出引气混凝土在-3℃养护环境下孔结构的演变规律和抗冻性能。结果表明:持续-3℃养护下混凝土平均孔径为标养下的1. 48～1. 63倍,气泡间距指数为标养下的1. 37～1. 61倍,孔隙率为标养下的1. 25～2. 02倍,且平均孔径随着含气量的增大先减小后增大,气泡间距系数随着含气量的增大而减小,孔隙率随着含气量的增大而增大;通过延长养护龄期抗压强度虽然最终可以达到标养下的抗压强度(龄期滞后),但混凝土的抗冻性能降低,其降低幅度不仅与含气量有关,而且与孔结构有关,含气量对混凝土抗冻性能的影响存在最优含气量,即最优含气量在3. 2%左右。

我国陆域大气最大混合层厚度的地理分布与季节变化

用我国 １２５ 个探空站的资料，计算了全国各地最大混合层厚度 ｈ，分析讨论了 ｈ 的地理分布与季节变化特征⒀结果表明，我国ｈ 值的分布呈西高东低，具有４ 个ｈ 高值中心和６ 个低值中心，大部分地区的 ｈ 最低值出现在冬季。

气候变化条件下青藏铁路沿线多年冻土概率预报(Ⅱ):活动层厚度与沉降变形

利用土壤表层温度计算Stefan公式中融化指数,并结合铁路沿线地下冰和土体干密度分布特征,由Stefan公式集合预报未来100a逐年最大季节融化深度;利用铁路沿线地下冰和干密度分布特征计算冻土融化时最大沉降量空间分布,与Stefan公式计算得到的活动层厚度变化数据叠加分析,得到未来100a逐年的沉降量空间分布及其置信区间.根据沉降量大小对青藏铁路沿线多年冻土区进行稳定性分类,用铁路沿线地质勘察结果对预测结果验证,表明模拟结果和目前冻土稳定性有很大的相关性.活动层厚度未来变化总体呈增加趋势,活动层厚度变化和地下冰分布(尤其是上限附近的高含冰量冻土)是决定沉降量变化的两大主要因素.

日本海混合层深度季节和年际变化的数值模拟

基于垂向混合坐标系统的海洋模式HYCOM模拟了北太平洋1981～2001年间的月平均三维水动力学和热力学结构.在对模拟结果验证的基础上,得到日本海混合层时空场的分布情况,剖析了日本海混合层深度的季节及年际变化特征.对模拟结果分析表明,日本海混合层存在着显著的季节和年际变化:冬季混合层深度深,夏季混合层深度浅,其深度变化范围在10～100m之间.日本海混合层深度的年际变化与季节变化存在共性而又各具特色.研究证实,日本海地形、环流、海面风场和温度梯度场等的综合作用,导致日本海混合层深度的变化.