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地球物理学报 2007年第01期杂志 文档列表

磁暴期间几种主要磁扰成分的演化特征1-9

摘要：本文利用中国地磁子午链台站的资料，对1997—1999年期间发生的25次磁暴，用自然正交分量法（NOC）、相关分析和傅里叶分析三种方法，分3个步骤依次分离出依赖于世界时（UT）的暴时变化（Dst）、依赖于地方时（LT）的太阳静日变化（Sq）和太阳扰日变化（SD）．对各种变化时空特征的分析表明：①Dst变化清楚地反映出赤道对称环电流磁扰的空间分布和时间演化特征；②满洲里、北京十三陵和琼中台Sq幅度在多数磁暴主相期间出现极大和极小值，反映了Sq焦点在纬度方向上的移动所产生的地磁效应；③SD变化在主相期间最强，在恢复相期间逐渐减弱；④相关分析和傅里叶分析提供了一种能有效提取Sq和SD变化的方法．

由非相干散射雷达数据重建极光沉降粒子能谱10-17

摘要：本文研究了由极区地面雷达电子密度高度剖面测量数据重建极光沉降粒子能谱的基本原理和方法．在4～30keV能量范围内，重建结果与FAST卫星实测数据在数值水平和变化趋势上基本吻合；在地磁平静和磁暴期间，重建获得能谱特征与前人研究结果相一致．该方法开辟了获取沉降粒子能谱特征的一条新途径，可以弥补卫星能量粒子观测数据磁地方时分辨率的不足，对于建立空间环境扰动模式具有重要的学术意义和应用价值．

电离层暴时的foF2预报技术研究18-23

摘要：电离层是一个非常复杂的非线性系统．本文利用BP网络非线性输入-输出映射的特点预报电离层F2层临界频率．由于foF2在太阳活动高低年、不同经纬度、不同季节有着不同变化特点，本文仅以海口站、长春站的数据为例分别对1994年和2001年的foF2进行预报，预报结果表明发生电离层暴时用神经网络法预报foF2比国际参考电离层更有优势．此外，由于不同用户对预报精度的需求不同，本文以海口站2000、2001年的预报结果为例构建了残差模型．

重力波非共振激发的数值研究24-33

摘要：应用二阶算子分裂格式，采用全非线性模式，对可压大气中重力波波包非共振激发进行数值模拟和分析．研究表明：两个向上传播的重力波波包，通过非共振相互作用，也能激发出一个向下传播的重力波波包．生成波的能量几乎正比于主波的能量，也随次波的能量增大而增大．能量传递方向主要表现为从高频的主波向次波和生成波转移，这与共振相互作用不完全相同．非共振作用的特征时间由主次波的初始位置和波长频率决定，与主次波的初始振幅无关．生成波的波矢量并不严格满足弱非线性相互作用理论预言的波矢量匹配条件，而且生成波的波长和频率在传播的过程中会随时间发生变化，这表明了弱非线性相互作用理论的局限性．

三维分层流动过双山脉地形激发的大气船舶重力波动力学理论和数值试验34-42

摘要：利用我们建立的三维分层线性理论计算模式和中尺度数值模式ARPS，分别研究了三维分层流动过双山脉地形产生的三维线性和非线性山脉重力波和大气船舶的结构特征及其形成机制．线性理论计算结果表明三维三层流动过双山脉地形时，两个山脉各自强迫出一个发散模态的山脉背风波，在第二个山脉背风面，三维三层流动过双山脉地形可以强迫出两个发散模态的拦截背风波，大大加强了对大气环流的拖曳作用．非线性数值模拟结果表明，流动过山所产生的非线性山脉重力波和大气船舶完全不同于三维分层线性理论计算模式所产生的山脉重力波和大气船舶的结构和特征，由于分层流体之间的非线性相互作用，三维三层流动过双山脉地形时，可在第二个山脉背风面激发4个发散模态的拦截背风波．三维三层流动过双山脉地形所强迫的山脉重力波和大气船舶，具有同三维三层流动过孤立山脉所产生的山脉重力波和大气船舶完全不同的结构和特征，三维流动过双山脉地形对两个山脉之间的距离表现出极大的敏感性．对于相距较远的两个山脉，流动过双山脉所强迫的山脉重力波表现为4个发散模态的拦截背风波，波动的能量相对于相距较近的两个山脉能传播到更高的高度．

夜间稳定边界层中小尺度地形激发的形式阻力和波动阻力43-50

摘要：通过求解含有摩擦耗散的线性化大气动力学方程组，得到了在夜间稳定大气边界层中小尺度地形产生的波动阻力和形式阻力的解析解．结果表明边界层中的稳定度、风速和湍流状态、边界层厚度、上部残余层中的稳定度和风速以及地形高度和坡度，都会影响波动阻力和形式阻力的大小，应在数值模式的参数化方案中给予考虑．分析还表明，当地形坡度减到一定程度时，形式阻力可以忽略不计．

平流层臭氧对人类活动排放氯化物及氮氧化物的非线性响应51-57

摘要：利用本文所建立的平流层下部臭氧异相光化学系统，研究硫酸气溶胶表面积浓度以及氯化物和氮氧化物的排放强度对系统状态的影响．光化系统由19种分别来自氧族、氢族、氮族、氯族和碳族的化学成分组成．研究结果指出，仅就气溶胶而言，它不是一个重要的决定光化系统行为的因子．然而，当它与奇氯ClOx或奇氮NOx的外源共同影响系统时，通过复杂的非线性光化学过程，它将使系统的行为发生重大变化．可以看到，在某些确定的参数范围内，系统存在多平衡态解，并构成一个“折叠”突变流型．

500hPa高度场上两极和赤道位势高度气候演变规律的研究58-65

摘要：本文运用近50a来500hPa层次上南极、赤道和北极位势高度以及南北半球西风指数的资料，分析了它们的时间演变规律及其相互间的关系．结果表明，南极位势高度显著下降；赤道位势高度显著上升．南极、赤道和北极位势高度都存在着显著的年际、年代际变化特征．总体上，南极位势高度与赤道位势高度有极其显著的负相关关系，北极与赤道的位势高度之间以及两极位势高度之间相关关系不显著；在共振的特定频率中，北极位势高度振荡落后于南极位势高度，赤道位势高度振荡又落后于两极位势高度振荡，气候变化最先开始的区域为南极地区．进一步分析表明，伴随着以上三个区域的位势高度趋势变化及其周期振荡，必然引起高空西风的增强与周期振荡．研究表明，南北两半球西风指数都存在显著的上升趋势，且存在显著的年代际变化特征．其中，南半球西风指数上升幅度较北半球大，其振荡落后于南极位势高度．

南京城市化进程对大气边界层的影响研究66-73

摘要：为了研究城市化进程对城市边界层结构的影响，通过高分辨率的卫星遥感资料获得土地利用类型，以及地表反照率、植被指数等地表参数，以南京为例，运用数值模拟手段进行了研究，结果显示这是一种可行的手段．数值模拟结果表明，随着城市的发展，城市反照率减小、植被减少、地表湿度减小，蒸发耗热减少，感热通量增加140W/m^2，城市波恩比增加．地表和大气之间热量交换加强，湍流热量通量增大了一倍，湍流交换发展加剧，14：00混合层高度抬高了500m．地表湍流水汽通量和空气中水汽含量都减小，这也使更多的热量用于加热地表和大气。使地温、气温的日变化幅度增加．

人为热源对城市边界层结构影响的数值模拟研究74-82

摘要：用南京大学多尺度模式系统在不同区域进行了多种人为热源引入方案的研究，结果表明：考虑时空变化的人为热源按比例分别引入到地表能量平衡方程和大气热量守恒方程是将人为热源引入模式的最优方案．人为热通量密度变化的敏感性试验结果发现：人为热源的存在对城市热岛的生成有重要作用．计算结果表明，南京现有的人为热源排放量对该地区的城市热岛贡献率约为29．6％，若人为热通量密度在现有量值的基础上增大1倍，则其热岛贡献率可达42．9％；此外，人为热的排放对清晨城市边界层逆温结构有一定程度的破坏作用，能明显升高夜间近地层气温达0．5-1．0℃，并能使白天湍流活动的影响范围增大，混合层高度抬高，使夜间城市热岛环流的影响范围扩大．

北太平洋副热带向东逆流区Rossby波斜压稳定性83-91

摘要：根据对卫星观测的海平面高度资料的分析，进一步证实了在北太平洋副热带两支向东的流（副热带逆流和夏威夷背风逆流）所在的区域内，海平面高度的70—210天周期振荡是主要的低频变化．发现在这两支向东的逆流区Rossby波的特性不同：副热带逆流区70-210天周期振荡对应的Rossby波西传过程中增幅，在台湾以东振幅达到最大；而在夏威夷背风逆流区，70-210天周期Rossby波在西传过程中不出现增幅现象．依据2．5层海洋模式得到的关于Rossbv波振幅、频率与海洋层结之间的关系，揭示了周期为70—210天的Rossby波为不稳定波，这是由于副热带逆流海域模态水存在使得密度的垂直梯度变小的缘故；而在夏威夷背风逆流区位于表层逆流下的北赤道流西深东浅，70-210天周期Rossby长波在逆流的东部有可能不稳定，但其在逆流的西部是稳定的，因此不出现在西传过程中增幅现象；发现在北太平洋副热带两个向东流的海域，年周期Rossby波是稳定的，因此，在该海域海平面周期为70—210天的振荡的振幅要比年周期振荡的振幅大．

北太平洋风暴轴的变异特征及其与中纬度海气耦合关系分析92-100

摘要：本文使用欧洲ECMWF（ERA40）再分析资料，通过经验正交函数（Empirical Orthogonal Function，EOF）分解探讨了冬季北太平洋风暴轴的变异特征，使用回归分析得到了与风暴轴空间异常型相关的冬季大气平均流异常、表层海温（Sea Surface Temperature，SST）异常的空间耦合型．研究结果表明，冬季北太平洋风暴轴主要有两种空间异常型，第一种是风暴轴中东部明显北抬（南压），使得整个风暴轴向东北（东南）倾斜，与此同时，在中纬度北太平洋海区，冬季暖（冷）异常的洋面上是异常高压（低压），海气系统在垂直向表现为一种暖脊（冷槽）配置，在对流层中高层是太平洋-北美（Pacific-North American，PNA）型负（正）位相．第二种是风暴轴整体性加强（减弱）并偏北（南），此时，黑潮区海温异常偏暖（冷），低层阿留申低压和高空的西风急流略偏北（南），对流层中高层表现为西太平洋（Western Pacific，WP）型负（正）位相．风暴轴EOF分解的时间系数与阿留申低压指数、PNA指数、WP指数，以及与尼诺3区（NINO3）指数、黑潮海温指数间显著的相关性再次证实了在北太平洋中纬度地区存在着SST异常、风暴轴异常和大气平均流异常三者间的空间耦合型．

基于小波的地闪首次回击辐射场的多重分形分析101-105

摘要：利用2002年夏季青海野外观测慢天线电场变化仪资料，应用小波变换模极大方法对地闪首次回击辐射场的检测及多重分形谱特征进行了分析．发现小波分解在小尺度上的时间变异系数在回击主脉冲峰处（回击点）呈现明显的尖峰，据此可对回击点进行快速可靠的检测；地闪回击辐射场多重分形谱可用推广的多重分形二项倍增串级公式比较精确地拟合，最小标度指数及谱宽度平均分别为-0．11和1．5，是重要的回击特征参数，而小波及多重分形应是闪电信号处理的重要工具．

基于CHAMP短弧长动力学轨道的地球重力场模型106-110

摘要：讨论了基于CHAMP卫星动力学轨道数据以及加速度计数据推求地球重力场模型的动力学法，推导了将加速度计观测数据的尺度和偏差以及卫星初始状态向量与地球重力场位系数一起求解的数学模型．采用CHAMP卫星120天的动力学轨道数据和加速度数据解算出50阶次的地球重力场模型TJCHAMP01S，并利用各种方法对该模型进行了检核，结果表明：TJCHAMP01S模型精度优于相同阶次的EGM96和EIGEN-1S模型．

不同规格化的引潮位展开及其转换111-114

摘要：引入完全规格化的缔合勒让德函数，阐述国际上两类不同规格化的引潮位展开，使引潮位函数表达更加简明，大地系数定义更加规范．由此得到由Doodson规格化与Hartmann＆Wenzel规格化之间的转换系数．

海潮对卫星重力场恢复的影响115-121

摘要：本文讨论了海潮对卫星重力测量的影响问题．首先介绍了海潮对卫星重力测量影响的基本理论；采用FES02和TPXO6海潮模型计算了海潮负荷对卫星重力结果前60阶的影响；并用两个模型之间的差异作为海潮模型精度的估计量，据此计算了海潮模型误差对卫星重力结果的影响．与GRACE恢复的重力场精度的比较说明：海潮对重力场40阶以下的影响都超过了目前重力场恢复精度；尽管由于卫星测高技术的发展，海潮模型的精度有了很大的提高，但目前的全球海潮模型用于GRACE重力场恢复的前12阶的改正还是不够精确．另外，我们也利用中国东海和南海潮汐资料以及FES02海潮模型讨论了中国近海潮汐效应对GRACE观测的影响．结果说明该影响与海潮模型的误差相当．这反映了当前海潮模型的不确定度，因此通过结合全球验潮站资料有望提高海潮对卫星重力测量的改正精度．

对橄榄石相变形核率的估算122-125

摘要：地幔主要矿物橄榄石[（Mg0.89Fe0.11）2SiO4]的相变与深源地震的解释以及俯冲带和周围地幔的相互作用相关．其中，形核率和长大率是刻画其相变动力学的两个重要参数．因为实验技术的原因，目前人们还没有基于实验数据给出橄榄石的形核率．本文首先通过对挤碰物理图像的分析，对边界形核情形的相变动力学理论中表征挤碰程度的无量纲参数进行了修正．在此基础上，根据已有的实验资料，首次对橄榄石相变的形核率进行了估计．通过对形核率数据的拟合，可以得到形核率参数K0和γФ^1/3得到两个形核率参数的变化范围分别为K0=5．5×10^21～8．7×10^27s^-1·m^-2·K^-1，γФ^1/3=0～0．20J·m^-2，最佳拟合值为：K0=6．9×10^24s^-1·m^-2·K^-1，γФ^1/3=0．16J·m^-2．

微粒对多晶冰及冰川流变行为的影响——（Ⅰ）基于位错的弛豫模型126-130

摘要：为量化冰及冰川在流变过程中位错密度随流变应力的变化，发展了一个基于位错的非线性弛豫模型．模型的计算表明：在冰的指数蠕变阶段，滞弹性试验所形成的应力，应变滞后环的宽度与面积随流变应力的增加呈线性增加，位错密度随流变应力的增加呈平方增加；在冰的线性蠕变阶段，滞弹性试验所形成的应力，应变滞后环的宽度、面积和位错密度保持不变．