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地球物理学报 2007年第05期杂志 文档列表

磁层快速对流事件的多点卫星联合观测1277-1282

摘要：本文利用星簇Cluster的三颗卫星（C1，C3和C4）在2001年和2002年的数据，研究了快速对流事件（RCE，Rapid Convection Event）及其与亚暴的关系.结果显示单点卫星对RCE的观测，不能反映磁尾RCE的真实情况.在2002年7月25日发生的一次RCE事件，C1和C3观测到这次RCE，C4却没有观测到.在三颗卫星联合观测到的306次RCE中，C1观测到215次，C3观测到266次，C4观测到227次.统计研究表明，单点卫星观测到的RCE的平均时间也不能准确反映磁层内的RCE.由此推论在整个中心等离子体片内，快速对流事件所承担的能量和磁通量的输运量，可能远大于单点卫星观测给出的结果.用速度来定义的磁尾爆发性整体流（BBF，Bursty Bulk Flow）与亚暴的关系，比用磁通量定义的RCE与亚暴的关系要更加紧密.

欧洲地区电离层峰值电子密度逐日变化的相关距离研究1283-1288

摘要：本文采用欧洲22个台站的电离层F2层峰值电子密度NmF2，分析了其逐日变化分量的相关距离S，着重研究了S的周日变化、季节变化及其随太阳活动和地磁活动的变化.首先用指数型函数模式来拟合任意两站间电离层逐日变化的相关系数R随间距d的变化，由此估算出逐日变化的相关距离S.详细研究了S在不同的季节（春季、夏季、秋季和冬季），不同的地磁活动（平静和扰动）及不同的太阳活动（低、中和高）随世界时的变化（周日变化）.结果表明：（1）S的范围一般为400-1600 km；（2）S值在白天比夜间大；（3）S值具有季节变化，夏季最大，冬季最小，春秋季差异不大；（4）S值在地磁扰动时比平静时大；（5）当太阳活动低时，S值在日落到正午间要比太阳活动中或高时明显偏小，而在正午到日落间则与太阳活动中或高时差异不大.根据以上结果，我们认为：（1）太阳辐射对电离层逐日变化的影响是大尺度的，并在白天和太阳活动高时大于晚上和太阳活动低时；（2）地磁活动的影响也是大尺度的；（3）气象活动的影响是相对小尺度的，且逐日变化具有季节性.本文从相关尺度分析的角度，证实了电离层逐日变化来源于太阳辐射、地磁活动和气象活动因素的论断.

卫星轨道参数对LEO-LEO掩星事件数量及分布影响的模拟研究1289-1297

摘要：文章对LEO-LEO卫星掩星事件的特性进行了深入讨论，通过仿真计算定量讨论了轨道参数对掩星事件次数及分布的影响.结果指出：1）对一年掩星事件数量及其纬度分布影响大的轨道参数依次是轨道倾角、轨道高度、升交点赤经和近地点角距；而这些参数对一年掩星事件的经度分布影响都不大；2）发射卫星和接收卫星倾角之间的相互关系对掩星事件数量和纬度分布影响最大，两卫星倾角接近互补时掩星事件最多，两颗LEO卫星中与90°相差较大的倾角决定了LEO-LEO掩星事件的纬度分布范围；3）发射卫星和接收卫星处于同一轨道高度时，LEO-LEO掩星事件数取得极大值，发射卫星和接收卫星都采用600 km的轨道高度，一年LEO-LEO掩星事件数最多；4）发射卫星和接收卫星升交点赤经（RAAN）的相互关系对LEO-LEO掩星事件数量影响很大，发射卫星和接收卫星升交点赤经之差为120°或240°时掩星事件数量最多，RAAN对掩星事件纬度和经度分布影响不大；5）近地点角距对掩星事件数量和分布影响都不大.该研究结果对LEO-LEO掩星探测卫星的轨道设计有一定的参考作用.

地球非偶极磁场对虚地磁极计算的影响1298-1303

摘要：古地磁学使用的虚地磁极（VGP）是在地心偶极磁场假设下计算的，由于地球非偶极磁场的存在，VGP一般不同于真地磁极（RGP）.为了定量检验非偶极磁场对VGP的影响，本文利用国际参考地磁场模型IGRF 1900-2000，在全球5°×5°的“虚拟测点”网格上计算了VGP和RGP的位置，并求出两种磁极的经纬度偏差和二者的角距离.结果表明，南极地区VGP与RGP的角距离最大，可达26°，南大西洋和欧亚大陆北部最大达到24°和18°，其余地区一般小于15°.VGP对RGP的偏差与地磁场分布有关：在非偶极磁场较弱的地区（如太平洋半球），纬度偏差一般不大（≤10°），但是在主要地磁异常区（如南大西洋和南极地区），VGP对RGP的纬度偏差可达25°.VGP对RGP的经度偏差要比纬度偏差大得多，例如在欧亚大陆北部地区，经度偏差分布在-180°到180°的大范围内.

太阳磁场方向变化对于地球大气温度异常变化的意义1304-1310

摘要：本文根据苏黎世天文台太阳黑子11年周期资料和太阳黑子磁场磁性变化周期特征，构建了太阳黑子磁场磁性指数MI（Magnetic Index）时间序列.分析表明：太阳活动磁性周期平均长度为22.2年，但是每个周期长度是不相等的；多数情况周期短时磁性指数较大，对应太阳活动水平强；周期变长时磁性指数较小，对应太阳活动水平较弱；太阳黑子磁场磁性指数序列也具有80-90年的世纪周期. 进一步研究指出，太阳黑子磁场磁性指数曲线由极小值升至极大值时期，太阳磁场南向，行星际磁场磁力线与地磁场磁力线重联，此时磁层为开磁层，太阳风将携带大量等离子体从向阳面进入地球磁层，从而使输入的动量、能量和物质大幅度增加，与北半球对流层增温时期对应；太阳黑子磁场磁性指数曲线由极大值下降至极小值时期，太阳磁场北向，与磁层顶地磁场同向，行星际磁场不会与地磁场发生重联，此时磁层为闭磁层，这种情况下，只有少数带电粒子能够穿越磁力线进入地球磁层，与北半球对流层降温时期对应.

外热带大气扰动对ENSO的影响1311-1318

摘要：合成分析了20世纪80年代以来5次主要的ENSO事件，发现外热带大气扰动通过经向风异常不仅对ENSO的发生起到重要的触发作用，而且影响到ENSO的发展和衰减.因此，尽管ENSO对外热带大气扰动有影响，但同时外热带大气扰动又与ENSO有相互作用.在ENSO发生前，南印度洋中纬度为反气旋异常，并通过Rossby波的频散作用加强了澳大利亚附近的反气旋异常；同时，澳大利亚东部沿海的南风异常与菲律宾附近的北风异常在赤道辐合，促进了赤道西太平洋西风异常的爆发和其后ENSO的发生.在ENSO发生之后，东南太平洋上的气旋异常及相关的南风异常进一步增强了赤道中东太平洋的西风异常和ENSO的发展.当ENSO达到成熟时，澳大利亚东部的反气旋异常东移，使东南太平洋的气旋异常减弱，南方涛动型环流异常亦随之减弱；同时，阿留申气旋异常加强，尤其是副热带北太平洋的风场异常可加强赤道中东太平洋海水的涌升，使该地区海表温度降低，加速ENSO的消亡.

风驱动下f-平面准地转三维海洋环流的形成及总质量守恒的应用1319-1329

摘要：将理想化的南中国海海盆在垂直方向上划分为Ekman层、惯性层和摩擦层.Ekman层中的运动由大气风应力驱动，其底部的扰动压力将作为其下惯性层中运动的上边界条件.惯性层中的运动是由f-平面三维非线性方程在准地转近似下位势涡度守恒控制，由此得到控制惯性层中运动关于扰动压力的三维椭圆型方程.在惯性层以下考虑到深层的海盆水平尺度很小，由此引进带有底部摩擦的线性控制方程，方程的边界条件为惯性层和摩擦层交界面上的扰动压力连续，沿海盆边界假定海水与相邻的固壁间无热量交换，由此设在海盆边界上扰动温度为零.在此基础上分别利用惯性层和摩擦层中的椭圆型控制方程计算了相应层次上冬、夏季的扰动压力和准地转流.结果表明冬季各层上以气旋式环流为主，且随深度的增加流速减小；夏季各层上以反气旋式环流为主，流速也随深度增加而减小.这在一定程度上和观测事实相符.

中国降水年际和年代际变率对空间尺度的敏感性1330-1336

摘要：利用中国740站45年降水资料按5种分辨率分气候区计算了降水年际和年代际变率.降水年际和年代际变率对空间尺度的敏感性分析表明，中国各气候区降水年际变率对空间尺度的敏感性都随空间尺度的增加而逐渐减小，且存在明显的季节变化，而年代际变率对空间尺度的敏感性却随空间尺度的增加而增大，但不存在季节变化；由于中国各气候区降水的特殊性，各气候区降水年际和年代际变率对空间尺度的敏感程度存在不可忽视的差异.在年际和年代际尺度上，西南地区降水变率对空间尺度都是最敏感的，因而该区域降水年际和年代际变率信号的检测最困难.而华南地区在年际尺度上比较敏感，年代际尺度却不敏感，但华南地区在年际和年代际尺度上区域内降水分布的非均匀程度对空间尺度的敏感性都最大.

全新世初期气候的数值模拟研究1337-1350

摘要：本文尝试用一个完全耦合的大气-海洋-植被模式（Atmosphere-Ocean-Vegetation General Circulation Model，AOVGCM）模拟全新世初期的地球气候.模拟结果表明，耦合模式成功地再现了全新世初期复杂气候条件下的基本特征，为研究这一时期的气候状况提供了重要的模型支持.就全球平均而言，11ka BP冬季地表气温比现代约低1.6 K，夏季比现代低约0.3 K；大气温度从低层到高层有不同的表现，高层反映了太阳辐射的重要作用，而低层气候对下垫面（如冰川、植被和海洋等）的影响比较敏感.从区域分布来看，11 ka BP冬季大部地区比现在偏干，但热带太平洋和南半球少部地区降水偏多；夏季大部地区比现在偏湿，亚洲和非洲季风偏强，主要的季风区降水偏多.

热带对流热量与水汽收支的数值模拟研究1351-1361

摘要：应用二维云分辨模式，数值研究了热带地区的对流活动，并诊断了热量和水汽的收支，发现在垂直温度平流和凝结潜热释放之间、垂直水汽平流和降水之间都维持着大体平衡，推断出质量加权平均温度及可降水分的局地变化分别由热量及水汽方程中的剩余项决定.机制研究表明，深对流与浅对流在热量及水汽循环中存在较大差异，深对流中水汽的凝结及潜热释放起着主导作用，而大尺度垂直平流的加湿和冷却在浅对流中发挥主导作用.最后讨论了对流触发后热量及水汽循环的调整机制.

登陆东南沿海热带气旋的异常特征及其成因研究1362-1372

摘要：应用1949-2005年热带气旋（台风）年鉴资料，对西太平洋以及登陆我国东南沿海地区的热带气旋活动的特征进行了分析，发现西太平洋生成热带气旋个数和登陆我国热带气旋的个数有略为减少的趋势，而登陆我国热带气旋的强度有显著增强趋势.2005年西太平洋生成热带气旋数偏少，但其中登陆我国的强热带气旋比例却明显偏高.对导致这种异常现象的大尺度环流条件的分析表明，前期南亚高压和副热带高压势力偏强，台风期副高偏强、东亚夏季风偏弱、水平风垂直切变等因子不利于热带气旋生成；而西太平洋西部异常的水汽输送、弱风垂直切变、海表面温度异常以及中低纬系统之间相互作用等则可能是导致登陆我国热带气旋强度异常偏强的主要原因.

北京精细下垫面信息引入对暴雨模拟的影响1373-1382

摘要：首先根据2000年环北京实际的精细下垫面布局资料（500m分辨率），按美国USGS陆面资料分类标准（25类）对其提供的全球30 s经纬分辨率（≈1 km）下垫面分类资料进行了更新设计.进而针对一个北京夏季暴雨过程，利用10：3.3km双向双重嵌套的MM5V3.6-Noah LSM陆气耦合模式进行24h数值对比试验，研究了北京精细下垫面信息引入对暴雨的影响.分析表明：新设计的陆面资料更真实地反映了环北京区域的下垫面结构，尤其针对北京城区面积迅增特征；同时还修正了原资料将亚洲中纬度区域落叶阔叶林下垫面类型归属为热带（或亚热带）稀疏大草原类型的问题.其在数值天气模式中的引入会对短期暴雨过程的发生发展产生重要影响.对此次暴雨主要降水中心的模拟，12h差值分布范围远达30km以上，中心值相对差异可达30%.研究发现在城市下垫面和大气相互间存在一个重要的相互影响机制，即由于城区面积的扩大会导致自然植被减少，进而会减少地表蒸发及相应局地大气水分供应、加深边界层高度并增强大气水汽混合，这不利于降水的发生发展.

GRACE和SLR观测的地球动力学扁率最大熵谱及小波相关分析1383-1389

摘要：卫星重力测量技术的实现为测定地球动力学扁率提供了新的方式和途径，GRACE卫星是目前最新的重力测量卫星，据其恢复的低阶重力场较以往精度得到大大提高，然而其观测地球动力学扁率（二阶项）却与卫星激光测距（SLR）结果相差较大.本文采用最大熵谱和小波分析方法对GRACE和SLR观测的地球动力学扁率时间序列信号进行定量比较分析，结果表明：GRACE观测的地球动力学扁率年际周期变化振幅仅为SLR观测结果的25%，并且目前GRACE观测的地球动力学扁率数据中含有系统输入信息和相位差，但前者较后者包含有较强的短周期（2-6月）信息.造成这种差异的主要原因可能来自于GRACE与SLR全球观测数据时空分布不同.

基于线弹性位错模型反演1997年西藏玛尼Mw7.5级地震的干涉雷达同震形变场——Ⅱ滑动分布反演1390-1397

摘要：1997年11月8日西藏Mw7.5级玛尼地震是干涉雷达技术应用于地震观测以来的一次重要事件.在第一部分中，我们应用广泛使用的Okada线弹性位错模型，假设断层的各个分段滑动量均匀，反演得到断层各个分段的几何参数和均匀滑动量.本部分的反演进一步去除滑动均匀假设，并利用更能反映断层真实状态的角形元位错模型（线弹性），在第一部分反演得到断层几何的基础上，反演断层面的静态位错分布.反演结果表明，线弹性滑动分布模型能够更好地解释观测数据，进一步提高反演的数据拟合程度.最终得到了断层面上的走滑和倾滑位错分布.首次得到的断层面滑动分布显示断层面滑动在浅部（0-12 km）比较集中，地震破裂长度约170 km，最大左旋走滑位移达4.8 m；反演结果还表明局部段落存在较大倾滑位移，量值达到1.9 m，这在断层模型中是不能忽略的，它可能是断层两侧形变不对称的原因之一；反演得到的标量地震矩为2.18×10^20N.m，相当于矩震级Mw7.5，与Velasco等利用地震波形反演得到的结果一致.

应用非连续性模型模拟断层活动对青藏高原应力应变场的影响1398-1408

摘要：在青藏高原的运动变形过程中，断层活动起着至关重要的作用.本文利用有限元数值模拟的方法，分别计算了在GPS做边界约束下青藏高原及周边区域的连续体模型和含断层的不连续体模型的运动状态和应力场分布.从连续性模型和非连续体模型的差异发现，断层存在与否很大程度上影响了青藏高原现代运动场的分布.主要体现在，断层的滑移运动（1）增加了青藏高原东西两侧的拉张趋势；（2）加大了青藏高原物质东移的速度；（3）改变了塔里木和柴达木盆地的运动状态.模拟结果显示，非连续模型的运动场分布与GPS观测结果吻合程度大大高于连续体模型结果，表明断层活动在青藏高原的运动学和动力学过程中起着重要的作用，在研究青藏高原的动力学机制中，必须考虑断层作用的影响.

现代板块运动驱动地幔块体置换度及地幔混合的研究1409-1417

摘要：定义了描述地幔混合程度的新的统计学量度——地幔块体对流置换度和对流混合扩散度.地幔块体对流置换度等于至少被置换一次的块体数与地幔总块体数之比，对流混合扩散度等于示踪元初始体密度与示踪元终体密度之比.本研究假设地幔对流是稳定的，上地幔和下地幔的黏滞性存在差异，其驱动力为板块运动或地幔中密度异常分布.实验中地幔被划分为20736个块体（5°×5°×300 km），2376个示踪元被放置在地幔顶部100 km深度或底部100 km高度的5°×5°的网格点上.模型计算表明，地幔块体对流置换度随运转时间变化.就全地幔而言，在系统运行四十亿年后，大多数模型对应的块体对流置换度均超过80%，而上地幔块体置换度则达到90%.这预示大多数的地幔块体将被来自其他位置的块体所取代.对于放置在地幔顶部或底部，浓缩于很小空间10°×10°（间距0.25°）中的两组1681个示踪元而言，尽管其对流混合扩散度在开始有较大的差异，但是在运行一段时间之后，此两组对应的对流混合扩散度均趋于常数，示踪元比较均匀地分布于全地幔之中.由以上的结果可以推断，在经历了四十五亿年的演化过程后，由于对流的作用使地幔基本上已经均匀混合，地幔中不大可能存在尺度大于5°×5°×300 km的异常块体.

印度板块岩石圈地幔向北俯冲到羌塘地体之下的远震P波层析成像证据1418-1426

摘要：利用PASSCAL、NDEPTH-Ⅱ、NDEPTH-Ⅲ、HIMNT等研究计划，及中国新疆地学断面和国家973项目在青藏高原布设的流动台站记录的到时数据，以及自1990年1月到2004年2月全球地震事件的震相报告，作者对覆盖印度大陆的恒河平原和整个青藏高原的305个地震台站记录的9649个远震事件，共139021条P波初至到时资料进行了层析成像反演.结果表明：印度岩石圈地幔在不同的位置向北俯冲的形态不同，但俯冲前缘都到达羌塘地体之下.沿88°E剖面显示，厚约100 km的印度岩石圈地幔从南部的恒河平原向北一直俯冲到青藏高原之下.在主边界逆冲断裂之下100 km深度处以约22°角度开始向北俯冲，俯冲最前缘到达羌塘地体的中部地区约34°N，之后进入上地幔深处.而沿北东方向的剖面则显示，印度岩石圈地幔以近水平的角度俯冲到青藏高原之下，向北越过班公-怒江缝合带，到达33°N附近，然后以大角度近乎垂直地向下俯冲断离，并引起地幔热物质的上涌，形成羌塘地体之下大规模的低速带.

青藏高原吉隆-鲁谷（Hi-Climb）层析成像与印藏碰撞的消减作用1427-1436

摘要：利用中美合作Hi-Climb项目北段吉隆-鲁谷剖面的天然地震探测数据，拾取2004-2005年期间5级以上地震事件的P波与4级以上地震的Pn波震相的走时，通过多震相层析成像反演获得青藏高原腹地的地下500 km以上的P波速度扰动结构.结果表明雅江地区为北向倾斜的低速扰动，班公-怒江断裂下方存在向南俯冲并被印度板块俯冲挤压而回折的高速体，建立了印度板块在冈底斯地块下方拆沉并被雅江低速体穿越的构造样式.说明印度板块俯冲在到达班公-怒江缝合带之前已经开始消减，与拆沉位置对比发现，印度板块的前锋深部呈现多期多级次特征，并受到地幔热循环作用的影响.