北京石花洞石笋微层灰度变化特征及其气候意义--Ⅱ. 灰度的年际变化

通过对北京石花洞石笋ＴＳ９５０１薄片样品微层灰度特征的研究,分析了影响灰度变化的各种环境因素,归纳了适于灰度测量石笋样品的条件是：（１）当地气候有明显的季节性差异;（２）溶洞埋深不宜过大,洞穴上方岩石中无横向水流,渗水为垂向运动;（３）渗水通道的调蓄能力能够保证季节性环境差异不会被破坏;（４）石笋样品含较多的有机杂质,不宜过于纯净,并在样品生长方向上有明显变化．通过与现代器测记录对比,发现石笋薄片透光条件下测得的灰度主要受地表气温（尤其是夏季气温）的影响,可以作为气温的替代性指标．并以此分析了北京地区一千多年来的气温变化,揭示出北京地区也存在几次明显的小冰期,与历史记录基本一致．而且在１４００ＡＤ前后气温型式有明显变化,此前的气温变化幅度小、波动较弱,而此后的气温波动剧烈、变化幅度大,出现了几次明显的小冰期．这种变化在世界其他地区的地质记录中也有表现,可能指示一次全球性的气候型式变化。     

北京MST雷达探测中间层-低热层观测结果初步分析

北京MST雷达是子午工程建设的国内仅有的两部MST雷达之一,为研究其在中间层-低热层MLT区域的探测能力以及数据可靠性,本文应用北京MST雷达2012、2013两年高模式数据,从数据获取率、与廊坊流星雷达测风对比以及风场时空分布特征三个方面进行初步分析.结果是:(1)数据获取率日变化特征为:白天65~100km均可获取数据,数据获取率的高值区主要集中在70~80km,最大值可达80%;夜间主要集中在80~100km,数据获取率在30%及以下.表明该MST雷达白天可以探测到电离层D层和E层低层,夜间D层消失,只探测到E层低层.季节变化特征为:夏季白天可获取数据的时间和高度区间都比较大,春季次之,冬季最小.夏季白天以及日落后1h内可探测到120km.(2)对北京MST雷达与廊坊流星雷达2012年5月份、80~100km高度区间测量的水平风进行对比分析,二者测风结果在时空分布上有很好的一致性,表明MST雷达探测数据是可靠的.(3)2012年和2013年相应月份平均的纬向风、经向风时空分布特征有较高的一致性,并与HWM07模式结果也基本一致.上述初步分析结果表明,北京MST雷达对中间层-低热层60~120km高度区域已具备较强的探测能力,所得结果将可用于MLT过程揭示与驱动因子研究,并可与该高度上其他探测手段作综合研究.     

Hadley环流的年际和年代际变化特征及其与热带海温的关系

利用NCEP/NCAR再分析风场资料和NOAA海表温度(SST)资料,分析了冬、夏季Hadley环流的变化特征及其与热带海温在年际、年代际尺度上的关系. 结果表明,冬季北半球Hadley环流强度具有明显的年际和年代际变化,同时还呈现出明显的增强趋势. 伴随着Hadley环流的加强,环流中心位置南移,高度上升;夏季南半球Hadley环流变化主要表现为强、弱、强的年代际振动,没有明显的线性趋势. 研究还显示冬季Hadley环流与Nino3区SST正相关,这种相关性具有年代际变化特征. 年际尺度上,冬季北半球Hadley环流与Nino3区SST正相关;夏季南半球Hadley环流与Nino3区SST负相关,即当赤道中东太平洋SST异常偏暖(冷)时,冬、夏季Hadley环流变强(弱).     

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97 km高度达到显著的振幅;其中迁移性周日潮汐在97 km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97 km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20 K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13 K）,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.     

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160~180 K之间变化,高度在85~100 km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100 km附近迅速降低至85 km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12~16 km.     

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97 km高度达到显著的振幅;其中迁移性周日潮汐在97 km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97 km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20 K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13 K）,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.     

华北降水年代际、年际变化特征与北半球大气环流的联系

利用美国NCEP再分析月平均资料及我国华北地区26个测站月降水资料,采用奇异值分解（SVD）方法,研究了华北降水的年代际和年际变化特征与北半球大气环流的联系.结果表明,首先对降水和大气变量资料作相应时间尺度的分离是非常必要的,否则所得到的SVD结果不能反映年代际变化特征而只能反映年际变化特征;华北降水年代际和年际变化对应的大气环流异常有明显的差异;对应发生在20世纪70年代后期华北降水的一次年代际跃变,环流场均存在明显的跃变,而且有一个从地面向对流层上层传播的过程.     

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160～180 K之间变化,高度在85～ 100 km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100 km附近迅速降低至85 km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12～16 km.     

新疆北部汛期降水年际和年代际异常的环流特征

新疆北部汛期（7～8月）降水量具有明显的年际和年代际变化.针对年代际、除去年代际后年际和不同年代际背景下年际变化三种时间尺度,利用NECP/NCAR再分析资料,分析相应的大气环流.结果表明,三种时间尺度降水变化的物理机制不同,年代际背景非常重要.新疆北部汛期降水异常时,欧亚中高纬环流系统具有相当正压结构的显著异常.从气候角度和年代际大气环流变化,提出新疆年代际增湿存在索马里越赤道急流到新疆的三段式水汽接力输送方式,索马里急流和热带印度洋是中亚和新疆的重要水汽补充源之一.     

夏季热带太平洋海表温度与北极海冰年际关系的年代际变化

本研究利用1979—2023年哈德来中心HadISSTv1.1数据集的月平均海表温度、海冰密集度资料及NCEP/NCAR全球大气再分析资料,分析了夏季热带太平洋海表温度与北极海冰年际关系的年代际变化及其可能机理.结果表明,夏季热带中太平洋海表温度与同期波弗特海海冰关系在2001年前后发生了显著的年代际变化,特征为由相关性不显著转变为显著的正相关,其原因在于热带中太平洋海表正温度异常由弱转强.2001—2023年期间,由于热带中太平洋海表温度异常,增强了局地大气垂直运动,加强Rossby波的经向传播,在环流场上形成 “+-+-”的经向四极波列,为波弗特海海冰正异常创造了有利的平流与辐射条件,使得热带中太平洋海表温度与波弗特海海冰关系表现为显著正相关.同时,我们也利用Liang-Kleeman信息流验证了热带中太平洋海表温度异常仅能单方面影响波弗特海海冰的变化.1979—2000年,由于热带中太平洋海表温度正异常偏弱,难以激发到达高纬地区的波列,因此热带中太平洋海表温度与波弗特海海冰相关性不显著.     

Seasonal variability in mesopause region temperatures over Fort Collins, CO (41°N, 105°W) based on lidar observations, 1990 through 2007

Nearly 900 nocturnal temperature profiles (85–105 km) from the Colorado State University Na lidar at Fort Collins, CO (40.59N, 105.14W) from 1990 to 2007. After the removal of an episodic warming attributable to Mt. Pinatubo eruption, the time series is analyzed as the sum of the climatological mean, annual and semiannual oscillation, solar cycle effect and trends along with possible annual/semiannual modulation of the latter two. The direct seasonal variation is consistent with the concept of the two-level mesopause. The trends in summer and winter are comparable 90–96 km at −0.15±0.1 K/year. The summer trend turns positive above 96 km. The winter trend is negative with minimum of −0.3 K/year at 100 km but positive at 104 km. The negative trend values are a factor of five smaller than an earlier analysis of the early part of this data due to removal of an episodic event.     

Structural changes in trend parameters of the MLT winds based on wind measurements at Obninsk (55°N, 37°E) and Collm (52°N, 15°E)

Recent analysis of the long-term behavior of different geophysical data has demonstrated that trend parameters can change during a period of observation. Sophisticated general methods for an objective analysis of structural changes in linear trends have been developed during the last 10 years. Such methods are applied for an analysis of changes in trend parameters of the mesosphere/lower thermosphere wind observed over Obninsk (55°N, 37°E) from 1964 to 2007 and Collm (52°N, 15°E) from 1979 to 2008, respectively. We found that trend models with breakpoints are generally preferred against straight lines. At Obninsk, there are break-years in trends of the winter prevailing winds close to 1977, when a climatic regime shift was observed. The break-years in trends of the semidiurnal tides for both stations are close to years of possible changes in stratospheric ozone. Correlations of the Obninsk and Collm winds with atmospheric indices are also considered.     

Potassium Doppler-resonance lidar for the study of the mesosphere and lower thermosphere at the Arecibo Observatory

We have developed a lidar to study the temperature structure of the nighttime mesopause region over the Arecibo Observatory (18.35°N, 66.75°W) by measuring the lineshape of the fluorescence spectrum of atomic potassium that is deposited in the mesosphere and lower thermosphere (MLT) by meteors. To demonstrate how the potassium lidar can enhance MLT studies at Arecibo, we show recent results for: (1) comparisons with airglow temperature measurements; (2) simultaneous operations with stratospheric and mesospheric temperature profiling by Rayleigh lidar; (3) simultaneous observations of K, Ca⁺, and E-region electron density profiles; and (4) occurrences of sporadic K layers, and relationships to sporadic E layers.     

Carbon dioxide in cave atmospheres. New results in belgium and comparison with some other countries

More than 600 measurements of the carbon dioxide content of cave air in Belgium lead up to the conclusion that the main factors of its distribution are: (1) a flow originating from the biomass and diffusing in the soil and the voids of bedrock; (2) a trend, discernible in very still air only, to go down by density; (3) in some caves, draughts caused, for instance, by a swift underground stream. Results in Belgium are compared with published and unpublished data from other countries, showing that CO₂ is often less abundant in cold climate caves and in caves of semi-arid regions (influence of the biomass). Special attention is paid to human contamination during analyses: the influence of people passing through the cave nearby the operator, but also the influence of the operator himself are discussed, and the use of special precautions (including a CO₂-absorbing mask) in defined critical situations is stressed.     

Dynamical Climatology of the Upper Mesosphere, Lower Thermosphere and Ionosphere

The main features of upper atmosphere dynamics as an important part of upper atmosphere climatology are presented. The dynamics of the mesosphere and lower thermosphere (MLT) are of special interest. The results are based on the long series of investigations in East Siberia and data from a world-wide network of observatories. We present the regional climatic norms for the prevailing wind and semi-diurnal tide and the main features of the quasi-periodic structure of the wind field. The non-zonality of MLT dynamics is demonstrated as well as regional differences in the response of the wind field to stratospheric disturbances, solar activity variations and geomagnetic storms.     

Global model of the thermosphere-ionosphere-protonosphere system

In this paper the formulation of the problem and preliminary numerical computation results of the thermosphere-ionosphere-protonosphere system parameters are discussed.The model constructed describes time-dependent distributions of the multicomponent near-earth space plasma parameters by means of numerical integration of the appropriate three-dimensional plasma hydrodynamic equations. In the thermospheric block of the model, global distribution of neutral gas temperature and N₂, O₂, O concentrations, as well as three-dimensional circulation of the neutral gas are calculated in the range of height from 80 km to 520 km. In the ionospheric section of the model, global time-dependent distribution of ion and electron temperatures, as well as molecular and atomic O⁺, H⁺ ion concentrations are calculated. Global two-dimensional distribution of electric potential is calculated taking into account computed thermosphere and ionosphere parameters.The inputs needed for our global model are the solar EUV spectrum; the auroral precipitation pattern; the distribution of the field-aligned currents and the model of the geomagnetic field.Preliminary results are obtained without regard to electromagnetic plasma drift for the solar minimum, low geomagnetic activity and spring equinox conditions. Global distributions of the calculated parameters in the magnetic dipole latitude-longitude frame are presented for 1200 UT. In the summary ignored processes and future direction are discussed.     

地震活动对大气与海洋环境变化的影响分析——以美国加州与日本3·11地震为例

通过美国加州林火期间的地震、CO气体监测等数据的统计分析,认为地震对气候干燥、林火的发生以及CO气体浓度变化存在重要影响;对比分析日本3·11地震前后的海洋表面温度变化,认为海底地震的热能释放是导致海水温度升高及海洋热膨胀的重要因素,并进而通过海气交换对大气圈等产生影响;综上分析认为,地震活动伴随有大量的热能及气体释放,并对地球系统的多个方面产生影响,在全球变化中具有重要作用。