太阳轨道运动—太阳磁场变化与地球高层大气温度准22年周期循环的联系

基于创建的行星会合指数运动学方程,获得了太阳绕太阳系质心的运动周期为准22年.太阳轨道运动周期和北半球高空大气温度场准22年变化周期二者具有极大的相关性.在整个太阳系角动量守恒的前提下,得到太阳轨道角动量和太阳自转角动量之和守恒.理论上,通过太阳绕转和自转角动量间的转换,建立了行星会合指数与全球高层大气温度场变化的对应关系,进而在大气温度场变化与太阳活动之间建立了联系,并对全球气候变化的成因机制进行了新的探索.     

地球自转与北半球中纬度地面温度的年代际关系及其可能物理过程分析

利用地球日长（LOD）资料和美国环境预报中心/国家大气研究中心（NCEP/NCAR）的气象要素资料,统计分析发现1962-2010年LOD的变化和北半球中纬度地面温度均存在明显的十年以上的波动周期.相关分析、合成分析等统计方法均检测到LOD与中纬度地面温度的显著负相关关系,当地球自转速率加快时,北半球中纬度地面增温;反之,中纬度地面降温.小波功率谱和交叉谱分析则确定二者的相互关系属于准20年周期尺度上的年代际变化联系,并且LOD的变化超前于地面温度的变化大概3~4年.平均而言,LOD的变化可带来中纬度地面温度0.2℃的降温（或增温）.通过对大气相对角动量、纬向风场、海平面气压场的年代际合成分析,揭示了LOD与地面温度的年代际联系形成的具体物理过程.当地球自转加速时,北半球高低纬度经向温差梯度减弱,热带地区向极地扩展,造成北半球中纬度地区地面增温;地球自转减速时段相反,经向温差梯度增强,热带地区向赤道收缩,中纬度地区地面降温.     

伴随冬季北太平洋副热带海洋锋强度变化的大气扰动异常及对中纬度大气平均场的影响

中纬度海洋热力状况异常影响大气主要通过两种途径:非绝热加热的直接强迫作用和大气瞬变涡旋反馈的间接强迫作用,而后者的作用并没有被很好地认识.为了进一步理解间接强迫作用的物理机制,本文利用观测资料分析和区域大气模式模拟,研究了伴随冬季北太平洋副热带海洋锋强度变化的中纬度大气场异常,特别是对流层中高层不同频率的涡旋扰动活动的异常.实际观测和数值试验结果均表明,当北太平洋副热带海表面温度锋偏强时,其上空的中纬度大气经向温度梯度增强;对应此时的大气斜压性增强,且中纬度大气西风急流整层加速;然而增强的大气斜压性并不对应一致性增强的大气涡旋扰动活动.中纬度大气的涡旋扰动根据其生命周期,进一步划分为高频(2~7天)和低频(10~90天)涡旋扰动.研究结果表明偏强的北太平洋副热带海洋锋对应着增强的中纬度大气高频涡旋扰动和减弱的低频涡旋扰动;其中,中纬度大气高频扰动活动的增强,将有利于削弱中纬度大气经向温度梯度,从而减弱中纬度大气斜压性;而高频扰动对纬向风倾向项的正贡献,有利于中纬度急流中心北侧及下游区域的西风加速,形成中纬度西风相当正压结构的增强;大气低频扰动的减弱,对中纬度大气纬向风倾向项产生负贡献,不利于急流的纬向均匀化,而其热力强迫异常则有利于维持中纬度对流层中层大气的经向温度梯度.     

Madden-Julian振荡对北半球冬季中间层影响的动力学过程

本研究揭示了北半球冬季Madden-Julian振荡(MJO)对北半球中间层大气的作用.卫星观测和数值模式模拟的结果表明,北半球高纬度中间层大气在MJO第4相位后约35天显著降温,这一现象滞后MJO引起的高平流层扰动约10天.在中纬度,向上传播的行星波增强还导致了中间层温度在滞后MJO第4相位25天左右时出现1波结构的温度异常. MJO引起的异常行星波可以调制平流层顶-低中间层区域纬向西风在MJO第4相位后约30天减弱.同时,由于重力波的临界层滤波机制,减弱的西风会引起中间层的气候平均西向重力波减弱.受到行星波和重力波变化的共同作用,中间层的经向环流在MJO第4相位滞后约35天显著减弱,并导致极区中间层降温.     

外源S_q等效电流体系电流涡中心电流强度与太阳活动关系

本文选取了INTERMAGNET地磁台网2001年到2012年的地磁数据,对其进行世界时(UT)到地方时(LT)的转换后利用自然正交分量法(NOC)从所选资料中提取出太阳静日变化Sq成分,再通过球谐分析方法建立模型分离内、外源Sq成分,逐日反演出内、外源Sq等效电流体系,并得到外源Sq等效电流体系南北电流涡中心电流强度.本文将外源Sq等效电流体系南北电流涡中心电流强度与同一时期的Dst指数进行了对比分析,研究表明它们之间具有同步变化的规律,且北半球电流涡中心电流强度在磁暴发生时的异常现象远高于南半球.对F10.7cm太阳射电流量与外源Sq等效电流体系南、北半球电流涡中心电流强度的长短周期分析发现,Sq等效电流表现出明显的11年周期特点,与太阳活动周期一致.外源南、北半球电流涡中心电流强度和F10.7cm年均值的相关系数分别达到了0.93和0.90,说明太阳活动是导致外源Sq电流体系变化的最直接也最主要的因素,这可能与电离层电导率受控于太阳的电磁辐射相关.     

青藏高原对流层臭氧含量变化的太阳周期活动信号分析

利用1979~1992年卫星TOR对流层臭氧数据库资料,以及同期太阳辐照度数据序列,考察青藏高原对流层臭氧含量变化与太阳辐射周期变化之间的关系.分析表明,青藏高原对流层臭氧分布表现出与太阳辐照度相同的变化趋势,存在着明显的太阳周期变化特征.逐月线性回归分析表明,太阳辐照度增加导致青藏高原对流层臭氧增加的正效应.在太阳周期内,太阳辐射增加可使青藏高原对流层臭氧、平流层臭氧和臭氧总量分别增加1.31、4.97、6.628DU,或4.07%、2.04%、2.28%.该特征与赤道太平洋地区完全相反,分析产生差异的原因,至少应包括两方面因素：一是背景大气NO_X和水汽含量的差异;二是青藏高原频繁发生的平流层-对流层大气物质交换和输送.     

基于SWARM双星观测的场向电流的经度变化

本文利用SWARM A和C双星高精度的矢量磁场数据研究了不同季节高纬地区场向电流(FACs)随地磁经度和地方时的变化情况.研究发现:在南北半球,FACs存在明显的经度变化,南半球FACs的变化强度大约是北半球的1.2～3.2倍.利用潮汐谱分析法我们发现FACs中占主导的非迁移潮汐分量为DW2和D0.在春秋和夏季半球,DW2波更为明显.D0波可用太阳光照的经度变化来解释,向阳侧靠近磁极的经度带比远离磁极的经度带有更强的太阳光照射.DW2波则与地磁场强度和地磁倾角等因素有关.全球电离层与热层模型计算的FACs中D0波占主导,且中性风和对流电场对D0波的贡献几乎相当.     

太阳磁场磁性指数异常变化对南北半球中纬度气候的影响

本文参照太阳黑子相对数特征建立了太阳黑子磁场磁性指数时间序列. 大气温度场谱分析结果显示,南北半球中纬度平流层和对流层大气温度场普遍存在22年变化周期. 分析认为,大气温度场的22年变化周期是太阳活动22年磁性周期所激发.     

电离层电子总量水平梯度和相关系数

电离层电子总量水平梯度和相关系数是进行越境越障空间物理研究时的基本参量。本文分析了当同步信标卫星ATS-6停泊于东非地区上空时,在西欧观测到的太阳宁静年条件下电离层电子含量水平分布和空间相关性。指出纬向梯度、经向梯度、全梯度矢量的昼夜变化与季节特性。文中提出并论述中纬度TEC水平梯度矢量的指日效应:在北半球,冬季时梯度矢量指向的昼间进程是东南-南-西南,方位角变化小,幅值与幅值变化亦小;夏季时梯度矢量指向的昼间进程是东-南-西,方位角变化大,幅值与幅值变化亦大。梯度矢量箭头具有判然的指日性,即追随太阳方位角而变。梯度矢量幅值,在非低纬区条件下,随太阳仰角的增大而增大。文中还述及电子总量空间相关系数的表现规律并探讨了产生中纬度电离层这种时空行为的可能的动力学原因。     

行星运动与太阳自转角速度22年周期变化

Tlatov(2007)研究认为,太阳活动和太阳磁场变化的22年周期,可能与太阳自转速度的变化有关.可是关于太阳自转速度为什么呈现出22年的变化周期,尚未见到有说服力的解释.本文通过对行星会合指数、行星系质心绕太阳系质心的运动、太阳绕太阳系质心运动以及太阳自转角动量变化的分析,发现行星系统的会合与相互背离,导致了太阳系质心与太阳质心的背离和靠近,从而引发太阳绕太阳系质心旋转角动量与太阳自转角动量的分离与叠加.由此认为,这两种角动量间的转换是太阳自转角速度呈现22年周期性变化的原因.太阳自转速度极小值对应于行星会合指数极大值;而太阳自转速度极大值对应行星会合指数极小值.其中平均11年左右为太阳自转加速期,另外11年则为太阳自转减速期.这一发现,可能为太阳活动与太阳磁场变化22年周期的成因机制的解释提供一个新的线索.     

秦岭丹凤群蛇绿岩古地磁学再研究

本文是对秦岭丹凤县桃花铺郭家沟剖面和商县三十里铺剖面丹凤群蛇绿岩标本的古地磁学研究结果.逐步热退磁和剩磁方向主分量分析表明,60％以上的标本含有可明显区分的3个剩磁组分.另外的约30％-40％的标本,尽管它们具有很高的天然剩磁强度,在150-200℃时,其剩磁强度即衰减50％以上,且显示出不稳定的方向.两种不同的磁性表现与不同的岩石组成和结构有关,特别是与岩石的结晶程度有关.经对3个剩磁组分成因的分析及与变质变形关系的研究,表明高温剩磁组分是原生.由高温剩磁组分得到丹凤群古地磁极位置为43.0°N,274.5°E,古纬度值为12.0°S.比较丹凤群的古地磁极位置和华北扬子块体古地磁极移曲线,发现它们之间存在显著差异,这表明丹凤群在古生代不从属于华北或扬子块体,而是一个独立的地体,很可能是秦岭古洋壳的残片,从而给丹凤群蛇绿岩赋予新的大地构造含义.     

太阳耀斑与磁暴的关系

一、引言自海尔（G.E.Hale）提出太阳耀斑活动的特性为日地关系的重要关鍵这一問題后,近30年来天文学家、地球物理学家对于耀斑所引起的一系列的現象,进行了許多研究工作。爱立生（M.A.Ellison）曾将研究太阳耀斑本身及其所引起的地球物理現象等工作,就其性貭綜合为九个方面.其中联系到地磁方面的为与耀斑几乎同时发生的紫外綫輻射所引起的“鈎扰”,和由于耀斑发射出来的微粒子流在1-2天以后达到地球而引起的“磁暴”.     

平极长期漂移与地球平均下地幔黏性估计

利用9个国际纬度观测站的平纬长期变化序列,重新讨论并估计了平极的长期漂移,得到漂移的平均速率为(3.356“±0.142”)×l0-3/a,方向为西经78.7°±2.5°.进一步基于最新的ICE-4G冰期后地壳反弹模型,采用地球上8个冰盖的冰融参数,估计了理论的平极长期漂移方向为西经74.8°.由观测的平极长期漂移速率为约束,基于1066B地球模型,估计得到地球平均下地幔的黏性为vLM=(0.5-1.7)×1022Pa^.s,表明vLM应具有近1022Pa^.s量级,并认为地球平极的长期漂移很可能是由最近的21000年以来冰期后的地壳反弹所致.     

GEOSAT卫星的ERM测高数据处理与中国近海海平面

对ＧＥＯＳＡＴ测高卫星在中国近海区域（０°－３５°Ｎ,１０５°－１２７°Ｅ）以及１２７°－１３５°Ｅ内６个ＥＲＭ周期（１９８７年１月１日－４月１２日）的地球物理数据记录（ＧＤＲ）中的数据进行了编辑和预处理．根据卫星弧段的实际长度选取了混合轨道误差模型,并采用最小二乘技术对上升弧段与下降弧段交叠点处的不符值进行了平差计算．处理结果表明,所选用的方法可以大大地消除径向轨道误差的影响,使交叠点处的不符值由原来的５６ｃｍ（ＲＭＳ）降低到现在的２４ｃｍ（ＲＭＳ）在此基础上,构造出６个１°×１°的中国近海海平面及其平均海平面．该平面被称为＂测高大地水准面＂与美国Ｏｈｉｏ州立大学的ＯＳＵ９１Ａ重力场模型的大地水准面相比,两者具有同等量级的精度及一致的形态。     

我国及邻近地区地磁场的矩谐分析

本文从高斯位理论出发,得到了包含内源场和外源场的局部地区地磁场矩谐级数表达式,指出了局部地区地磁场内、外源部分分离的可能性。对中国及邻近地区1970.0年地磁场的矩谐分析结果表明:在北纬10°-45°之间有一个垂直分量的负异常带,异常中心在西藏高原和太平洋西部,最大异常值分别达到-330γ和-460γ;北向分量的正异常区从北纬23°一直伸展到北纬55°以北,极大值约在北纬40°附近,极值达300γ;东向分量在整个区域呈现微弱的正异常。本文对与矩谐分析有关的截断水平、光滑处理以及误差分析等问题也进行了讨论。     

电离层E层和F层中的日出效应

本文对德意志民主共和国Juliusruh/Rügen电离层站（54°38′N,13°23′E）,在1958年11月至1959年10月期間,日出前后一分钟測量一次的頻高图記录进行了分析。可以确认,E2层是一个純受太阳紫外輻射所控制的正常层次;該层每天开始电离时的太阳高度年变化是沒有規律的,而F层每天开始电离时的太阳高度却具有有規律的年变化。对这些統計分析結果进行理論研究,可以发現无論对F层而言,还是对E层而言,均不存在能够强烈吸收有关太阳紫外輻射的遮蔽层。决定F层每天开始电离时間的机制,是高层大气随季节不同而膨胀或收縮。在同样的太阳高度下,E1层和E2层的电子密度主要由运动項所决定,該項的大小和电离层飘移速度的东西分量有紧密的关系。此外,还估計了各个月份的E1层极大电子生成率,以及与E1层有关的太阳輻射的强度。对E2层的成因也作了一些估計。     

一九八○年二月十六日日全食电离层电子总含量的观测

本文介绍了1980年2月16日日全食时,在云南鹤庆县（100°12′E,26°35′N）,测量日本ETS-Ⅱ同步卫星136MHz信标法拉弟旋转所得到的一些主要观测结果:（1）电子总含量的日变曲线中出现提前日落现象;（2）F区峰下电离对法拉弟旋转的贡献在日食期间相对变小;（3）没有出现与日食明显有关的声重波扰动。     

华北地区的地震层面成象

本文根据华北地区（东经110.5°-123.0°,北纬30.5°-41.5°）1981-1984年间7520条P波到时资料,利用正交投影法重建了该区的地壳和上地幔的三维速度结构,应用数字图象处理技术获得了不同深度（横切片）的速度图象。层面成象的结果表明:1.华北地区的地震波速度存在明显的横向不均匀性。2.华北地区的大地震几乎都发生在高速、低速区的过渡带上。3.深度为14km的层面速度图象与熟知的地质构造非常相似;深度为75km的层面速度图象存在三个明显的低速区,它们分别位于郯庐断裂带、太行山前断裂带和山西断陷带,这一结果有利于关于上述地区为大陆裂谷带的认识。 本文在获得三维速度图象的同时,还重新确定了该区的129个地震的震源位置。     

极性转换期间地球磁场形态学研究

本文对采自中国黄土高原西峰（35.7°N,107.6°E）和段家坡（34.2°N,109.2°E）两个剖面中黄土层L8和古土壤层S8的1281块定向古地磁样品做了详细的岩石磁学和古地磁学研究.证实了Matuyama-Brunhes（M-B）极性转换带位于L8的中下部.提出了下列观点:1.M-B极性转换过程与地球磁场方向变化相联系的持续时间为3600-4500a,而与地球磁场强度变化相联系的持续时间则为8000-9000a,即强度变化存在“超前和滞后” 效应;2.M-B转换场的形态是由三次快速倒转和一次不成功的倒转构成,或者说,转换场具有快速变换极性的振荡特征;3.M-B转换过程中地球磁场并不是以轴对称的非偶极子场为主,而是偶极子场至少与非偶极子场相当;4.中国黄土-古土壤沉积物所含磁性矿物的主要成分是磁铁矿,它是研究极性转换期间地球磁场详细结构的良好物质.     

苏格兰当巴（Dunbar）下石炭统的古地磁研究——用烘烤效应解决岩石剩磁年龄问题

苏格兰当巴（Dunbar）下石炭统含钙砂岩组12个采样点的热退磁结果,显示一致的稳定磁化方向:偏角D=196°,倾角 I=-45°,α₉₅=4.3。侵入其中的一条20m厚的石炭系岩脉,其6个采样点的热退磁结果显示不同的磁化方向:D=195°,I=15°,α₉₅=10.7。 本文研究烘烤效应,论证了上述两个磁化方向均为原生。这与现存的对不列颠群岛该时期古地磁方向的看法矛盾。其原因可能是:1.以往的数据解释不可靠,特别是重磁化问题;2.构造原因;3.持续相当时间的异常地磁场。 对比纬度相似的太平洋夏威夷群岛熔岩流的“点记录”,本文针对当巴提出一种磁化模式:各有关古地磁磁化成分可能均产生于同一地质时代. 火成岩的尖晶石相方向,最可能为原生.它在古地磁分析中应给以较大权重.