非均匀地物的双向反射与反照率

地物的双向反射特性与反照率是遥感技术应用中极其重要的参数。近年来对地物双向反射的研究主要集中在均匀地物上,对非均匀地物双向反射模型研究与数据测量则少得多。然而不管对何种尺度,极大部分自然地物常由各种不同类型的地物组成。     

千年气候模拟与中国东部温度重建序列的比较研究

利用全球海气耦合气候模式ECHO-G进行的1000年长时间积分气候模拟试验与中国东部区域温度重建资料作对比, 以验证ECHO-G模拟中国区域气候的能力, 并探讨近千年来中国区域气候变化的原因. 重建资料是中国东部地区(25°~40°N, 105°E 以东)1000年来分辨率为30年的冬半年温度距平变化序列. 模拟试验以随时间变化的有效太阳辐射、CO₂浓度和CH₄浓度场为外强迫, 从1000年开始积分至1990年. 结果表明: 重建和模拟结果的相关系数为0.37, 置信度为97.5%. 模拟和重建结果均反映出了1000~1300年的中世纪暖期、1300~1850年的小冰期和1900年之后的升温期. 对于1300~1850年的小冰期和1900年之后的升温期, 模拟和重建的正负距平基本一致, 尤其是1670~1710年Maunder太阳黑子最小期时, 模拟和重建值都达到了温度低谷, 且无位相差异. 但对1000~1300年的中世纪暖期, 模拟与重建资料存在显著差异, 这与重建资料质量降低有关. 模拟的变幅(1.62 K)略小于重建值(2.0 K),但两者具有较好的可比性. 模拟结果的诊断分析表明, 在1000年尺度上, 太阳辐射和火山活动是控制全球和区域温度变化的主要因子, 而在最近百年尺度上, 温室气体含量的变化对快速增温起着更为重要的作用.     

利用MODIS研究中国东部地区气溶胶光学厚度的分布和季节变化特征

通过与太阳光度计观测结果的对比, 确认了NASA Terra卫星的MODIS气溶胶产品的精度. 利用2000年8月至2003年4月MODIS气溶胶产品统计了中国东部地区气溶胶光学特征和季节变化特点, 认为人类活动是中国东部气溶胶的主要来源, 所有的大值区都分布在华北平原、长江中下游平原、四川盆地、珠江三角洲等工业发达、人口密集、经济迅速发展的地区. Ångström指数的分布显示中国东部气溶胶以人类活动产生的气溶胶为主, 但在春季、秋季、冬季受到来自北方沙尘的影响显著. 人口密集城市地区气溶胶Ångström指数低于其周边地区, 显示城市地区由于人类活动产生的扬尘、煤烟等大粒子占有相当比例, 与发达国家城市地区不同. 这些结果为气候研究和环境研究提供了重要的基本数据.     

中国东部新生代玄武岩中锆石巨晶的Hf同位素组成

中国东部广泛分布着新生代玄武岩, 其中部分地区含有锆石巨晶, 它们可视为岩石圈地幔的组成矿物, 与由地壳物质加入而导致的地幔交代作用有关. 运用配有激光器的多接收等离子体质谱仪(LA-MC-ICPMS), 对山东昌乐、福建明溪和海南蓬莱地区的锆石巨晶进行了Hf同位素测定. 除海南地区的个别情况外, 每一地点不同锆石样品的Hf同位素差别并不明显. 其中山东昌乐地区的¹⁷⁶Hf/¹⁷⁷Hf比值为0.28302~0.28308, 福建明溪为0.28297~0.28300, 海南蓬莱为0.28288~0.28293, 所对应的e Hf值分别为8.7~10.8, 7.0~7.9和3.9~5.7, 显示不同地区间存在一定的差别, 其Hf同位素模式年龄均集中在显生宙范围内. 根据上述Hf同位素特征, 提出中国东部岩石圈地幔的交代作用发生在显生宙, 并极有可能发生在中新生代, 但对岩石圈地幔本身的形成时代, 目前还不能得出确切的结论.     

非均匀断层上的破裂传播及对震级预测的挑战

针对发震断层上的潜在地震开展震级和地表震动预测,对开展地震灾害区划、防震减灾等工作十分关键.由于断裂带本身的多种非均匀性,如断层几何、介质结构、应力的非均匀分布,准确预测震级面临着众多挑战.本文简要回顾了影响地震破裂传播及震级的因素,指出了应力分布状态、断层孕震带尺度、断裂带介质结构对破裂传播过程的影响.在非均匀应力分布下,震级对破裂起始位置(震中)具有强烈的依赖性,即震中-震级存在“测不准”关系,震中对破裂是否延伸到地表也有控制作用.走滑断裂带孕震带尺度(在倾向上的深度)对破裂是否发展为“逃逸型”大地震有控制作用.近断裂带的介质结构对破裂方向性、延展尺度都有显著影响.未来可通过密集地震台阵观测获取高分辨率断裂带结构,并结合实验室流变性质测量,推断发震断层的流变结构,为刻画可能发震的凹凸体提供支撑.针对震中对震级的影响,可以通过破裂动力学模拟,结合大地测量观测、地震学观测、实验室摩擦实验结果,进行数值实验,探索可能发生强震的震中区域,为野外观测提供参照.此外,动力学数值模拟结果也可以弥补大地震近场地表震动观测数据缺乏的不足,为开展基于地震物理过程的灾害区划提供参考.     

近千年中国东部夏季气候百年尺度变化的模拟分析

利用全球海气耦合模式ECHO-G 近千年积分模拟试验结果, 通过Lanczos 滤波器滤去100 年以下的年际-年代际变化信号, 保留百年尺度的气候变化信息, 分析了近千年来中国东部夏季气候在百年尺度上的时空变化特征并探讨了影响其变化的主要原因. 结果表明: (1) 近千年中国东部经历了暖-冷-暖3 个阶段, 由暖期进入冷期相对由冷期进入暖期缓慢, 暖期降水多冷期降水少, 降水的峰谷变化滞后于温度. 有效太阳辐射和太阳辐照度分别是影响温度和降水变化最显著的因子, 现代暖期之前火山活动的增强对极端低温的出现有明显影响, 火山活动与降水在1400 AD之前为正相关, 在1400 AD 之后为负相关, 温室气体浓度与现代暖期温度和降水有一致的变化趋势. (2) 温度的百年尺度与年际-年代际尺度的第一特征向量的空间分布型都为全区一致分布, 高纬的变率大于低纬, 这一分布型主要受有效太阳辐射和温室气体的共同影响. 降水第一特征向量的空间分布型在百年尺度与年际-年代际尺度上存在着显著差别, 百年尺度为全区一致的分布, 而在年际-年代际尺度上长江和黄河中下游与其两侧的区域呈反相分布, 太阳辐照度和温室气体共同影响了降水百年尺度上的这一空间分布型.     

基于DEM的中国东部南北样带森林、农田净初级生产力时空分布特征

利用1999年5月至2000年4月期间接收的NOAA AVHRR图像进行了植被指数NDVI分布图的计算; 讨论了其对全年NPP分布规律的贡献, 并据此分区计算出相应的NPP分布图; 又进一步将其与中国中原地区、华南地区森林、农田NPP野外实测样点数据相结合, 建立了遥感NPP分布估算的定量模型; 在此基础上, 将NPP与DEM进行了配适分析, 得到了中国东部南北样带的森林、农田三度或三向分布规律性直观的、 定量的和详细的时空分析结果. 作者认为, 以往对中国NPP分布的研究由于受到图像分辨率较低(8 km)或定性分布规律分析的影响, 所得出的结论与实况有比较大的出入. 而通过中国东部南北样带分析所得出的结论是“山地森林植被与平原区农业植被NPP值的高低在不同区域存在较大差异, 在华南地区前者高于后者; 黄淮海平原农业区比其周边低山带NPP值高; 而东北区NPP值由高至低的排列顺序为中高山森林带、平原和低山带”. 而且, 大多数农业区NPP值在25~35 t·hm^–2·a^–1地带性差异不明显等结论. 总之, 遥感时空三维模型所表达的地带性NPP平均分布状况, 展现出较高分辨率的定位、定量的三向地带性分布信息, 较详细地刻画了其特殊地段或极端NPP分布的特征, 并得到定量或半定量的形成机理分析结果的证明.     

非均匀热流下R245fa/R134a两相流型及换热特性

针对有机工质在非均匀热流边界条件下的气液相变问题,基于质量分数配比为0.7:0.3的非共沸工质R245fa/R134a,建立了非均匀热流下10 mm内径水平管内的两相流动沸腾换热实验系统.实验工况为质量通量175～373kg/(m²s),热流密度9.95～47.57 kW/m².利用高速摄像仪和图像处理技术,对观察到的泡状流、塞状流、分层流和环状流4种流型进行了灰度值分析,并分别绘制了非均匀加热和均匀加热时的流型图.基于流型分析了干度、质量通量、热流密度和饱和温度对两相换热系数的影响,并将实验数据与4种现有关联式进行对比.结果表明,在相同的加热量下,相比于均匀加热条件,非均匀加热条件下流型由间歇流转变为环状流时的初始干度更低;换热系数在低干度区随干度变化较小,而在干度较高的环状流区域随干度增大而增大.此外,换热系数随质量通量、热流密度增大而增大,而饱和温度对对流沸腾区换热系数的影响不大,对核态沸腾区有一定影响.在非环状流区域4种换热关联式的预测能力都表现较差,而在环状流区域Sun&Mishima关联式的预测精度相对最高.     

广角反射地震探测得到的中国东部地壳三维P波速度结构

利用人工地震探查所取得的广角反射及折射地震资料, 探讨研究了中国东部区域地壳三维P波速度结构的区域特征. 结果表明, 研究地域的西部地区Moho面埋深较深, 深度为35~48 km, 反映了西部厚地壳特征. 中部的苏鲁-大别造山带地区, 20 km以上的上地壳波速明显呈高速异常分布; 而下地壳30 km处的速度结构却显示为低速度异常特征. 苏鲁-大别山区的Moho面深于其周围邻区, 苏鲁地区达到32~33 km; 大别地区其Moho面深达36~38 km. 苏鲁-大别地区上地壳P波高速异常结构特征, 可能与这些地区存在的高压、超高压变质带构造演化有关. 大别-苏鲁地区在下地壳深处存在地壳山根, 因此与周围邻区相比P波速度呈现为低速结构. 这些P波速度高速和低速区带在大别地区都位于郯庐断裂的南端西侧, 在苏鲁地区异常区则都位于郯庐断裂的北段东侧, 似乎是被郯庐断裂错断所致. 且错动从地表延伸到30 km深处. 上述结果, 可为岩石圈地壳构造与郯庐断裂演化分析提供地震学新证据.     

中国荒漠区东部花粉对植被的指示性研究

为了解中国荒漠区花粉对植被的指示意义, 通过39个表土花粉样品分析与植物样方植被调查结果显示: 荒漠区不同群落间花粉组合差异比较明显, 盐爪爪群落和驼绒藜群落均以高含量的藜科花粉为特征(高于45%, 平均63.5%), 驼绒藜群落以含有一定量的麻黄花粉(高于3.3%, 平均16.5%)可与盐爪爪群落区分开来, 蒿群落以蒿花粉含量(多高于50%)明显高于藜科花粉(低于35%)为特征, 白刺群落以含有一定量的白刺花粉(高于2.6%, 平均13.6%)为特征, 红砂群落与四合木群落都含有一定量的柽柳科花粉(高于2%,平均8.6%), 但红砂群落蒿花粉含量一般高于藜科花粉含量, 且含有较多的禾本科、菊科、豆科等花粉; 四合木群落花粉组合蒿花粉含量一般低于藜科花粉含量, 其他类型花粉较少, 沙拐枣群落以含有一定量沙拐枣花粉(高于2%, 平均5%)为特征, 且麻黄花粉含量较高(高于38%, 平均49.3%). 聚类分析及降趋对应分析(DCA)结果表明, 霸王柴、沙拐枣、四合木、蒺藜属、柽柳科花粉联合指数A值较高, 对植被指示性良好; 蒿、藜科、禾本科具有较高的R值, 白刺、十字花科、景天属花粉具有较高的超代表性指数O, 但母体植物存在时花粉百分比平均值X_p远大于母体植物不存在时花粉百分比平均值X_a, 对植被具较明显指示意义; 葱属、豆科、蔷薇科、马先蒿、菊科等花粉类型, 联合指数A值较低, 超代表性指数O或低代表性指数U较高, 母体植物存在时花粉百分比平均值X_p与母体植物不存在时花粉百分比平均值相差不多, 对植被指示意义不明显. 其他仅出现于花粉组合中的花粉类型如松、云杉、桦、栎、榆、胡颓子科、麻黄、毛茛科、石竹科、蓼科、虎耳草科等对植被的指示意义无法确定. 麻黄/蒿比、白刺/麻黄比与蒿/藜比一样具有指示干旱区环境意义, 典型荒漠群落花粉组成中蒿/藜比值小于0.5, 麻黄/蒿比值大于0.1, 白刺/麻黄比值小于1; 草原化荒漠群落花粉组成中蒿/藜比值多为0.5~2, 麻黄/蒿比值多小于0.1, 白刺/麻黄比值多大于1.     

陆-气耦合对中国东部夏季干旱和洪涝的影响:以1998和1999年为例

干旱和洪涝是造成中国经济损失最严重的两个气候灾害.中国东部在1998年夏季经历了特大洪涝,而在1999年夏季呈现了严重的"南涝北旱"分布型.频繁发生的干旱和洪涝灾害已经给中国东部的工农业生产、生态环境和社会经济带来严重损失.然而,目前对干旱和洪涝的预测能力仍非常有限,其中一个主要原因是对陆-气相互作用的理解严重不足.     

中国东部1960~2008年夏季极端温度与极端降水的变化及其环流背景

中国东部极端气候事件及其变化与东亚夏季风和相应的环流密切相关.本文使用奇异值分解方法研究了中国近50年极端温度与极端降水事件频率的关系.1980~1996年,主要的分布型为中国东部的北侧地区极端高温日数较少而极端降水日数较多,其南侧地区极端高温日数较多对应极端降水日数较少;这种空间分布自1997年起呈反向变化,即较少的极端高温日数和较多的极端降水日数发生在长江以南地区,以北地区相反.通过分析1997年前后两个时间段的大气环流的年代际差异,可以得出我国东部北侧/南侧的中层异常高/低压,高层异常东/西风,减弱的东亚夏季风及位于30°N,110°E对流层高层的冷中心都有利于极端高温与降水事件频率的这种协同变化.