气候系统及模式中反馈机制研究 I.概念和方法

气候系统中存在着各种各样的气候反馈机制,而气候模式对这些反馈机制描述的差异,正是造成不同模式对同一直接辐射强迫（如二氧化碳加倍）的响应不同的主要原因。因此,只有正确描述气候系统中的各种反馈作用,气候模式才可能用来对未来的气候变化进行预测。为此,本文首先介绍了气候系统及模式反馈机制分析研究时所常用的一些概念,如气候敏感性参数、云辐射强迫等,随后概述了气候模式反馈机制比较分析时常用的各种方法,并指出了这些方法各自的优缺点。而详细的有关气候系统及模式中反馈作用及其机制的分析则在文章的第ＩＩ部分给出。     

浅层结构不确定性对广角地震走时正演模拟结果的影响——以西沙地块OBS2011-1测线为例

海洋地球物理勘探中常使用多道地震数据建立浅部地层模型,结合海底地震仪广角地震数据进行射线追踪和走时反演求取地层速度特征.受采集环境和成本限制,部分海底地震仪测线缺少同步采集的多道地震数据,建立的初始模型其浅层结构有较大不确定性,可能会对正演模拟结果造成严重影响.本研究针对海底地震仪广角地震走时模拟中浅部结构的不确定性因素,使用RayInvr软件构建了理论模型和走时数据体,分析讨论了初始模型沉积层厚度与速度变化对正演模拟结果的影响.之后进行实测数据处理,在MCS2019-3测线数据的约束下建立初始模型,对OBS2011-1测线震相重新进行了走时拟合,将得到的模型结果与先前结果进行对比,得到以下结论：沉积层厚度及速度不确定性对走时模拟结果的浅部结构影响较大,深部结构影响较小;使用错误的速度与基底深度组合来拟合沉积层反射震相PsP,会使台站下方的地壳和地幔折射震相Pg和Pn,以及莫霍面反射震相PmP都出现走时小起伏,走时提前对应沉积层速度与厚度偏大,走时延后对应沉积层速度与厚度偏小;PsP震相缺失时,不同的速度-深度组合都可以很好地拟合震相,但会增加结果的不确定性.

     

一类带有负顾客且具有反馈的M/G/1可修排队系统

研究了一类带有负顾客且具有反馈的M/G/1可修排队系统,正顾客服务完会以一定的概率立即排到队尾等待下一次服务,而以一定的补概率离开系统,永不再来。服务规则是先到先服务,负顾客抵消排队系统中的中间顾客（RCM）。使用“补充变量法”和状态转移方程分析该模型,得到了这一模型的排队指标和可靠性指标,并且发现此类排队系统完全取决于队长为2的概率。     

On the stability of a coupled ocean atmosphere system in the presence of wave-CISK

The stability of a simple coupled ocean-atmosphere system similar to the one studied by Hirst with general ocean thermodynamics is investigated in which the atmospheric heating is determined by sea surface temperature anomalies as well as the convergence feedback (low level moisture convergence by the waves themselves). It is shown that the unstable coupled mode found by Hirst (UH mode) is profoundly modified by the convergence feedback. The feedback increases the unstable range of the UH mode and can increase its growth rate several folds. The maximally growing UH mode can become westward propagating for certain strength of convergence feedback. If the convergence feedback strength exceeds a critical value, several new unstable intraseasonal modes are also introduced. These modes are basically ‘advective’ modes. For relatively weak strengths of the convergence feedback the growth rates of these modes are smaller than that of the UH mode. As the atmosphere approaches ‘moist neutral’ state, the growth rates of these modes could become comparable or even larger than that of the UH mode. It is argued that these results explain why the El Nino and Southern Oscillation (ENSO) signal is clear in the eastern Pacific but not so in the western Pacific and they may also explain some of the differences between individual ENSO events. Our results also explain the aperiodic behaviour of some coupled numerical models. Importance of this process in explaining the observed aperiodicity of the ENSO phenomenon is indicated.     

受扰线性系统的前馈-反馈最优控制

针对具有外部持续扰动的线性系统，研究前馈-反馈最优控制律的设计问题。给出了最优控制律的存在唯一性条件。并提出了最优控制律的设计算法。利用滤波器解决了前馈控制的物理不可实现问题。仿真结果表明，此算法易于实现，与传统的反馈最优控制相比对抑制外部扰动具有较强的鲁棒性。     

基于线性反馈控制的一类混沌系统的同步

研究一类混沌系统的同步问题。基于李雅普诺夫稳定性理论,利用线性反馈法给出了同步混沌系统的3种控制方案,得到了2个混沌系统同步的充分条件。为了更清楚地了解每种方案下系统的同步行为,还给出了以增益为分岔参数时同步误差的变化图。理论分析和数值仿真结果都表明了文中所给方法的有效性和可行性。     

地震的应变张量观测与应用前景

地震发生时的动态应变场,在研究地震触发、地震破裂、地面破坏、水文和岩浆变化等方面都具有重要应用意义.地震的应变张量观测和现有的惯性地震仪观测的物理量不同.前者可以直接记录到地震发生时震源辐射的应变（应力）波,而后者记录到的是位移、速度或加速度.地震频率的应变测量在地震学中的应用前景主要表现在：①测量震源机制解理论预言的辐射4象限分布;②测量库仑应力变化;③换算成动态应力以评估地震烈度;④测量地震波的能量密度;⑤测量地震断层形变加速和形变局部化过程.用惯性地震仪的记录虽然在理论上也可以解算出动态应变值,然而种种原因导致计算结果的误差很大,往往不可接受.应变张量地震仪若能与现有的惯性地震仪配套起来,形成大规模台阵,则有可能推动应变地震学的诞生,在地震观测和地震学科领域引起重大革新.

     

地震动参数速报仪的研制

在出现区域大震后,为了迅速展开有效的应急救援行动,需要及时准确了解烈度分布.目前震动图的获得有震后人工调查、震源参数计算、地震监测台网、地震烈度速报台网等几种方式,其中最有效的是在重点监护区建立烈度速报台网.但烈度速报台网建设往往沿用地震监测台网的模式,建设成本高、台站密度有限、实时数据传输量大.本文研制的地震动参数速报仪采用MEMS加速度计为测震传感器和ARM+Linux嵌入式计算机技术,具有体积小、成本小、功耗低、一体化、智能化的特点;其内置地震信息实时处理算法,能够自动判别地震事件并计算地震动参数;在实际应用中安装简便.通过大量密集布设这种小型仪器而组建的地震动参数速报网络,具有数据传输量小、分布式计算、组成的速报网络可靠性高、能够快速产出高分辨率的精细震动图等特点.     

南海海底地震仪异常数据的分析和处理

海底地震仪(Ocean Bottom Seismometer, OBS)数据处理至关重要,是获取深部地壳结构的基础与前提.2006年实施OBS2006-2测线时,有2台OBS(OBS03,OBS06)数据出现异常,无法使用.由于海上航次花费巨大,采集到的数据弥足珍贵.本文采用数据格式检查、邻近台站对比分析、重采样等方法,成功地对这2台OBS数据进行了解编处理,得到了这两个台站的综合地震记录剖面;利用上述方法对2011年实施的OBS973-3测线中的异常台站OBS03进行了分析处理,同样得到了OBS03台站的综合地震剖面;通过查看两次海上实验班报发现,OBS2006-2测线之OBS06与OBS973-3测线之OBS03内部Sedis编号相同,为同一台记录仪器,再一次验证上述处理方法正确可行;然后对OBS2006-2测线2个台站进行震相识别与走时拾取后,利用前人纵波速度模型开展了射线追踪与走时模拟.此次对异常OBS数据的重新处理工作,不仅为OBS探测提供了宝贵的数据处理经验,而且将提高OBS2006-2测线地壳结构的可靠性和约束性,具有重要的研究意义.     

北极和南极表面温度对中低纬度海洋热强迫的响应

利用耦合了平板海洋模型的全球气候模式进行了大量的格林函数实验,以探究两极地区对于施加在中低纬度海域的热强迫的气候响应。结果表明,北极地区的气候不仅受到距离较近的北太平洋与北大西洋的影响,远离北极的热带太平洋以及南太平洋也对其气候有显著的影响,南极地区的气候则主要是受到邻近的南大洋的影响。通过经验正交函数法的进一步分析发现,北极响应最显著的区域包括波弗特海(Beaufort Sea)、拉普捷夫海(Laptev Sea)以及北极中心区附近;南极地区的响应主要集中在别林斯高晋海(Bellinsgauzen Sea)区域。另外,利用温度归因法对辐射反馈过程和大气能量输运分解发现,北极地区表面温度的响应主要是受到了反照率反馈以及垂直递减率反馈的影响,而南极地区的响应则主要是反照率反馈发挥了作用。