中国东部构造-岩浆作用的成因是当前学术界研讨的一个热点,本文讨论了相关的假说. 中国东部上、下地壳之间存在着一个固态的低速高导层, 根据其所处温度和围限压力的状态是不可能形成一个“对流岩浆层”的. 大洋板块的俯冲、挤压对于中国东部岩石圈起到了增加侧向压力的作用, 在增压、减温的过程中是不可能形成大面积的熔融岩浆层的. 华南花岗岩带的迁移是自西向东发育的, 它们的演化过程是不能用板块俯冲作用来解释的. 岩浆源区是在构造断裂与圈层界面的控制下, 发生了构造滑脱作用,在减压、增温的过程中形成的. 岩浆仅起源于岩石圈内很局限的地方. 中国东部岩石圈板块内侏罗纪-白垩纪的构造滑脱和构造-岩浆作用主要集中在区域性主干断层与中地壳、莫霍面的交切带附近. 岩浆可从岩浆源区沿断裂向上侵位或喷出. 新生代的构造-岩浆作用主要起源于区域性高角度正断层与岩石圈底面的交切带附近. 显然, 断层切割深度不同, 可控制不同类型岩浆活动的形成. 中国东部岩浆起源的另一个控制因素是侏罗纪以来在深部存在大洋型岩石圈地幔(在洋陆过渡型岩石圈内), 使岩石圈总厚度较薄,岩石圈内存在相对较高的热异常, 减压增温作用可较容易地超过岩石的固相线(熔融温度), 以致形成岩浆源区. 构造断裂、圈层滑脱与高地温梯度的洋陆过渡型岩石圈是造成中国东部岩浆起源的原因.

对浙西南靖居正长花岗岩开展了锆石LA-ICP-MS U-Pb 年代学及岩石地球化学研究.锆石年代学研究表明, 靖居正长花岗岩的结晶年龄为(215±2) Ma, 表明其为一晚三叠世岩体,而非前人所认为的白垩纪岩浆活动产物. 靖居正长花岗岩具高的K₂O 和FeO^*含量和低的MgO含量, 富集K, Th, La, Ce 等大离子亲石元素及轻稀土元素, 亏损Nb, Ta, Ti 等高场强元素, 具高的10⁴Ga/Al 比值及(Zr+Nb+Ce+Y)含量, 岩石中出现自形的石英和他形的黑云母, 具有A 型花岗岩的特征. Sr-Nd 同位素研究结果显示, 岩石具有高的I_Sr(0.7179～0.7203)、低的ε_Nd(t)(-14.2～-13.2)和较古老的T_2DM, 与华夏地块古老的基底变质岩系特征一致, 指示岩浆来源于华夏基底岩系. 研究认为, 靖居正长花岗岩是华夏古老的变质基底在伸展的构造背景下部分熔融的产物. 靖居印支期A型花岗岩的确定, 为华南构造-岩浆演化带来新的时空约束, 对理解和构建中国东南乃至华南地区早中生代构造演化具有重要意义.

我国准噶尔盆地南缘发育多处泥火山, 1991 年6 月和2010 年8 月, 两次对准噶尔盆地南缘泥火山进行考察. 从气压减小、出气量减少、泥浆池口陷落和泥浆池干涸等变化,可见泥火山活动渐趋衰弱, 活动强度明显小于中国台湾一些泥火山. 泥火山天然气具有相似的地球化学特征, 表明其具有同源性或同因性. 泥火山天然气主要组分是烷烃气, 含量为91.15%～97.49%, 其中甲烷含量最高, 是优质商业气; 天然气δ¹³C₁ 值为-49.1‰～-40.6‰, 与世界范围内泥火山气δ¹³C₁ 频率高峰段一致, 且烷烃气碳同位素系列具有δ¹³C₁<δ¹³C₂<δ¹³C₃ 特征, 是典型热成因气; 研究区泥火山气具有较低的³He/⁴He 值, R/Ra 为0.011～0.054, 属典型壳源氦; 泥火山天然气的δ¹³C₂ 值均大于?28‰, 是典型煤成气, 且C₁/C_1-4 和δ¹³C₁ 值两指标与该盆地下中侏罗统源岩形成的煤成气特征一致, 因此, 准噶尔盆地南缘泥火山烷烃气的气源主要是下中侏罗统煤系源岩.

研究中小强度地震的震源机制解在地震学研究中有着重要的意义, 对于中小强度地震,通常根据区域范围内的记录, 利用P 波初动, 或者频率域的面波谱, 或者时间域的波形反演等方法确定震源机制解. 本文将小波域反演方法应用于确定区域地震震源机制, 利用不同尺度的小波系数可以提供更多的约束信息. 反演得到美国加州地区三个地震的震源机制, 与哈佛大学矩心矩张量解(CMT)、美国地质调查局(USGS)等公布的结果相比, 较为一致. 该方法可用于利用区域范围内记录, 确定中小地震震源机制, 特别是快速求解大地震后的强余震震源机制.

地球液核自由章动(FCN)参数(本征周期和品质因子)与核幔边界的粘滞和电磁等耗散耦合密切相关, 基于实际观测与理论推导的FCN 参数探讨了液核顶部的粘滞系数,地幔底部的电导率以及核幔边界动力学椭率等核幔耦合机制中的关键参数. 根据高精度超导重力仪观测序列调和分析标准差和单个台站资料经不同海潮模型改正后拟合的FCN参数质量, 对全球地球动力学合作观测网络台站的超导重力观测资料进行筛选, 利用多个最新海潮模型计算平均海潮负荷, 并用迭积法拟合了FCN 参数, 结果与最新超导重力和VLBI 同类研究结果一致. 在此基础上, 结合角动量法推导地FCN 理论模型研究了核幔边界的粘滞和电磁耦合参数. 数值结果表明液核顶部的粘滞系数应该在6.6×10²～2.6×10³ Pa s之间, 这与根据地球章动, 液核自由章动及日长变化等的实际观测得到的粘滞系数结果非常吻合. 地幔底部的电导率需要达到2.6×10⁶～1.0×10⁷ S m^-1才能符合实际观测的FCN品质因子量级. 耗散耦合对FCN 本征周期的影响仅为1～2 恒星日.

利用卫星热红外信息探索现今构造活动, 正逐渐发展为可利用的手段之一, 应用前景逐渐明朗. 然而, 要使其从探索性研究走向实用化, 需要建立一套能够反映与构造活动有关的热物理指标. 不管地表影响因素如何复杂, 从能量平衡上看, 地球表面作为地球内部和外部空间交换能量的边界, 主要受到来自太阳、大气和地下热三者的共同作用. 本文以热传导方程为基础, 利用地表的能量平衡构建边界条件, 通过数学物理方法, 首先获取地表温度与太阳、大气和地下热之间的定量关系, 建立可反映地下热活动的物理指标——地热通量差异指数(GFI); 其次, 通过稳定年周期成份检验了物理指标建立理论方面的正确性; 最后, 结合GPS的研究成果, 对GFI 识别构造活动的有效性进行了验证, 结果表明GFI 对构造活动具有一定的指示性, 可作为判别构造是否活动的热物理指标. 另外, 这种数学推演、物理机制及实际观测相结合的探索思路, 对于后继研究也具有一定的参考价值.

结合当前雷达差分干涉测量(D-InSAR)技术的发展, 以TerraSAR-X 数据为例, 重点研究高分辨率SAR 数据在三峡库区滑坡监测中的应用. 实验结果表明, 利用高分辨率SAR 影像幅度和差分干涉相位信息, 可以成功地检测到三峡库区滑坡发生所处的时间段、地点以及形变, 验证了高分辨率雷达数据InSAR 技术进行滑坡检测的有效性. 针对三峡库区大气效应对差分干涉的影响, 应用时间序列InSAR 技术进行滑坡体的缓慢形变监测, 结果表明滑坡体形变大小和三峡水库的水位变化有一定的关系, 可以为滑坡预警提供重要依据. 高分辨率TerraSAR-X 数据和中分辨率ASAR 数据的形变监测结果的分析比较表明, 由于TerraSAR-X数据具有较短波长以及较高的时间和空间分辨率, 能够取得更好的形变监测效果, 可以应用于滑坡和泥石流等地质灾害的监测和预警等方面的工作.

泥石流与滑坡的监测通常是通过地质调查, 确定应予以避开或重点防护的区域, 进行离散的定点检测或观测. 这种传统的观测无论在时间与地点的选取上都有极大的局限性, 难以对付突发的泥石流地区做出及时与准确的预警. 本文提出用空基高频(HF, 100～300 MHz)雷达窄脉冲探测地表层结构的方案. HF 雷达可穿透十米左右的地表层, 检测作为泥石流激发因素的地表层含水量变化. 本文以粗糙界面与散射体的地表介质层模型, 推导了HF 雷达脉冲波时域Mueller 矩阵解, 数值模拟极化脉冲雷达距离程回波强度变化, 检测正常时与泥石流预警时雷达距离程回波的差异, 在达到一定的差异阈值时, 做出泥石流预警.

提出了一种多卫星载荷探测归一化差异植被指数(NDVI)的差异定量分析与改正新方法. 该方法集成PROSPECT 模型、SAIL 模型和MODTRAN 大气辐射传输模型来模拟不同卫星载荷的遥感信号, 使用遥感模拟信号而非实际卫星图像进行NDVI 差异分析和改正. 信号模拟中考虑了传感器光谱响应和大气条件的影响, 对国内外的30 种卫星载荷探测NDVI 的差异进行了定量分析. 最后, 针对不同卫星载荷探测NDVI 之间存在的差异, 利用模拟数据建立了地面能见度分别为10,23, 50 km 大气条件时30 种国内外主要卫星载荷NDVI 值间的相互转换关系. 本文方法对多载荷NDVI 应用分析具有一定的理论及实用意义.

定量遥感反演由于观测信息量不足, 往往是“病态”反演, 而且在区域研究中格外突出. 本文以MODIS 250 m 估算区域LAI 作为典型案例, 提出了基于空间知识的多尺度多阶段目标决策反演方法, 研究先验知识的引入及其合理使用, 试图为解决区域遥感“病态”反演提供一个合理的解决方案. 首先, 利用不同分辨率的MODIS 影像(1 km, 500 m 和250m)提取地表的多尺度信息, 并将其融入到MODIS 较低分辨率数据的多阶段目标决策反演上, 通过降低空间异质性影响, 提高了粗尺度数据反演参数的准确性; 然后, 粗尺度反演结果作为细尺度反演的先验知识, 再次参与反演, 通过多次反演, 先验知识实现多次更新. 从MODIS_1 km 到MODIS_250 m, 在每一个尺度的反演中, 用最敏感的数据反演最不确定的参数, 实现了有限的数据在模型空间中的合理分配. 基于空间知识的多尺度多阶段目标决策反演方法, 融合了地面实测数据、空间知识、多尺度遥感观测数据, 反演是一个逐步细化的过程, 待反演参数的初始期望更加合理、不确定性范围有效缩小, 反演目标更加明确. 最后利用MODIS 数据反演黑河中游农作物区LAI 对该方法进行了验证, 结果表明这种反演方法较以往传统的区域性参数获取方法更为准确、可靠.

利用海河流域21 个气象站1961～2004 年夏季逐时降水资料, 分析海河流域夏季极端小时降水、降水过程雨强的长期变化趋势. 结论如下: 海河流域夏季总降水量和总降水小时数以及长、短历时降水量均呈减少趋势, 但短历时降水量占总降水量的比重呈增加趋势. 短历时降水过程平均雨强和峰值雨强均呈增加趋势, 到达峰值雨强的时刻略有提前, 可能与这一地区地表气温上升, 而对流层中上层气温下降, 引起上下层热力差异加剧有关. 长历时降水量与东亚夏季风指数的相关系数达到0.63. 尽管近40 年长历时降水量显著减少, 但长历时降水过程平均雨强和峰值雨强, 以及≥10 mm/h 的极端小时降水在流域的东西部呈相反的变化趋势, 即东部呈减少趋势, 西部呈增加趋势. 这一差异可能与流域东西部显著的地形差异有关.

一直以来, 塔克拉玛干沙漠地区的水汽分布仅仅依靠少量的地面和周边探空观测资料分析得到, 缺少对沙漠地区水汽时空分布特征的认识. 利用地基GPS 水汽探测结合静止气象卫星FY2C 红外分裂窗水汽反演, 得到塔克拉玛干沙漠地区高时空分辨率的水汽分布, 结果表明, 总体上, 沙漠周边的水汽多于沙漠内部, 在沙漠周边, 西部多于东部, 北部多于南部, 水汽分布与地形和下垫面性质有关; 在沙漠内部, 塔中以南、和田河以东以及沙漠南部边界围成了一个沙漠地区最干的区域; 和其他地区类似, 即使在沙漠内部, 水汽也存在显著的季节和日变化, 7 月份水汽最多, 月平均为21.37 mm, 12 月份水汽最少, 月平均为8.19 mm; 水汽沿西风带自西向东传输, 2008 年8 月份的数据分析表明, 平均移动速度为50 km h^-1, 主导高度在700～400 hPa.

虽然大范围层状云系内的嵌入对流分布通常表现为杂乱无章、各具特征. 但在观测中发现了, 在一些合适的天气条件下, 也会有一些嵌入对流呈现出有规律性的分布特征, 表现比较突出的是两种情况: 阶梯式不均匀的嵌入对流群和平行式分布的嵌入对流群, 但这方面的文献记载几乎没有. 由于嵌入对流的层状云系是人工影响天气的主要作业对象, 因此从云降水物理的角度来研究特殊分布的嵌入对流的形成发展过程和降水特征具有重要的意义. 本文结合观测资料, 利用中尺度数值模式WRF(V2.2), 对2007 年7 月19～21 日发生在我国的一次大范围降水过程进行了数值模拟, 并根据模拟结果对造成此次降水过程的云系进行了研究, 尤其针对于云系内嵌入对流云的形成、降水及微物理特征进行了深入分析. 研究结果表明WRF 模式对于嵌有对流的云系具有较好的模拟能力. 云系的形成与500 hPa 高空槽和低空辐合线密不可分. 在有利的天气形势影响下, 云系内出现了这两种特殊分布的嵌入对流群. 对于阶梯式不均匀的嵌入对流群, 其降水量的大小也呈阶梯式分布特征, 即最上层的嵌入对流由于发展越高, 冷云和暖云微物理过程越活跃,则降水量越大, 然后由上而下降水量呈阶梯式减少. 对于平行分布的嵌入对流群, 其降水量由南向北, 逐渐减小, 降水量的大小与云体内云水含量的大小密切相关. 本文从一个新角度, 系统地分析了云系内两种特殊分布嵌入对流群的降水过程和微物理特征.

应用准地转正压涡度方程数值研究了初始眉状中尺度涡影响热带气旋(TC)路径的机理. 结果显示, 环境场引导气流、TC 非对称结构和非对称对流系统这三个影响TC 路径的基本因子均具有时变特征, 它们在不同的时段具有不同的重要性, 其中眉状中尺度涡有两种作用. 一种是直接作用, 在0～11 h, 眉状中尺度涡引入后, TC 外区风场呈现非对称结构, 100～300 km 圆环区经向风速平均值大于零, 直接导致TC 向偏北方向移动. 另一种是间接作用, 从初始非轴对称流型启动, TC 环流经历了一个轴对称化的过程. 在12 h 以后, 轴对称化的TC 的空间尺度加大, TC 非对称结构改变, TC 能量频散高值系统环境场引导流增强, 间接导致TC 移速加快, 移向向北偏折. 在直接、间接的作用下, TC 移动具有异常路径的特征. 这个异常路径的形成可以归因于环境场引导气流、TC 非对称结构和非对称对流系统三者的共同作用.

为了检验中尺度模式MM5 和WRF 在大气边界层局地环流研究中的适用性, 本文应用MM5V3.7 和WRFV2.2 对北京地区低层大气中温度场和风场等边界层特征量进行了若干个例模拟, 将模拟结果与该区域19 个自动气象站的观测资料进行相关性检验和误差分析,比较两个中尺度模式对该地区大气边界层中存在的中尺度局地耦合环流结构的模拟能力.结果表明WRF 与MM5 对该地区由海陆风环流、山谷风环流和城市热岛环流共同作用形成的大气边界层局地耦合环流的位置、范围、结构特征和日变化特征的模拟均与实测结果较为吻合; WRF 和MM5 对近地面温度场的模拟精度均明显高于对近地面风场的模拟精度. MM5比WRF 对于地表热力过程的描述更加细致精确, 因而对该地区近地面温度场的模拟精度比WRF 略高. WRF 对近地面风场, 尤其是对阵风背景下的近地面风场结构有比MM5 更好的模拟能力. 另外, 模拟结果以及其统计分析均表明: WRF 与MM5 对近地面风场的模拟精确度均由城郊到市区逐渐降低, 反映了两种模式对城市复杂下垫面精细结构条件下的陆面过程的描述均有待进一步改进.