American Geophysical Union (AGU)

A size effect law for fracture triggering in dry snow slabs of high enough length‐to‐thickness ratio is formulated, based on simplified one‐dimensional analysis by equivalent linear elastic fracture mechanics. Viscoelastic effects during fracture are neglected. The derived law, which is analogous to Bažant's energetic size effect law developed for concrete and later for sea ice, fiber composites, rocks, and ceramics, is shown to agree with two‐dimensional finite element analysis of mode II cohesive crack model with a finite residual shear stress. Fitting the proposed size effect law to fracture data for various slab thicknesses permits identifying the material fracture parameters. The value of preexisting shear stress in a thin weak zone of finite length is shown to have significant effect. There exists a certain critical snow depth, depending on the preexisting stress value, below which the size effect disappears. Practical applications require considering that the material properties (particularly the mode II fracture toughness or fracture energy) at the snow slab base are not constant but depend strongly on the slab thickness. This means that one must distinguish the material size effect from the structural size effect, and the combined size effect law must be obtained by introducing into the structural size effect law dependence of its parameters on snow thickness. The thickness dependence of these parameters can be obtained by matching the combined law to avalanche observations. Matching Perla's field data on 116 avalanches suggests that the mode II fracture toughness is approximately proportional to 1.8 power of snow thickness.

Vertical profiles of nitrous oxide and methane at high latitudes (57–72°N; 64–89°S) were observed by the Improved Limb Atmospheric Spectrometer (ILAS) solar occultation sensor aboard Advanced Earth Observing Satellite. These measurements were made continuously from November 1996 through June 1997 with some additional periods in September–October 1996. A validation study of the nitrous oxide and methane data processed with the Version 5.20 ILAS retrieval algorithm is presented in this paper. Comparisons are made with (1) nitrous oxide and methane obtained by the ILAS validation balloon campaigns at Kiruna, Sweden, and at Fairbanks, Alaska, in the Arctic; (2) nitrous oxide and methane by the Photochemistry of Ozone Loss in the Arctic Region in Summer aircraft campaign in the Arctic; (3) nitrous oxide by the ground‐based spectroscopic measurements and by the aircraft‐based remote sensing measurements in the Arctic; and (4) methane by satellite measurements of the Version 19 Halogen Occultation Experiment in the Arctic and Antarctic. Comparisons of ILAS nitrous oxide and methane with Upper Atmosphere Research Satellite Reference Atmosphere data are also made. The results of the comparisons and additional ILAS internal consistency analyses are as follows: (1) the uncertainty of ILAS nitrous oxide is better than 10% over 10–30 km in altitude, and is larger than 50% over 30–40 km, which is comparable to the expected total errors of the ILAS measurements; (2) the uncertainty of ILAS methane is better than 10% over 10–50 km, except for 15–30 km in winter with positive biases exceeding 20%, which is smaller than or comparable to the expected total errors of the ILAS measurements (the quality of ILAS methane in the polar lower stratosphere is better in summer than in winter). In summary, the characteristics of ILAS measurements, i.e., high sampling frequency in polar latitudes with high vertical resolution, along with the good quality of ILAS Version 5.20 nitrous oxide for 10–40 km and the good quality of ILAS Version 5.20 methane for 10–50 km except for 15–30 km in winter, make the ILAS nitrous oxide and methane data set valuable for scientific study of various polar stratospheric phenomena.

Recent theories of solid polar stratospheric clouds (PSCs) formation have shown that particles could remain liquid down to 3 K or 4 K below the ice frost point. Such temperatures are rarely reached in the Arctic stratosphere at synoptic scale, but nevertheless, solid PSCs are frequently observed. Mesoscale processes such as mountain‐induced gravity waves could be responsible for their formation. In this paper, a microphysical‐chemical Lagrangian model (MiPLaSMO) and a mountain wave model (NRL/MWFM) are used to interpret balloon‐borne measurements made by an optical particle counter (OPC) and by the Absorption par Minoritaires Ozone et NO_x (AMON) instrument above Kiruna on February 25 and 26, 1997, respectively. The model results show good agreement with the particle size distributions obtained by the OPC in a layer of large particles, and allow us to interpret this layer as an evaporating mesoscale type Ia PSC (nitric acid trihydrate) mixed with liquid particles. The detection of a layer of solid particles by AMON is also qualitatively reproduced by the model and is interpreted to be frozen sulfate acid aerosols (SAT). In this situation, the impact of mountain waves on chlorine activation is studied. It appears that mesoscale perturbations amplify significantly the amount of computed ClO, as compared to synoptic runs. Moreover, MiPLaSMO chemical results concerning HNO₃ and HCl agree with measurements made by the Limb Profile Monitor of the Atmosphere (LPMA) instrument on February 26 at a very close location to AMON, and explain part of the differences between LPMA measurement and Reactive Processes Ruling the Ozone Budget in the Stratosphere (REPROBUS) model outputs.

The Improved Limb Atmospheric Spectrometer (ILAS) on board the Advanced Earth Observing Satellite (ADEOS) measured nitrogen dioxide (NO₂) and nitric acid (HNO₃) profiles from November 1996 to June 1997 at high latitudes in both hemispheres. The ILAS NO₂ profiles (version 5.20) are compared with those obtained by balloon‐borne and satellite measurements to validate ILAS NO₂ data. Comparisons with balloon‐borne measurements indicate that ILAS NO₂ at 25–30 km has a positive bias of 0.3–0.4 ppbv (6–11%). The random difference in NO₂ at 25–30 km is 0.2–0.3 ppbv (3–9%). The random error in the ILAS NO₂ measurements is larger than 100% below 20 km and above 45 km, where the NO₂ mixing ratios were less than 1.0 ppbv. It is possible that ILAS NO₂ values were lowered by optically thick aerosols with aerosol extinction coefficients at 780 nm of greater than 0.001 km⁻¹. The lack of diurnal correction along the line of sight contributes to the positive bias in the ILAS NO₂ values below 25 km. Agreement of the ILAS NO₂ values with those by the Polar Ozone and Aerosol Measurement (POAM) II instrument is within 10–30% at 25–35 km. The agreement with the Halogen Occultation Experiment (HALOE) is as good as ±10% at 25–40 km. ILAS HNO₃ (version 5.20) agrees with balloon‐borne HNO₃ to within 0.1 ppbv (0–1%), and the random difference is within 10% at 25–30 km.

Mỗi vụ phun trào lớn của magma không phải bazan đều khai thác một bể magma có tính chất nhiệt và thành phần vừa phân tầng. Hầu hết các vụ phun trào nhỏ cũng khai thác những phần của các hệ thống magma có tính chất không đồng nhất và đang tiến hóa. Nhiều loại tuff dòng tro có thành phần phân tầng cung cấp ví dụ về các gradient dự phòng trong T và ƒ_O2, trong thành phần hóa học và đồng vị, cũng như trong sự đa dạng, độ phong phú, và thành phần của phenocrysts. Những gradient này giúp hạn chế các cơ chế phân hóa magma hoạt động trong mỗi hệ thống. Sự giảm thiểu theo chiều hướng lên phía nóc của cả T và hàm lượng phenocryst gợi ý về các gradient nồng độ nước trong các buồng magma. Các khoảng cách thành phần rộng là đặc điểm chung của các vụ phun trào lớn, chứng minh sự tồn tại của những khoảng cách như vậy trong nhiều hệ thống magma. Gần như tất cả các hệ thống magma đều 'cơ bản là bazan' theo nghĩa rằng các magma từ mantles cung cấp nhiệt và khối lượng cho các hệ thống vỏ trái đất, nơi diễn ra quá trình tiến hóa với nhiều dải thành phần khác nhau. Phản hồi giữa quá trình nóng chảy của vỏ và việc chặn đứng các xâm nhập bazan tập trung và khuếch đại các bất thường magma, ức chế hoạt động núi lửa bazan, tạo ra và duy trì các buồng magma trong lớp vỏ, và đôi khi kết thúc bằng hiện tượng biến dạng lớn. Việc thoát khí của bazan đang kết tinh ở đáy của những hệ thống này cung cấp một dòng He, CO₂, S, halogen, và các thành phần khác, một số có thể ảnh hưởng tới quá trình vận chuyển hóa học trong các vùng silic chiếm ưu thế phía trên. Các magma bazan trở thành andesitic thông qua quá trình phân ly đồng thời và hấp thu các chất nóng chảy một phần qua một khoảng chiều sâu lớn trong quá trình thấm lên kéo dài qua một mạng lưới các ống dẫn trong vỏ. Sự phân tầng trong dải thành phần andaritic-dacit phát triển sau đó trong các buồng magma, chủ yếu thông qua sự phân ly tinh thể. Một số chất lỏng dacitic và rhyolitic có thể tách biệt khỏi các nguồn ít silic hơn thông qua các lớp biên tăng lên dọc theo các bức tường của các buồng magma đang đối lưu. Tuy nhiên, nhiều rhyolite lại là các chất nóng chảy một phần trực tiếp từ đá vỏ, và một số khác phân ly từ các nguồn trung gian giàu tinh thể. Sự phân tầng của magma rhyolitic chủ yếu diễn ra bởi quá trình nhiệt khuếch tán trong trạng thái lỏng và sự phức tạp của các chất bay hơi; các gradient cấu trúc lỏng có thể quan trọng, và các gradient nhiệt giữa các lớp biên buồng magma là rất quan trọng. Các bệ batholith silic nội lục hình thành nơi mà tướng địa chất mở rộng ưu đãi sự hợp nhất của các chất nóng chảy trong vỏ thay vì hợp nhất với magma bazan xâm nhập. Nhưng các bệ batholith Cordilleran lại là kết quả của việc tiêm thụ động kéo dài của vỏ bởi bazan, mà hybrid hóa, phân ly, và làm nóng trước lớp vỏ với các mẫu trước là mafic tới trung gian, kết thúc bằng việc di chuyển biến dạng quy mô lớn của các vùng nóng chảy một phần từ đó magma granodioritic tách biệt ra. Phần lớn sự biến đổi giữa các hệ thống magma có thể phản ánh sự dao động chiều sâu của tỷ lệ tương đối trong vận chuyển magma, nhiệt, và các thành phần bay hơi, như bị điều khiển lần lượt bởi định hướng và độ lớn tương đối của các tải trọng chính trong lớp vỏ, độ dày và thành phần của lớp vỏ ảnh hưởng, cũng như sự thay đổi trong tỷ lệ và độ lâu dài của việc cung cấp magma bazan. Việc mở rộng lớp vỏ có thể giảm sự nhạy cảm của các magma bazan đối với quá trình hybrid hóa trong lớp vỏ, nhưng nó cũng có thể làm tăng vai trò của các chất bay hơi từ mantle trong việc vận chuyển hóa học.

The Sub‐Millimetre Radiometer (Odin/SMR) on board the Odin satellite, launched on 20 February 2001, performs regular measurements of the global distribution of stratospheric nitrous oxide (N₂O) using spectral observations of the J = 20 → 19 rotational transition centered at 502.296 GHz. We present a quality assessment for the retrieved N₂O profiles (level 2 product) by comparison with independent balloonborne and aircraftborne validation measurements as well as by cross‐comparing with preliminary results from other satellite instruments. An agreement with the airborne validation experiments within 28 ppbv in terms of the root mean square (RMS) deviation is found for all SMR data versions (v222, v223, and v1.2) under investigation. More precisely, the agreement is within 19 ppbv for N₂O volume mixing ratios (VMR) lower than 200 ppbv and within 10% for mixing ratios larger than 150 ppbv. Given the uncertainties due to atmospheric variability inherent to such comparisons, these values should be interpreted as upper limits for the systematic error of the Odin/SMR N₂O measurements. Odin/SMR N₂O mixing ratios are systematically slightly higher than nonvalidated data obtained from the Improved Limb Atmospheric Spectrometer‐II (ILAS‐II) on board the Advanced Earth Observing Satellite‐II (ADEOS‐II). Root mean square deviations are generally within 23 ppbv (or 20% for VMR‐N₂O > 100 ppbv) for versions 222 and 223. The comparison with data obtained from the Michelson Interferometer for Passive Atmospheric Sounding (MIPAS) on the Envisat satellite yields a good agreement within 9–17 ppbv (or 10% for VMR‐N₂O > 100 ppbv) for the same data versions. Odin/SMR version 1.2 data show somewhat larger RMS deviations and a higher positive bias.

Chỉ sau 0600 UT vào ngày 7 tháng 4 năm 2000, một sự gián đoạn tiếp tuyến (TD) trong gió mặt trời đã đi qua vệ tinh Advanced Composition Explorer (ACE). Nó được đặc trưng bởi sự xoay chiều của từ trường giữa các hành tinh (IMF) khoảng ∼145° và sự giảm hơn gấp đôi mật độ plasma. Khoảng 50 phút sau, vệ tinh Polar đã gặp phải những biểu hiện phức tạp hơn của sự gián đoạn gần trưa ở vùng từ trường ngoài Bắc Cực. Dựa trên các quan sát của Polar, mô hình lý thuyết và các mô phỏng MHD, chúng tôi diễn giải sự kiện này cho thấy rằng (1) một sóng hiếm chế độ nhanh đã được tạo ra trong tương tác giữa TD và chấn động mũi tên, (2) sóng nhanh đã mang một phần đáng kể sự thay đổi mật độ đến biên giới từ trường trong khi phần còn lại ở lại với sự gián đoạn được truyền qua, và (3) sự hợp nhất từ trường đã xảy ra giữa các đường sức từ IMF trong vùng từ trường ở cả hai phía của bề mặt gián đoạn khi nó tiếp cận biên giới từ trường. Trước khi sự gián đoạn đi qua vệ tinh, Polar đã phát hiện ra các ion bị gia tốc ngược chiều với B trong sóng nhanh và vuông góc với B trong cấu trúc chế độ chậm yếu được đặt cạnh và liền kề với sóng nhanh. Các ion bị gia tốc ngược chiều trong sóng nhanh không có dấu hiệu phân tán vận tốc ion có thể đo được, cho thấy nguồn gốc của chúng ở vài R_E về phía xích đạo của Polar. Kết quả mô phỏng, một bài kiểm tra Walén, các phát hiện dòng Poynting của sóng song song với B, dòng nhiệt electron hai chiều, và sự gia tăng vận tốc ion đều cho thấy rằng ba đợt ion liên quan đến sự đi qua của sự gián đoạn là dấu hiệu của các sự kiện hợp nhất từ trường phụ thuộc theo thời gian trong vùng từ trường.

Nghiên cứu hiện tại xem xét sự tương tác của các gián đoạn gió mặt trời với sóng sốc mũi của Trái Đất, sử dụng các quan sát đa điểm trong vùng magnetosheath bởi Lịch sử Thời gian của các sự kiện và Các tương tác quy mô lớn trong các cơn bão từ (THEMIS), Cluster và Double Star TC1. Chúng tôi tập trung vào sự biến dạng và phát triển của hai gián đoạn được quan sát vào ngày 21 tháng 6 năm 2007, một trong số đó liên quan đến sự tăng mật độ và giảm từ trường, trong khi gián đoạn kia có sự giảm mật độ và tăng từ trường. Trong magnetosheath, các gián đoạn bị biến dạng thành hình cong; tức là, độ pháp hướng về phía chiều tối (sáng) ở bên sáng (tối). Gián đoạn tăng mật độ (giảm) đang bị nén (mở rộng) khi nó lan truyền trong magnetosheath. Chúng tôi kết luận rằng sự nén (mở rộng) là do chuyển động ngược hướng về phía mặt trời (hướng về phía mặt trời) của sóng sốc mũi, được khởi xướng hoặc tăng cường bởi tác động của gián đoạn lên sóng sốc mũi. Sự dốc đứng của B_z đảo ngược theo sau là sự vượt quá của tổng từ trường, xuất hiện ở rìa sau của gián đoạn giảm mật độ, cũng được thảo luận.

Chúng tôi nghiên cứu bảy khoảng thời gian mà IMP 8 đã nhiều lần vượt qua sóng chấn của Trái Đất trong các thời điểm mà dữ liệu IMP 7 có sẵn để theo dõi các điều kiện gió mặt trời bên ngoài. Vị trí của các cuộc gặp gỡ sóng chấn tương ứng với các mô hình hình dạng sóng tham chiếu được chuẩn hóa theo các điều kiện gió mặt trời. Chúng tôi nhận thấy rằng nhiều lần vượt qua thường có thể được giải thích là do sự thay đổi trong các tham số gió mặt trời bên ngoài. Chúng tôi cũng phát hiện rằng sự chuyển động vào trong của sóng chấn đi kèm với mật độ magnetosheath lớn ngay trước khi sóng chấn quét qua tàu vũ trụ. Chúng tôi thực hiện một phân tích tối thiểu bình phương chi ( chi‐square minimization analysis) sử dụng một tập hợp hạn chế các điều kiện Rankine‐Hugoniot qua các sóng chấn để xác định tốc độ và pháp tuyến của chúng; chúng tôi thấy rằng tốc độ sóng chấn nói chung nhất quán với các chuyển động sóng chấn vào trong và ra ngoài được giả định. Dù các cuộc vượt qua được quan sát ở phía bình minh hay phía hoàng hôn, hầu hết các cấu trúc sóng chấn là gần vuông góc do sự thay đổi trong định hướng trường bên ngoài ngay phía trên sóng chấn. Các định hướng của pháp tuyến nhất quán với một mô hình trong đó các hiệu ứng của sự thay đổi trong điều kiện bên ngoài lan truyền như những biến dạng hình dạng sóng chấn, di chuyển từ đỉnh xuống hai bên.