基于多模式降水集成的陆气耦合洪水预报

针对基于单模式陆气耦合模型在洪水预报中存在的不确定性问题,利用三种数值天气预报模式MC2、GEM与T213开展基于多模式降水集成的陆气耦合洪水预报研究。通过淮河流域2007～2009年3场暴雨洪水验证表明:基于多模式降水集成的陆气耦合洪水预报可以有效地减小不确定性、提高精度和稳定性;但基于多模式降水集成的陆气耦合洪水预报对小尺度局地强降水仍存在较大的不确定性,今后需对此展开进一步的研究,以给出更加稳定、可靠的洪水预报结果。     

卫星资料在暴雨数值模拟中的应用研究

分析研究了2001年5月15日～8月15日3个月GMS卫星资料在湖南资水流域实时数值预报中的应用以及将TRMM(Tropical Rainfall Measuring Mission)卫星上的TMI(Microwave Imager)雨水资料适时融入数值模式改变当时模式中雨水分布场,数值模拟还研究了发生在淮河流域的10次暴雨过程。结果表明:资水流域3个月的实时预报效果良好,准确预报出其中出现的3次致洪暴雨和1次特大暴雨;对淮河流域暴雨,由于TMI资料空间分辨率较高,能够很好地反映中小尺度系统的空间结构,加入模式后使得模拟出来的降雨强度,雨量中心时空分布更接近实际情况,10次暴雨过程的TS评分较不使用TMI资料更好。     

TIGGE降雨信息在柴河流域洪水预报中可利用性评估

基于全球多模式集合预报(TIGGE)资料,以柴河流域为研究区域,采用TS评分、Brier评分和Talagrand分布等方法对欧洲中期天气预报中心(ECMWF)、美国国家环境中心(NCEP)和英国气象局(UKMO)三个中心集合预报的6h、12h、24h短期降雨量进行定量评估和对比,并分别以实测降雨和NCEP预报降雨驱动新安江模型模拟洪水过程,据此探讨了集合降雨预报的可利用性。得到两个重要结论:ECMWF、NCEP和UKMO对低雨量级降雨的预报效果较好,各雨量级的预报效果有随预见期增长而增加的趋势,且普遍存在空报率较高、漏报率偏低的情况;集合降雨预报信息可应用于新安江模型进行洪水预报,并能够有效的延长洪水预报的预见期。研究成果可在适当条件下推广应用至其它流域的洪水预报作业中。     

甘肃省陇西县地质灾害气象条件分析

利用陇西县近20年的地质灾害与降水资料,分析发生地质灾害的主要区域和具体地点及危害程度和分布特征,研究了引发地质灾害的气象条件。研究结果表明:山体滑坡、地裂缝、塌陷和泥石流是陇西县主要的地质灾害类型,地质灾害时段主要集中在局部强降雨和暴雨出现的夏季(5～8月)。地质灾害发生有多方面因素构成,大—暴雨、暴雨降水过程是地质灾害发生的决定条件,其次是人为性破坏了地质原有结构,导致出现或诱发地质灾害。我们在探讨地质灾害形成的主要成因的基础上,确定了地质灾害发生的降水强度标准,再根据多年的预报经验,寻找出相关性较好的预报因子,应用气象资料分析判断引发地质灾害可能性大小,发布预警信号和地质气象灾害预警发布和防御流程。     

数据挖掘算法在高寒草地退化驱动因素相关性分析中的应用

高寒草地的退化受到众多自然、人为活动的影响,退化与驱动因素之间的耦合关系复杂。本文以青海省称多县为研究区,提取2005—2014年归一化植被指数(NDVI,normalized difference vegetation index)时间序列数据集,结合温度、降水、社会经济因素,运用基于数据挖掘的提升度算法进行相关性分析,研究影响高寒草地退化指标与表示高寒草地退化指标之间两者的关系。本文采用提升度算法针对3个等级的NDVI、可食量、植株高度与相应的温度、降水、鼠害和放牧强度之间的关系进行分析,能够更精确地分析各驱动因子在不同等级取值范围下对草地不同等级退化的贡献率,发现驱动因素与草地退化之间的影响关系并不是单向的,而是到达一定的程度时会出现逆向影响关系。本研究得到如下结论:(1)草地植被覆盖度低与气温和降水存在负相关;(2)草地可食量低与气温和人口存在负相关,与牲畜存在正相关;(3)地上植株高度低与牲畜呈现正相关。     

夏季黄海冷水团海域的丙烯酸分布与海洋环境因子和叶绿素a变化之间的关系

海水中主要含硫化合物β-二甲基巯基丙酸内盐(DMSP)降解可产生丙烯酸(AA)和活性气体二甲基硫(DMS)。2011年8月对黄海冷水团海域的AA及相关参量的分布特征进行了研究。结果表明,该海域表层海水中AA的浓度为0~0.208μmol/L,平均值为(0.081±0.075)μmol/L。AA的高值区出现在海域的东南部,可能是受到长江冲淡水的影响。AA的浓度总体上呈现出由南到北递增的趋势,与Chl-a较为一致,表明该海域的AA主要是由DMSP裂解产生的。表层海水中AA与温度表现出明显的负相关性。AA的垂直分布表现为:中层底层表层,这可能是产生AA的浮游植物与消耗AA的细菌共同作用的结果。海域中AA浓度与DMSP或DMS无明显的相关性。AA浓度远高于DMS,AA/DMS平均为106∶1,初步估算出DMSP降解产生的AA约为66.5%。AA/Chl-a平均为126.6 mmol/g,比DMSP/Chl-a高1个数量级,比DMS/Chl-a高2个数量级。     

“0506”华南持续性暴雨的季风环流背景

提出了确定东亚夏季风活动区域、划分热带季风和副热带季风活动区域的指标,利用大气对流层风速、位势高度、湿度、温度、OLR以及TBB等NCEP/NCAR资料,从月、候和过程平均多种时间尺度,诊断分析了2005年6月(简称“0506”)华南持续性暴雨的季风环流活动变化特征.结果表明:副热带高压强度偏强,西脊点位置偏西偏南,热带西太平洋(130°～140°E)区域越赤道气流偏强,华南处于气旋性低压异常区,无论是月时间尺度还是暴雨过程时间尺度都表现出这些明显特征;暴雨过程水汽除了来源于孟加拉湾和南海外,水汽通量异常部分主要来自南海和热带西太平洋,热带西太平洋水汽随着副高边缘气流经过南海向华南输送,从而为暴雨过程提供了丰富的水汽来源;2005年6月热带季风前沿在华南沿海地区停滞时间比气候平均偏长(2候),该特征是华南暴雨预报值得参考的信号;6月整个南海地区平均季风偏强,主要体现于经向风明显偏强,但华南持续性暴雨过程开始于南海地区夏季风非活跃期,这与热带季风季节内振荡向北传播到华南有关.以上季风活动变化特征为华南强降水提供了有利的动力条件和丰富的水汽来源.     

黑河流域地下水氘过量参数特征

利用δ(18O)和δ(D)资料对黑河流域的冰雪融水、地表水、地下水的氘过量参数(d值)特征的研究结果表明:①黑河流域源区祁连山区冰雪融水的d值特别偏正,为16.0‰～24.8‰;②张掖盆地细土平原浅层地下水的d值(9.0‰～12.0‰)与深层地下水的d值(16.6‰～21.8‰)表现出明显的差异性,指示着不同的补给来源,浅层地下水主要由大气补给,深层地下水反映出冰雪融水补给的特点;酒泉盆地浅层和深层地下水的d值接近(介于15.8‰～19.6‰间),主要以山区冰雪融水和基岩裂隙水补给为主;③额济纳盆地大部分浅层地下水的d值介于2.6‰～8.8‰间,受到了一定程度的蒸发作用,这是干旱地区地下水的特殊特征;④古日乃地区地下水的d值特别偏负,达-30‰左右,这种现象在全球极为罕见;⑤东居延海地区附近的深层承压水的d值(-2.4‰～-1.0‰)也表现出了一定的特殊性,表明该区地下水是在较寒冷的气候条件下形成的;⑥东居延海地表水和天鹅湖湖水的δ(18O)和δ(D)均为正,远大于了海水的氧氘值,而且d值异常偏负,达-55.2‰～ -35.8‰,这可能是极度干旱的环境下地表水过度蒸发的结果.研究揭示了流域水循环转化过程中和大气降水、冰雪融水、地表水、地下水之间的相互关系及其作用,为流域水资源管理和生态环境保护提供了有意义的信息.     

CMIP5多模式对中国及各分区气温和降水时空特征的预估

利用7个参加耦合模式比较计划第五阶段(CMIP5)的全球气候模式模拟数据,在RCP4.5、RCP8.5两种排放情景下,从年、季、月尺度上对中国以及中国的7个区域的气温和降水进行未来情景预估分析。分析结果表明:2010~2099年,两种情景下中国的气温增加明显,并呈现出春弱秋冬(尤其是一、八、九、十一、十二月)强的特征,北部(N)、西北东部(ENW)、西北西部(WNW)、西藏(Tibet)的升温趋势高于其他地区。RCP8.5情景下的气温线性趋势值大部分都高于RCP4.5情景下的值。在RCP4.5情景下,2060~2099年东北部(NE)呈现降温。两种情景下,全国降水量也呈增加趋势,呈现由东南向西北递减的地理分布,并表现出冬弱春夏强的季节变化特征。西北西部(WNW)在全年降水偏少,春夏季黄河以北降水趋势较小,降水大值中心在长江以南地区,尤其是在五、六、七、八月份。秋季,在RCP4.5、RCP8.5情景下SE降水线性趋势分别低于或等于全国平均水平,东北部(NE)、北部(N)、西北东部(ENW)的降水线性趋势略高。在2010~2039年,在RCP8.5情景下西南(SW)的降水减少。     

一个耦合气候系统模式模拟的中全新世时期亚洲季风系统变化

本文分析了一个耦合模式FGOALS_g1.0对工业革命前气候(0ka)和中全新世时期(6ka)亚洲夏季风的模拟结果。在该研究中我们主要分析季风降水变率较大的区域,即东亚夏季风区(20°～45°N,110°～120°E)和印度夏季风区(10°～30°N,70°～80°E)。尽管耦合模式的普遍偏差依然存在,该模式反映出亚洲季风系统是海陆热力性质差异的结果,并较好地模拟出了0ka亚洲夏季风大尺度环流的特点和季节变化的特征。6ka和0ka比较分析的结果表明,6ka时期欧亚大陆增暖,海陆温度梯度加强; 印度夏季风降水从南亚大陆北移到 30°N 附近,位于青藏高原南侧的降水大值中心降水加强; 东亚季风区降水则表现为华北地区减少,长江流域和华南地区降水增加的特点。但合理地模拟季风爆发仍然是耦合气候系统模式的难点之一。
6ka时期亚洲夏季风变化是和大尺度季风环流的变化联系在一起的,而其根本原因是中全新世时期地球轨道参数变化所引起的太阳辐射变化,北半球季节循环的振幅加强。海陆热力性质的差异所导致海陆温差加大使得北半球的季风环流加强,印度夏季风高空东风在 20°～30°N 加强,低层赤道东风加强,跨赤道后的西南气流向北推移,从而使得印度夏季风降水雨带北移到 30°N 附近。东亚季风区的高低空温度场的配置使得副热带高空急流减弱,位置偏南,从而有利于华北地区的高空出现异常的辐合,中层为异常的辐散,抑制了季风降水的发展; 长江流域和华南地区则相反,季风降水降水加强。     

循环荷载下黏弹性饱和土层的一维固结

针对单层黏弹性地基Merchant模型,运用Laplace变换,求得频域内单层黏弹性地基的一维固结解。通过Laplace逆变换,计算了单层黏弹性地基在任意循环荷载下的有效应力及平均固结度。此外,结合工程实例,研究了Merchant模型各参数对循环荷载下黏弹性地基固结的影响。结果表明,在黏弹性地基的固结过程中,有效应力和沉降的发展速率是不一致的,黏壶的存在使地基固结初期的有效应力增长加快,而使固结后期的有效应力增长减慢,同时使变形的发展滞后于有效应力的发展。研究结果亦表明,循环荷载下土体的固结对独立弹簧模量的变化要比Kelvin体中弹簧模量的变化敏感。     

变荷载下基于指数形式渗流的一维固结分析

建立了考虑指数形式渗流以及变荷载条件下的一维固结微分方程,采用相对稳定的Crank-Nicolson差分格式获得控制方程的差分解答并验证了计算程序的可靠性。结果表明,当指数大于1时,较小时间因子下固结速率比达西渗流快,较大时间因子下固结速率比达西渗流慢;而当指数小于1时,较小时间因子下固结速率比达西渗流慢,较大的时间因子下固结速率比达西渗流快。在土层厚度相同的情况下,指数大于1时作用于土层的荷载越小,固结速率越慢;基于指数形式渗流,传统一维固结理论中室内土样固结与实际地基土层固结之间的相似关系不再成立;加荷速率越快,则土层的固结速率越快。     

基于SOBEK的黄河口一维水力学模型适用性研究

基于黄河口生态环境需水及其配置研究的需要,以平水年洪水过程资料为基础,在黄河下游河口段建立了一维河流数学模型,对年度内及年际间的流量水位过程进行模拟,研究模型的适用性。结果表明,模型在冬季冰冻期内的适用性较低,主要原因为冬季冰封期使模型运用条件发生改变,模拟结果出现误差;去除冰封时段后,模型适用性得到恢复,满足河段的年内应用;而年际间模拟结果表明,河床高程变动是影响模型精度的主要原因,在充分考虑河床的冲淤变化后,经适当校正,模型在河口段仍具有较高的适用性。     

洞庭湖砂纹淤泥质土一维固结蠕变模型研究

利用一维固结蠕变试验研究洞庭湖砂纹淤泥质土的蠕变特征,建立了适用于描述洞庭湖砂纹淤泥质土应力-应变-时间关系的经验蠕变模型。研究结果表明,轴向应变 与时间t在双对数坐标系中呈良好的线性递增关系。随着固结应力的增加, - 关系曲线的斜率显著减小,且相邻两级荷载作用下 - 关系曲线的间距逐渐变短。在高应力水平下, - 关系曲线趋于水平,同时曲线斜率减小的速率明显降低。双曲线函数比指数函数更为适合描述洞庭湖砂纹淤泥质土的应变-应力关系,将Singh-Mitchell模型中的应变-应力关系修正为双曲线型比较符合工程实际。发现 - 关系曲线的斜率与固结应力呈双曲线函数关系。在此基础上,建立了反映应力水平影响、适用于描述洞庭湖砂纹淤泥质土蠕变特性的5参数修正Singh-Mitchell模型。     

高应力下颗粒材料一维力学特性研究(I):压缩性质

高水平应力作用下,砂土等颗粒材料中的颗粒将发生破碎。一方面,颗粒破碎导致材料的颗粒分布曲线发生变化：材料中的粗颗粒含量减少,细颗粒含量增加;另一方面,颗粒的破碎引起了能量的转化。由能量守恒定律,作用过程中外力所做的功一部分由粒间摩擦力转化成热能,而另一部分则消耗到颗粒破碎过程中。利用表面物理学理论,颗粒破碎能可以表达为颗粒表面张力在颗粒破碎中所作的功。由此得到了一维压缩条件下颗粒破碎量与宏观压缩量之间的关系表达式。为了验证得到的关系式,开展了砂土的一维压缩试验,并进行了试验数据的整理分析。研究结果表明,所得关系表达式能较好地反映高水平应力作用下颗粒破碎对颗粒材料压缩性的影响。     

垃圾土一维压缩修正公式及有机物降解验证试验研究

针对垃圾填埋场沉降计算问题,考虑垃圾土中有机物降解及对降解过程中重度变化,在张振营压缩量计算方法的基础上推导了垃圾土一维压缩计算的修正公式;通过垃圾土有机物降解试验和计算分析,研究了有机物的降解规律;以相同配比的垃圾土进行了垃圾土柱的沉降和计算参数试验,对推导的垃圾土一维压缩计算修正公式进行了验证。研究表明,修正的计算公式能考虑更多的影响因素,有机物的降解规律可以用Richards生物生长规律来模拟,修正的计算公式能够合理地计算出垃圾土沉降的过程。     

循环荷载作用下考虑非达西渗流的软黏土一维流变固结分析

基于Hansob渗流理论和Merchant流变模型,将微分型流变方程耦合到一维固结理论中,建立了循环荷载作用下双变量表述的软黏土一维流变固结耦合方程组。采用FlexPDE软件对方程组进行了求解,通过与已有文献结果对比,验证了算法的可靠性,在该基础上研究了循环荷载作用下饱和软黏土的一维流变固结特性,分析了Hansob渗流参数、Merchant流变模型参数以及循环荷载类型对饱和软黏土固结特性的影响。研究结果表明,按超孔压定义的平均固结度 和按变形定义的平均固结度 均呈现循环变化特征,且 > ;当循环周次较大时, 进行稳定循环状态,由于流变效应, 峰值仍呈逐渐增大趋势;随着Hansob渗流参数 和 的逐渐增大,地基固结速率逐渐降低,同一循环周次内 、 的峰值也随之降低;随着流变参数F的逐渐增大,同一循环周次内 的峰值逐渐降低, 的峰值显著提高;随着 的逐渐增大,同一循环周次内 、 的峰值逐渐降低。循环荷载作用下地基的平均固结度始终处于循环状态,无法达到固结完成状态,其最大平均固结度也远小于线性荷载的情况。     

CSR钻探方法在中国矿产勘探中的应用与发展

全面论述了ＣＳＲ钻探方法在中国矿产勘探中的应用与发展过程，同时介绍了实现ＣＳＲ钻探方法国产化时，根据我国情选择和设计钻探设备，钻具以及配套技术工艺等方面所取得的成果和创新。     

PS溶液渗透对非饱和土的增强效应研究

特定模数硅酸钾溶液(PS)已广泛的用于我国西北干旱地区土遗址加固保护工程中,并且取得了显著的效果.但是PS对潮湿地区遗址土加固效果,目前尚缺乏成熟的理论和实验验证.本文从室内试验的资料出发,研究PS对潮湿地区土遗址非饱和土的增强效应.本次研究土样取自位于潮湿环境中的浙江杭州良渚土遗址(3000 B C.),在实验室内对...     

钙质砂一维冲击响应及吸能特性试验

钙质砂为海相沉积的多孔介质,是防护工程分配层的理想填充材料。利用改进的铝制分离式霍普金森压杆（split Hopkinson pressure bar,简称SHPB）,分别对颗粒级配以及相对密实度相同的南海钙质砂和福建石英砂进行了83组一维冲击试验,得到了应力波透射率、冲击响应和吸能效率曲线,分析了应变率、相对密实度和含水率对两种砂冲击特性的影响。结果表明,相同的荷载和边界条件下,钙质砂的刚度仅为石英砂的1/10。由于内孔隙的存在,钙质砂对冲击波的衰减作用大于石英砂,在承载性能允许的情况下,适当减小相对密实度、增加含水率可有效提高分配层消能效果。