东亚冬季风异常与全球大气环流变化 Ⅱ.冬季风异常对全球热带海温变化的影响

作为冬季风研究系列中的第Ⅱ部分,首先对第Ⅰ部分中的强弱冬季风个例所对应的海温状况进行对比研究。然后,利用中国气象局的４６年历史资料挑选出多个强弱冬季风个例进行合成分析,以进一步探讨个例分析中的一些主要结果。最后,引用奇异值分解方法来诊断分析冬季风异常对海温的影响。分析结果表明：冬季风异常不但造成了同期大尺度环流形势的差异,而且对后期环流和天气状况也有较大的影响;环流异常的持续性与海温异常的持续性密切相关,海温可能是维持这种持续异常的中介,它在冬夏季环流的隔手相关中起了重要的作用。     

非一致地震激励地下综合管廊振动台模型试验研究(I)——试验方法

针对浅层软土中埋设的矩形截面地下综合管廊进行了非一致地震激励下的振动台模型试验研究。作为首个此种类型结构非一致激励的振动台试验工作,本文主要介绍试验方法,重点包括试验方案设计、开洞试验模型箱与模型结构设计,根据试验的特殊要求而开发的土体滑移传感器和地下结构接头位移测量装置,以及人工合成输入地震波动时程的方法与步骤。上述试验设计方法可供今后类似试验工作参考。试验结果分析及数值模型验证结果将在后续系列论文中介绍。     

非一致地震激励下综合管廊接头响应数值模拟

以横向有接头地下综合管廊非一致激励振动台试验为基础,基于有限元软件ABAQUS,建立了土-地下综合管廊结构数值模型,采用非线性弹簧单元模拟地下综合管廊的接头。分析了模型箱的边界效应、加速度响应、位移响应、以及管廊接头响应,有限元计算结果与试验实测结果进行对比分析,二者对比结果呈一致趋势,非线性弹簧单元可为生命线工程结构接头数值模拟提供了新思路。     

东亚冬季风异常激发ElNio现象的数值试验研究

用全球海气耦合气候模式和海洋模式进行各种敏感性试验 ,研究东亚冬季风异常对ElNi no事件形成的作用。结果表明东亚冬季风异常对于海洋热状态起了很大的作用。强冬季风年冬季所对应的海温距平为LaNi na型 ,但在与冬季风异常相对应的风应力作用下 ,通过海气相互作用 ,由于赤道西太平洋西风异常和海温正距平的东传 ,可以使海温向着ElNi no型分布发展 ;弱冬季风年冬季所对应的海温距平为ElNi no型 ,后期则会转成LaNi na型。冬季风异常的偏北风分量及赤道西风分量对海温所产生的影响各有差异 ,前者更多地影响太平洋西岸及暖池区 ,后者则对整个赤道太平洋热状态特别是ElNi no形成起了重要的作用。在ElNi no发展过程中起决定作用的主要不是风应力的强度 ,更关键的是异常风应力的持续时间。由于风应力的持续作用 ,ElNi no发展特征更加显著。与冬季风异常相对应的纬向风分量特别是西风异常在ElNi no发展中起主导作用 ;在单纯的海洋模式中经向风异常只能改变局地的西太平洋海温 ,并不能使东太平洋海温产生响应 ,即没有出现赤道暖水的东传过程。试验表明 ,海气耦合模式较单纯的海洋模式能更好地反映海气相互作用及ElNi no的形成。     

异常东亚冬季风对夏季南海地区风场及热力场的影响

用合成及SVD方法,对冬季风异常在南海地区的风场和热力场中所产生的影响进行了研究,并探讨了这种相互联系的可能机制。结果表明,冬季风异常对流场的影响可以从冬季持续至春、夏季。在强冬季风年,南海夏季风爆发偏早、偏强且突发性显著;而在弱冬季风年则相反。长江流域的情况则与此相反,强冬季风时,该地区夏季对流偏弱,降水减少;弱冬季风时相反。南海地区风场的变化与该地区大气及下垫面热状态的改变有关。强、弱冬季风所对应的同期及后期的海温截然不同。在强冬季风年,热带海温场上呈现LaNi*S～/n@a型的异常分布,而在亚洲大陆近海及南海地区,则维持较强的负距平,海水温度明显偏低,强度以春季为最强。它所形成的南海及邻近地区海陆之间的温度梯度有利于夏季风的早爆发和加强;而在弱季风年,则完全相反。与异常冬季风相关联的大气的热状态同样具有季节的持续性。春、夏季季风区中大气热状态的改变,影响了夏季风特别是南海夏季风爆发的早晚及其强度的变化。由冬季风异常引起的热源变化可能也是环流隔季相关的重要纽带之一。     

经验模分解及小波分析在结构损伤识别中的应用:试验研究

本文利用一个三层剪切型结构模型在各种激励下的振动台试验,研究经验模分解（empirical mode decomposition,EMD）和小波分析（wavelet analysis,WA）在结构损伤识别中的应用。研究针对结构刚度突然损失的损伤类型,并在试验中通过连接在模型两侧的弹簧的断裂来模拟。利用EMD和WA分析试验记录到的结构加速度信号来识别结构损伤发生的时刻和位置。试验结果表明,EMD和WA方法均可利用分解信号中的尖峰准确识别结构损伤发生的时刻,并利用信号尖峰在结构上的空间分布来确定损伤位置。研究表明,EMD和WA都是进行结构在线检测的良好方法。     

冬夏季环流隔季相关的数值试验

利用海气耦合和大气气候模式研究东亚冬季风异常对夏季环流的影响, 结果表明, 东亚冬季风异常对于后期环流及海洋状态异常都起了很大的作用.一般情况下, 强的冬季风与后期弱的东亚夏季风和较强的南海季风相对应.与强(弱)冬季风异常相关的风应力的改变可以使热带太平洋海温从冬季至夏季呈现La Nina (El Nio)型异常分布.试验得到的由冬季风异常所产生的海洋及夏季环流的变化与实况是相当接近的.在异常的冬季风偏北风分量强迫下, 西太平洋上形成的偏差气旋环流在夏季已不存在, 这时东亚夏季风反而增强.而冬季赤道西风分量所产生的影响, 则在西太平洋上形成显著的偏差气旋环流, 使东亚副热带夏季风减弱, 南海夏季风加强.对于东亚大气环流而言, 与强弱冬季风对应的热带海洋海温异常强迫下, 不仅是冬季, 后期春季和夏季环流的特征都能得到很好的模拟.但是从分区看, 西太平洋暖池区的海温异常比东太平洋更为重要.单纯的热带中东太平洋的海温异常对东亚大气环流的影响主要表现在冬季, 对后期的影响并不十分清楚.整个热带海洋的异常型分布(不论是El Nio还是La Nia)型, 对冬夏季风的影响是重要的, 而单纯的某个地区的海温异常都比它的整体影响要小.从试验结果看, 海温在大尺度冬夏季环流的隔季相关中起了十分重要的作用.     

总体样本风速风向联合概率分析方法

提出了针对总体样本的风速风向联合分布的实用统计分析方法。假定任意给定风向上的风速符合某一概型分布、风向间的关联以风速资料的相对发生频率反映、不同风向间的概型参数及频率分布的变化满足谐波函数,在此基础上,利用风速风向资料的总体样本可以得到一个能够反映任意方向的风速风向联合分布函数。利用澳门地区的百年风资料与某风站连续5年的风速观测记录,对该方法的可行性进行了验证。分析表明,该方法具有一定的适用性,便于结构的抗风可靠性分析,具有一定的工程应用价值。     

东亚冬季风异常与全球大气环流变化 I. 强弱冬季风影响的对比研究

利用ECMWF资料挑选出一个强冬季风年（1986年）和一个弱冬季风年（1980年）,通过个例分析对各种气象要素场及中高纬度大尺度环流在强弱冬季风年的差异特征进行比较。分析结果表明：东亚冬季风是全球大气环流的一个重要组成部分,冬季风异常关联着全球环流的异常;这种异常不仅在中高纬度环流中表现出来,而且在热带地区大尺度流场上也尤为显著。强弱冬季风所对应的长波槽脊分布、低纬对流特征、三维流场结构都是截然不同的。冬季风异常不但造成了同期环流形势的差异,而且对后期环流和天气状况也有影响。     

非经典生物操纵驱动从水华向非水华的稳态转化——来自武汉东湖的全湖验证实验

对藻类水华的生态控制区分为欧美学者提出的经典生物操纵和我国学者提出的非经典生物操纵,前者依赖浮游动物,可用来控制小型藻类,后者依赖滤食性鱼类,可用来控制形成群体的蓝藻（特别是微囊藻）。武汉东湖是一个富营养化城市湖泊,30余年未发生水华,2021年突然暴发微囊藻水华,一度覆盖湖面近87%。东湖生态站通过对长期监测数据的分析发现,东湖目前的营养水平仍然适合蓝藻的暴发,而短期内又无法进一步有效削减营养盐负荷,因此,基于非经典生物操纵的理论（合理配置本土的滤食性鲢、鳙）,实施了定量化的生物控藻方案,结果控藻成效显著,在极端高温干旱的2022年并未发生蓝藻水华,即将东湖生态系统从水华（浊水）稳态迅速切换到了非水华稳态,完成了一种新的稳态转换,获得了经典生物操纵从未有过的成功。非经典生物操纵理论的有效性通过全湖实验得到了验证,证明它提供了一种对环境友好、成本极低且颇为有效的控制富营养湖泊中形成群体蓝藻水华的方法,具有广阔的应用前景。