北京地区雷电灾害天气系统的动力-微物理-电过程观测研究

在国家"973"项目"雷电重大灾害天气系统的动力-微物理-电过程和成灾机理"(简称:雷暴973)资助下,2014~2018年连续五年在北京组织开展了雷电(也称闪电)灾害天气系统的暖季综合协同观测实验,旨在获得对北京及周边城市群区域的雷电天气系统特征和规律的实际认识,探索雷电资料在数值预报模式中的同化方法,以期改进雷电重大灾害天气系统的预报效果.主要观测设备包括:由16个子站构成的雷电(全闪)三维定位系统、2台X波段双线偏振多普勒雷达和4台激光雨滴谱仪等,协同观测还充分利用了中国气象局在京津冀地区的中尺度气象观测网.观测结果表明,受地形和环境条件影响,飑线和多单体雷暴是影响北京地区的两类主要的雷电灾害天气系统,它们除产生频繁的雷电活动外,还常伴随突发性局地短时强降水和冰雹,造成城区突发洪涝灾害.雷电密度的高值区位于北京昌平区东部、顺义区的中部和东部以及中心城区.超强雷暴(占总雷暴数的5%)、强雷暴(占比35%)和弱雷暴(占比60%)对总雷电分布的贡献分别为37%、56%和7%.北京城区的热岛效应对过境雷暴增强产生了重要作用,超强雷暴在中心城区的雷电频数可以高达每分钟数百次.雷电活动与雷暴云的热动力、微物理特征之间存在紧密联系,因此雷电频数可以作为冰雹、短时强降水等灾害性天气的指示因子.在对流可分辨数值预报模式中,建立并引入雷电资料同化方案,通过调整或修正模式的热动力和微物理参量,可明显提高模式对强对流和降水的预报效果.     

规则格网DEM局地坡面凸凹性精度分析

DEM地表形态精度分析理论与方法的建立,对DEM数据的生产和广泛应用具有重要意义。本文从局地坡面形态的凸凹性角度,剖析规则格网DEM格网点位置、格网分辨率对DEM局地坡面凸凹性的影响,以期进一步完善和发展DEM质量分析的理论与方法。论文首先阐述了DEM局地坡面凸凹性的基本概念,研究建立了规则格网DEM的局地坡面凸凹性量化分析方法,并以黄土丘陵5、10、15、25、……、155 m DEM为例,采用比较分析方法研究了局地坡面凸凹性随DEM格网点位置和格网分辨率的变化特征。研究表明:对于本研究中的1:5万DEM,10 m(跃变率≤0.3%)是其最佳的格网分辨率阈值,当DEM实际格网分辨率高于该阈值时,实际DEM与最佳格网分辨率DEM具有近乎相同的局地坡面凸凹性,主要在正地形与负地形的过渡区域会发生不同程度的坡面凸凹性变化;当DEM实际格网分辨率低于该阈值时,实际DEM的局地坡面凸凹性,会随着DEM格网点布设位置和DEM格网分辨率发生较大的不确定性变化。     

一次具有对流合并现象的强飑线系统的闪电活动特征及其与动力场的关系

受东北冷涡与副热带高压西北部暖湿气流影响,2015年7月27日北京地区爆发了一次具有明显对流单体合并特征的强飑线灾害性强对流天气过程。利用北京闪电定位网（BLNet）总闪定位、多普勒雷达和探空资料等,详细分析了此次飑线过程整个生命史期间不同对流区的总闪活动特征。结果表明,整个飑线过程以云闪为主,地闪活动以负地闪为主;对流单体合并时云闪数量激增,飑线过程后期正地闪比例跃增。93%的闪电主要分布在距对流线10 km范围内,层云区闪电较少;层云区的闪电电荷来源主要是由对流区的电荷经过过渡区输送而来,正地闪更易发生在过渡区和层云区。对流合并过程中有大量的水汽集中,垂直积分液态含水量（VIL）峰值超前闪电峰值24 min。利用变分多普勒雷达分析系统（VDRAS）对这次过程的三维风场进了反演,据此对单体合并期间闪电增强的动力原因进行了研究。根据VDRAS反演的动力场来看,对流云单体合并主要发生在低层辐合区内,合并后上升运动加强,上升气流范围变大,闪电活动显著增强,并主要发生在具有较强垂直风切变的区域,少部分闪电发生在对流区后部开始出现下沉气流的区域。     

天津渤海湾近岸海域生物体内重金属和石油烃含量的监测与评价

2016年5月在天津渤海湾近岸海域采集甲壳类、鱼类及软体类动物等生物样品。采用无火焰原子吸收分光光度法检测了生物样品内的铜(Cu)、铅(Pb)、锌(Zn)和镉(Cd);采用原子荧光法检测了生物样品中的砷(As)和汞(Hg);采用荧光分光光度法检测了生物样品中的石油烃。结果表明,该区生物体内重金属含量符合《全国海岸带和海涂资源综合调查简明规范》中的"海洋生物质量评价标准"和《海洋生物质量》评价标准,且石油烃含量较低。但是在部分样品中铜、锌和镉的含量较高。     

不同权重条件下降雨对边坡稳定性影响的二级模糊综合评判

边坡稳定性影响因素众多,其中一部分具有明显的不确定性,用经典数学理论及力学模型很难描述。采用二级模糊综合评判法,对影响边坡稳定的离散型和连续型因素采用不同方法确定隶属度,并利用二元对比分析法给出各因素权重值;同时考虑降雨对边坡稳定的重要影响,对降雨后各影响因素的权重进行修正,建立边坡稳定的二级模糊综合评判计算模型,评价降雨前后边坡稳定性的变化。研究结果表明：模型所采用的隶属函数,充分考虑了各个因素的不同特点和分布规律;考虑降雨前后权重的变化,能使评判结果更趋合理。以实际工程为例,模糊综合评判结果显示：降雨前边坡处于基本稳定状态,降雨后处于欠稳定状态,与经典极限平衡法计算结果一致。     

应用植筋锚固技术进行基桩静载试验的可行性研究

通过理论计算和有限元模拟分析,对采用植筋锚固技术进行基桩静载试验进行可行性研究。结果表明,按照理论计算进行植筋布置,可控制原有底板变形并满足荷载反力要求。试验过程中,试桩边缘的底板抬升值最大,距离试桩边缘越远,抬升量越小;试验对底板的变形影响范围为距中心点7 m的区域。通过预先调整钢筋的松紧程度,可使植筋受力均匀,避免植筋断裂。应用植筋锚固技术进行静载试验是可行的,该方法具有试验方法简便、安全和经济的优点,作为一种新的反力装置,可作为特殊条件下基桩静载试验的方法。     

基于EOF的江西省秋季降水时空分布特征

基于1980—2020年秋季江西省83个气象观测站逐月降水数据,利用EOF方法分析了该地区秋季降水的时空分布特征。结果表明,江西省秋季降水场主要有4种类型,分别为全区型、北湿(干)南干(湿)型、西湿(干)东干(湿)型、中心湿(干)南北干(湿)型,累计贡献率为86.7%。1980—2020年,全区型和中心湿(干)南北干(湿)型降水呈增加趋势,而北湿(干)南干(湿)型和西湿(干)东干(湿)型降水呈下降趋势。其中全区型降水分布的年份占比75.6%,主要受大尺度大气环流的影响。北湿（干）南干（湿）型降水分布的年份占比17.1%,这是由于赣北地区受地形抬升作用,降水较多,而中南部在背风坡,降水较少,同时秋季赣北处于副热带高压边缘,且受到台风外围的影响,易发生降水,使得南北降水呈反相位变化。     

红毛菜与坛紫菜光合作用和品质的比较分析

为研究两种经济红藻红毛菜(Bangia fucscopurpurea)和坛紫菜(Pyropia haitanensis)的光合作用和品质差异,选取一株野生型红毛菜CY和一株野生型坛紫菜NSD35作为实验材料,分别测定二者在相同培养条件下的关键光合参数和营养成分指标。结果显示：红毛菜的最大电子传递速率、净光合速率、藻红蛋白含量分别比坛紫菜高29.6%、96.8%、60.5%;必需矿质元素钾、钙、镁、铁、锌的含量分别比坛紫菜高59.5%、39.5%、34.1%、86.2%、68.4%;红毛菜的必需氨基酸和风味氨基酸含量都高于坛紫菜。此外,二者的呼吸速率、最大光量子产率、叶绿素a、总糖、总蛋白和碘含量没有显著差异。研究结果表明,与坛紫菜NSD35相比,红毛菜CY的光合速率更快,矿质元素积累能力更强,必需氨基酸和风味氨基酸含量更高。研究结果有助于了解红毛菜和坛紫菜的光合作用和品质特点,为开发红毛菜种质资源提供数据参考。     

多模型协同下的城郊地区DEM构建方法研究

人类活动对地表的改造使其呈现形态多样化、不连续等特征,此时传统的DEM构建方法难以满足这些区域DEM精度要求。为此,本文提出了一种多模型协同构建DEM的思路,首先按照形态特征和语义信息对地形进行分类,然后对不同类型的地形区域,选择、设计适宜的方法分别进行DEM构建,最后将不同区域构建DEM结果融合拼接形成区域完整的DEM结果。本文选择江苏省南京市城市郊区某区域为实验区,以1:500比例尺地形图为基本数据源进行DEM构建实验。实验结果表明,与传统经典DEM构建方法相比,本文提出的多模型协同的DEM构建方法能够有效表达实验区域不同的地形特征,特别是对于人工改造的地形(如道路、边坡等区域),本文方法构建的DEM其形态精度优势显著;同时,基于验证点法的高程精度分析结果表明,本文方法构建DEM的高程精度亦优于传统DEM构建方法,特别是对于一些形态规则而高程信息相对稀少的区域,以边坡区域为例,经典DEM构建法平均误差均超过5 m,而本文构建结果平均误差为0.26 m,精度优势非常明显。研究表明本文提出的多模型协同的DEM构建方法适用于人类活动改造或显著影响的区域的DEM构建。     

坛紫菜超氧化物歧化酶基因的克隆及表达分析

超氧化物歧化酶(SOD)是植物细胞应对氧化胁迫的第一道,也是最重要的防线。本研究以坛紫菜转录组数据库中的unigene序列为基础,通过RACE扩增技术克隆得到了3条坛紫菜SOD基因的全长序列,分别命名为PhMSD,PhCSD1和PhCSD2。序列分析结果表明,PhMSD序列全长973 bp,可编码包含224个氨基酸,等电点为5.75的多肽序列;PhCSD1序列全长1029 bp,可编码包含134个氨基酸,等电点为4.65的多肽序列;PhCSD2序列全长954 bp,可编码包含216个氨基酸,等电点为10.74的多肽序列。根据保守序列和系统进化树分析,可以将三条PhSODs分成两个亚型:其中PhMSD属于锰超氧化物歧化酶,PhCSD1和PhCSD2属于铜锌超氧化物歧化酶。采用实时荧光定量PCR技术(qPCR)测定了3条PhSOD基因在坛紫菜不同世代,高温胁迫不同时间水平以及不同失水胁迫梯度下的表达水平变化,结果表明:3条PhSOD基因在叶状体世代中的表达水平均显著高于丝状体世代;在不同水平的高温和失水胁迫下,PhCSD1和PhCSD2的表达水平显著上调,而PhMSD则表现出不同的表达模式,高温胁迫下被显著抑制,失水胁迫下没有发生显著变化。