基于卫星降水和WRF预报降水的“6.18”门头沟泥石流事件的回报检验研究

2017年6月18日北京门头沟地区突发泥石流,造成6人伤亡。短时强降水是这起事件的主要诱发因素,但常规气象观测并没有很好地观测到此次降水过程,可见降水数据的准确性对于滑坡泥石流的实时预警及预报至关重要。近年来,卫星遥感估算降水发展迅速,WRF（Weather Research and Forecasting Model）模式关于降水的预报技巧也逐渐提高。本文以自动站降水资料为参考,首先利用定性方法和泰勒图、TS（Threat Score）评分等定量的方法比较了CMORPH（CPC MORPHing technique）、GPM（Global Precipitation Measurement）和PERSIANN-CCS（Precipitation Estimation from Remotely Sensed Information using Artificial Neural Networks-Cloud Classification System）三种卫星降水资料以及不同起报时间的WRF预报降水对此次降水过程的表现能力,然后利用降水数据驱动滑坡泥石流统计预报模型,对此次事件进行了回报,分析不同降水数据在模型中的实际应用效果,最终为滑坡泥石流实时预警和预报系统的构建提供参考。结果表明,三种卫星降水资料基本上能反映出此次降水过程东北—西南向的带状空间分布形态,其中,CMORPH与自动站资料的空间相关性最好,命中率也最高,但对降水量有一定的高估,GPM对平均降水量的时间变化有较好的反映,体现了卫星降水在观测较少地区的良好利用价值,PERSIANN-CCS的表现则相对差些。WRF模式能预报出此次降水的带状空间分布特征,但降水中心的位置与实际有所偏差;此外,预报的最大降水量的峰值出现时间比实际上晚。由于此次降水的强局地性,只有空间分辨率均匀且质量相对较好的CMORPH卫星降水驱动模型可以回报出此次事件,而自动站点资料由于空间分布不均,则没有回报出此次事件,这表明了卫星降水在滑坡泥石流实时预警系统的构建中具有一定的优势。WRF模式降水驱动模型可以提前做出预警,虽然预报的事件发生时间与实际相比偏晚3~5 h,但WRF可以较好地预报72 h内的降水,因而可以延长灾害的可预见期。WRF模式预报降水的时间和空间精度都需要进一步提高,但是仍具有很好的参考意义。     

地下洞室开挖三维与二维有限元模型的差异分析

地下复杂洞室群的分析与计算是一个三维问题,但受计算机容量、三维网格剖分的复杂性、软件的计算能力等因素制约,实际计算时常常采用平面应变模型代替复杂的三维模型。两种模型计算得到的塑性区范围是不同的。从理论上通过Drucker-Prager屈服准则比较证明了这两种模型的差异,得到平面应变模型塑性区比三维模型塑性区大的结论。     

2018年夏季我国极端降水及滑坡泥石流灾害预测

基于动力降尺度预测系统,中国科学院大气物理研究所竺可桢-南森国际研究中心对2018年夏季我国极端降水日数及滑坡泥石流灾害的发生风险进行了超前4个月的实时预测试验。与实测结果相比,该系统对2018年夏季我国极端降水日数空间分布的预测与实况基本相符,但大部分地区存在明显低估;滑坡泥石流的预测结果与目前统计的由于降水引发的滑坡泥石流灾害事件的分布基本吻合。此次预测试验表明,中国科学院大气物理研究所竺可桢-南森国际研究中心发展的动力降尺度预测系统对我国夏季极端降水和滑坡泥石流灾害具有一定的预测能力,具有实时预测价值。     

滑坡泥石流大尺度统计预报模型的实时检验

利用滑坡敏感性分布和降雨阈值公式建立了一个滑坡泥石流统计模型,该模型可以用于中国大尺度范围内的滑坡泥石流预警。使用CMORPH卫星降水驱动该统计模型,对2016—2017年的106起滑坡泥石流事件进行了验证分析。结果表明,该模型能较好地预警大多数滑坡泥石流事件,其中对72. 1%的雨季滑坡泥石流事件能较好预警,但对非雨季的事件只有35%能较好预警,对雨季的预警效果明显优于非雨季。由于滑坡泥石流主要发生在雨季,因此该模型总体上具有较好的效能。该模型对于强降雨引发的快速滑坡事件具有较好的预警能力,但对于由强度较小、持续时间较长的降雨引发的慢过程滑坡事件的预警效果有待提升。利用该统计模型以及CMORPH实时卫星降水产品,可以建立滑坡泥石流大尺度实时预警系统,对滑坡泥石流减灾防灾具有一定意义。     

梭菌对含镁方解石形态的控制及其可能机理

在 Mg/Ca 摩尔比为 4∶1 的 Lagoa Vermelha 培养基中对一株分离自青海湖底沉积物的梭菌 SN-1（Clostridium sp.）进行了为期 55 d 的碳酸盐矿物培养实验,同时还完成了一组无菌对照实验。利用扫描电子显微镜对沉淀物进行了系统的观察,用 X- 射线衍射仪对沉淀物的矿物成分进行了测定。结果表明：（1）SN-1 可以促进特殊形态含镁方解石的形成,而无菌对照实验产物中仅见不规则状的碳酸盐矿物;（2）特殊形态的含镁方解石可能是在细菌表面成核和生长的结果,它们的演化趋势是（杆状）→哑铃形→花菜状→球形。作者认为这是因为梭菌两端的带负电基团比菌体中间丰富,易聚集更多的 Ca²⁺和 Mg²⁺,Ca²⁺和 Mg²⁺离子作为“阳离子桥”吸引 CO32-,其结果是两端的晶体生长相对较快、中间生长相对较慢,进而形成哑铃形含镁方解石;“哑铃”继续生长,其两端会长成两个“花菜”或半球;若两个半球相接并闭合则发展为球状矿物。     

高分辨率卫星对“21·7”河南特大暴雨监测能力分析

2021年7月20日河南中北部突降暴雨,造成至少302人遇难,这类极端降水事件会对社会经济发展和人类生产、生活造成较大的影响,因此,准确监测这类暴雨事件至关重要。采用定性和定量方法综合评定了主流的10种高分辨率卫星降水产品（CMORPH-Raw、CMORPH-RT、PERSIANN-CCS、GPM IMERG-Early、GPM IMERG-Late、GSMaP-Now、GSMaP-NRT、FY-2F、FY-2G和FY-2H）在本次极端暴雨事件中的适用性,并分析了这10种产品对不同级别降水的监测能力。结果表明,这10种卫星降水产品均可以较为准确地再现出暴雨中心位于河南中北部的空间分布特征,但是所有卫星降水产品均较大程度低估了暴雨中心的降水量。随着降水等级的升高,各类卫星降水产品的命中率下降,TS评分降低,误报率升高。CMORPH-RT 对于暴雨量的捕捉能力强于CMORPH-Raw,且对暴雨过程的捕捉能力也更强;GPM IMERG-Late的准确度较GPM IMERG-Early有较大提高;相比于GSMaP-Now降水产品,GSMaP-NRT的准确度较高;PERSIANN-CCS和FY-2F的效果较差,不能捕捉此次极端暴雨事件。对本次暴雨事件而言,CMORPH-RT的效果最好,可以准确捕捉暴雨中心而且量值也与观测最为接近;融合红外和被动微波信息的卫星降水效果优于仅使用红外信息的降水产品,而且卫星反演算法和融合被动微波数据的多少对卫星降水的准确度有较大影响。      

荒漠化草原植被斑块分布对地表径流、侵蚀及养分流失的影响

地表径流是干旱区水、养分和土壤物质迁移和再分配的主要途径之一,它在很大程度上受植被格局的影响。研究了腾格里沙漠东南缘生物土壤结皮斑块和灌丛斑块镶嵌分布的植被格局对地表径流、侵蚀及其驱动下的资源再分配的影响。结果表明,植被斑块对地表径流和侵蚀产物起着拦截作用,能显著减少资源的流失。生物土壤结皮斑块和植被斑块之间存在资源(径流、侵蚀产物及养分等)再分配的源-汇关系。模拟降雨条件下,含有灌丛斑块和生物土壤结皮斑块的样方出现表面积水和径流需要的时间均显著大于只含生物土壤结皮斑块的样方;含两类斑块的样方出现径流需要的降雨量显著大于只含生物土壤结皮斑块的样方。在模拟降水和自然降水条件下,生物土壤结皮斑块产生的径流、侵蚀产物、有机质、氮及溶解养分中均大量被位于下坡向的灌丛斑块截获;灌丛斑块土壤水分入渗深度显著大于结皮斑块。灌丛斑块对生物土壤结皮斑块产生的地表径流、侵蚀产物及其携带的资源的捕获能显著减少资源流失,有效地防止荒漠化的进一步发生发展。     

梭菌SN-1菌株参与下形成的碳酸盐矿物组合及其主要矿物成分的动态变化

在Mg/Ca比值为6的Lagoa Vermelha改良培养基中,对分离自青海湖湖底沉积物的梭菌(Clostridiumsp.)进行了为期100 d的碳酸盐矿物培养实验,同时还完成了一组无菌对照实验。利用X射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)分别对矿物成分和形态进行了测定和观察。实验结果表明:细菌培养实验的沉淀物数量始终多于无菌对照实验;在梭菌SN-1菌株作用下形成的碳酸盐矿物组合的变化趋势是方解石→方解石+单水碳钙石→单水碳钙石+方解石→单水碳钙石,而无菌对照实验产物中矿物的演化方向是单水碳钙石+方解石→方解石+单水碳钙石;在综合分析SEM和XRD观测结果的基础上,推测哑铃状矿物可能是高镁方解石,而球状矿物可能是单水碳钙石。     

电感耦合等离子体发射光谱法测定地球化学样品中的钍

运用电感耦合等离子体发射光谱(ICP-AES)测定地球化学样品中的钍,样品处理方法通常是采用四酸溶矿。但在实际测定中发现,当钍含量接近本底时,检测结果不稳定;当基体干扰大时,钍含量甚至无法检出。本文对样品前处理方法进行改进,采用过氧化钠碱熔样品,10 g/L氢氧化钠溶液过滤洗涤,再用热的40%盐酸溶解沉淀,ICP-AES法测定钍的含量。通过实验确定了钍的最佳分析谱线为401.913 nm,方法检出限为0.21μg/g,精密度(RSD,n=6)为7.7%~15.9%,准确度(n=6)为7.0%~10.0%,加标回收率为92.0%~104.0%。经国家标准物质验证,本方法可准确测定钍含量大于0.21μg/g的样品。方法简便快捷,干扰少,较一般的酸溶ICP-AES测定方法的检出限(0.6~0.7μg/g)低,适用于大批量实际样品的快速检测。