CLM4.0模式对中国区域土壤湿度的数值模拟及评估研究

本文利用普林斯顿大学全球大气强迫场资料,驱动公用陆面过程模式（Community Land Model version 4.0,CLM4.0）模拟了中国区域1961～2010年土壤湿度的时空变化。将模拟结果与观测结果、美国国家环境预报中心再分析数据（National Centers for Environmental Prediction Reanalysis,NCEP）和高级微波扫描辐射计（Advanced Microwave Scanning Radiometer-EOS,AMSR-E）反演的土壤湿度进行了对比分析,结果表明CLM4.0模拟结果可以反映出中国区域观测土壤湿度的空间分布和时空变化特征,但东北、江淮和河套三个地区模拟值相对于观测值在各层次均系统性偏大。模拟与NCEP再分析土壤湿度的空间分布基本一致,与AMSR-E的反演值在35°N以北的分布也基本一致;从1961～2010年土壤湿度模拟结果分析得出,各层土壤湿度空间分布从西北向东南增加。低值区主要分布在新疆、青海、甘肃和内蒙古西部地区。东北平原、江淮地区和长江流域为高值区。土壤湿度数值总体上从浅层向深层增加。不同深度土壤湿度变化趋势基本相同。除新疆西部和东北部分地区外,土壤湿度在35°N以北以减少趋势为主,30°N以南的长江流域、华南及西南地区以增加为主。在全球气候变暖的背景下,CLM4.0模拟的夏季土壤湿度在不同程度上响应了降水的变化。中国典型干旱区和半干旱区土壤湿度减小,湿润区增加。其中湿润区土壤湿度对降水的响应最为显著,其次是半干旱区和干旱区。     

油藏Re-Os定年研究进展与展望

在含油气系统关键成藏时刻的定年研究中,铼-锇(Re-Os)放射性同位素定年体系受到了广泛的重视。本文着重从原油Re-Os体系特征出发探讨Re-Os等时线年龄的构建及其优化发展方向。较低的Re和Os含量、局限的¹⁸⁷Os/¹⁸⁸Os混合、漫长的地质过程、与高温相关的油藏改造等都不利于Re-Os等时线年龄的构建。原油中的Re和Os富集于沥青质组分中,且在易沉淀的沥青质中含量更高。有些原油各组分之间存在Re-Os同位素组成的差异,这一方面增加了多原油样品的Re-Os等时线定年的不确定性,另一方面也出现了利用单一原油组分进行Re-Os等时线定年的可能。未来研究仍需从地质实践和化学实验两方面来提升对Re-Os同位素体系在含油气系统中的地球化学行为的认识,进而更精准地确定油气运聚成藏与改造的时间,为油气勘探提供新依据。     

不同平均时间对LOPEX10资料涡动相关湍流通量计算结果影响的探讨

通过处理涡动相关系统观测的近地层湍流脉动量可以获取地—气间感热和潜热通量,然而选择不同平均时间对通量计算的结果有较大影响。采用黄土高原陆面过程野外观测试验(LOPEX10)期间获得的涡动相关系统观测资料,分析了不同平均时间对湍流通量计算的影响,并采用雷诺平均和分解方法推导了平均时间引起的通量差值的数学表达式(Flux Compensation,FC)。结果表明:(1)FC公式可以说明采用不同平均时间数据之间的关系,也可以直接计算低频涡旋对湍流通量的贡献。FC公式计算的结果与直接计算的不同平均时间通量计算之差的相关系数在0.95以上,并可以确定计算湍流通量的最佳平均时间。(2)通过采用Ogive函数确定了计算LOPEX10期间通量的最佳平均时间长度为30min,印证了利用雷诺平均和分解方法计算湍流通量补偿的准确性。(3)通过进一步的数学变换,证明了平均时间对湍流通量计算的影响直接与湍流低频变化相关,FC公式可以用来确定涡动相关观测数据的最佳平均时间,并且在获得较高时间分辨率的湍流通量数据的同时,补偿因平均时间过短而遗漏的低频信息。     

中国黄土高原塬区表层土壤水分盈缺状况的研究

陆地表层水分的盈缺直接关系到局地气候变化.本文利用黄土高原塬区初夏至盛夏期两次陆面过程野外试验(LOess Plateau land surface process field EXperiment 2005,LOPEX05和LOPEX06)的野外试验观测资料,分析了试验期间黄土高原白庙塬区不同下垫面的水分蒸散和表层土壤水分盈缺状况.结果表明:在土壤水分比较充足的条件下,植被蒸腾增加量在正午时的峰值为0.05 mm·h-1,而较大降水发生后的首个晴日.冬小麦地和裸地的蒸散分别可达4.60 mm·d-和3.70 mm·d-1.局地降水是影响陆面蒸散量变化的主要因素,而植被冠层的存在增加了陆面蒸散发量中的植物蒸腾量值.2006年4月下旬到7月中旬,裸地的水分缺失为16.3 mm·m2,冬小麦地的水分缺失为39.9mm·m2.其中缺失最严重的时间段为5月下旬到6月上旬,最大旬缺失量达16.5 mm·m2,7月上旬和中旬,由于降水季节来临,土壤水分有少量盈余.在2005年7月中旬至8月下旬,玉米地和裸地的水分盈余分别为17.9 mm·m2和25.3 mm·m2.不同时间尺度的统计均表明,降水不仅是影响陆面蒸散量的主要因素,而且也是表层土壤水分盈缺的决定性因子.     

MODIS反照率产品在模拟黄河源区陆面过程和降水中的应用

地表反照率是陆面过程中一个重要的物理量, 其变化直接影响地表能量的收支状况, 进而可以影响气温和降水等其它气象要素。本文利用WRF (Weather Research and Forecasting) 模式, 通过两组数值模拟试验分别探讨了地表反照率改变在黄河源区不同下垫面情况下潜热、 感热的分配关系, 详细分析了地表反照率改变对降水变化的影响机制, 最后应用EOS/MODIS地表反照率产品替代原模式低时空分辨率的地表反照率。研究结果表明: (1)当地表反照率减少(增加)时, 模拟的区域平均地表温度、感热、潜热数值相应增大(减少)。当地表反照率减少0.1时, 地表温度上升约1.0 K, 感热和潜热量增量比约为3∶1。 (2) 地表反照率改变对降水量变化影响最大的区域是黄河源区下游的草场区域, 其次是黄河源头区域, 最小的是黄河源区北部的稀疏植被区域。地表反照率通过对大气动力、 热力以及水汽条件的影响, 使得降水发生的环境改变, 主要体现在: 当地表反照率减少时, 地表气压的减少使得大气低层的辐合气流增强, 有利于上升运动的发生; 2.0 m气温的升高增强了大气近地层的热力不稳定度; 2.0 m比湿的增加表明近地层空气水汽含量增加。 (3) 与实况对比分析发现, 使用卫星遥感产品后在月尺度上能够更准确地模拟降水量的变化过程。     

AMSR-E卫星亮度温度数据在高原东北部土壤湿度观测和模拟中的应用

为了改进青藏高原东北部土壤湿度的观测和模拟效果,利用AMSR-E(Advanced Microwave Scanning Radiometer-EOS)亮度温度资料,估算了高原东北部的土壤湿度值;还利用耦合了Noah陆面模型的WRF中尺度模式WRF-Noah,结合牛顿松驰逼近同化法对AMSR-E估算的土壤湿度进行了同化试验。结果表明:与实测及NCEP再分析值土壤湿度相比,估算的高原东北部的土壤湿度值虽小些,但能够体现土壤湿度随降水事件等的影响。使用牛顿松弛逼近法同化后比没有同化或采用直接替代法模拟的土壤湿度的效果要好。在区域尺度上,通过对牛顿松弛逼近法中质量因子的详细控制,采用该同化方法后对沙漠地区土壤湿度的模拟改善最为明显,其次是草地以及灌木丛与草地混合区;在时间尺度上,采用牛顿松弛逼近同化方法后模拟值与实测值的均方根误差得到减少。     

利用VB语言开发县级MICAPS 2.0资料本地化接收系统

针对县级无法及时、完全接收卫星资料的问题,利用VB语言开发了县级MICAPS2.0资料本地化接收系统,使县级气象台站能够共用地(市)级的卫星单收站接收的资料.     

华北克拉通怀安杂岩中“MORB”型高压基性麻粒岩的成因及其构造意义

古元古代是华北克拉通重要的构造演化阶段,现已识别出多条碰撞造山带,但这些造山带的构造边界、演化时限以及地球动力学过程仍存在争议。本文报道了在怀安杂岩中新发现的一套高压基性麻粒岩-大理岩-富铝片麻岩表壳岩组合,原岩为一套基性火山岩-碳酸盐岩-砂/泥岩建造。高压基性麻粒岩记录了峰期高压麻粒岩相变质和麻粒岩相-角闪岩相退变质过程;地球化学研究表明其原岩为亚碱性拉斑玄武岩,具有平坦的稀土元素配分模式((La/Yb)_N=1. 35～1. 79),轻稀土相对亏损((La/Sm)_N=0. 83～1. 13),弱的正铕异常(δEu=1. 0～1. 22),无Nb、Ta负异常,与洋中脊玄武岩(MORB)地球化学特征类似;岩石组合和产状特征与晋冀蒙交界地区广泛分布的具有岛弧拉斑玄武岩性质的岩墙型高压基性麻粒岩明显不同。高压基性麻粒岩锆石εHf(t)为正值(+2. 6～+11. 5),单阶段模式年龄(t_(DM))介于2065～2250Ma之间,可能来源于尖晶石稳定域的浅层地幔源区。综合来看,这套含高压基性麻粒岩组合可能是古洋壳残片。SHRIMP U-Pb定年和Hf同位素研究表明,高压基性麻粒岩的原岩可能形成于2. 15～2. 2Ga,峰期高压麻粒岩相变质年龄为～1. 95Ga,1. 83～1. 82Ga代表麻粒岩相退变质作用和减压熔融时限。本文研究表明,该套表壳岩组合记录了古元古代俯冲-碰撞-折返等一系列造山构造演化过程,可为恢复古元古代造山带早期构造环境提供证据。     

辽河三角洲地区地下水动态监测研究

辽河三角洲处于陆地和海洋的结合部,蕴含丰富的资源,具有十分重要的战略地位。项目通过三年的时间,查明了辽河三角洲地区主要含水层结构:第四系含水层系统(Q)、明化镇组含水层系统(Nm)、馆陶组含水层系统(Ng)。通过设立动态监测网,建立、完善地下水动态监测体系,实现地下水位和水质的实时监测;地下水水位动态:第四系松散岩类孔隙水较为稳定,水位动态变化不大;上新近系明化镇组和馆陶组地下水,受人类活动影响较大,由于多年连续大量开采,地下水位逐年下降,已形成了2个区域性地下水降落漏斗。地下水水质动态:第四系上更新统(Q3)浅层水Cl-、SO42-、Na+及矿化度持续升高,高矿化度水分布面积扩大,水化学类型复杂化,氯化物型和钠型水分布面积增大,向周边扩散;明化镇组和馆陶组地下水,水质优良,变化不大。针对地下水超采,注重水资源合理配置,适当减少新近系地下水资源的开采,充分利用地表水资源的对策。     

SAL方法改进及其在土壤湿度区域预报效果检验中的应用

对区域土壤湿度预报结果的检验是评价数值模式预报效果、改进预报性能的重要环节.随着技术的发展,数值模式时空分辨率不断提高,然而土壤湿度区域预报检验采用的仍多为平均值或均方根误差等强度检验方法,不易完整和准确地了解模式的预报性能.SAL方法是针对降水预报设计的基于对象的区域检验方法,本文在SAL方法基础上,提出了一种可进行土壤湿度区域检验的新方法(SAL-DN).理想试验和真实试验均表明:SAL-DN方法能够从结构、强度和位置这三个方面检验土壤湿度区域预报和实测存在的差异,且检验结果较符合实际情况.此外,相比SAL方法,SAL-DN方法能够检验土壤湿度、气温等具有双类(高、低值)中心的物理量,有着广泛的应用前景.