T-TREC方法反演登陆中国台风风场结构

在传统的基于天气雷达反射率因子的相关方法跟踪回波运动(TREC)技术的基础上,本研究发展出适用于台风环流反演的T-TREC方法.同传统的TREC技术相比,T-TREC根据台风环流呈逆时针方向旋转的特征,利用雷达观测资料客观选取台风中心,选取扇形网格单元,在以台风中心为原点的极坐标系下进行逆时针方向同波追踪.同时,该方法也利用雷达径向风资料客观选取切向的搜索范围并建立风场相关矩阵,以减少主观设定搜索区域造成的误差.通过利用中国新一代天气雷达网(CINRAD WSR-98D)观测的登陆台风桑美(0608)资料对方法进行验证,结果表明T-TREC方法可以更加准确估计强台风环流,反演的径向风平均误差小于4 m/s.其中径向风信息的引入明显提高了反演风场精度,特别是改善了在眼墙区因回波结构较均匀造成的风场低估.当台风靠近陆地时,因地物回波以及台风环流与地形相瓦作用激发对流的影响,使得低层风场反演误差增加.文中也探讨了台风中心、搜索网格单元大小等因子对反演精度的影响,结果显示,反演结果对于中心定化比较敏感,中心位置偏移4 km将造成反演的径向风平均误差增加约10%.而搜索单元大小对反演结果影响和台风尺度相关,若台风尺度较小,则较小的搜索单元反演效果较好.     

一次强飑线内强降水超级单体风暴的单多普勒雷达分析

文中利用位于福建建阳新一代S波段多普勒天气雷达资料和探空、地面观测资料,对2003年4月12日07-09时发生在建阳附近的一次强降水超级单体风暴进行了分析.天气分析显示,风暴发生于地面冷锋北侧、低层高湿、中等对流不稳定(1601 J/kg)和强风切变(0-5 km,22 m/s)环境,总理查逊数为16,同典型的强降水超级单体生成环境相当接近.雷达回波分析揭示,风暴发生在一强飑线系统的前沿,初期为一普通单体,随后逐渐发展成为弓状并发生分裂,分裂后风暴移动方向左侧单体逐渐减弱.而右侧的单体发展成为超级单体,持续时间约为1 h.在强降水超级单体成熟期,其移动前侧的低层反射率因子出现明显的钩状回波,中层反射率则显示在宽广的反射率高值区(>60 dBz)内存在有界弱回波区,强度大于40 dBz.沿入流方向穿过最强回波位置的反射率因子也呈现典型的回波悬垂和有界弱回波区.相应的中低层径向速度场显示在钩状回刎波附近的强降水区中存在一个强烈的中气旋,其起源于中层3.5-5 km,随后向上、下发展,最大旋转速度达到24 m/s,持续时间达1 h.由GBVTD方法分析,中气旋成熟时(08:33 UTC)轴对称环流结构显示,轴对称切向风分布在中层接近兰金涡旋模型,最大轴对称切线风位于高度4-5 km,离气旋中心约3 km,强度约20 m/s.4 km高度以下为气旋式辐合,气旋中心为上升运动.至4-7 km以旋转为主,在最大切向风半径以内为外流,以外为内流,相应的在最大风速半径处伴随较强的辐合和上升运动,7 km以上则为辐散对应的出流.此结构同经典超级单体内的中气旋结构相当一致.此外.风暴结构同Moller(1994)提出的中纬度强降水超级单体风暴的特征非常相似.但演变过程却明显不同,是由普通单体形成弓状回波,弓状回波分裂后沿移动方向右侧的单体发展成为强降水超级单体.     

两株海水氮降解菌的分离鉴定及其无机氮去除特性初步研究

为解决海水养殖环境中的无机氮污染问题,从河鲀(Takifugu rubripes)养殖池塘的水体和底泥中筛选出2株可有效去除氨态氮、亚硝态氮和硝态氮的菌株——盐单胞菌(Halomonas sp.DN3)和枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis HC),并初步探讨了2株菌在不同无机氮源中的氮去除特性。研究表明,2株细菌均具有较好的无机氮去除效果。在初始无机氮浓度为42 mg·L~(-1)的单一氮源基础降解液中,菌株DN3对氨态氮、亚硝态氮和硝态氮的去除率分别为84.1%、62.1%和98.8%;菌株HC对三者的去除率分别为81.2%、49.0%和90.3%。在氨态氮去除过程中,虽未检测到硝态氮和亚硝态氮的积累,但从系统的氮收支分析,总氮浓度均显著下降,推测可能存在硝化过程;在硝态氮和亚硝态氮去除过程中,菌株DN3还原硝态氮时具有亚硝态氮的积累,菌株HC氧化亚硝态氮时具有硝态氮的积累。而从总氮浓度均有下降推测,可能存在好氧反硝化过程。在初始无机氮浓度为42 mg·L~(-1)的混合氮源基础降解液中,2株菌均具有良好的同步去除无机氮能力。以氨态氮和亚硝态氮为氮源时,菌株DN3和HC的总无机氮去除率分别为75.4%和66.6%;以氨态氮和硝态氮为氮源时,菌株DN3和HC的总无机氮去除率为69.5%和75.6%,2株菌在2种混合氮源中的氨态氮去除率均在90.0%以上。综合分析,菌株DN3和HC对无机氮去除机制主要以菌体的同化作用为主,同时推测具有一定的硝化和反硝化作用。研究结果表明,菌株DN3和HC均可高效去除无机氮,其在海水养殖水环境调控中具有潜在的应用价值。     

泡沫混凝土隧道减震层减震机制

基于泡沫混凝土隧道减震材料,通过室内试验研究了不同密度、围压、应变率条件下泡沫混凝土材料的力学特性。试验结果表明：随着密度的增加,试样的单轴破坏形态由骨架坍塌破坏逐渐转化为劈裂剪切破坏,峰后应变软化与材料脆性增强;随着围压的增加,材料强度增加且延性增强,峰后由应变软化逐渐转换为应变硬化。在中等应变率范围内（10?5/s ～10?3/s）,随着应变率的增加,泡沫混凝土材料的强度近似呈指数增长,同时峰后残余应力增长明显,且塑性应变越大,应变率对峰后应力的影响越大。基于上述试验结果初步建立了泡沫混凝土材料的本构模型。依托嘎隆拉隧道,采用数值方法研究了减震层剪切模量、厚度及减震层-衬砌界面特性3个因素对减震效果的影响规律,相关研究成果可为高烈度区隧道工程减震层的设计提供参考。     

登陆台风卡努(0515)内核区环流结构特征分析

本文采用地基雷达轨迹显示技术(Ground Based Velocity Track Display,简称GBVTD)反演的雷达风场资料,分析台风卡努(0515)在登陆期间近中心环流结构特征.轴对称环流结构分析表明,登陆前卡努轴对称切向风速最大值出现在眼墙区域2 km高度附近,最大风速半径随高度向外倾斜.轴对称径向入流...     

一株异养硝化-好氧反硝化地衣芽孢杆菌的脱氮特性及机制研究

分离自对虾养殖池塘的地衣芽孢杆菌(Bacillus licheniformis)MP15具有高效的异养硝化-好氧反硝化性能。为了进一步研究菌株MP15的脱氮特性和脱氮机制,本研究采用氮同位素标记法,对其在氮基础降解液中的脱氮特性和机制进行了深入的研究。研究结果显示:在初始无机氮浓度为42 mg/L的氮基础降解液中,其对NH~+_4-N、NO~-_2-N和NO~-_3-N的最大去除速率分别为1.03 mg NH~+_4-N/(L·h)、1.74 mg NO~-_2-N/(L·h)和1.02 mg NO~-_3-N/(L·h)。氮代谢过程中羟胺氧化还原酶、亚硝酸盐还原酶和硝酸盐还原酶的酶比活力分别为0.540 6、0.157 8和0.160 9 U/mg。对菌株MP15脱氮过程中的~(15)N同位素示踪结果显示,以NH~+_4-N作为唯一氮源时,仅产生~(15)N_2O;当菌株MP15分别以NO~-_2-N和NO~-_3-N作为唯一氮源时,可同时检测到~(15)N_2O和~(15)N_2。综合上述结果,菌株MP15对无机氮的去除主要包括:同化作用、硝化作用和反硝化作用。其中对NH~+_4-N的硝化途径为:NH~+_4-N→NH_2OH→N_2O;对NO~-_2-N的硝化-反硝化途径为:NO~-_3-N←NO~-_2-N→N_2O/N_2;其对NO~-_3-N的反硝化途径为:NO~-_3-N→NO~-_2-N→N_2O/N_2。     

GVAD技术及其在新一代天气雷达中的应用

天气雷达中VAD技术可求取雷达站上空水平风垂直廓线,梯度VAD技术(简称GVAD技术)为克服传统VAD技术受速度模糊影响较大而被提出。文中首先从理论上对GVAD技术进行模拟分析,再将其应用于新一代天气雷达实际探测的台风与大范围强降水速度模糊个例,分析其应用效果。理论模拟表明,GVAD技术较传统VAD技术可有效克服速度模糊对反演水平风垂直廓线的影响,加入的模拟噪声,也通过低通滤波方法有效抑制;在两次实际应用个例中,GVAD技术可较好克服速度模糊影响,但方位径向速度中的小波动或者噪声会在径向速度方位梯度中放大,尽管利用低通滤波进行了平滑,但其对反演水平风精度有较大影响,尤其影响水平风速反演精度,在个例中GVAD技术反演风速较传统VAD技术平均偏弱2~3m·s~(-1),模拟部分方位缺失并不影响GVAD技术的反演精度。需进一步研究减少新一代天气雷达径向速度资料中小波动或者噪声对GVAD技术应用影响的方法。     

国家自然科学基金大气科学学科二级申请代码下设研究方向与关键词解读:D0509大气观测、遥感和探测技术与方法

为顺应新一轮科技发展革命,国家自然科学基金委员会积极开展了以“优化学科布局”为主要任务之一的改革工作,学科申请代码的调整是该任务的重要组成部分和切入点。从2019年到2022年,国家自然科学基金委大气科学学科对二级申请代码进行了调整,将与大气探测相关的研究归并至“D0509大气观测、遥感和探测技术与方法”,并将其定义为“支撑技术”板块,以区别于“分支学科”和“发展领域”。本文对D0509二级代码的修订过程进行了介绍,并从大气观测、遥感和探测技术与方法的重要性、内涵与外延、发展趋势等视角,对相关的研究方向和关键词进行了解读。特别是从学科基础层面和具体应用层面两个维度,对D0509下设的六大研究方向,以及各方向的关键词进行分析,有助于申请人和评审专家根据自己的学术背景准确挑选关键词,以利于申请书的精准评审。本文可以为科研人员在基金申请过程中关键词的选择提供参考。     

风速等级标准与2016年6月23日阜宁龙卷强度估计

文章回顾了不同的风速等级标准,对导致重大人员伤亡的2016年6月23日江苏省盐城市阜宁县龙卷灾害和2015年6月1日导致“东方之星”客轮翻沉事件的下击暴流灾害进行了较详细的强度评估,探讨了已有等级标准存在的问题,给出了未来工作展望。基于详细的现场调查资料,评估江苏阜宁龙卷为EF4级,而导致“东方之星”客轮翻沉事件的下击暴流仅为EF1级;对这两个典型灾害个例的强度估计展示了EF等级与F等级之间的差异;但阜宁龙卷导致的每一个受灾点的灾害等级还需要进一步详细评估。由于建筑物结构、植被自身状况、相应环境和致灾机制的复杂性,风灾强度估计必然存在一定的不确定性,且龙卷由于其复杂涡旋动力结构、气压空间分布和卷起的飞射碎片作用等因素使得强度估计的不确定性较下击暴流更大。提高风速等级评估的客观性、普适性、准确性、一致性和便捷性是评估工作的必然需求。未来还需发展综合考虑强度分布、路径长度和宽度、持续时间和移动速度等的风灾等级标准,从而为全面评估下击暴流或者龙卷的致灾性提供基础。     

不同环境因子和碳氮源对短小芽孢杆菌BP-171无机氮降解特性的影响

本文研究了不同环境因子和碳氮源对分离自海水养殖环境的一株短小芽孢杆菌(Bacillus pumilus,编号BP-171)无机氮降解特性的影响。环境因子设置了C∶N(质量比)、盐度和pH三种,碳源设为乙酸钠、丁二酸钠、柠檬酸钠、蔗糖、乳糖和葡萄糖,氮源设置为氨态氮、亚硝酸态氮、硝酸态氮及三者混合氮源(1∶1∶1)。研究表明,在温度28℃下,菌株BP-171在碳源为葡萄糖、C/N=18、盐度20~40和pH=7.0~8.0条件下对降解液中无机氮有较好的去除作用。在上述脱氮条件下,进一步研究3种单一氮源和1种混合氮源对菌株BP-171无机氮降解特性的影响。研究表明,当氮源为单一的氨态氮、亚硝酸态氮、硝酸态氮时,5天后培养液中氨态氮、亚硝酸态氮、硝酸态氮的去除率最高可分别达74.49%、53.61%和83.39%,总氮则分别降低了2.91%、23.89%和30.98%;在以三者混合作为氮源时,降解液中氨态氮、亚硝酸态氮、硝酸态氮的最高去除率分别为97.89%、78.73%和46.57%,总氮则降低了15.14%。不同条件下培养液中不同形态氮含量的变化情况表明,菌株BP-171对无机氮的转化和去除包括菌体细胞的同化作用、异养硝化作用和好氧反硝化作用等生物学过程,不同条件下具体机制有所差异。