三峡树坪滑坡动力学的有限元模拟

三峡工程是迄今为止最大的水利工程,对库区滑坡灾害的监测和机制研究一直是重要的研究课题。本文利用Terra SAR-X的强度图进行相关计算,求解出2009年5月20日至8月5日期间三峡树坪滑坡的形变场。该形变场特征和树坪滑坡体的地形特征吻合甚好,位移大小、方向和三峡大学对滑坡体的野外观测结果基本吻合。以此高精度位移场为外部约束,结合野外观测资料对滑坡体介质力学性质进行分类并选取边界条件,利用有限元方法对滑坡活动进行动力学计算模拟。计算过程中对滑坡体的滑动面形状、因降雨引起材料参数变化和三峡水库水位等因素分别反演和调整,得出符合其变形和发展过程的滑坡动力学特征。发现软弱带的物性参数决定滑坡体总体滑动量,滑坡体的物性参数决定位移分布的峰值位置。在确定了滑坡动力学特征之后,进一步讨论降雨和库区水位下降对滑坡产生的贡献权重,得出降雨是树坪滑坡的决定因素。     

WRF模式中QNSE方案的湍流长度尺度系数的调整试验研究

边界层参数化方案中湍流混合对数值模拟起着重要的作用,湍流混合作用的恰当描述对于温度、湿度、风场以及降水的准确模拟至关重要。我国长江中下游流域人口密集,暴雨灾害频发,很有必要寻找一种适合该地区降水模拟的边界层参数化方案。本文运用WRF（Weather Research and Forecasting）中尺度数值模式,以QNSE（Quasi-Normal Scale Elimination）边界层参数化方案为基础,将其中湍流混合长度尺度系数调整为可变参数。本文将Noh et al.（2003）提出的Prandtl公式与Janji?提出的修正湍流长度尺度系数的方法相结合,通过考虑非局地项的强迫、地表稳定度与边界层高度对湍流长度尺度系数的影响,强调大气的动力结构特征与热力结构特征对湍流混合的共同影响,从而提高QNSE边界层参数化方案在不同地理环境下的模拟能力。文章通过进行长江中下游地区的典型暴雨试验,将调整参数后的QNSE方案与原方案进行比较,重点分析调整参数后的方案与原方案对关键基本气象要素场、边界层结构特征以及降水的模拟能力,并将模拟结果与观测结果进行对比,结果表明:调整参数后的方案一定程度上改进了地表温度、边界层结构以及降水的模拟效果。进一步研究表明,调整参数后的方案主要通过改变边界层混合缓解水汽混合比、位温模拟方面的误差。     

高层切断冷涡和7504号台风(Ora)相互作用的数值模拟

笔者曾利用FSU区域数值模式控制高层冷涡位置和不同的水平、垂直结构分布,模拟了冷涡对台风运动的影响,证实了高层冷涡是通过改变台风中心周围的环流结构来影响台风运动的。这种影响可从总涡度倾向的分布来决定,并发现涡度水平平流和散度项对总涡度倾向有重要贡献。     

东北冷涡背景下飑线发展机制的理论分析和数值研究

在CM1模式动力框架基础上,推导出结合尺度分析得到的强对流天气发生发展的必要条件,并选择典型东北冷涡背景下的飑线过程,以200 m的高精度水平网格距进行数值模拟和对比试验,验证理论结果的同时得到东北冷涡飑线形成的条件。通过模式数据做尺度分析,得到飑线系统中平流、对流以及沉降作用对水汽变量的影响最大,飑线的出现需要水汽分布和上升气流的配合,水汽相变影响次之,湍流作用相对较小。东北冷涡不同区域的模拟验证了理论分析的结果,冷涡西南侧受冷涡引导南下的冷空气影响,配合低层暖平流出现不稳定层结,结合有横向梯度的湿度场,可以形成飑线。在上升气流强的区域受水汽浓度和温度的影响在中高层容易形成强的雷达回波,两侧和积分一段时间后的低层受沉降作用的影响也会出现强的雷达回波。     

NUMERICAL MODELING STUDY OF EFFECTS OF EASTERN PACIFIC WARM POOL ON ENSO

In this study, sensitivity experiments were conducted with the Zebiak-Cane ocean-atmosphere coupled model forced by the wind stress anomaly from the U.S. National Centers for Environmental Prediction/National Center for Atmospheric Research (NCEP/NCAR) reanalysis data to study the impacts of eastern Pacific warm pool on the formation and development of ENSO events. The effects of climatological mean sea surface temperature of the warm pool on forecast skill during the ENSO events of 1982–1999 are more considerable that those of climatological mean meridional winds and ocean currents. The forecast skill for the 1997/1998 El Ni?o event is characterized by sensitivity to climatological mean sea surface temperature and anomalies of northerly winds and currents. The forecast skill is found insensitive to climatological mean northerly meridional winds and currents.     

200hPa面上副热带准常定反气旋系统的形成及准周期振荡

本文采用一个球坐标下的准地转斜压两层高截谱模式,模式中包括了纬向不对称热力强迫、经向热力强迫以及基本纬向风速分布,结果得到了一类稳定的平衡态,从而讨论了200 hPa面上副热带准常定反气旋系统形成、维持的一种可能动力机制;同时,还进行了稳定性分析,发现当热力强迫超过一定强度时平衡态失稳而引起振荡,并进一步用数值试验探讨了平衡态分叉到周期解的特点.     

稳定大气中烟流抬升高度的确定

本文通过Boussinesq近似的非线性动力方程组,得到了烟流抬升高度的解析表达式,讨论了地形、大气稳定度等物理因子对烟流抬升高度的影响。结果表明:地形的分布对烟流抬升高度的确定有一定影响,大气稳定度对高度的影响尤为明显。本文还讨论了理论公式的实用条件。     

地震波散射研究回顾与展望

地震波散射是地球物理学中一个非常重要的研究领域,其进展对人们正确认识和了解地球深部的细节及物性具有重大意义,对地球动力学的研究也具有不可忽视的推动作用。这里从地震波散射的理论和方法研究二个方面,对地震波散射研究的进展作评述。首先回顾了地震波散射的基本概念、研究历程及研究的各个方面,对散射理论进行了系统评述,同时对先辈们关于散射波数值模拟的情况进行了总结。     

分形理论在地震学中的应用研究

分形理论是现代非线性科学中一个非常重要的研究领域，它的思想和方法已经渗透到自然科学的各个领域.在过去的二三十年间，分形科学已经有了很大的发展.它在数学、物理学、材料学、地质勘探、股票预测以及计算机和信息科学等各个自然科学领域，都得到了广泛的应用，同时也给地震学的发展注入了巨大的活力.本文首先简要回顾了分形理论的发展历程，然后就其在地震学各领域的应用进行了概括阐述，最后给出了分形理论在地震学中应用前景的展望.     

垂直螺旋度的拓展研究及应用

垂直螺旋度Hp由垂直速度和垂直涡度构成,反映涡度的垂直平流。通过尝试将Q矢量引入垂直螺旋度进行研究,即基于Q矢量散度和垂直涡度构造出一种新型垂直螺旋度HQ。HQ为Hp的拓展形式,二者差别主要在于计算HQ时无需求解垂直速度。同时,结合一次典型的江淮梅雨锋气旋暴雨过程研究,结果表明,HQ对降水落区及降水强度水平分布的不均匀性均具有较好的反映能力,且揭示出暴雨上空垂直涡度平流呈倾斜分布特征。进一步分析表明,对于垂直涡度而言,HQ三维空间分布特征与辐合的Q矢量散度有更多的相似性,这在一定程度上反映出HQ与Q矢量散度联系更为密切。