华南一次暖区暴雨的演变及云微物理机制模拟研究

利用WRF v4.0中尺度模式及0.25 °×0.25 °高分辨率的GDAS分析资料,对2017年6月15日发生在华南的一次典型暖区暴雨过程进行数值研究。多源观测资料对比分析表明,Thompson aerosol aware云微物理方案与YSU边界层方案组合合理再现了此次暴雨的演变过程。观测与模拟的强风速下传、低层风场切变及降水之间存在较好的对应关系,强的雷达反射率与水汽通量散度中心一致。在中尺度对流系统（MCS）发展和成熟阶段,冷池的出流抬升是新生对流的重要触发条件,地形的动力抬升作用并非主导。云微物理分析指出,由于华南上空充沛的水汽及过冷雨水,雪的最大来源项表现为水汽凝华成雪,而霰的最大来源项为过冷雨滴碰并冰晶、雪并冻结成霰。在零度层之下的1.5 km区域,冰相粒子的融化率可达暖雨过程（1×10-4g/(kg·s)的2倍,暗示其在融化层对雨水形成的支配作用,而雪霰的重力沉降扮演了重要角色。此外,相变过程显著影响着大气的温度变化,当对流云底较低时,低层的水汽凝结将抵消雨水蒸发导致的冷却作用,减弱地面冷池的强度。      

基于Weibull分布的红砂岩颗粒崩解破碎演化规律

红砂岩在我国分布广泛，由于含水率的变化使其崩解破碎十分显著。采用湖南株洲地区的红砂岩样，进行室内静态与扰动崩解试验。基于Weibull分布建立了红砂岩颗粒崩解破碎级配曲线演化模型，分析了模型参数λ与k的意义。分析表明，Weibull分布参数λ与k的大小及变化速率体现了红砂岩颗粒崩解破碎的演化过程。在建立模型的基础上，求得了相对崩解比的计算公式，并验证了计算公式的正确性。依据试验结果与模型计算值，讨论了耐崩解性指数与崩解比的异同及所采用试验方法的不同对试验结果造成的影响。在已有成果的基础上，验证了Weibull分布模型应用于岩石颗粒崩解破碎演化过程的可行性。     

深部围岩流变特性试验研究及其模型辨识

采用分级增量循环加卸载方式,对湖南湘煤集团牛马司矿业公司水井头煤矿-300m东大巷二煤层底板粉砂岩进行了单轴蠕变特性试验,详细探讨了轴向蠕变变形特征,蠕变速率与时间和应力水平的关系,瞬时弹性模量和变形模量变化特征.试验结果表明,当应力水平低于岩石的长期强度时,粉砂岩只发生衰减蠕变,应力水平对蠕变速率变化的影响不明显;当应力水平高于岩石的长期强度时,岩石等速蠕变阶段明显.对流变试验数据进行深入分析的基础上,进行了流变模型辨识和基于最小二乘法的参数确定.根据不同应力水平下加卸载过程中岩石的蠕变特点,提出了采用改进的两原模型模拟岩石的蠕变特性.模型计算结果表明,改进后的西元模型既能够较好地描述低应力下的衰减蠕变,又能较精确地描述高应力下岩石的衰减蠕变和等速蠕变特性.     

云微物理过程对台风数值模拟的影响

将中国气象科学研究院（CAMS）混合双参数云微物理方案用于中尺度天气模式WRF,开展了对2013年超强台风天兔（1319）的模拟,通过与台风最佳路径、强度及热带降雨测量卫星（TRMM）资料对比,分析CAMS云微物理方案在模拟台风中的适用性及云微物理过程对模拟台风天兔的影响机制。设计了3组敏感性试验:修改雪粒子质量和落速系数（EXP1）,采用海洋性云滴参数（EXP2）,同时修改雪粒子质量和落速系数并采用海洋性云滴参数（EXP3）。结果表明:EXP1和EXP3由于霰碰并雪速率的增加及减小的雪下落通量,导致雪含量显著降低,同时也减少了整体冰相物的含量;EXP2和EXP3模拟的台风眼区对流有效位能快速减小,再现了前期台风的快速增强过程,路径偏差也最小;各试验模拟的小时降水率总体偏强,EXP3的降水空间分布与实况更接近,明显降低雪粒子含量,并一定程度上改善模拟的台风路径、强度及降水分布等。该结果不但可为改进适用于台风的云微物理参数化方案提供思路,也可加深云微物理过程对台风影响的认识。     

超强台风“威马逊”(2014)云微物理特征的模拟与对比分析

采用中尺度数值模式WRFv3.5对2014年超强台风“威马逊”进行数值模拟。利用雷达、卫星、自动站逐时降水资料,对比单参数WSM6云方案和双参数WDM6云方案在模拟台风路径、强度、降水分布及水成物含量上的差异,分析雨滴粒子的谱型特征及微物理源、汇项对云中雨水含量的影响。与上海台风研究所的最佳路径数据对比显示,两方案均较好地模拟出了台风“威马逊”的移动路径,WDM6方案的整体路径误差更小;模拟的强度差异则较为显著,WDM6方案的海平面最低气压值偏高,强度偏弱。两方案模拟的累积降雨分布虽与自动站实测资料基本一致,但WDM6方案模拟的强降水概率偏高,弱降水概率偏低。两方案模拟的对流区雪、霰、雨水含量均大于TRMM卫星反演结果,且WDM6方案的对流云较多,总体雨水含量偏高;两方案均模拟出了雷达回波分布的整体特征,但眼区尺度偏大,WDM6方案在融化层以下缺少眼墙之外的弱回波区且大于39 dBz的强回波区偏多,同样显示了雨水含量（或尺度）偏大。由于WDM6方案为暖雨（云、雨水）双参数模式,对云滴活化、云雨转换及云、雨谱型有一定的改进,其能较合理地模拟出雨滴谱随台风发展的演变特征;模拟显示,云、雨滴的收集碰并及固态粒子的融化是雨水的主要源项,WDM6方案增加了云雨水自动转化率及雨水碰并云水率,导致该方案的空中雨水含量偏高,且随高度的降低快速减小;此外,由于WDM6方案使用简单的寇拉公式进行云滴活化,初始云凝结核数的变化即可造成雪、霰、云雨水含量的改变,故建议在具体大气气溶胶条件下,对方案中的云滴生成参数化过程做相应的调整。     

流变性软土地基模型的时效性分析与刚度计算

建立了线性粘弹性半空间地基模型,并给出了地基柔度矩阵和刚度矩阵的计算公式。文中以上海香港广场北块地库深基坑工程为例,对基坑围护结构的变形和内力,将原设计的理论计算值、实测值与本文采用时效性地坛模型的理论计算值进行了对比分析。结果表明,时效性地基模型的理论计算值与实测值较吻合,反映出该地基模型在流变性软土地落中对基坑围护结构的变形和受力分析具有较好的适用性。     

利用FY-2C卫星数据反演云辐射特性

本文利用FY-2C静止卫星提供的可见光、中红外和热红外观测数据, 开展了水云光学厚度、粒子有效半径和云顶温度的云参数遥感探测理论和反演方法研究。基于FY-2C可见光、中红外(3.75 μm)与热红外(11 μm)通道辐射率对云光学厚度、 云滴有效半径、云顶温度辐射参数的敏感性分析, 提出三通道同时反演云的光学厚度、云滴有效半径及云顶温度的迭代方案; 通过个例分析进行了云参数反演试验, 并将结果与MODIS的云反演产品进行了对比, 最后对反演误差进行了分析。主要结论如下:(1) 个例反演得到的云参数与各通道探测数据有着较好的对应关系, 迭代计算标准偏差在允许的计算精度范围内(<0.89%), 反演结果具有合理性; (2) 通过与MODIS云反演产品的对比可以看到, 两者云光学厚度、云滴有效半径的均值和直方图分布都非常一致, 而MODIS的云顶温度比FY-2C反演值要高, 考虑到FY-2C的 11 μm通道测量的辐射值与MODIS相比偏小, 因此认为我们的反演方法与MODIS方法的精度是相当的。     

遵循生态学原理防治地方性氟中毒

依据宁夏环境地质、气候条件、水氟含量、营养状况等诸多因素,分析了地方性氟中毒的流行特征。在回顾地方性氟病防治研究进展基础上,指出只探求毒理剂量的氟引起机体微观变化,缺乏多学科间交叉印证,难以进一步阐明发病机理。应遵循生态学原理,从环境与人类关系的作用、反作用和相互作用出发,采取相应的治本、干预、抗氟的防治措施,可取得标本兼治的效果。     

苏沪浙闽海岸互花米草盐沼的环境-生态动力过程研究进展

互花米草在其原产地具有生态重要性，然而引入我国并在江苏、上海、浙江、福建海岸广布之后却引发了争议。本文通过相关数据、资料的集成分析，试图对互花米草引种的环境和生态效应作出综合评述，并提出今后的研究方向和科学问题。在本区域，互花米草盐沼具有减小水流底部切应力、促进悬沙沉降、提高沉积速率的作用；现场调查和分析结果表明，互花米草盐沼初级生产高，为底栖动物提供了栖息地，本地盐沼的部分大型、小型和微型底栖动物得以迁入互花米草盐沼，形成了新的生态系统。在纬度地带性和海岸类型等不同背景因素影响下，上述环境一生态变化具有明显的地域性差异：杭州湾以北，全新世基底位置高，潮间带宽度大、坡度小，互花米草盐沼只占据潮间带的较小部分，在海岸防护和生态系统功能上主要起正面作用；杭州湾以南，全新世基底高程低，潮间带宽度小，潮滩主要形成于海湾之内，互花米草的扩展挤占了潮间带其他生物的生存空间，因而有生态上的负面作用。在沿海开发和海岸带管理中，互花米草效应的地域性差异应予以充分考虑。此外，为了预测互花米草盐沼的未来演化问题，除继续进行现场观测外，还要建立以海陆耦合、环境。生态动力过程耦合为特征的互花米草盐沼生态系统动力学模型。     

1960~2014年河南极端气温事件时空演变分析

基于河南1960~2014年18个气象台站逐日最高温、最低温、平均气温实测数据,采用线性趋势、相关分析等方法,根据选取的16个极端气温指数,分析了河南省极端气温变化趋势和空间差异,探讨了极端气温指数的影响因素以及与该区气候变化的关系。结果表明：① 河南近55 a来日最高气温的极小值、最低气温的极大/小值、暖昼/夜日数、夏季日数、热夜日数、暖持续日数、生物生长季呈现增大/加趋势;日最高气温的极大值、冷昼/夜日数、冰/霜冻日数、冷持续日数和气温日较差呈现减小/少趋势。② 极端最低气温的变暖主要发生在黄淮海平原区、豫西南南阳盆地以及豫南桐柏山-大别山山地丘陵区;而极端最高气温的变暖则主要发生在豫西山地丘陵区。③ 与中国其他地区相比,河南极端气温近55 a的变化速率较慢,低温出现的日数显著减少;但近20 a来大部分极端气温指数的变化速率均提高了2倍多,表明该区极端气温进入了加速变化阶段。④ 相关分析表明河南极端气温指数变化可以指示该区气候变化,且地形条件是该区极端气温空间变化的控制因素。