《工程地质学报》近年发展状况

摘要:《工程地质学报》(简称《学报》)经过17年的不断发展壮大,目前各项指标均取得了长足的进步。为了对《学报》有一个明确的发展定位,有必要学报近年来的各项指标进行科学的统计评估。本文主要依据《学报》近年的相关数据进行统计,对《学报》的影响因子等各项综合指标等进行系统分析,总结出学近年来的发展规律,找出不足,为进一步提升学报学术质量提供一个科学的根据。     

2008年1月中国南方低温雨雪冰冻天气特征及其天气动力学成因的初步分析

在欧亚大陆中高纬度长期维持阻塞形势的背景下,2008年1月11日至2月2日中国南方连续经历了4 次低温雨雪冰冻天气过程(简称"0801南方雪灾").这次强天气事件过程范围广、强度大、持续时间长且灾害极为严重.其天气学特征表现为中高纬阻塞形势稳定少变,低纬系统活跃确保水汽输送,以及南方部分地区满足冰雪风暴形成的有利天气条件等.研究表明,导致大气环流异常从而促使这次低温雨雪冰冻强天气事件出现的主要因素包括:(1)北极涛动(AO)的异常活跃,有利于行星尺度波动的稳定维持;(2)阻塞上游50°N区域有极强的负涡度平流持续输送到阻塞区,使濒临崩溃的阻塞形势得以重新加强,从而使阻塞形势长时间稳定维持;(3)青藏高原以南低纬地区南支气流活跃,确保中国南方充沛的水汽来源;以及(4)长期存在有利于冰雪风暴生成发展的天气-动力-物理学条件等."0801南方雪灾"事件一个突出的特征就是冰冻现象极为严重.文中借助新型卫星CloudSat的星载云廓线雷达(CPR)资料对这次事件中典型云系进行天气-动力-物理学分析,揭示出西南暖湿气流沿锋面爬升,形成界限分明上下交替的两个冷暖气团,冷气团较浅薄;在2-4 km高度存在一个融化层,冰水不仅存在融化层之上,在近地面层亦含有丰富的冰粒子.结合常规观测资料分析发现,在此期间中国南方大部地区中层(大约在850-700 hPa)存在温度大约在0-4 ℃的逆温层,地面气温大致维持在-4-0 ℃且相对湿度在90%以上,分析表明,此次大范围冰冻灾害天气是由于冻结、凝华和冰雾粒子的附着增长等物理过程共同作用的结果."0801南方雪灾"事件持续时间较长,事件本身作为一个整体其成因可追溯到行星尺度系统.研究极涡异常及其随时间变化的结果表明,平流层极涡变化比对流层的超前,尤其是该事件前期平流层极涡进入12月后就趋于加强,而对流层的极涡加强则明显滞后,并且直到1月中至2月初才快速加强;这意味着平流层蕴含着对流层极涡变化及伴随的强天气事件的先期信号,这可能是中长期预报的一个值得深入研究的方向.     

干旱区内陆河漫溢型生态用水调控的模拟分析——以塔里木河干流灿木里克生态区为例

利用地理信息系统、洪水演进、遥感方法,通过对塔里木河干流灿木里克漫溢型生态用水调控的分析,建立了生态放水漫溢模型,动态模拟了生态放水的漫溢过程,分析了生态用水量与生态保护范围、放水淹没时间之间的定量关系,结果表明生态放水流量的大小和时间的长短对生态用水的效率影响很大,相同生态用水量按不同流量和时间供给其效果呈几何指数关系,地形起伏度在生态用水中也起到关键性作用,生态用水的调控不能等同于简单的农业灌溉系统,简单的放水会造成很大的浪费,且达不到预期的生态效应.优化放水可使生态用水的效率提高30%,这对于干旱缺水地区至关重要.     

物理耗散技术及其在MM4中的应用

在传统的流体动力学框架下,数值天气预报问题往往被提为经典牛顿力学的确定论初值问题　。然而大气是多体系统,利用仅对三体以下的系统才能精确描述的理论来处理多体系统的运　动,会引起较大的误差和问题。为此,文中提出了一套在数值天气预报模式中引入“不可逆　热力学算子”的技术,按热力学第二定律的约束方式,来控制多体系统的演变方向,以提高　数值天气预报的精度。例如在ＭＭ４模式中引入不可逆热力学算子后,温度场、湿度场、高度　场及全风速场的平均相对均方根误差减小了约１３％,其中４８　ｈ预报的误差减小两成以上。鉴于文中提出的不可逆热力学算子引入技术是基于描述耗散性的物理定律,而非纯粹出于计算　上的考虑,故名为物理耗散技术。由于它所依据的物理原理对所有流体力学和大气数值模式　均适用,因此该项新技术在地球物理流体力学界将有广阔的应用前景。     

PHYSICAL DISSIPATIVE TECHNIQUE AND ITS APPLICATION TO THE MM4

Under the traditional framework of fluid dynamics,the problem of the numerical weatherprediction is often expressed as the deterministic initial value problem of the classical Newtonianmechanics.The atmosphere is.however,a many-body system,the methodology by which thesystem with two bodies could be precisely solved would cause bigger errors and problems whenhandling the many-body system by it.A kind of technique to incorporate “the irreversiblethermodynamic operators” into the numerical weather prediction models is.therefore,suggestingin this paper,to control the evolutionary direction of the many-body system according to theconstraining way of the second law of thermodynamics,and thus the forecasting accuracy of thenumerical weather prediction has been noticeably improved.For example,in the MM4 theaveraged relative root mean square error of the fields of the temperature,humidity,height andwhole wind velocity has decreased by about 13%,among which the averaged error of the 48 hforecasts has decreased by more than 20%.Since the technique to introduce the irreversablethermodynamic operator suggested in this paper is based on the physical law that describes thedissipativity and does not come from the computational consideration only.it is thus named as thephysical dissipative technique.In view of the universality of the principle incorporating theirreversible thermodynamics operators suggested in this paper for the fluid dynamics andatmospheric numerical models,the applications and generalization of this incorporating techniquewould produce a great impact on the field of geophysical fluid dynamics.     

“东方之星”翻沉事件强对流天气分析及数值模拟

2015年6月1日21:32（北京时）左右,"东方之星"号客轮由南京开往重庆途中,行至湖北省荆州市监利县长江大马洲水道时遭遇狂风暴雨天气而翻沉。经调查分析,此次事故是由一次突发罕见的飑线天气伴随的下击暴流袭击所致。使用ARPS模式,同化常规资料及监利县周边4部雷达资料,综合多种观测分析飑线伴随下击暴流过程中系统结构及发展变化特点,结果表明:降水质点的拖曳和下沉气流的共同作用是强对流活动发生发展和下击暴流产生的重要原因,低层干燥、中层湿润的不稳定层结有利于动能向下传输及地面大风的生成。数值模拟表明:地面水平风场大值区、近地面水平和垂直风向风速变化、10 min累积降水量大值中心和组合反射率因子高值区走向呈一致的带状分布,与观测对应良好。受下击暴流直接影响,事故点附近的雷雨大风强度陡增,近地面出现狭窄的阵风锋,风切变明显;事故点附近主要受到超过10 m·s-1的下沉气流和超过18 m·s-1的强烈偏西风共同影响,降水中心分钟降水量超过10 mm。     

基于TM/OLI影像的杨凌示范区土地利用动态变化研究

以1995、2003与2013年的Landsat TM/OLI影像为数据源,基于CART算法的动态变化分析方法对杨凌示范区1995~2013年的土地利用动态变化情况进行了分析和统计。研究结果表明,1995~2013年18年间杨凌示范区农用地减少了27.65 km~2,林用地减少了16.86 km~2,城市用地增加了41.82 km~2,减少的农用地和林用地主要流向城市用地。通过对自然、社会和经济因素的分析,可知杨凌区土地利用变化主要驱动力为经济和社会因素。     

基于梯度结构相似度的矿区土壤湿度空间分析

基于中国蒙、陕、晋、三省区的神东矿区2000-2015年成像光谱仪数据,双抛物线型归一化植被指数（normalized difference vegetation index,NDVI）和地表辐射温度（land surface temperature,T_s）（记为NDVI-T_s）特征空间的温度植被干旱指数法计量地表土壤湿度,采用梯度结构相似度法定量分析研究区土壤湿度的时空分布特征。结果表明:神东矿区土壤湿度变化具有明显时空分布异质性,空间上,矿区土壤湿度表现出从西北部向东南部逐渐增加的规律,干旱区域由2000年的96.03%下降到2015年的59.59%;矿区60.05%的区域的土壤湿度发生了突变,其中49.87%区域地表植被覆盖得到明显改善,土壤湿度得到明显提高;35.18%的区域的土壤湿度发生了变化,其中28.13%区域地表植被覆盖有所改善,土壤湿度有所增加;仅有4.77%的区域的土壤湿度没有发生改变。进一步分析表明,地表土壤湿度的时空分布特征受区域地貌类型和下垫面覆盖影响较大。     

中原经济区县域碳收支空间分异及碳平衡分区

区域碳收支核算是当前全球气候变化与碳排放研究的核心内容之一.开展县域空间碳收支与碳平衡研究不仅有助于从理论上构建县级尺度碳效率和碳生态压力评估的方法,而且对于县域空间碳补偿及低碳发展策略的制定也具有重要的现实意义.本文采用2009 年中原经济区县域单元的各种统计数据及土地利用数据,对县域空间的碳收支状况进行了核算分析,并在碳平衡分区的基础上提出了中原经济区主体功能区优化的思路和政策建议.主要结论:① 中原经济区2009 年碳吸收和碳排放总量分别为1.3 亿t 和2.1 亿t.碳排放量基本呈现“从市辖区到周边县(市) 逐渐降低”的规律;碳吸收量的分布具有“西北低、东南高”的特点;②县域空间碳补偿率的分布具有显著的区域差异,人均GDP 越高的地区,其碳补偿率往往越低;反之,碳补偿率越高;③ 由于县域单元碳源/汇具有较大的空间差异,中原经济区县域空间的碳排放经济贡献率和碳生态容量存在明显不匹配现象;④ 基于碳平衡分析,本文将中原经济区县域空间划分为碳强度控制区、碳收支平衡区、碳汇功能区、碳总量控制区及低碳优化区等5 类区域,并在此基础上提出了中原经济区主体功能区优化的思路及低碳发展策略.     

自然灾害预测面临的挑战和新途径

在论述了自然灾害预测面临挑战的同时,动用耗散结构理论讨论了自然灾害特别是荒漠化的形成机理和治理途径,指出了复杂系统预报理论的一种可能的科学取向。