北京大学陆面过程模式PKULM(Peking University Land Model)介绍及检验

陆面过程模式是气候模式和天气模式的核心组成部分之一.在土壤-植被-大气耦合模式(Soil-Plant-Atmosphere Model, SPAM)的基础上,发展了新一代北京大学陆面过程模式PKULM(Peking University Land Model).本文首先介绍了PKULM的辐射传输、湍流输送、光合作用、土壤水热输送等过程的参数化方案;采用隐式迭代计算框架,发展并应用了一个快速的线性方程组求解算法,提高了模式计算稳定性;提出并使用了二分搜索算法计算气孔阻抗,避免了CLM(Community Land Model)等使用的迭代方法在干旱区不稳定的情况,提高了模式的适用性;采用水势为基础的土壤水分扩散方程,使模式能够模拟土壤饱和区的水分输送过程,为进一步与水文过程模式耦合奠定了基础;还发展了一个地表积水与径流过程的机理模型,提高了模式对地表水分平衡过程的模拟能力;最后,使用"中国西北干旱区陆-气相互作用观测试验"平凉站的资料对模式进行了检验并与NOAH(National Center for Environmental Prediction, Oregon State University, Air Force, and Hydrology Lab model)陆面过程模式的模拟结果进行了比较,结果表明PKULM能够较好地模拟西北半干旱区农田下垫面地气交换过程.     

中国西北地区云的分布及其变化趋势

利用1983年7月—2001年9月ISCCP D2云的月平均资料,针对西北地区15种不同类型云的分布特征进行了分析,给出了中、低云量之和以及高云量在3个气候子区的多年变化趋势,初步探讨了其形成机制。结果表明:水层云、冰层云、水雨层云、冰雨层云和深对流云的光学厚度和云水路径值最大;水层云主要出现在天山山区、北疆地区和陕西南部,冰层云主要出现在北疆地区,水雨层云、冰雨层云和深对流云以及水高层云、冰高层云、卷层云的云量高值区在天山—昆仑山—祁连山一带以及陕南和/或陇南地区,因此上述地区也是有利于人工增水作业的地区。近20年中,高云量在3个气候区都呈明显下降趋势,中、低云量之和则呈上升趋势。西北地区云与地气系统之间可能存在这样一个过程:地面气温的升高,促使地面蒸发加剧,从而导致中、低云量增多而使降水增多,同时高云云量减少。     

汶川地震前后波速比变化特征的再研究

收集整理了四川省地震台网1990—2012年产出的地震直达波震相数据, 利用单台多震和达法对2008年汶川M_S8.0地震前后四川地区的波速比变化特征进行了分析研究(共筛选出13个数据量较为丰富、 连续性较好的台站). 结果显示： 其中位于龙门山断裂中北段西侧的4个台站, 震前出现长达7年左右的中长期波速比低值异常; 其它9个台站的波速比震前变化基本稳定. 震前波速比出现异常的4个台站的分布与汶川M_S8.0地震孕震区范围大体一致, 从而为研究汶川M_S8.0地震前是否存在地壳介质特性的时间变化过程, 提供了有力的判定依据.     

长期天气豫告之大势

寻常天气豫告,推测天气之变动,只限於周日。然水旱灾荒之防治,栽种作物之决择,断非寻常天气豫告所能为力,是以有长期天气豫告之需要。一旦灾荒发生,不仅危及人民生计,亦且影响国家财力。一九三一年长江流域发生空前水灾,损失估计达十四万万元,一九三四年长江流域又遭严重之旱灾,损失估计达七万七千五百万元。至於中国中部因雨量变率之大,尤见灾害频仍。旱潦之来,虽非人力所能阻止,然能预测於前,得未雨绸缪。施以补救,则生民不致横遭     

隧道掘进机滚刀破岩动态荷载理论模型及试验研究

滚刀荷载的动态信息（如峰值荷载、增长速度以及频率等）对保持全断面隧道掘进机系统稳定、控制刀盘振动等至关重要。目前的破岩力预测公式不足以满足刀盘受力及振动的求解需要。因此,基于离散化建模思路,将传统空腔膨胀理论的一维贯入运动扩展至高维度的回转破岩中,对岩体参数及操作参数对荷载特性的影响进行了研究。并通过多组全尺寸回转破岩试验进行验证。结果表明：安装半径、转速以及贯入度的增大使单位时间内滚刀挤压的岩体体积增多、密实核边界速度升高,导致侵岩荷载的增长速度及频率均升高,荷载变化及刀盘振动更加剧烈。岩体强度的增大会导致荷载峰值及增长速度升高、频率降低。所建立的回转破岩动态荷载理论模型与试验结果相差5%以内,验证了该模型的准确性。     

Sr2CoO4-δ薄膜中的自旋玻璃态的磁性质研究

用脉冲激光沉积方法(PLD)在铝酸镧衬底上制备了c取向的高氧空位含量的锶钴氧薄膜.X射线衍射分析表明薄膜单一取向且没有明显杂相.原位的高气压反射式高能电子衍射仪(RHEED)监测显示,薄膜为层状生长.通过对薄膜磁化强度随温度、磁场及时间的变化曲线进行测量,发现零场冷曲线上可能存在两个特征温度:T_f和T_a.T_f为对应玻璃态的冻结温度而T_a对应少量的不缺     

政和-海丰断裂带b值空间扫描分析

应用b值空间扫描方法,分析福建地区政和-海丰断裂带上发生的ML≥4.5中强地震前b值空间扫描图像.分析结果表明:在此断裂带上发生中强地震前,均存在b值空间扫描异常现象,且震中皆在异常区域内.b值空间扫描方法,对政和-海丰断裂带ML≥4.5中强地震发生的时间、地点映震效果明显,对该断裂带上发生的中强地震进行中短期预测有一定效果.     

华北克拉通-扬子克拉通与秦岭造山带古地幔组成及状态的对比

经研究，华北克拉通古地幔以含石榴石的二辉橄榄岩、方辉橄榄岩及纯橄榄岩为主．地幔交代作用强烈，岩石富集不相容元素，明显高于南非及西澳克拉通者．扬子克拉通古地幔主元素亏损程度差，交代作用较弱，岩石为石榴石／尖晶石二辉橄榄岩．秦岭造山带壳、幔交界带的岩石类型复杂，包括蛇纹石化尖晶石二辉橄榄岩（蛇纹岩）、石榴石辉石岩、榴闪岩、变辉长岩及变玄武岩等．蛇纹岩遭受强的塑性流变，剪切变形结构发育．与克拉通相比，地幔交代作用很弱．３个地幔域的古地温状态有差异，秦岭造山带最高，扬子克拉通居中，华北克拉通最低．上述结果表明，两克拉通的古地幔特征相差显著，暗示经历了不同的演化过程．交代作用可能发生在１７００Ｍａ以前和１１００～５００Ｍａ，后者强于前者．造山带地幔的剪切变形明显强于克拉通地幔     

高压下玄武岩浆的不混溶及其对双峰式火山岩的成因意义

我们在温度850～1300℃,压力1.0～3.0GPa和含约2%水的条件下的碱性玄武岩熔融实验产物中发现在高于2.0GPa压力下玄武岩熔融后的淬火产物中存在着两种不同成分的玻璃,其中一种呈褐色,另一种为浅色或无色.玻璃的电子探针分析结果表明,褐色玻璃具有相对高的MgO、FeO和相对低的SiO2、K2O、Na2O含量及Na2O＞K2O的特征.熔体的不混溶间隙与温度无明显关系,但与压力关系密切,即在大于2.0GPa的压力条件下两种玻璃的不混溶间隙突然增大.因此,由不混溶作用形成的双峰式火山岩应来自大于2.0GPa的上地幔,且是能够提供酸性端员物质以及快速上升的构造环境.这与双峰火山岩可以产生于大陆裂谷环境或主要产于俯冲带的弧后拉张环境而不是岛弧前缘一致.     

中国物理海洋学研究70年:发展历程、学术成就概览

本文概略评述新中国成立70年来物理海洋学各分支研究领域的发展历程和若干学术成就。中国物理海洋学研究起步于海浪、潮汐、近海环流与水团,以及以风暴潮为主的海洋气象灾害的研究。随着国力的增强,研究领域不断拓展,涌现了大量具有广泛影响力的研究成果,其中包括:提出了被国际广泛采用的“普遍风浪谱”和“涌浪谱”,发展了第三代海浪数值模式;提出了“准调和分析方法”和“潮汐潮流永久预报”等潮汐潮流的分析和预报方法;发现并命名了“棉兰老潜流”,揭示了东海黑潮的多核结构及其多尺度变异机理等,系统描述了太平洋西边界流系;提出了印度尼西亚贯穿流的南海分支(或称南海贯穿流);不断完善了中国近海陆架环流系统,在南海环流、黑潮及其分支、台湾暖流、闽浙沿岸流、黄海冷水团环流、黄海暖流、渤海环流,以及陆架波方面均取得了深刻的认识;从大气桥和海洋桥两个方面对太平洋–印度洋–大西洋洋际相互作用进行了系统的总结;发展了浅海水团的研究方法,基本摸清了中国近海水团的分布和消长特征与机制,在大洋和极地水团分布及运动研究方面也做出了重要贡献;阐明了南海中尺度涡的宏观特征和生成机制,揭示了中尺度涡的三维结构,定量评估了其全球物质与能量输运能力;基本摸清了中国近海海洋锋的空间分布和季节变化特征,提出了地形、正压不稳定和斜压不稳定等锋面动力学机制;构建了“南海内波潜标观测网”,实现了对内波生成–演变–消亡全过程机理的系统认识;发展了湍流的剪切不稳定理论,提出了海流“边缘不稳定”的概念,开发了海洋湍流模式,提出了湍流混合参数化的新方法等;在海洋内部混合机制和能量来源方面取得了新的认识,并阐述了混合对海洋深层环流、营养物质输运等过程的影响;研发了全球浪–潮–流耦合模式,推出一系列海洋与气候模式;发展了可同化主要海洋观测数据的海洋数据同化系统和用于ENSO预报的耦合同化系统;建立了达到国际水准的非地转(水槽/水池)和地转(旋转平台)物理模 型实验平台;发展了ENSO预报的误差分析方法,建立了海洋和气候系统年代际变化的理论体系,揭示了中深层海洋对全球气候变化的响应;初步建成了中国近海海洋观测网;持续开展南北极调查研究;建立了台风、风暴潮、巨浪和海啸的业务化预报系统,为中国气象减灾提供保障;突破了国外的海洋技术封锁,研发了万米水深的深水水听器和海洋光学特性系列测量仪器;建立了溢油、危险化学品漂移扩散等预测模型,为伴随海洋资源开发所带来的风险事故的应急处理和预警预报提供科学支撑。文中引用的大量学术成果文献(每位第一作者优选不超过3篇)显示,经过70年的发展,中国物理海洋学研究培养了一支实力雄厚的科研队伍,这是最宝贵的成果。这支队伍必将成为中国物理海洋学研究攀登新高峰的主力军。