桩基下岩溶顶板稳定性有限元阶段分析

为了研究桩基下伏溶洞顶板的稳定性以及破坏模式,利用有限元软件DIANA进行阶段分析,模拟地基土体在溶洞不断扩大过程中渐进塑性变形及位移场特性,并以无溶洞时地基极限承载力为标准设置5个不同桩端载荷等级,对比分析荷载等级和溶洞发育对于围岩稳定性的耦合影响,并总结出溶洞发育过程中顶板的破坏模式和机理。得出如下结论：溶洞发育和桩端荷载等级均存在临界安全值。在荷载等级较小时,溶洞对地基起主要影响作用,溶洞不断发育使塑性应变沿桩基下方斜向下不断扩展。当荷载等级较大时,相同发育阶段溶洞顶板塑性应变显著增大,即使溶洞发育处于安全阶段,也可能使临界安全阶段提前,发生破坏。数值模拟较好地反应实际中溶洞随时间不断扩大演化过程中围岩的受力特点,对于岩溶顶板稳定性研究具有重要参考价值。     

秋季台风倒槽特大暴雨的对流特征和预报难点分析

如何提高中尺度天气系统预报技巧是天气预报领域的重大科学问题之一。中尺度天气系统的发生和发展受到大气热动力条件、地形及污染条件等多重影响,且由于模式本身及初值的不确定性,中尺度天气系统所产生的对流天气预报仍有较大误差。通过在重点地区开展适应性观测试验降低模式初始场的不确定性是行之有效的方法之一,基于此有望更准确地揭示中尺度天气系统触发和形成机制、提高对流天气模式预报水平。首先,提出一种适应性观测试验的技术路线,即在已有的京津冀地区现代气象探测网基础上,采用集合变换卡尔曼滤波方法识别典型中尺度对流性天气的观测敏感区,结合无球探空移动观测平台,通过观测与预报互动方式,开展目标区的中尺度天气适应性观测试验,研究京津冀地区夏季对流天气触发机制,探索提高灾害性对流天气预报技巧的新方法。然后,针对大城市区域对流天气短临预报预警面临的低层大气垂直观测系统存在的“大网捞小鱼”问题,可通过构建由5个具有垂直观测能力的站点所组成的金字塔形对流层低层大气垂直观测系统,提出随云团大小和位置变化而变化的动态三角形组网观测技术,以获得不同空间尺度的大气动力廓线,进而增进对对流天气触发、发展和演变机理的认识。最后,探讨了适应性观测与大城市气象保障服务之间的内在联系,针对大城市大气垂直观测中尺度站网科学布局和以改进城市短临预报精度为目的的适应性观测等问题,给出具体建议,并展望以观测-预报互动为主要特征的中尺度适应性观测试验技术对大城市气象保障服务的科学价值和应用前景。

     

典型相关方法在低纬高原汛期降水预报中的应用试验

利用典型相关方法作云南汛期（6－8月）降水的预报试验，选取有实际预报意义的北半球500hPa场1－4月平均环流特征产量、部分关键区的高度和距平资料及太阳黑子数作为共同影响因子，建立典型相关模型。并取所有的前10个典型变量分别作汛期雨量预报对比。对1998年、1999年的汛期雨量预报结果表明：取前10个典型变量为预报因子作汛期雨量预报的准确率优于取所有典型场为预报因子的预测模型。从实况检验来看，该模型物理意义清晰，效果较好。并作了2000年的汛期预报，其准确率为10／16。     

中国大范围雷暴大风事件(Derechos)研究: 时空分布、环境背景和对流系统形态特征

2017年7月9日,天津市西南地区出现一次伴随短时强降水、冰雹、下击暴流的强雷暴大风天气过程,其中天津市静海区独流镇先后发生两次下击暴流大风。利用多普勒天气雷达数据、三维变分风场反演资料、地面加密自动站观测资料等,对此次强雷暴大风天气过程中下击暴流的成因进行了初步探讨。结果表明：(1) 本次过程发生在500 hPa冷涡后部和高空前倾槽形势下,上干冷下暖湿形成静力不稳定层结,对流发生前对流层中下层具有明显的条件不稳定、较大的对流有效位能和下沉对流有效位能,西南风与东南风形成的中尺度辐合线在低层高温背景下触发对流,较弱的垂直风切变环境使得对流风暴初期以脉冲风暴形式出现。(2) 下击暴流大风发生前伴随雷达回波图上反射率因子核心下降、中层径向辐合和低层中气旋等特征。(3) 降水粒子的拖曳作用对独流镇两次下击暴流大风的发生均起到重要作用;此外,第一次下击暴流大风的发生还与负浮力和干空气夹卷有关,第二次下击暴流大风的发生则与中气旋后侧扰动气压垂直梯度有关。

     

基于航空和高铁流的中国城市网络格局及演化

基于2009、2014、2019年的航空、高铁时刻表数据构建出航空子网络、高铁子网络以及航空?高铁叠合网络,利用社会网络分析、主成分分析等方法得到交通综合指数,并用以对3个网络的动态演化特征进行分析。研究表明：① 航空流与高铁流视角下的城市网络形态存在显著的差异。航空运输为远距离、高等级核心城市之间的联系提供了快速通道,航空网络中构成菱形结构支点的核心城市处于动态变化的状态,随着中西部城市的崛起,网络均衡性逐步提升;高铁网络对东部和中部地区主要城市起到串联作用,网络的演化依托高铁干线的延伸,呈现由点状向廊道至带状发展的平面分布。② 网络对比分析发现高铁网络的拓展对航空网络产生挤压效应,逐渐成为1500 km范围内的主导性高速交通运输方式,促使航空运输的优势距离不断扩展;网络叠合分析发现高行政等级城市及经济发达城市占据主导位置,中西部城市崛起,东北城市衰落;整体网络呈现由点?线?面扩张发展的趋势,且胡焕庸线两侧的城市网络格局存在显著差异。叠合网络东部和中部城市联系从以航空为主导转为高铁主导,而西部城市仍以航空联系为主导。     

渤海西岸偏东风对天津局地大暴雨的影响分析

利用加密自动气象站、多普勒天气雷达和风廓线雷达等高时空分辨率资料,分析2017年7月6日天津一次局地大暴雨过程的中尺度对流系统发展演变特征,讨论渤海西岸边界层偏东风的垂直结构、温湿特性及其对局地大暴雨的作用。结果表明:局地大暴雨由两个暖区中尺度对流系统和一个低涡切变线系统造成,偏东风作用下的暖区第二个中尺度对流系统主导了局地大暴雨的形成。大暴雨中心两侧的温湿特征均呈“东高西低”分布,偏东气流具有暖湿特性,为暖区对流暴雨的发生发展提供了有利的环境条件。由于海陆地形差异,偏东气流自渤海向内陆推进过程中呈现明显的风速扰动特征,不仅导致水汽辐合,同时有利于上升运动发展。其中,0.6 km以下偏东风的中尺度扰动对局地大暴雨的触发和维持起重要作用,风速辐合强迫产生的上升气流是γ中尺度对流单体的重要触发机制,而强降水冷池出流与不断增强的暖湿偏东人流相互作用形成地面中尺度辐合线,使对流系统得以稳定维持,40 dBz以上强降水回波持续近3 h,平均6 min降水量达6.8 mm。此外,局地大暴雨的雨强变化与东风急流波动关系密切,急流的建立、发展、减弱和消失分别对应降水的陡增、峰值、减弱和陡降四个阶段。     

流域土壤有效厚度水平衡验证及其对陆面水碳通量模拟的影响

由于土壤特性和植被分布具有区域性,不同流域土壤有效厚度存在差异,进而影响土壤蓄水容量和陆面水碳等通量的时空分布。以湿润地区的东江流域,湿润、半湿润地区的淮河流域以及半湿润、半干旱地区的泾河流域为研究对象,采用LPJ动态植被模型,以水量平衡为目标率定土壤有效厚度,分析不同气候区典型流域土壤有效厚度以及土壤蓄水容量和陆面水碳通量（径流量R,实际蒸散发量ET和净初级生产力NPP）变化。结果表明：东江、淮河、泾河流域的土壤有效厚度分别为70 cm、90 cm和140 cm,土壤有效厚度和蓄水容量随着气候干旱程度增加而增加;土壤有效厚度的修正有效减低该模型水平衡误差,对陆面水碳通量模拟结果的影响程度与区域气候条件有关,湿润地区多年平均径流深和实际蒸散发修正前后变化显著,半湿润、半干旱地区NPP变化显著。研究成果为提高LPJ模型在不同气候区应用可靠性提供参考依据。     

海洋低氧环境底栖有孔虫研究进展

全球变暖和人为活动不断加剧海洋低氧环境发生的频率和范围,低氧对全球海洋底栖生物群落结构造成重大影响。底栖有孔虫能够广泛适应生存在各种海洋低氧环境中,是极少数能适应低氧环境的真核生物之一,底栖有孔虫对低氧环境的响应及适应机制研究是海洋研究领域的前沿和热点话题,至今仍存在很多谜团。本文总结了不同海洋低氧环境活体底栖有孔虫分布特征、活体底栖有孔虫对人为诱导低氧环境的响应、低氧环境下底栖有孔虫外壳化学组成特征、低氧环境下底栖有孔虫的生存机理,期望为后续推进海洋低氧环境下底栖有孔虫相关研究进一步开展提供参考和借鉴。底栖有孔虫作为古海洋环境重建的重要工具,对我们了解全球海洋低氧环境的历史演化进程具有非常重要的意义。展望未来我们需要进一步加强有孔虫细胞生理学和分子生物学对低氧环境的适应机制研究,从系统发生学上认识真核生物对低氧环境适应的历史演化进程,为利用有孔虫作为工具更好地重建和预测海洋低氧环境变化提供理论依据。     

黑龙江双阳河流域土壤—水稻—人体系统锗的分布特征、迁移转化及影响因素

土壤锗的自然禀赋、成因来源、生态环境效应及人体健康评估为黑土地生态地质研究的重要方向,开展土壤—水稻—人体系统中锗的分布特征、迁移转化及影响因素的定量研究,对黑土区富锗农产品开发和人体健康具有重要意义。基于双阳河流域1∶5万土地质量生态地球化学调查课题,获取成土母质、表层土壤、水稻籽实、根系土和人发等多介质的锗元素数据,运用GIS、SPSS软件对数据统计分析。结果表明：研究区表层土壤锗含量为(0.996～1.626)×10^-6,平均值为1.326×10^-6,高值区主要分布在双阳河北侧西北部和南侧中部;划定富锗、足锗耕地面积分别为70.55 km²、166.9 km²,具有开发绿色富锗、富硒农产品的较大潜力。成土母质是影响表层土壤锗含量的最主要因素,土壤类型和土地利用类型影响较小;偏酸性、有机质缺乏的土壤环境可能更有利于锗的富集。水稻籽实锗含量为(0.24～3.40)×10^-6,平均值为1.59×10^-6,达到中等和强烈摄取标准的样品分别占40%、60%,处...