近千年全球气候变化的长积分模拟试验

近千年全球气候变化的长积分模拟试验是全球气候模拟研究的新领域,它不仅将现代器测资料与过去代用指标序列进行了有机的衔接,而且对过去百年和年代际尺度的气候变化可进行动力学解释,探讨其主要控制因素及其导致的区域响应差异。由于这类长积分模拟对计算机技术和气候模式本身的要求较高,目前能进行这类研究的国家为数不多。重点介绍了德国马普气象研究所的全球海气耦合气候模式ECHO G,以及利用该模式进行的千年长积分模拟试验结果。首先,应用全球120年的器测资料对模拟结果进行了检验,论证了该模型较强的气候模拟能力;其次,根据全球地表2 m气温的千年模拟结果,揭示了中世纪暖期—小冰期—20世纪暖期三段式气候变化时段,然后讨论了中世纪暖期和小冰期鼎盛期全球及中国的温度分布特点;最后根据对各控制因子的拟合分析与比较,初步揭示了近千年来的温度变化主要受太阳有效辐射的变化控制,而温室气体含量的增加对100年来温度的快速上升起着主导作用。      

盐溶液饱和黏土的力学行为模拟

由于黏性土表面带有丰富的负电荷,孔隙水溶液化学状态的变化对黏性土的物理力学特性存在明显影响。随着化学-力学耦合的相关岩土工程问题日益突出,进行有效的化学-力学耦合行为的数值分析评价显得尤为重要。因此,建立一个简单有效的考虑化学-力学耦合的本构模型是非常关键的。基于传统的修正剑桥模型,提出了一个简单的化学-力学耦合模型。该模型采用渗透吸力π描述孔隙水的化学状态,建立了前期屈服应力,临界状态线斜率M和弹性刚度与渗透吸力π之间的关系式,从而实现了模型对盐溶液饱和黏性土的变形和强度特性的有效模拟。通过与试验数据的对比和分析,说明该模型能有效地模拟孔隙盐溶液饱和黏性土的等向压缩行为、 状态下压缩行为以及 状态下化学-力学循环加载行为。此外,通过对黏性土三轴压缩试验的模拟,说明该模型能反映黏性土三轴应力状态下的基本力学特征。     

山溪性强潮河口最大浑浊带形成机制及其模拟

为阐明强潮河口最大浑浊带的形成机制及其运动规律,通过瓯江和椒（灵）江实测资料分析,系统分析了强潮河口最大浑浊带形成的影响因素及其与河口地貌的响应关系。考虑黏性细颗粒泥沙运动特性和盐度的影响,开发了强潮河口最大浑浊带数学模型,对椒（灵）江枯季大潮最大浑浊带运移过程进行了模拟。结果表明:①强潮河口最大浑浊带是潮波变形、咸淡水混合、泥沙再悬浮等复杂因素在一定河口边界和泥沙条件下相互作用的产物,潮波变形和泥沙供给是影响最大浑浊带形成的关键因素。②强潮河口最大浑浊带模拟必须充分考虑潮流、盐淡水混合、泥沙周期性起动、絮凝和沉积密实等因素,所建立的数学模型可用于强潮河口最大浑浊带研究。     

东亚中全新世的气候模拟及其温度变化机制探讨

大量地质证据证实了东亚和北美中全新世(6 kaBP)全年和冬夏季气温高于现代.然而,国际上PMIP计划下18个模式的古气候模拟结果未能捕捉北半球大陆中低纬地区冬季升温的气候特征.这些古气候模拟的冬季降温与地质资料揭示的冬季升温存在着巨大差异,反映出仅仅在太阳辐射变化驱动下的古气候模拟存在重大缺陷. 使用含有陆面过程的全球9层大气环流谱模式(AGCM+SSiB),采用现代植被和中全新世植被预置的不同下垫面对6 kaBP气候及其植被影响进行了模拟试验.古植被强迫下的模拟结果表明,中全新世时东亚地区各季均出现升温.尤其是模拟的冬季增温与地质资料重建的气候特征接近,反映了除太阳辐射的变化外,植被的变化对东亚地区中全新世的增温有着重要作用.该模拟结果的意义在于:(1)用具有物理机制的数值化模型并采用实际下垫面边界条件,能够较好地模拟出中全新世气候特征;(2)从动力机制的角度揭示了中全新世气候与现代气候存在巨大差别的原因在于辐射变化和下垫面植被变化;(3)中全新世下垫面植被的改变引起的地表反射率变化使得东亚陆面与西太平洋表面的热力差异随季节发生变化,因而中全新世夏季风环流增强,而冬季风环流减弱,冷空气活动受到抑制,使得中国区域冬季温度增加, 形成暖冬气候特征.     

近55年中国大陆气温突变的区域特征和季节特征

以中国大陆1951—2003年160站的月平均气温资料为基础，利用Mann-Kendall突变检验法和滑动t检验法重点对中国大陆地区气温突变的区域特征和季节特征进行了探讨。得到以下结论：近55a来，中国大陆地区变冷区域显著缩小，变冷区域的变冷趋势明显减弱；东北、华北区域年平均气温在20世纪80年代中后期发生突变，西北、中南区域年气温在20世纪90年代前期发生了突变；同一区域气温发生突变时，冬季气温突变时间较春、夏、秋季节均偏早。     

卸荷蠕变条件下软硬相接岩层非协调变形规律研究

软硬相接岩层在长时间跨度内的蠕变变形可能极为不协调,这对开挖工程安全稳定造成严重威胁。对某水电站引水隧洞同一开挖断面内砂质泥岩和泥质砂岩两种软硬相差较大的岩石进行卸荷条件下的蠕变试验和数值模拟,结果表明：在卸围压条件下,试样侧向蠕变变形较轴向发展更为迅速,呈现出显著的侧向扩容;初始围压水平较高时,试样卸荷蠕变破坏的侧向扩容效应更加显著;泥质砂岩在稳态蠕变阶段变形速率比砂质泥岩更慢,蠕变破坏时的应变值均比砂质泥岩蠕变破坏时的应变值要小,征兆性更弱。基于Burgers模型,引入损伤变量,建立带损伤的蠕变本构模型,模型曲线较好地描述了岩石破坏偏应力水平之前的线性蠕变特征和破坏偏应力水平下的非线性加速蠕变特征;软硬相接岩层蠕变数值模拟表明,蠕变变形初期,软硬相接点变形差别幅度不大,随着时间增长,在交接面处发生层间错动,对围岩整体稳定十分不利,工程实践中应予以足够关注。     

中国近500年来的气候模拟与重建资料对比

介绍了利用全球海气耦合气候模式ECHO G进行的小冰期以来的长时间积分气候模拟试验,并与中国区域温度重建资料作对比。共做了2个模拟试验：控制试验和真实强迫试验。首先将模拟结果与器测资料作对比,验证该模式模拟中国气候的能力;然后将模拟结果与中国10个区域重建的500年温度序列进行比较分析。均值、方差及EOF分析表明,对于1550年至今的时段,除了东北、新疆、西南地区外,其它地区模拟与重建序列的相关性尚好,相关的置信度超过90％;而对于1760年以来的时期,除了华南、西北、西南地区外,其它地区二者较为一致,相关的置信度均超过90％,表明气候模式ECHO G能捕捉到中国大部分地区温度的趋势及低频变化特征,也说明上述强迫条件是近500年来气候变化的主要控制因子。然而模拟的温度距平的空间差异性比重建资料的小,对于年代际、年际等短时间尺度的温度变化模拟与重建结果的吻合度较差。误差来自于重建和模拟两个方面。在重建资料方面,需要提高代用资料的代表性、精确性和可靠性;在模拟方面,应提高各强迫条件序列的精确性,同时应引入更多的强迫因子,如下垫面植被及工业气溶胶等。这样从两方面努力,才能更深入地刻划和认识中国历史气候演变及其成因机制问题。     

改性黑臭河道沉积物对营养盐去除的研究

为研究黑臭河道沉积物资源化利用方式,评估沉积物资源化以后对营养盐去除效果和研究其去除机制,以北京市某黑臭河道沉积物（S）为供试样品,对其进行氧化并负载金属离子改性,最终得到氧化-载钠改性沉积物（MS）.选取S和MS两种材料,评估其对氮和磷的去除效果,通过采用动力学、热力学等手段,进一步阐明改性材料对氮、磷去除机制.结果表明,在环境温度为35℃,固液比1：50（g：ml）的条件下,经氧化-载钠联合改性材料对氮（初始浓度20 mg/L）的去除效果均达到90%以上,其中对磷（初始浓度10 mg/L）的去除率最高可达98%;准二级动力学模型能更好的描述改性材料的吸附动力学行为（R²>0.93）,且动力学和吸附等温分析结果显示,Langmuir模型可以更好地描述两种材料的吸附等温线,改性材料对氮和磷的最大吸附量分别达到0.891和0.474 mg/g;热力学研究结果表明,吸附过程中,标准反应焓变（ΔH⁰）、标准反应熵变（ΔS⁰）均为正值,标准吉布斯自由能变（ΔG⁰）为负值,且随着温度的升高,ΔG⁰呈下降趋势.研究显示,MS具有更高的吸附性能,对氮、磷的吸附主要是材料表面活性吸附点位起主导作用,并且吸附过程是个吸热、自发进行的过程,更高的温度更有利于吸附.在同一温度下,随着氮、磷初始浓度的增加,MS对氮、磷的解吸比吸附过程更容易发生.     

黄土填方边坡界面渗流破坏机制模型试验研究

为了扩大可用耕地面积,延安地区开展了一系列的治沟造地工程,在填方坡体与原始坡体之间形成了接触界面,这类界面潜在影响着填方坡体的渗流变形破坏。针对延安地区治沟造地工程黄土填方边坡已有的和潜在的变形破坏问题,通过室内黄土边坡降雨模型试验,研究了界面对黄土填方坡体渗流特性与变形破坏的影响规律,揭示了界面渗流影响下填方边坡的破...     

Climatological Significance of Pollen Factors Revealed by Pollen-Climate Response Surface Functions in Dajiuhu,Shennongjia

Quantitative reconstructions of the mean July temperature and annual precipitation are performed based on pollen percentage contents from surface and stratum pollen samples,together with vertical meteorological observations across 700-2800 m in Dajiuhu,Shennongjia in Hubei Province of China.Canonical correspondence analysis and robust locally weighted regression of surface pollen samples are employed to investigate the relationship between plants and climate,and to build the seven pollen-climate response...