皖北一次特大暴雨过程中边界层急流日变化特征 及其对暴雨形成的影响分析

利用多普勒雷达风廓线产品、ERA5再分析资料和WRF模式,分析了2018年6月27日皖北一次特大暴雨过程中边界层急流的日变化特征及其对特大暴雨形成的作用。结果表明:特大暴雨发生期间存在边界层急流,急流最强达到了18 m·s^-1,强降水主要发生在急流快速增强的时段;急流前部的边界层辐合线是对流的触发因子,强降水落区位于急流核前部。急流为对流系统加强提供水汽和能量,且边界层急流和雷暴高压对峙使对流系统稳定少动,在对流系统西侧激发新的对流单体,有利于特大暴雨的发生;此次过程中天气系统的影响时间主要决定了强降水的落区,而边界层急流的日变化决定了强降水发生的时间段;边界层急流在夜间具有超地转特征,午后具有次地转特征,地转偏差和水平平流作用是导致夜间边界层急流增强的主要原因。     

校正热带测雨卫星轨道抬升对微波成像仪亮温的影响

热带测雨卫星(Tropical Rainfall Measuring Mission,TRMM)在2001年8月轨道高度从350 km升高至402 km,搭载于其上的微波成像仪(TRMM Microwave Imager,TMI)的入射角随之发生变化,进而使得相应探测结果(亮温)发生改变,从而导致由此反演的大气参数出现虚假的突变。为保证轨道抬升前后TMI亮温资料的连致性,以便更好地用于气候研究,本研究首先分析了洋面轨道抬升前后亮温的差异及变化原因,然后结合微波辐射传输模式,分析了不同环境参数对亮温变化的影响,在此基础上用线性变换的方式对轨道抬升后的亮温进行了修正,并从不同角度检验修正效果。结果表明,轨道抬升前后亮温呈线性关系,低频垂直极化通道亮温轨道抬升后升高了0.8-1.6 K,其他通道亮温变化不大。经过修正,轨道抬升前后的亮温趋于一致,月平均亮温偏差明显减小,低频垂直极化通道亮温在轨道抬升期间的突变被消除,亮温变得连续平稳,可用于气候研究。     

铲形逆冲断层地震破裂动力学模型及其在汶川地震研究中的启示

2008年发生了汶川地震的龙门山断层带是典型的铲形逆冲断层带.利用二维线弹性有限元模型,得到关于铲形逆冲断层带一些具普适性的认识:(1)如果断层带强度不随深度变化,则地震从断层带转换层附近开始发动,破裂沿断层向上传播,当地震蓄积能量足够大时,破裂可以冲破到地表,如汶川地震.(2)一旦到达地表,其最大同震位错将位于断层带...     

城市化过程中下垫面改变对大气环境的影响

城市化发展,特别是下垫面特征的改变,对大气环境的外强迫是当前大气环境领域研究的热点问题。下垫面特征变化导致不同尺度气象场发生变化,而气象条件又决定着大气污染物的迁移转化。为了深入探讨这个问题,文章首先从3个方面总结了相关研究：1）城市气候的基本特征及其形成的内在机制;2）不同尺度下的城市污染气象学特征;3）定量描述城市下垫面地-气作用模式的相关进展。之后进一步综述了利用数值模式方法模拟城市化过程中下垫面变迁对大气环境（包括气象条件及空气质量）影响方面的研究进展。最后利用中尺度大气模式WRF/Chem和过程分析方法研究了中国东部地区城市下垫面扩张对臭氧（O3）和一氧化碳（CO）空间分布的影响。模拟结果显示：在人为源排放不变的情况下,城市下垫面扩张使得近地面和1~3 km高处的O3,以及距地面1~2 km高处的CO体积分数增大;但近地CO体积分数下降。     

全球大地震时空分布与动力学机制的初步研究

文中根据最新的全球大震资料划分了 10 0a来全球特大地震的时空演化过程 ,表现为环太平洋带与近纬向活动带两种强震分布图像 ,以 2 0a左右的时间段交替出现。逆冲和引张型地震释放了全球强震能量的主要部分。逆冲型地震主要发生在环太平洋地震带上 ,在喜马拉雅碰撞边界和巽他弧也有发生。引张型地震主要出现在洋脊和裂谷地区。而走滑型地震主要分布在东亚大陆内部、北美板块西边界和加勒比板块的周边、西南太平洋带、以及地中海 -喜马拉雅带部分区域 ,呈近纬向分布。地幔对流的垂直运动与水平运动分量的比率 ,决定了逆冲、引张与走滑型强震的能量释放份额。地幔运动在地表体现在逆冲、引张与走滑型强震空间分布的区域差异性。这种差异在时间上的演化形成了全球强震活动环太平带与近纬向分布图像的交替出现。     

A numerical method of viscoelastic finite element coupled with spring-block model to simulate the interaction of faults and crustal blocks

A numerical method of viscoelastic finite element coupled with spring-block model is developed to study temporal processes from the slow tectonic motion of large-scale crust to the rapid failure of small-scale faults. Our modeling demonstrates that the motion of crustal blocks is driven by forces from tectonic plate boundaries, and the deformation is distributed on faults for the stress accumulating. The coupling model generates earthquake sequences that display a magnitude-frequency scaling consistent with Gutenberg-Richter law. The frictional heterogeneities affect earthquakes occurrence and stresses distribution of crustal blocks. Rupture of earthquakes starts at the nucleation node, and propagates bilaterally along faults with the stress triggering, release and redistribution. The failure of faults releases part of crustal stresses, the stress state of crustal blocks near fault is affected by the rupture of local segments on the fault, and the stress state of crustal blocks far away from the fault is controlled by the seismic activity of the whole fault.     

粘弹性有限元与弹簧滑块耦合模型——断层与地块相互作用的数值模拟

建立了粘弹性有限元方法和弹簧滑块的耦合模型,模拟了缓慢的大尺度地壳构造运动转化为急剧的小尺度断层失稳的时间过程,展示了地壳块体系统在板块边界作用下的相对运动,断层分配了主要的变形,导致了应力的积累,通过弹簧滑块模型模拟出服从Gutenberg-Richter定律的地震序列。断层摩擦强度的不均匀性控制了地震的发生以及块体的应力状态,地震破裂过程由成核点开始向两端扩展,伴随有应力的触发、应力释放和应力再分配的过程。断层的破裂事件释放了地壳块体的部分应力,靠近断层的地块应力受到局部破裂段的影响,而远离断层的地块应力状态受到断层整体地震活动的控制。     

根据2001年Mw 78可可西里强震InSAR同震测量结果反演东昆仑断裂两侧地壳弹性介质差异

利用2001年 Mw 78 可可西里强震InSAR同震测量结果，反演了青藏高原北部东昆仑断裂两侧地壳弹性介质差异.InSAR测量结果显示断层南侧的同震位移比北侧的大20％～30%.根据人工地震反射剖面建立岩石圈模型，以断层两侧杨氏模量差异和震源破裂深度为反演变量，通过有限元方法模拟实测得到的同震位移剖面.反演得到最佳断层破裂深度为20～22km，断层南侧杨氏模量相对北侧比值为81%～92%.结果表明，断层两侧弹性介质性质存在明显差异，由于构造运动作用，断层南部地壳不及北部地壳坚硬.前人利用地震层析成像和大地电磁测深等手段推断青藏高原内昆仑山断裂以南可可西里－羌塘地块地壳内广泛发育低速高导层，我们通过形变场力学分析得到与此相一致的结果.     

应用统计物理方法分析川滇地区地震危险性

川滇菱形块体及其边界断裂带(21°～33°N,96°～108°E)是中国大陆地震活动最强烈的地区之一,该地区发生的一系列大地震造成了巨大的人员伤亡和财产损失。文中分别应用基于地震空间相关性和地壳形变场的预测方法分析了该地区未来的地震危险性。由Kagan等(1994)提出的基于地震空间相关性的方法,假定未来发生地震的概率与历史发生地震的频度成正比,根据历史地震目录建立统计学模型估计未来发生地震的概率。回溯性检验表明,这种方法对于评估地震复发周期较短的断裂带的地震危险性有较高的有效性,但对于地震复发周期较长的断裂带,如龙门山断裂带,很难给出一个理想的预期。由Shen等(2007)提出的基于地壳形变场的方法,假定长期地震危险性与地壳构造应变率成正比,根据由GPS观测获得的应变率场建立统计学模型评估未来的地震危险性。回溯性检验表明,川滇地区过去30a间发生的地震与区域应变率的大小没有明显的对应关系,但过去500a间发生的地震与应变率场有很高的相关性,表明由10a时间尺度的大地测量资料得到的地壳应变场可以很好地反映数百a时间尺度的地震危险性。     

中国大陆与邻区强震分区活动性及其随时间演化

根据主要构造分布、震源机制解分布及地震活动状况，将中国大陆及邻区分成20个单元，6个区。利用中国地震局地球物理研究所提供的地震目录，计算近百年来各单元和各区的6级以上强震释放应变能，做出时间滑动后的应变能—时间曲线图，分析认为：(a)中国大陆及邻区百年来的强震活动是一个复杂的时空动态过程，每个区、带有其高、低潮，然而各地区没有统一的地震释放应变能高潮与低潮；(b)强震的活动与平静只是相对而言的，没有绝对的活动或平静；(c)微动态期划分较好的体现了强震活动特征，每个微动态期内至少有一个高潮期，且强震集中在一个主体地区内发生，各搬动态期的能量可以有起伏。通过进一步的讨论和分析，提出中国大陆地壳变形主要受三方面因素的控制：(1)印度板块、太平洋板块和菲律宾板块的活动及其变化控制中国强震活动图像的总体格局；(2)大陆地壳结构的非均匀性及其变化影响了主体地区的形态结构；(3)地壳形变的继承性影响强震活动主体地区形成与变迁的过程。