基于FDR原理的冻土测量方法

在我国地面气象观测中,冻土的自动观测一直未能实现,为了解决这一问题,本文基于频域反射(Frequency Domain Reflectometry,FDR)测量原理,通过测量土壤介电常数变化实现冻土测量的方法,设计了一种基于平面电容传感器分层检测冻土的传感器,土壤冻结时,其内部水分会相变为冰,水的介电常数远大于冰,利用水冻结相变后引起介电常数急剧变化的特性,建立了基于土壤介电常数、地温反演冻土的数学模型,并进行了典型土壤实验室冻结试验及外场对比观测试验,结果表明:冻土传感器能正确分辨土壤冻结状态,测量数据与人工观测趋势一致,相关系数可达0.99以上,平均测量误差小于3cm,基于介电特性的冻土传感器可以准确连续测量土壤的冻结深度及其生消变化。     

江淮地区一次强飑线系统结构特征的数值模拟研究

利用NCEP/NCAR 1°×1°逐6 h再分析资料、WRF中尺度预报模式,对2014年7月30 31日发生在江淮地区的一次强飑线天气过程进行天气学分析和数值模拟研究。结果表明,飑线发生前大气低层水汽条件良好,中层阶梯槽引导高层干冷空气向下入侵后叠加在低层暖湿气流之上,使飑线发生区域不稳定能量累积,低空切变线促使不稳定能量释放,是此次飑线过程的主要触发机制。在分析飑线成熟阶段宏观特征及微物理特征的基础上,归纳总结了此次飑线在成熟阶段的内部结构模型。飑线系统处于成熟阶段时,在大气低层强回波核附近存在"冷池",这主要是降水粒子在下落过程中蒸发冷却形成的。降水粒子下落过程中拖曳周围空气形成下沉气流,下沉气流到达地面后形成的辐散气流是地面大风形成的关键。     

Spatiotemporal variability of extreme precipitation in Shaanxi province under climate change

Extreme climate index is one of the useful tools to monitor and detect climate change. The primary objective of this study is to provide a more comprehensively the changes in extreme precipitation between the periods of 1954–1983 and 1984–2013 in Shaanxi province under climate change, which will hopefully provide a scientific understanding of the precipitation-related natural hazards such as flood and drought. Daily precipitation from 34 surface meteorological stations were used to calculated 13 extreme precipitation indices (EPIs) generated by the joint World Meteorological Organization Commission for Climatology (CCI)/World Climate Research Programme (WCRP) project on Climate Variability and Predictability (CLIVAR) expect Team on climate change Detection, Monitoring and Indices (ETCCDMI). Two periods including 1954–1983 and 1984–2013 were selected and five types of precipitation days (R10mm-R100mm) were defined, to provide more evidences of climate change impacts on the extreme precipitation events, and specially, to investigate the changes in different types of precipitation days. The EPIs were generated using RClimRex software, and the trends were analyzed using Mann-Kendall nonparametric test and Sen’s slope estimator. The relationships between the EPIs and the impacts of climate anomalies on typical EPIs were investigated using correlation and composite analysis. The mainly results include: 1) Thirteen EPIs, except consecutive dry day (CDD), were positive trends dominated for the period of 1984–2013, but the trends were not obvious for the period of 1954–1983. Most of the trends were not statistically significant at 5 % significance level. 2) The spatial distributions of stations that exhibited positive and negative trends were scattered. However, the stations that had negative trends mainly distributed in the north of Shaanxi province, and the stations that had positive trends mainly located in the south. 3) The percentage of stations that had positive trends had increased from the period of 1954–1983 to 1984–2013 for all the 13 EPIs except CDD, indicating the possible climate change impacts on extreme precipitation events. 4) The correlations between annual total wet-day precipitation (PRCPTOT) and other 12 EPIs varied for different indices and stations. The composite analysis found that El Niño Southern Oscillation (ENSO) exerted greater impacts on PRCPTOT than other EPIs and greater in the Guanzhong Plain (GZP) than Qinling-Dabashan Mountains (QDM) and Shanbei Plateau (SBP) of Shaanxi province.     

复杂条件陆-气相互作用研究领域有关科学问题探讨

实际大气都是在复杂条件之下,所以复杂条件带来的问题已成为陆-气相互作用研究领域面临的最大科学挑战,严重制约了该领域研究成果在解决实际天气气候问题中的应用。在概要总结近年来中国复杂条件陆-气作用研究领域进展的基础上,对复杂条件下陆-气相互作用有关的科学问题进行了探讨。从陆面过程和大气边界层这两个陆-气相互作用的关键环节分析了影响陆-气相互作用复杂条件的机制,归纳了复杂条件下陆-气相互作用研究领域面临的关键科学问题。同时,以复杂下垫面陆面过程和非均匀大气边界层问题为重点讨论了突破复杂条件陆-气相互作用关键科学问题的基本思路,并对进一步开展复杂条件陆-气相互作用研究提出了初步的科学建议。      

电力系统元件非线性微分-代数子系统模型的逆系统控制:一种新算法

针对电力系统元件非线性微分-代数子系统模型,本文提出一种新算法研究其逆系统控制问题.所提出的新算法不需要对控制输出及其高阶导数做复杂的变换,具有更好的应用性.本文的逆系统控制方法主要分为两步：第1步,利用所提出的新算法来判断被控元件的可逆性,若可逆,则基于状态反馈与动态补偿,构造出元件的α阶积分右逆系统,实现复合系统的线性化和解耦;第2步,利用线性控制的理论和方法设计闭环控制器,使得元件被控对象满足期望的性能指标.最后按照本文所提出的方法,研究了多机电力系统的分散非线性汽门控制问题.仿真结果验证了本文所提方法的有效性.     

2012年夏季秦巴山区暴雨过程的地形作用诊断

利用NCEP/NCAR的1°×1° FNL再分析资料对2012年7月3—4日发生在陕西南部秦巴山区暴雨过程的成因及地形对暴雨的作用进行了诊断研究,同时利用中尺度模式WRFV331模拟了暴雨过程,结果表明：500 hPa高原槽、700、850 hPa的低涡切变线和副高外围西南气流是暴雨的主要影响天气系统。700 hPa副高外围的西南气流从云贵高原推进到秦岭南坡并沿坡爬升,同时还与山前的偏东气流汇合而形成气流辐合区,致使气旋性涡度增大,辐合抬升作用造成强垂直上升运动,低层低涡切变线得以发展和维持,秦岭南坡产生了大暴雨,秦巴山区地形对暴雨有显著的增幅作用。高原槽中冷空气从秦岭以北向南侵入,大巴山以南的西南暖湿气流向北推进,在冷暖空气的交汇地带形成斜压锋区;地形的辐合抬升作用加强中低层大气锋生,增大大气斜压不稳定性,触发不稳定能量的释放,有利于暴雨的发生。暴雨发生期间秦巴山区在垂直方向上,雨水、云水、冰晶的大值中心相互对应,存在“播撒—供给”效应,有利于雨水粒子增多,导致山区出现了强降雨。     

基于参与式调查与主成分分析的金塔绿洲变化驱动力分析

内陆河流域绿洲变化驱动机制是旱区绿洲学研究的核心内容之一。利用1963~2010年的Keyhole存档相片、KATE-200卫星航片、Landsat遥感影像等多源数据,获取了金塔绿洲空间分布及面积变化信息。在此基础上,结合参与式调查和主成分分析方法定量分析绿洲变化的驱动机制。研究表明：近47 a来金塔绿洲总体呈现增长的趋势,绿洲规模不断扩大,至2010年绿洲面积高达539.47 km²。其主要原因是气候变化、人口增加、水资源的开发利用与科技进步、社会经济发展及政策等因子的相互交织作用。气候变化是背景因子,人文因子是绿洲变化的主成分因素,且在不同历史社会背景下,其主导人文因素也不同。     

土壤水盐运移模型研究进展及展望

回顾了国内外土壤水盐运移模型的发展历程,根据土壤水盐运移模型构成的原理和发展趋势,将土壤水盐运移模型分为水盐平衡模型、物理模型和系统模型。借助国内外文献对已有模型的原理和应用进行了介绍,并对存在的问题进行了分析;展望了新形势下土壤水盐运移模型的未来发展趋势和研究重点,旨在为今后土壤水盐运移模型研究提供新的思路。     

气候变化和人类活动对中国地表水文过程影响定量研究

利用中国372个水文站月径流数据（1960-2000年）及41个水文站年径流数据（2001-2014年）,采用基于Budyko假设的水热耦合平衡方程,构建气候变化和人类活动对径流变化影响定量评估模型,在Penman-Monteith潜在蒸发分析基础上,进一步分析气象因子对径流变化的弹性系数,量化气候变化和人类活动对径流变化的影响。结果表明：① 中国北方地区流域径流变化对各气象因子弹性系数明显大于中国南方地区。就全国而言,径流变化对各因子的弹性系数为：降水>土地利用/土地覆盖变化（LUCC）>相对湿度>太阳辐射>最高气温>风速>最低气温;② 1980-2000年,气候变化总体上有利于增加中国年径流量,而降水对年径流量增加的贡献最为显著;③ 1980-2000年,中国南方流域中,气候变化对年径流变化的影响以增加作用为主,而北方流域,以减少年径流作用为主。对中国大多数流域径流变化而言,人类活动的影响主要以减少年径流量为主。2001-2014年,气候变化以减少径流量为主,人类活动对径流变化的影响程度明显增强,气候变化与人类活动对径流变化的贡献率分别为53.5%、46.5%。该研究对气候变化与人类活动影响下,中国水资源规划管理、防灾减灾及保障水资源安全具有重要理论与现实意义。