CMIP5西北太平洋气候变率的模拟评估

利用观测海温资料和CMIP5模式模拟结果分析西北太平洋(120°E~120°W,20~60°N)海表温度的气候态和年代际变化特征。结果表明,所选22个模式可以较好地模拟出西北太平洋海表温度的气候特征及其年际、年代际变化特征;模式模拟的海表温度总体标准偏差在黑潮延伸体区域最大;绝大多数模式能模拟出海表温度的第一EOF模态;西北太平洋海表温度具有较明显的年代际振荡现象,13/22的模式模拟的海表温度存在明显的年代际振荡,同时海表温度气候态的模拟偏差对其周期振荡模拟的影响较大,尤其在黑潮延伸体区域。     

一次西南低涡东移引发长江中下游暴雨的诊断研究

利用常规观测资料和NECP再分析资料,对2013年6月6—7日西南低涡东移加强发展造成长江中下游大暴雨过程进行了诊断分析,重点探讨了西南低涡东移和发展维持的物理机制以及最强降水的变化特征。结果表明,沿着700 hPa高空切变线东移的西南低涡是造成此次长江中下游地区暴雨的直接影响系统,西南低涡沿着700 hPa切变线东移发展,深厚阶段正涡度柱伸展到400 hPa高度,自下而上呈近垂直结构。西南低涡附近低层辐合与高层辐散的大尺度环境条件、西南低涡与西南低空急流耦合发展动力结构、低空暖平流和高空槽前正涡度平流输送等条件是导致西南低涡东移到长江中下游后加强发展的主要因子。与西南低涡相伴随的强降雨区主要位于低涡南部3个纬距以内,该处的西南季风和副高西南侧东南气流两支水汽输送的汇合为暴雨发生提供了充沛的水汽和对流不稳定能量,而对流层中低层携带的冷空气侵入低层低涡的后部,不仅加强了低涡的斜压性,也促进了上冷下暖不稳定层结的产生和发展,为强降水的发生提供了不稳定对流触发条件。     

Mobilization of arsenic and iron from Red River floodplain sediments, Vietnam

Sediments from the Red River and from an adjacent floodplain aquifer were investigated with respect to the speciation of Fe and As in the solid phase, to trace the diagenetic changes in the river sediment upon burial into young aquifers, and the related mechanisms of arsenic release to the groundwater. Goethite with subordinate amounts of hematite were, using Mössbauer spectroscopy, identified as the iron oxide minerals present in both types of sediment. The release kinetics of Fe, As, Mn and PO₄ from the sediment were investigated in leaching experiments with HCl and 10 mM ascorbic acid, both at pH 3. From the river sediments, most of the Fe and As was mobilized by reductive dissolution with ascorbic acid while HCl released very little Fe and As. This suggests As to be associated with an Fe-oxide phase. For oxidized aquifer sediment most Fe was mobilized by ascorbic acid but here not much As was released. However, the reduced aquifer sediments contained a large pool of Fe(II) and As that is readily leached by HCl, probably derived from an unidentified authigenic Fe(II)-containing mineral which incorporates As as well. Extraction with ascorbic acid indicates that the river sediments contain both As(V) and As(III), while the reduced aquifer sediment almost exclusively releases As(III). The difference in the amount of Fe(II) leached from river and oxidized aquifer sediments by ascorbic acid and HCl, was attributed to reductive dissolution of Fe(III). The reactivity of this pool of Fe(III) was quantified by a rate law and compared to that of synthetic iron oxides. In the river mud, Fe(III) had a reactivity close to that of ferrihydrite, while the river sand and oxidized aquifer sediment exhibited a reactivity ranging from lepidocrocite or poorly crystalline goethite to hematite. Mineralogy by itself appears to be a poor predictor of the iron oxide reactivity in natural samples using the reactivity of synthetic Fe-oxides as a reference. Sediments were incubated, both unamended and with acetate added, and monitored for up to 2 months. The river mud showed the fastest release of both Fe and As, while the effect of acetate addition was minor. This suggests that the presence of reactive organic carbon is not rate limiting. In the case of the river and aquifer sediments, the release of Fe and As was always stimulated by acetate addition and here reactive organic carbon was clearly the rate limiting factor. The reduced aquifer sediment apparently can sustain slower but prolonged microbially-driven release of As. The highly reactive pools of Fe(III) and As in the river mud could be due to reoxidation of As and Fe contained in the reducing groundwater from the floodplain aquifers that are discharging into the river. Deposition of the suspended mud on the floodplain during high river stages is proposed to be a major flux of As onto the floodplain and into the underlying aquifers.     

汶川地震引发高速远程滑坡运动机理数值模拟研究——以谢家店子滑坡为例

针对汶川地震引发的谢家店子滑坡,在现场调查分析的基础上,建立了二维离散元数值模拟模型,采用2D-Block软件对其进行了全过程的数值模拟研究,并通过对跟踪块体的深入分析,研究了相应地质体在不同阶段下的运动特征。模拟结果表明,谢家店子滑坡经历了剧动启程抛掷阶段、快速撞击飞行阶段、铲刮减速碎屑流阶段及堆积掩埋阶段。为了揭示地震引发高速滑坡的发生规律,分别研究了地震震级、斜坡地形和斜坡上岩块的尺寸对高速滑坡启动和运动过程的影响规律。地震震级对边坡的启动、变形、破坏和运动有很大的影响,地震震级越大,滑体启动的加速度和速度也就越大,从而易形成高速远程滑坡。斜坡体本身的地形地貌对滑体运动也有较大影响。在震级和岩石力学参数一定的条件下,斜坡上岩块的大小对其启动、变形和运动过程有一定影响,随着岩块的增大,滑体运动的每个阶段历时都在减小,但当岩体十分破碎时,滑体虽然能够运动,但是很难发生抛掷。将地震滑坡的启动机理概括为积累变形效应、振荡启程效应和振荡加速效应。     

龙门山及其邻区的地壳厚度和泊松比

根据龙门山及其周边地区(26°～35°N,98°～109°E)的132个台站的宽频带远震记录,使用H-k叠加方法计算地壳厚度和波速比.结果表明该区域的地壳厚度总体变化是:从东向西增加,东部的最小厚度为37.8km,西部的最大厚度是68.1 km,其中横跨龙门山断裂带的地壳厚度变化最大,从东南的41.5km增加到西北的52.5km.根据Airy均衡理论,用台站的高程和观测地壳厚度数据求得最小二乘意义下的壳幔密度差为0.649g/cm3,平均地壳厚度为37.9km.龙门山及其邻近地区基本上处于均衡状态.松潘-甘孜地体北部和西秦岭造山带具有低泊松比(v<0.26),扬子地台的西南部具有低一中泊松比(v<0.27),松潘-甘孜地体南部、三江褶皱带和四川盆地具有中一高泊松比(0.26≤P≤0.29).该地区的泊松比空间分布不支持青藏高原东部广泛分布的下地壳流的假说.龙门山断裂带南段及其附近地区的高泊松比(v≥0.30)可以看成是地壳具有较高的铁镁质组分和/或存在部分熔融.该地区下地壳可能是处于富含流体和温度较高的部分熔融状态.松潘-甘孜块体南部的上地壳物质向东运动,受刚性强度较大的扬子地台的阻挡,导致沿龙门山断裂带产生应变积累.当断层被地壳流体弱化,积累的应变能量快速释放,产生汶川Ms8.0地震.     

青海湖沉积物生物硅的环境意义初步研究

湖泊沉积物中生物硅含量的变化已经被广泛应用于评价湖泊生产力和古气候变化研究,但大型湖泊不同位置生物硅含量的时空变化及其与环境要素之间的关系仍缺乏详细的现代过程研究.通过对青海湖不同位置表层沉积样品的生物硅含量测定,建立其空间分布模式及最近数百年生物硅含量的时间序列.结果表明,青海湖表层沉积物生物硅含量变化范围是1.75%～2.98%,平均值为2.25%.与世界其他湖泊相比,青海湖生物硅含量处于相对较低水平,可能与其特殊的地理位置和气候条件有关.青海湖生物硅含量的空间分布规律与沉积物质量堆积速率以及陆源组分含量(如SiO2)相反,而与化学/生物沉积组分(如CaCO3)含量的空间分布规律大体一致,说明生物硅的空间分布受到陆源碎屑物质的"稀释效应"影响.时间序列上,生物硅含量与SiO2含量呈相反变化趋势,与指示降雨量变化的C/N比值也是反相变化,说明生物硅含量在时间序列上也受与气候条件密切相关的陆源输入的影响.青海湖湖心低沉积速率区域的生物硅指标具有指示古气候变化的潜力.     

运用STOMP数值模拟器进行多空介质中尿素水解以及方解石沉淀数值模拟

遍布于美国能源部所辖野外场地的地下放射性核素和痕量金属污染对美国能源部的长期监管职能提出了最严峻的挑战。目前较有前景的一个原地固化污染物方法是利用尿素酶催化尿素水解,进而推动方解石沉淀及与之共同沉淀。运用STOMP数值模拟器实施一系列反应性溶质数值模拟来研究系统中水流、运移、反应与反应导致的介质性质变化之间的紧密的非线性耦合,并在研究中系统性增加反应系统的复杂度和物理-化学的非均质性以考察模拟效果。通过调整反应速率表达式中尿素酶浓度和沉淀反应常数,对尿素水解和方解石沉淀速率进行了敏感度分析。结果显示:尿素水解速率是矿物沉淀总量的决定性因素,沉淀物的空间分布既取决于水解速率也取决于沉淀速率;在一维水流柱6个空隙体积的时间段模拟中,观察到了5%的最大空隙度减少;当二维模拟中考虑一个低渗透性包裹体时,被改变的流场重新对生成的沉淀组成物进行了分布,形成了扭曲的反应锋面。模拟结果也显示沉淀在低渗透性区域边界上形成,这说明位于这个区域里面的污染物可能被囊裹而从流线中被隔离起来。     

云南玉溪抗旱找水定井典型实例分析

西南大旱百年不遇,山东找水专家组紧急驰援云南抗旱。通过对云南抗旱找水成功定井实例的分析,总结了高原岩溶水和＂红层＂基岩裂隙水的找水勘察工作,并联系云南、四川、山东等贫水区找水定井实践,阐述了贫水区找水定井思路与方法。     

毛乌素沙地南缘固沙灌丛下地表凝结水特征

尽管凝结水在干旱生态系统中所发挥的重要作用已被广泛关注,但对其在固沙灌丛下时空变化特征的研究仍然比较薄弱。为探明固沙灌丛对地表凝结水的影响,在毛乌素沙地南缘沙区选择3种典型固沙灌丛（沙柳Salix psammophila、柠条Caragana korshinskii和油蒿Artemisia ordosica）,以无固沙灌丛影响的裸沙作为对照,用微型蒸渗仪测定了固沙灌丛下不同位置（根部、1/2冠幅和外缘）和不同方向（东、南、西、北）上地表凝结水的形成和蒸发特征。结果表明：（1）与对照相比,固沙灌丛的存在显著降低了地表凝结水量,沙柳、油蒿和柠条灌丛下凝结水量分别降低了29%、32%和33%;(2)不同类型固沙灌丛下地表凝结水量由里向外均呈显著增加的趋势,但不同方向上地表凝结水量差异不显著;（3）固沙灌丛的存在减缓了凝结水的形成和蒸发过程,即凝结水自19:00开始形成,到次日08:00基本结束,至13:00—15:00蒸发殆尽,其形成过程整体上表现出增加—平缓—增加的趋势,柠条和油蒿灌丛下地表凝结水在03:00—05:00甚至有少量蒸发,而蒸发过程呈稳定下降趋势;（4）凝结水的形成过程与空气...     

WRF模式对福建沿海风电场风速预测的效果分析

在WRF模式中选取不同的边界层、近地面层以及陆面过程参数化方案,设计了4种不同物理过程参数化方案,组合模拟福建沿海某测风塔站2010年1月1—11日和7月1—11日的逐时风速,将数值模拟结果和同期测风塔观测数据进行对比,以寻求最佳参数化方案。经分析比较,采用MYJ边界层方案,Monin-Obukhov近地面层方案以及Noah陆面过程方案的方案2模拟效果最好。使用该方案对2010年1月和7月的风速进行模拟,按不同风速级别分别对数值模拟结果进行对比分析,结果表明:方案2对6~15m/s风速模拟的平均相对误差在20%左右,能够满足风电预测的精度需求;而对0~6m/s风速模拟的误差相对较大,这可能是由于模式地形分辨率不够精细以及风塔所处海陆交界处的特殊位置,使低风速容易受地面扰动以及海陆气流影响所致。