Short-range prediction of a heavy precipitation event by assimilating Chinese CINRAD-SA radar reflectivity data using complex cloud analysis

Summary With the ARPS (Advanced Regional Prediction System) Data Analysis System (ADAS) and its complex cloud analysis scheme, the reflectivity data from a Chinese CINRAD-SA Doppler radar are used to analyze 3D cloud and hydrometeor fields and in-cloud temperature and moisture. Forecast experiments starting from such initial conditions are performed for a northern China heavy rainfall event to examine the impact of the reflectivity data and other conventional observations on short-range precipitation forecast. The full 3D cloud analysis mitigates the commonly known spin-up problem with precipitation forecast, resulting a significant improvement in precipitation forecast in the first 4 to 5 hours. In such a case, the position, timing and amount of precipitation are all accurately predicted. When the cloud analysis is used without in-cloud temperature adjustment, only the forecast of light precipitation within the first hour is improved. Additional analysis of surface and upper-air observations on the native ARPS grid, using the 1 degree real-time NCEP AVN analysis as the background, helps improve the location and intensity of rainfall forecasting slightly. Hourly accumulated rainfall estimated from radar reflectivity data is found to be less accurate than the model predicted precipitation when full cloud analysis is used.     

季风转换期印度洋经向热输运的年际变异及其机理

本文采用SODA3.4.2再分析数据和POP2海洋模式研究了季风转换期间（春季和秋季）热带印度洋经向热输运异常（Meridional Heat Transport Anomaly, MHTA）的年际变异特征。春季MHTA存在两个主要模态,即一致模态和辐合辐散模态：一致模态表现为热带印度洋上层一致的向北输运,受热带印度洋海温一致模相关的赤道反对称风场（赤道以北/南为东北风/西北风异常）调控;辐合辐散模态则呈现关于赤道对称的表层辐散次表层辐合特征,受控于赤道以南的热带西南印度洋和副热带东南印度洋海温偶极子。然而,秋季MHTA仅表现为辐合辐散模态,受到印度洋偶极子期间赤道东风和赤道外反气旋式风应力异常影响。此外,POP2敏感性试验也验证了印度洋海温模态影响下异常风场对MHTA的调控作用,即反对称的风引起一致向北的MHTA,赤道东风异常引起MHTA表层辐散、次表层辐合现象。因此,热带印度洋海气耦合模态年际变化对印度洋上层热量再分配有着重要的意义。     

甘肃西峰黄土中细菌16S rDNA 文库的构建与组成初步分析

对黄土高原西峰地区黄土沉积物中的有机质进行了总DNA 提取和PCR（聚合酶链式反应）扩增,通过克隆测序技 术构建了含有44 个克隆子的细菌16S rDNA 文库。对16S rDNA 系统发育的分析表明,西峰地区的黄土沉积物中细菌可分属 13 个类群,包括：酸杆菌（Acidobacteria）、变形菌（Proteobacteria）、放线菌（Actinobacteria）、绿弯菌（Chloroflexi）、厚壁菌（Firmicutes）、疣微菌（Verrucomicrobia）、浮霉菌（Planctomycetes）、芽单胞菌（Gemmatimonadetes）、异常球菌-栖热菌（Deinococcus-Thermus）、硝化螺旋菌（Nitrospirae）、蓝细菌（Cyanobacteria）、拟杆菌（Bacteroidetes）和Candidate divisionTG1。其中酸杆菌为最主要优势类群,变形菌为次优势类群,二者占黄土细菌总克隆数的70%,且大多为不可培养的基因型。     

冻土的蠕变及蠕变强度

基于试验，本本讨论分析了冻土三轴蠕变规律及温度和围压对冻土蠕变强度的影响，给出了土蠕变及蠕变强度随时间降低的方程式，进而提出了冻土蠕变强度的物型屈服准则。通过改变参数可将冻土的瞬时强度准则与冻土的瞬时强度准则与冻土的蠕变强度准则统一为同一个方程描述。     

近似核线影像的轻量级多阶多尺度特征准稠密匹配

针对近似核线影像,设计了轻量级的线状多尺度三角塔结构,通过多尺度下复合特征的极值检测,得到大量稳定特征点,进行特征点尺度和位置的拟合以提高算法对影像变形和核线几何计算误差的适应性,然后对特征点进行复合分量的综合描述,并采用属性特征和数值特征相结合的方法在预测区间进行快速匹配,最后采用微分纠正法提高同名点定位精度。实验表明,本算法能够快速得到分布均匀、密度较大的可靠同名点精度约0.1像素级。     

三维非均匀地幔中深源电场和磁场的谱理论(Ⅰ)——基本耦合方程组

地球深部研究(SEDI)已经揭示出地幔中的温度和密度在大尺度下的三维非均匀结构,而地幔的电性结构是敏感地依赖于地幔的热状态的.对由地球发电机产生的非定常深源电场和磁场,在三维非均匀地幔中的扩散问题作3系统的探讨.根据球面矢量场的Helmholtz 分解定理,将支配的Maxwell 方程组分解为位势场Φ、环型场T 和极型场S 的基本耦合偏微分方程组,并利用张量球谐函数展开,得到该方程组的谱表示.以此,作为进一步研究核幔电磁耦合理论的必要基础.     

青海南部牧区前冬积雪变化及其预测的关系模型研究

利用1961-2008年青海南部牧区地面气象观测资料、74个环流特征量和北半球500 hPa高度场网格点资料,整理了地表积雪序列和雪灾年表,并对积雪的变化趋势和雪灾发生的机理进行了研究。结果表明,1961-2008年青南牧区共有16 a发生积雪灾害,占总年数的33.33%。在4 450 m以下,累计积雪量随海拔高度的升高而增加,在4 451 m以上,累计积雪量随海拔高度的升高而减小。典型多积雪年新地岛地区的冷空气偏强、高原低值系统活动偏多,新地岛的冷空气容易沿偏西北路径侵入青南高原与高空槽前的暖湿空气汇合,形成云雨的物理条件充分,降雪多、积雪厚。典型少积雪年环流形势与上述基本相反。10-12月北美区极涡面积偏大和欧亚经向环流偏强、10月欧亚经向环流偏强、11月大西洋欧洲环流型E型日数偏多、12月大西洋副高北界位置偏北均有利于前冬青藏高原高度场的偏低和青南牧区累计积雪量的偏多。这些环流因子在相反的配置下,容易导致青南牧区累计积雪量的偏少。前冬模拟预报方程对典型多积雪年和1993年以来的积雪变化趋势全部预测成功。     

陆生蜗牛壳体碳氧同位素组成与气候

陆生蜗牛响应气候环境变化敏感,其壳体化石碳氧同位素组成（δ¹³C和δ¹⁸O）具有重建古生态和古大气水文条件的巨大潜力。然而目前针对中国黄土古土壤沉积序列中蜗牛化石碳氧同位素组成开展的古环境古气候重建研究却仍然不足,根源在于对蜗牛壳体δ¹³C和δ¹⁸O指标气候意义的认识仍不明确。文章从现代过程研究着手,综述了目前有关蜗牛壳体δ¹³C和δ¹⁸O气候环境意义的研究进展,并指出各自指标存在受控因子的复杂性和多解性等问题。通过总结这些研究认为：陆生蜗牛壳体δ¹³C值主要通过反映植物（尤其C₃）δ¹³C值变化来进一步响应当地降水量变化,进而指示环境的干湿程度,但同时需要考虑环境碳酸盐、大气CO₂等额外因子对壳体δ¹³C的影响;壳体δ¹⁸O值可以在较大程度上反映大气降水δ¹⁸O值变化,但同时需要考虑蒸发作用和温度等因素对壳体δ¹⁸O的影响;壳体δ¹³C和δ¹⁸O在作为气候指标时常受区域和蜗牛种属等因素影响。此外,还介绍了目前中国北方黄土地层中蜗牛壳体化石稳定同位素组成重建季风变化的研究进展和近十年来有关蜗牛壳体团簇同位素新方法的研究进展。最后,论文针对壳体δ¹³C和δ¹⁸O指标存在的问题提出可能的解决办法,并对以后蜗牛碳氧同位素古环境研究方向进行展望。

     

地质微生物地球化学作用的意义与展望

概要论述了地质微生物学、地下水微生态学、微生物地球化学作用的基本概念、研究内容、研究现状、科学意义、关键问题、发展前景和在地下水环境保护中的作用。该研究领域不仅拓宽了整个地质科学的研究范畴,而且推动了地质科学的发展,具有一定的创新性。     

Accelerated initial stiffness schemes for elastoplasticity

Iterative methods for the solution of non‐linear finite element equations are generally based on variants of the Newton–Raphson method. When they are stable, full Newton–Raphson schemes usually converge rapidly but may be expensive for some types of problems (for example, when the tangent stiffness matrix is unsymmetric). Initial stiffness schemes, on the other hand, are extremely robust but may require large numbers of iterations for cases where the plastic zone is extensive. In most geomechanics applications it is generally preferable to use a tangent stiffness scheme, but there are situations in which initial stiffness schemes are very useful. These situations include problems where a nonassociated flow rule is used or where the zone of plastic yielding is highly localized. This paper surveys the performance of several single‐parameter techniques for accelerating the convergence of the initial stiffness scheme. Some simple but effective modifications to these procedures are also proposed. In particular, a modified version of Thomas' acceleration scheme is developed which has a good rate of convergence. Previously published results on the performance of various acceleration algorithms for initial stiffness iteration are rare and have been restricted to relatively simple yield criteria and simple problems. In this study, detailed numerical results are presented for the expansion of a thick cylinder, the collapse of a rigid strip footing, and the failure of a vertical cut. These analyses use the Mohr–Coulomb and Tresca yield criteria which are popular in soil mechanics. Copyright © 2000 John Wiley & Sons, Ltd.