基于大涡模拟的小区气候态精细化风环境模拟试验

对具有复杂下垫面的小区精细化风环境进行数值模拟是当前城市气象研究的热点,而针对具有复杂地形的山地型城市（如重庆）的研究还比较匮乏。本文采用能显式分辨下垫面陡峭地形和复杂建筑物的计算流体力学（CFD）模式对重庆市渝北区龙湖社区气候态下的精细化风环境进行高分辨率的数值模拟。结果表明,下垫面能显著调节小区内风场的分布,风速大值区主要出现在九龙湖等开阔区域以及与中尺度背景入流方向一致的街道中。在夏季,小区整体风场以东南风为主,而其他3个季节则以偏东风为主。4个季节中,夏季小区内的风速最大,平均风速为0.3 m/s左右,局地能出现大于背景风的风速,可达0.8 m/s;其他3个季节的风速则较弱,区域平均的风速在0.2 m/s左右。不同的建筑物布局对局地风环境的影响也不同:单个孤立高层建筑迎风面的近地面存在明显地绕流,局地风速有所增加,而在背风面则形成尾流区,水平风速较低;在低矮分散的建筑群,建筑物的整体高度不高,区域内流场相对来说比较一致,风速较大,有利于小区的通风;在密集高层建筑群内,由于建筑物群本身的布局比较封闭,加之不同建筑物的环流场存在相互干扰及影响,使得小区近地面风速几乎为零,不利于小区通风和污染物扩散。建筑物的这些影响在城市冠层内尤为明显,高度越高这种影响越弱。     

东亚地区水汽输送与重庆夏季旱涝的联系

利用NCEP/NCAR(1960—2006年)的全球再分析格点资料,研究了东亚地区水汽输送异常与重庆夏季旱涝的关系。结果表明:当重庆夏季(7~8月)降水偏多(涝)时,欧亚地区中高纬维持"两脊一槽"的"双阻"型:乌拉尔山和鄂霍茨克海地区分别存在阻高,贝加尔湖地区为一槽区。冷空气沿着贝加尔湖槽后偏北风和乌拉尔山阻塞高压的南支西风南下进入中国。热带太平洋地区为显著的高度距平正异常区。副热带地区是高度距平负异常区,西太平洋副热带高压脊线位置偏南、强度偏强。来自热带海洋地区的暖湿气流分别沿西太平洋副热带高压西南侧和经印度、孟加拉湾两条主要路径进入中国。当来自高、低纬地区的冷、暖空气在长江流域中上游相遇,就会造成重庆等长江中上游地区降水异常偏多,发生洪涝。反之,降水偏少(旱)年,在欧亚中高纬地区存在"一槽一脊"的环流形势:乌拉尔山附近为一深厚的槽区;鄂霍茨克海阻塞高压异常发展,一直延伸到贝加尔湖附近;西欧地区维持着深厚的高压脊。西太平洋副热带高压位置偏北、偏东,主体基本退出中国大陆地区。整个热带为高度距平负异常区。这样环流形势致使东亚地区中高纬地区受乌拉尔山大槽影响盛行偏南风,不利于冷空气南下。低纬地区的暖湿气流沿着西太平洋副热带高压南面的东南气流从华南进入中国。这样的环流配置易造成南下的冷空气偏弱,同时使来自热带地区的暖空气向北推进到中国华北和东北地区,致使冷、暖空气无法在长江中上游地区交汇,该区域降水显著减少,形成干旱。     

由相对地热梯度推断的腾冲火山区现存岩浆囊

为利用温泉来研究和监测腾冲火山区的现今岩浆分布并探讨其活动性，提出相对地热梯度的概念：假设各热田或水热活动区的热储深度相等，则热储温度与地表温泉温度之差为该地相对地热梯度。通过对前人在该地区获得的温泉的基本要素和温泉水化学分析数据分析，选取了159个温泉计算相对地热梯度。用这159个数据，通过克里金插值方法获得了腾冲火山区的相对地热梯度平面分布。结果发现腾冲火山区有3个相对地热梯度在100℃以上的高值区域。结合其他资料，认为腾冲火山区现今存在3个岩浆囊，它们的几何尺度为19～28kin，深度为4～12km或更深，并且目前的活动性各不相同。     

考虑库水升降和滑带弱化作用的岸坡启滑机制分析

以三峡库区凉水井滑坡为研究对象,采用理论分析与数值模拟的研究手段,构建了滑带强度弱化模型,提出了渗流驱动的滑坡启滑判据,应用Geo-studio有限元程序分析了库水不同升降速率对滑坡稳定性的影响,揭示了库水升降作用下岸坡渗流场演变规律和渗流驱动下的启滑机制。研究表明：（1）渗透压力与渗透时间的变化是滑带土强度弱化的关键因素,弱化到临界强度时,在渗流驱动下发生压剪破坏而启滑,由局部向整体以渐进模式破坏失稳;（2）库水升降过程中,坡体内孔隙水压力滞后性较明显,水位升降速率会影响坡体地下水响应时程,升降速率越大,孔隙水压力变化越大,渗流驱动力越大,滑坡稳定性变化越快,越趋近于渐进破坏;（3）库水位从175 m降到145 m,凉水井滑坡滑面法向应力最大降低了38.19%,剪应力最大降低了22.20%,有效法向应力最大落差为168.64 kPa,抗剪强度最大落差为63.45 kPa。以上分析结论与规律可为涉水滑坡启滑机制分析、库岸山体滑坡失稳研究及应急防治工程等提供科学依据和理论方法。     

张北地震区三维深部电性结构与孕震环境

张家口—渤海地震构造带(张渤带)是中国著名的强震集中带,地震以强度大、频次高、破坏严重为特点,1998年1月在张渤带西段发生了张北6.2级地震,造成了极强的破坏性,2021年以来该区域中小地震频繁发生,显示出张渤带张北地震区可能进入了又一轮的地震活跃态势.2020年8—9月期间,以张北地震震中区为中心,完成了阵列状的大地电磁数据采集工作.本文利用这些数据进行三维反演计算获得了该区域精细三维地壳电性结构,获得了如下认识：整体上看,张北地震区上地壳电性结构以高阻体为主,部分断裂带分布区域存在着高阻、低阻相互交替的现象,而中下地壳以规模较大、横向不连续性的低阻层为主.电性结构特征与地表地质构造格局相对应,大满—前黑沙土断裂(F1)和赤城—尚义断裂(F4)以及张家口断裂(F5)在电性结构上均表现为明显的电性差异带.针对地震学方法对1998年张北地震震源深度的多种定位结果,大地电磁探测结果支持震源深度位于12~15 km之间;发震断裂可能为隐伏在汉诺坝玄武岩区下方的大河镇—海流图断裂(F3).通过此次获得的三维电性结构信息,结合张北地震震源参数、震源机制解以及前人地震地质和地球物理探测结果综合分析,认为该区的上地壳高阻体代表着刚性较强的汉诺坝玄武岩区,汉诺坝玄武岩区下方的低阻体代表着地幔岩浆热物质,这些地幔热物质持续的向上侵入和上涌作用可能会削弱汉诺坝玄武岩区内发育的断层稳定性,直到累积足够的应力,产生了非均匀应力积累和变形并弱化了断层强度,导致了张北地震的发生.鉴于张北地震区深部具有的特殊构造环境,该地区仍然是张渤带未来应该长期关注的地震危险重点区域.

     

特提斯洋对流上地幔Os同位素组成估算的新方法及初步运用

对流上地幔Os同位素组成的准确估算是运用Re-Os同位素体系探讨地幔演化的基础。前人研究主要是以地幔橄榄岩为研究对象,由于地幔橄榄岩Os同位素存在明显的不均一性,因而直接影响估算值的准确性。对流上地幔中包含的不同亏损程度的难熔组分在部分熔融过程中难以熔融,对形成的熔体相的Os同位素组成贡献很少或者没有。因此,与对流上地幔具有相同的Os同位素组成初始值的早期分离结晶岩石(如堆晶岩),结合堆晶岩中锆石的准确定年,可以用来估算对流上地幔Os同位素组成。本文根据这一方法测试了那曲地区弧后盆地堆晶岩的Os同位素组成和锆石U-Pb年龄,推测那曲地区新特提斯洋对流上地幔Os同位素组成为碳质球粒陨石型的。根据这一模型,对比了罗布莎和东巧铬铁矿岩、含矿围岩以及不含矿围岩的Os同位素特征,揭示出矿石及围岩均具有古老大陆岩石圈地幔信息,而不含矿围岩(泽当岩体)的Os同位素组成为碳质球粒陨石型的,无古老大陆岩石圈地幔信息。     

走滑断层地震地表破裂带分布影响因素数值模拟研究——以1973年炉霍MS7.6地震为例

地震后在断层两侧的强变形与破裂带是地震灾害最严重的区域.为系统、定量研究同震地表变形带特征及其影响因素,本研究建立了走滑断层的三维有限元模型,分别探讨了断层位错量、断层倾角、错动方式、上覆松散层厚度、沉积层土性等因素的影响规律.模拟结果显示：走滑断层同震地表变形表现为以断层为中心的近似对称单峰分布,强地表变形集中在断层两侧各50 m宽度范围,地表变形量峰值随位错量增加而增大,破裂带宽度也随位错量增加而增大,但增量逐渐减小,并趋于一个渐近值;断层倾角对地表变形与破裂带宽度影响表现为随倾角减小变形量峰值点向上盘小距离偏移;走滑兼正断位错引起的变形量峰值最大,但地表破裂带宽度最小,走滑兼逆断引起的变形量峰值最小,但地表破裂带宽度最大,直立纯走滑断层的两参量都居中;走滑断层地表变形量峰值随上覆松散层厚度增大而减小,但随厚度减小的速率逐渐变小,松散层厚度从5 m增加到20 m时,破裂带宽度随厚度增加而缓慢增加,但自厚度大于20 m时,破裂带宽度开始随厚度增加而逐渐下降;当不同土性覆盖层（粗砂、粉砂、黏土）厚度相同时,地震引起的地表变形量峰值自粗砂、粉砂、黏土逐次增大,当粗砂厚度为60 m以上时,3.6 m的同震水平位错已不能形成地表破裂,而粉砂的厚度为70 m以上,黏土的厚度则为75 m以上.

     

重庆极端高温的变化特征及其对区域性增暖的响应

利用重庆1961-2006年31个站逐日最高温度资料,统计出年极端高温发生频次、年极端高温强度、年极端最高温度,分析了它们近46年来的变化情况.结果表明:近46年来重庆年极端高温发生频次呈西减东增的趋势,但增加/减少趋势并不显著.年极端高温的强度和年极端最高气温均在不断增强.年极端高温发生频次的增加对于重庆区域增暖的响应最显著,而年极端最高温度的升高比年极端高温频次的增加对重庆区域性增暖的响应偏弱,但又比年极端高温强度的增强对重庆区域性增暖的响应程度要偏强.     

潜在震源区震级上限不确定性研究

潜在震源区的震级上限（Mu）是指在该潜在震源区内可能发生的最大地震的震级．预期未来发生超过该震级地震的概率趋于0．本文运用误差分析及逻辑树等方法,并结合发震模型的数值模拟得到的大震合成目录等结果,系统分析并最终得到了不同途径给出的不同类型潜在震源区震级上限的不确定性．该结果可直接应用于包括地震区划在内的工程地震以及活动断裂危险性评价等工作中．     

琼北火山群形成的动力学机制及地震现象的新认识

分析世界火山分布图发现琼北火山群分布在一南北向的火山带上,应用有限元方法模拟计算了双俯冲作用下海南岛所在雷琼\|越东火山带的形成机制,结合海南岛精确定位的地震数据和形变观测结果,认为琼北地区可能存在岩墙侵入或张性断裂膨胀,并根据地震数据模拟分析了岩墙侵入对区域应力场及形变的影响.琼北地区精确地震（2000~2006）定位结果表明地震主要集中在一个垂直面上,并且地震带两端有分叉现象.通过地震时空分布特征推测存在岩墙侵入,并通过数值模拟很好地解释了琼北地区地震的分布特征（狗骨头状）以及地表垂向形变东升西降的特征.