中国区域典型大气廓线样本库的一种选择方法

在模拟大气辐射传输过程、发展大气透过率模式及反演大气参数等许多应用中,大气状态廓线是重要的输入参数,为方便使用,建立具有一定代表性的样本数据库十分必要。目前,国际上有几十种各具特色的大气样本库,但包含中国区域的样本极少。为了弥补国际大气样本库中缺少中国区域大气廓线的不足,以中国区域2002年气象探空资料为基础,利用拓扑学方法建立了包含30条大气温度和湿度廓线的中国区域大气廓线样本库2。通过对所选样本的覆盖区域、观测时间、海拔高度、廓线垂直分布等特征分析,结果表明:该样本库具有样本时空分布均匀、样本独立性和气候代表性好等特点,符合大气样本库建立的基本原则,可为辐射传输研究和业务应用提供大气样本支持。     

用变分法修正边界层资料的数值试验

文中用变分方法修正边界层资料及模误差 ,目标函数相对于控制变量的梯度用扰动法计算 ,对利用小扰动求取梯度的方法进行了理论推导和试验分析。利用模式资料所作的数值试验表明 ,该方法能有效地修正模式自身误差 ,使模式能精确描述边界层物理过程 ,从而使调整后的初始场最好地拟合“观测资料”     

基于Cosserat理论的重力坝深层抗滑稳定分析

重力坝深层滑动主要表现为沿缓倾角的软弱结构面形成滑移通道,滑移通道内应变积聚且应变梯度急剧不连续,是典型的应变局部化现象,采用经典连续介质理论进行数值模拟时存在病态的有限元网格依赖性。引入Cosserat连续体理论作为正则化机制,提出了基于Cosserat理论的Mohr-Coulomb弹塑性模型,考虑非关联的流动法则,在经典塑性理论框架下采用向后Euler隐式积分算法进行应力更新。采用ABAQUS的自定义单元接口（UEL）进行二次开发,进行了平面应变条件下单轴受压的数值验证。数值模拟结果表明,该模型能保证应变局部化问题的正定性。基于Cosserat理论的重力坝深层抗滑稳定分析结果表明,采用超载法进行重力坝渐进破坏过程模拟时,基于经典连续体理论的模拟结果有较大的网格依赖性,而且结果偏于安全,而采用Cosserat连续体理论的结果对网格密度不敏感。     

高堆石坝瞬变-流变参数三维全过程联合反演方法及变形预测

利用反演分析得到的参数进行高面板坝的应力、变形分析来预测长期变形。由于堆石坝的施工过程和变形机制比较复杂,很难将瞬时变形和流变变形分开,因此,有必要对静力本构模型参数和流变模型参数进行综合反演。利用实测位移资料,以对堆石坝变形较敏感的静力本构模型和流变模型参数为待反演参数,采用基于粒子迁徙的粒子群算法和径向基函数神经网络构建参数反演平台,该方法克服了粒子群算法易陷入局部最优和早熟收敛的缺点,采用经过训练的神经网络来描述模型参数和位移之间的映射关系,节省了参数反演的计算时间。对水布垭高面板坝的反演结果表明,基于反演参数的沉降计算值与实测值吻合得很好,坝体变形在合理范围以内并趋于稳定。     

基于颗粒流程序的真三轴应力状态下堆石体的变形和强度特性研究

采用三维颗粒流程序,模拟了堆石体的真三轴试验,不仅研究了堆石体在三维应力条件下的宏观应力变形特点,而且将细观与宏观参数联系起来,进一步完善了对堆石体的研究。试验过程采用等中主应力比路径加载。通过比较堆石体真三轴颗粒流模型试验和室内真三轴试验结果,表明颗粒流程序能较好地模拟堆石体的力学特性。颗粒流数值试验结果表明,中主应力对堆石体在三向应力状态下的强度和变形特性均有显著的影响。应力比参数b从0～1变化过程中,中主应力面先压缩后膨胀,小主应力面一直处于压缩状态;中主应力对内摩擦角、弹性模量和泊松比也均有影响。从细观上看,围压越高,b值越大,颗粒配位数越大,孔隙率越小,故从细观角度解释了堆石体的宏观应力变形现象。     

跨光谱的地表参数对微波近地面通道正演模拟的影响分析

获取与卫星观测同步的地表温度是全地形卫星近地面微波探测数据同化成功的关键所在.为了进一步提高在复杂下垫面上先进技术微波探测仪（Advanced Technology Microwave Sounder,ATMS）近地面通道正演模拟精度,针对ATMS原始数据（Sensor Data Record,SDR）与可见光/红外辐射计（Visible and Infra-Red Radiometer,VIRR）反演产品数据不能同步获取的问题,本文基于像元匹配技术实现了卫星序列间观测数据的交叉配对,利用跨光谱的反演地表温度作为正演ATMS陆面近地面通道的观测辐射的下边界参数,进而对正演辐射、基于ECMWF全球气候第五代大气再分析产品（the Fifth Generation ECMWF Reanalysis for the Global Climate and Weather,ERA5）地表温度的模拟值与典型下垫面探测数据开展了误差分析与验证,为下一步的ATMS陆面近地面通道的同化提供技术支撑.在FY-3D的红外高光谱大气垂直探测仪（Hyperspectral Infrared Atmospheric Sounder,HIRAS）像元与中分辨率光谱成像仪Ⅱ型（Medium Resolution Spectral Imager-Ⅱ,MERSI-Ⅱ）像元的匹配中,卷积可以使HIRAS通道加权平均的观测辐射与MERSI-Ⅱ辐射的偏差减小,平均误差约为0.28 K左右.昼间与夜间HIRAS卷积亮温与MERSI-Ⅱ通道亮温平均偏差和STD的时间演变趋势相当.FY-3D MERSI-Ⅱ像元与NOAA-20交叉轨道红外测深仪（Cross-track Infrared Sounder,CrIS）像元匹配时,中纬度极轨卫星序列间的像元匹配精度与全球天基相互校准系统（Global Space-based Inter-Calibration Sytem,GSICS）中极轨卫星与静止卫星在中低纬的匹配精度相当,匹配后窗区亮温的偏差都在0.1 K左右.表明GSICS中卫星间的像元匹配方法可以在更广泛的条件下使用.相对于ERA5地表温度,在沙漠区域MERSI-Ⅱ反演的地表温度与测站地表温度的偏差更小.MERSI-Ⅱ反演的地表温度模拟的亮温更能展示ATMS通道5亮温的真实情况.尽管基于红外观测反演的地表温度与基于微波观测反演的地表温度代表了不同深度的土壤温度,当二者误差小于一定阈值时认为两种地表温度可以相互替代,并对卫星微波近地面探测通道的正演模拟不会带来大的影响.此时可以认为基于红外观测反演的地表温度是微波光谱的地表温度在一定误差水平下的体现.

     

基于梯度提升树的大气分层透过率快速计算方法

大气透过率的计算是红外辐射传输计算的核心,RTTOV(Radiative Transfer for TOVS)通过建立大气廓线中温度、水汽、臭氧和其他气体浓度等参数与卫星通道透过率的统计关系,可实现卫星通道透过率和大气顶辐射率的快速准确计算。但在一些复杂吸收波段,如水汽波段,RTTOV的计算误差较大。为提高RTTOV在水汽敏感波段的计算精度,利用机器学习中的梯度提升树(Gradient Boosting Tree,GBT)方法,选取从ECMWF(European Centre for Medium-Range Weather Forecasts)的IFS-137(The Integrated Forecast System,137-level-profile)廓线集中挑选的1406条廓线和由此计算的透过率真值作为样本,选取风云三号气象卫星上搭载的红外分光计(Infra Red Atmospheric Sounder,IRAS)通道12(7.33μm)进行个例研究,分别建立陆地和海洋晴空大气等压面至大气层顶透过率的快速计算模型(GBT模型)。通过和透过率、亮温真值的比较,验证了GBT模型...     

抗转动对颗粒材料组构特性的影响研究

颗粒材料大多由不规则形状的颗粒组成,如砂土、谷物等,抵抗转动是不规则形状颗粒的固有特性。已有研究表明,颗粒抗转动特性对其宏观力学特性有显著影响。因此,在颗粒材料的细观数值模拟中或采用非圆颗粒,或在圆颗粒离散元模拟中采用考虑抗转动的接触模型。采用有限元-离散元耦合方法(FDEM)和离散元方法(DEM)分别对椭球形状颗粒和具有抗转动能力的圆球颗粒进行三轴剪切数值模拟,指出了采用抗转动接触模型考虑颗粒形状影响的局限性,并基于颗粒的局部排布结构揭示了形状影响的细观来源。峰值内摩擦角和剪胀均随着转动摩擦系数和形状偏离圆球程度而单调增加,但颗粒形状对它们的影响呈现出明显的收敛趋势。细观组构分析也表明,虽然颗粒形状和转动摩擦都能显著增强组构各向异性,但是组构各向异性的演化模式有明显的区别。造成以上结果的差异在于其抵抗转动的影响机制不同。转动摩擦是通过限制颗粒转动,增强了颗粒间的稳定承载能力,而非圆颗粒是通过咬合作用形成稳定的局部排列结构。由于椭球颗粒腹部比端部能够传递更大的接触力,颗粒受剪切后发生转动,颗粒长轴倾向于正交大主应力方向,呈现交错排列,颗粒间相互锁定。     

华北平原北部地热资源评价

华北平原北部面积约17×10~4km~2,是中、新生代形成的大型断陷盆地,蕴藏着丰富的中低温热水,千米深温度达52-74℃,3000m达108-125℃,热流值变化在1.11-2.53HFU之间。 主要热含水层是上第三系的砂岩层,为孔隙-裂隙型热水,占可采资源的45.1％(深度按2000m计);寒武-奥陶系、中土元古界的灰岩层,为岩溶-裂隙型热水,占可开采资源的54.9％,是最有希望的采开层。上述热水层在异常区均具有埋藏浅、水质好、水量大的特点。 资源评价是按体积法进行分区、分层计算,有关参数是根根大量的钻孔统计和实验资料得出的。计算结果:深度2000m的经济资源相当于180Mt标准煤;深度2000-3000m的亚经济资源相当于149Mt标准煤。多数异常区分布在城市或城镇附近,可优先集中开发。(本文仅对区内2000m及3000m深度范围内的地热资源进行初步评价。)