超声波/声波钻头/取心器装置

目前,对宇宙中生命迹象的探索是世界各国所关注的最重要的目标之一。美国宇航局研制了由超声波或者声波驱动器驱动的一系列超声波/声波钻头/取心器（USDC）,用来进行空间探测并提取岩石、冰与土壤样品,以及进行原位分析。此设备在声波频率下,超声波压电驱动器驱动中间的自由质量块进而冲击钻头来进行采样。目前所制造的超声波钻头/取心器（USDC）装置能够取出岩心和岩屑,在未来的行星探测中,有着非常重要的优点。主要介绍USDC的优点、各装置的结构及其性能特点,以供我国月球探测工程及未来深空探测参考借鉴。     

三峡引水工程秦巴段输水隧洞稳定性分析

三峡引水工程秦巴段隧洞总长占线路总长的80%。为了分析隧洞施工及运营中可能发生的工程地质问题,在地质调查、地应力测量和岩石力学参数测试的基础上,利用Ansys有限元软件对引水工程北部不同深度、不同截面形态的隧洞围岩的应力重分布情况进行了模拟计算,得到了圆形隧洞、城门形隧洞和马蹄形隧洞围岩的应力分布结果。利用Hoek-Brown强度准则,得到了隧洞围岩的强度/应力比值,进而对不同深度、不同截面形态的隧洞围岩的稳定性进行了分析。初步认为:隧洞埋深小于1000m时,应优先考虑圆形隧洞和马蹄形隧洞;埋深大于1000m时,应优先考虑城门形隧洞。这项研究成果为引水工程深埋隧洞的设计提供了参考依据。     

基于生态系统方法的海洋空间规划实践与启示

基于生态系统方法的海洋空间规划是专注于特定的生态系统及其影响活动的范围,以对整个空间的所有用海活动进行可持续发展的管理规划。目前我国规划体系尚处在不成熟阶段,而国外发达国家的规划先进经验可为我国基于生态系统方法的海洋空间规划带来启示性建议。文章选取了英国、比利时、澳大利亚、美国4个国家,运用文献资料法对其基于生态系统方法的海洋空间规划模式和实践进行总结后,运用对比分析法从规划目标、体系及分区分类模式、用途管制策略3个方面对各国进行对比以及差异性分析,并总结我国海洋空间规划存在的相关问题,基于以上研究提出对我国海洋空间规划的相关启示性建议。结果表明：为进行基于生态系统的管理以实现多目标的可持续发展,我国应在规划中对规划数据及信息来源进行全面完善;加速推进陆海统筹发展、着重进行海岸带的规划;提高对监测和评估体系的重视、建立弹性指标;注重跨边界的统筹规划、进行综合的管理,以满足新形势下我国海域发展管理的需求,保障我国的生态系统安全。     

芨岭地区铀矿地质—地球物理特征研究

通过对龙首山铀成矿带芨岭岩体铀矿床进行研究,认为该地区不同类型铀矿化,虽然含矿主岩不同,但是矿床形成过程具有类似性,即都属于断裂构造控矿,并经历了岩浆分异、岩体边缘富集、热液活动等地质过程,铀元素分异、迁移及富集机理也具有相似性.矿床所处的地球物理场亦可进行类比,通过深入研究对比3类典型铀矿床(硅质脉型、隐爆角砾岩型、碱性杂岩型)的地球物理特征,发现铀矿床一般位于强弱磁异常过渡地带偏弱磁异常一侧,电阻率断面图中多位于高低阻梯度变化带或中低阻区,电阻率平面图中多位于中低阻过渡带偏低阻一侧,认为电、磁强弱异常过渡地带偏弱场区可以作为地球物理找矿标志.     

GCOM-W AMSR2资料在CMA_GFS 四维变分中的同化应用

卫星微波仪器的辐射率资料,由于兼具卫星观测的全天空优势和微波观测的全天候特性,成为数值天气预报系统同化的日益重要的角色。微波成像仪作为被动微波辐射计的重要一类,其在数值预报中的应用潜力亟待进一步的检验和更充分的挖掘。针对全球水循环变化观测卫星GCOM-W上搭载的第2代先进微波扫描辐射计AMSR2的10个通道,建立了半径200 km的稀疏化方案;研发了包含9项检验的质量控制方案,对于污染低频通道观测的太阳耀光现象和无线电信号干扰等因素进行屏蔽;设计基于经典预报因子的偏差订正方案,对仪器系统偏差进行有效的校正;采用基于变分同化后验估计的观测误差统计,克服了观测误差难以准确估计的问题。通过以上方法,GCOM-W AMSR2共有10个通道辐射率资料在中国自主研发的全球/区域同化预报系统（CMA_GFS,原名为GRAPES_GFS）3.0版的四维变分同化系统（4DVar）中实现了直接同化应用。1个月的批量试验证明,同化GCOM-W AMSR2后,CMA_GFS湿度分析场得到了一定的改进,各量级定量降水中期预报评分有所提高,同时,GCOM-W AMSR2辐射率直接同化对CMA_GFS南半球和赤道地区预报有明显正贡献。研究证实AMSR2能够很好地弥补常规观测资料稀疏区的资料匮乏,发挥水汽敏感特性,改进湿度分析和降水预报的技巧。     

两种陆面模式对中国区域土壤温度模拟的对比分析

为研究不同陆面模式对中国区域土壤温度的模拟效果,基于中国气象局陆面数据同化系统（CMA Land Data Assimilation System,CLDAS）大气驱动数据分别驱动Noah和Noah-MP陆面模式进行中国区域土壤温度的模拟（简称：CLDAS_Noah和CLDAS_Noah-MP试验）,使用2010—2018年中国气象局2380个土壤温度观测站点10和40 cm观测数据以及美国全球陆面数据同化系统（The Global Land Data Assimilation System,GLDAS）驱动的Noah模式（GLDAS_Noah试验）模拟的土壤温度结果,从空间分布、季节、分区等角度进行了评估,实现了不同驱动数据相同陆面模式和相同驱动数据不同陆面模式的对比分析。结果表明： GLDAS_Noah、CLDAS_Noah和CLDAS_Noah-MP试验均能合理模拟出中国区域土壤温度空间分布,但在量级上有一定差异,主要表现在中国东北、新疆、青藏高原等积雪区。对于相同陆面模式不同驱动数据,均方根误差显示CLDAS_Noah试验在季节与分区上均优于GLDAS_Noah试验,间接表明CLDAS大气驱动数据优于GLDAS大气驱动数据,且大气驱动数据是提高土壤温度模拟精度的重要因素之一;对于相同驱动数据不同陆面模式,总体上CLDAS_Noah-MP试验棋拟效果优于CLDAS_Noah试验,其中CLDAS_Noah试验模拟的10和40 cm深度土壤温度在冬季积雪区误差明显大于CLDAS_Noah-MP试验,可能与Noah-MP模式改进了积雪方案有关,但10和40 cm深度下CLDAS_Noah-MP试验在东北、华北、青藏高原地区对春季土壤温度模拟误差明显大于CLDAS_Noah试验,可能与Noah-MP模式融雪方案有关。总之,本研究对于后续开展土壤温度多模式集成、土壤温度站点资料同化,最终研制中国区域高质量土壤温度数据集具有一定的参考意义。     

天津市脑卒中高住院风险的气象原因探析

气象条件的剧烈变化可增加脑卒中危险人群的患病几率。本研究收集天津市2016—2020年脑卒中日住院数据以及气象数据,采用脑卒中日住院人数累积概率分布进行住院风险等级划分,通过相关分析确定高影响气象因子,并利用分布滞后非线性模型与半参数广义相加模型开展高影响气象因子不同时间尺度变化、滞后以及累积效应对脑卒中住院风险的影响研究。结果表明：天津市脑卒中年住院人数约为22.5万,最高月住院人数可达2.1万,日均住院人数为623。男、女住院人数比为8:5,50岁以上人群为易患脑卒中疾病的高危人群。深秋（10—11月）、初冬（12月）和春季（3—5月）为天津市脑卒中住院高风险期。6℃以上的月变温和24 h负变温相叠加可加大脑卒中住院风险,且月变温为负变温时,脑卒中住院风险最高。30℃以上高温和−5℃以下低温均可引起脑卒中住院高风险,低温带来的脑卒中住院风险高于高温,低温效应在滞后2—3 d达到最强。24 h负变温的住院风险高于正变温,且变温幅度越大住院风险越高,7℃以上24 h负变温在滞后3—5 d的住院风险最高。天津市脑卒中高住院风险的气象原因主要是月尺度和日尺度温度剧烈变化的叠加,其次为极端温度及其24 h剧烈变化的影响。     

三维波动方程时空域混合网格有限差分数值模拟方法

常规高阶和时空域高阶有限差分方法广泛应用于三维标量波动方程的数值模拟,这两种差分方法仅利用笛卡尔坐标系中的坐标轴网格点构建三维Laplace差分算子,相应的差分离散波动方程本质上仅具有2阶差分精度,模拟精度低.本文将三维笛卡尔坐标系中非坐标轴网格点分为两类：坐标平面内的非坐标轴网格点和坐标平面外的非坐标轴网格点,系统推导出了两类非坐标轴网格点构建三维Laplace差分算子的方法,进而提出了一种利用坐标轴网格点和非坐标轴网格点共同构建三维Laplace差分算子的混合网格有限差分方法,并利用时空域频散关系和泰勒展开建立差分系数方程,推导出了差分系数的通解.相比常规高阶和时空域高阶差分格式的2阶差分精度,时空域混合网格差分离散波动方程理论上能够达到任意偶数阶差分精度,模拟精度显著提高,同时稳定性更强.频散分析表明：相比常规高阶和时空域高阶差分格式,在计算效率基本相同时,时空域混合网格差分格式能更有效地减小数值频散,减弱数值各向异性,模拟精度更高;在模拟精度基本相当时,混合网格差分格式能采用更大的时间采样间隔,计算效率更高.数值模拟实例进一步验证了混合网格差分格式在提高模拟精度和计算效率方面的先进性,也验证了其普遍适用性.

     

基于岩心室应力应变和不确定度分析的致密储层氦孔隙度测量方法

致密油气层的物性（孔隙度和渗透率）较差.针对致密储层,目前常用的氦气法孔隙度测量方法存在两个不足：器壁压变性参数G定义不明确;膨胀前压力设置普遍偏小.本次基于氦气法孔隙度测量装置岩心室的应力应变力学分析和不确定度理论分析,开发了一种面向致密储层的氦孔隙度测量方法.本次提出的方法给出了器壁压变性参数G的解析式,并基于G的解析式推导出了新的孔隙度计算公式,将刻度系数减少到1个,简化了刻度过程.其次,基于不确定度理论得到的孔隙度测量不确定度表明：氦气法测量致密储层孔隙度的膨胀前压力大于2 MPa基本可以将孔隙度绝对误差控制在0.5%以内.与高压压汞法孔隙度测量结果对比发现,该方法测量孔隙度的相对偏差在14%以内,远低于常规氦气法测量孔隙度的相对偏差（50%）.

     

形变强度与地壳变形分析

本文利用GNSS等观测所获得的地壳位移速度结果并应用数值逼近理论, 提出了具有解析式的形变强度分析与计算方法。 根据形变的性质或类型将它们分别定义为形变强度、 水平形变强度、 水平剪切形变强度、 水平张压形变强度、 垂直剪切形变强度。 文中最后以GNSS 1999—2007年观测数据所产生的运动结果为例, 分析了川滇地区的地壳运动和形变, 并给出了不同性质形变强度的空间变化结果。