基于洪峰模数的山洪灾害雨量预警指标研究

山洪灾害预警是防御山洪的重要非工程措施,雨量预警指标是山洪灾害预警的关键。目前的雨量预警指标计算方法对水文气象资料条件以及模型建模率定都有很高的要求,并不适用于基层防汛人员。因此,本文基于全国山洪灾害调查评价成果数据,提出了一种运用洪峰模数计算雨量预警指标的简便、易用的方法。该方法以小流域洪水计算推理公式为基础,将公式中流量与流域面积的比值用洪峰模数表示,得到基于洪峰模数的临界雨量估算公式,并考虑流域土壤含水量等因素,分析临界雨量变化阈值,最终得到雨量预警指标。本文以云南省绥江县双河小流域为例,计算结果显示不同时段（1 h、3 h、6 h）净雨量和预警时段呈线性关系。降雨损失计算中洼地蓄水和植被截留在不同时段相同,土壤下渗在不同的时段不相同。在此基础上,计算不同土壤含水量条件下,不同时段的雨量预警指标。最后,对临界流量、降雨损失和预警指标进行了合理性分析,结果显示预警指标和调查评价结果及实测降雨都比较接近,计算的预警指标合理。本研究为基层山洪灾害预警提供了一种快速、便捷的预警指标计算方法,为预警指标计算提供技术支持。     

从地理信息系统到虚拟地理环境的认知转变

自20世纪60年代初以来,地理信息系统引领了地理信息的分析与服务。然而,由于地理学家对于地理过程开展多维模拟的需求,同时许多大型工程需要对于不同方案的后果事先开展模拟评估,为此中国学者们在世纪相交之际开始了对于虚拟地理环境的探索。本文从地理信息系统到虚拟地理环境的认识上的转变着手,分析了虚拟地理环境的演进过程、当前的阶段定位与挑战,着重探讨了虚拟地理环境研究的新态势：基于虚拟地理环境的地理空间认知研究、虚拟地理环境与实验地理学新方向、大数据背景下的虚拟地理认知实验方法和虚拟地理环境与地理知识工程,并给出最新研究思路。     

深海浮球内部气压对水下内爆波的抑制机理

深海潜器常携带中空浮球来为其提供浮力。陶瓷因其高强度、低密度等优点成为浮球的理想材料。然而,中空结构在外部高压环境下易发生内爆,产生的内爆波会对周围结构产生毁灭性损害。为了探索浮球内部初始气压对内爆波的影响,首先,利用气泡动力学对其不考虑球壳影响时进行理论分析,得到内爆波压力脉冲沿径向以指数?1 衰减,并指出其物理意义和隐含假设,进而从能量分析得到增加内压使压缩空气消耗的能量增加,从而减弱释放到水中的压力波能量;其次,采用三相流固耦合有限元模型进行计算,考虑水的可压缩性和球壳因挤压引起的脆性破裂的影响,得到更为接近实际的内爆压力的分布。由于两侧挤压球壳,外部的水在不断扩大的缺口处产生向内的射流,造成内部气体非球形塌缩,后续压力波呈现出与球壳碎裂方式有关的方向性差异。通过有限元模型对内部初始气压的研究表明,增加初始内部气体压力到 1 MPa 时,压力脉冲在球壳表面处下降了 15. 6%~24. 8%。这一结果表明,在几乎不增加浮球质量的条件下,增加内部初始气压具有很好地抑制近端内爆波强度的效果。     

水牛蹄型深海集矿机履齿设计及牵引性能研究

作为深海采矿系统的重要组成部分,深海集矿机的技术研究和开发一直是许多国家的难题。为了提高深海集矿机在稀软沉积物上的牵引性能,基于水牛蹄的曲面结构特征和特殊几何结构,设计了一款仿水牛蹄蹄型履齿。以该款履齿的结构参数为研究对象,通过对朗肯被动土压力理论的优化,得到了仿水牛蹄蹄型履齿的牵引力解析解,建立了对应的履齿仿生参数对履齿牵引力的影响公式。结合正交试验方法进行了不同形式履齿在沉积物上运动的单、多履齿剪切试验,将仿水牛蹄蹄型履齿与直型履齿、仿水牛蹄轮廓履齿（另一种仿生履齿）进行对比试验,并通过模型车试验验证了该款履齿的可行性。结果表明：3种履齿中,仿水牛蹄蹄型履齿提供的最大牵引力最高。研究可为进一步优化仿水牛蹄蹄型履齿结构参数和提高深海稀软底质机械的牵引性能提供参考依据。     

OC4漂浮式风电平台的水弹性响应及波浪载荷研究

漂浮式风电平台在波浪中的摇晃运动会导致塔架根部产生很大的弯矩,极大地威胁平台结构安全。同时流体的附连水质量效应对平台塔架结构的动响应有着较为显著的影响,因此充分考虑这种流固耦合效应有利于更加准确地评估平台塔架的结构动响应。采用三维频域线性水弹性方法计算塔架在流体作用下的结构共振频率特征以及各阶模态振动的主坐标响应特性,然后通过弹性模态叠加法获得塔架的弯矩载荷。并结合概率学手段,预报了短期极限海况下塔架弯曲载荷响应,为新一代漂浮式风电平台结构安全性评估和方案设计提供了技术支撑。     

未来北极夏季陆面气温变化区域特征及其与北大西洋海面温度的关系

未来变暖背景下北极气候变化特征研究具有重要意义,基于国际耦合模式比较计划第六阶段（Coupled Model Intercomparison Project Phase 6,CMIP6）中对北极气候变化模拟能力较好的模式模拟结果,研究SSP2-4.5情景下21世纪北极2 m气温的时空变化特征及其影响因素。结果表明：（1）极地陆地的欧亚大陆（Eurasia,EA）和北美-格陵兰（Greenland,GL）对全球变暖具有不同的响应。EA在21世纪中叶前变暖趋势显著,之后主要表现为年代际尺度的冷暖振荡;GL则始终保持增暖趋势。EA、GL分区气温均存在年际、年代际（10~20 a）尺度上的波动,GL分区还存在20~40 a的准周期变化。（2）前冬北大西洋涛动正位相会引起次年夏季北大西洋呈南北向“-、+、-”三极型海面温度异常,并通过影响大气环流导致EA分区气温正异常,这种影响主要体现在年代际尺度上。（3）北大西洋多年代际振荡为正异常时,北美至格陵兰位势高度偏高,GL分区增暖,并且这种影响在21世纪70年代后更重要;北太平洋北部的海面温度正异常对GL分区增温也有贡献。     

石英标准生长曲线在青藏高原东缘黄土光释光测年中的应用

石英标准生长曲线（SGC）法在黄土高分辨率光释光定年中有大幅节省测试时间的潜力,然而目前对该方法在不同时空尺度上的适用性尚存在争议。本文选取青藏高原东缘的典型黄土样品,通过系统地分析石英光释光生长曲线特征,检验SGC法和最小二乘法标准化生长曲线（LS-SGC）法在高原东缘黄土光释光定年中的适用性,结果显示：1）高原东缘黄土石英光释光信号以快组分为主,且同一地点不同样品、不同测片的生长曲线形态相似;2）当等效剂量（D_e）小于100 Gy时,不同地点样品石英生长曲线形态一致;大于100 Gy时生长曲线则具有不同的剂量响应特征;3）通过SGC法获得的D_e仅在0~100 Gy与实测值一致;LS-SGC法拟合的生长曲线结果更佳,并且LS-SGC法计算的D_e在100~200 Gy与实测D_e仍具有较好的一致性。研究结果有助于深入研究高原黄土光释光测年和风成沉积过程,同时也可为其他区域建立石英光释光标准生长曲线提供借鉴。

     

古气候演化特征、驱动与反馈及对现代气候变化研究的启示意义

古气候与现代气候变化研究如何有效结合,特别是古气候研究如何为理解现代气候变化过程提供背景条件、边界约束和理论框架,值得深入探讨。文章以现代、历史时期、全新世、晚第四纪和新生代为时间基线,回顾阐述了过去气候演变特征、成因机制及其对现代气候变化研究的启示意义,探讨了过去与现代气候变化融合研究中存在的不确定性。过去气候演化过程的研究,加深了人们对地球气候系统运行机制的理解。研究表明,各个时期中,地球气候经历了不同相位、幅度和速率的变化,气候系统各分量之间发生了复杂的相互作用,以地表温度为代表的地球表面热力环境演化是各不同阶段气候变化的基本表现形式。全球温度变化不仅受到太阳输出辐射、地球轨道参数和地球构造运动等的影响,而且与地球表层水圈中的海洋、冰冻圈中的大陆冰盖、生物圈中的海洋浮游生物和陆地植被,以及大气圈中的温室气体、粉尘气溶胶、水汽和云等活跃组分之间,存在着多尺度复杂反馈作用。在同一时间尺度上,气候系统分量的互馈通路可能是同向的、可比的,各分量之间的对应关系或具有一致性,研究结论对于预估未来气候变化有借鉴意义;但在不同时间尺度上,气候系统各分量之间的相互联系机制可能难有一致性和可比性,古今互鉴,就需要慎重。

     

内蒙古典型草原和草甸草原相对花粉产量重估

相对花粉产量（RPP）是利用地层花粉数据定量重建古植被的重要参数,但目前估算的不同地区同一植物类型的RPP多存在差异。为了解植被盖度计算方法对花粉产量的影响,本项研究利用卫星影像数字化重新计算了内蒙古锡林郭勒典型草原和乌拉盖草甸草原采样点周边100 m以外的植被数据,利用ERV模型重新估算了主要花粉类型的RPP,并运用景观重建算法（LRA）进行了检验。锡林郭勒典型草原ERV模型分析显示,ERV子模型1结合1/d距离加权法与植被-花粉数据拟合度最高,得到的相关花粉源范围（RSAP）为1470 m;以蒿属为参照种（RPP=1±0）,各科属RPP依次为藜科（0.53±0.03）、十字花科（0.17±0.01）、唐松草属（0.14±0.02）、菊科（0.09±0.01）、莎草科（0.08±0.006）、委陵菜属（0.07±0.01）、禾本科（0.050±0.003）。乌拉盖草甸草原ERV模型分析显示,ERV子模型1结合Prentice距离加权法与植被-花粉数据拟合度最高,得到的RSAP为770 m;以蒿属为参照种（RPP=1±0）,各科属RPP依次为藜科（5.85±0.58）、蓼科（5.27±0.37）、石竹科（5.15±0.47）、莎草科（4.16±0.13）、菊科（1.63±0.09）、百合科（0.49±0.08）、唇形科（0.38±0.06）、禾本科（0.200±0.004）。重估的RSAP和RPP均与首次估算时存在差异,表明植被盖度计算方法确实会影响RSAP和RPP。景观重建算法对RPP检验结果表明,卫星影像数字化估算的RPP重建的植被盖度与实际植被的相关性更高。

     

CORS系统在航空重力测量地面GNSS基站解算中的应用

航空重力测量是以飞机为载体,快速、高效获取大面积中、高频地球重力场信息的航空物探测量方法。航空重力测量技术的商业化运行归功于动态差分GNSS定位技术的成熟,使得载体的动态定位、动态测速和加速度解算精度大大提高,而差分GNSS技术解算载体动态定位的精度又依赖于地面基准站坐标精度。在实际作业中,通过组建控制网并设立地面GNSS基站,联测国家GNSS控制点,不仅需要花费较多的经济成本和时间成本,而且在人迹罕至的沼泽、高原、荒漠无人区以及远离大陆的海岛礁地区,这种方法都面临很大的困难。随着我国CORS站建设的不断深入,CORS系统精度和网度不断提高,利用CORS站数据,通过GAMIT等软件进行地面GNSS基站解算来确定其准确坐标位置的方法成为一种新趋势。本文以某测区实际数据为例,对比分析了两种方法得到的基站坐标精度及对重力测量结果的影响,介绍了CORS系统在航空重力测量地面GNSS基站解算中的应用效果,说明利用CORS系统解算不仅满足航空重力测量精度要求,而且能够提高工作效率。