GRAPES全球集合预报系统模式扰动随机动能补偿方案初步探究

为了体现次网格尺度能量升尺度转换过程中存在的不确定性, 文中将随机动能补偿(Stochastic Kinetic Energy Backscatter, SKEB)方案应用于GRAPES(Global/Regional Assimilation and Prediction System)全球集合预报系统(GRAPES-GEPS), 以更好地表征模式误差并且增大集合离散度。使用的SKEB方案基于具有一定时、空相关特征的随机型以及由数值扩散导致的局地动能耗散率来构造随机流函数强迫。并根据流函数与水平风速旋转分量的关系, 将SKEB方案中的流函数强迫转化为适用于GRAPES全球模式的水平风速扰动。结果表明, SKEB方案的使用一方面能够提高GRAPES对大气动能谱的模拟能力; 另一方面能够改善GRAPES-GEPS的集合离散度与集合平均误差的关系, 增加了集合离散度, 并在一定程度上减小了集合平均误差, 尤其是在热带地区这种改进更为显著。而且该方案使得热带地区连续分级概率评分(CRPS评分)显著减小。就降水预报而言, 从Brier评分与相对作用特征面积(AROC, Area under the Relative Operating Characteristics)的结果来看, SKEB方案有助于改善中国地区小雨[0.1 mm, 10 mm)、中雨[10 mm, 25 mm)与大雨[25 mm, 50 mm)量级降水的概率预报技巧, 而对暴雨[50 mm, ∞)量级降水预报技巧影响很小(24 h降水量)。总体上, 模式扰动随机动能补偿方案提高了GRAPES-GEPS的概率预报技巧。      

中尺度降水集合预报随机参数扰动方法敏感性试验

中尺度降水模式预报具有很大的不确定性,为更好地描述与模式降水预报密切相关的物理过程关键参数的不确定性,基于中国气象局GRAPES（Global/Regional Assimilation and Prediction System）中尺度区域集合预报模式,从对模式降水预报不确定性有较大影响的积云对流、云微物理、边界层及近地面层等4个参数化方案中选取了18个关键参数,设计了一种随机参数扰动方案（Stochastically Perturbed Parameterization,SPP）,并通过2015年6—7月总计10 d的随机扰动集合预报试验,对比分析了SPP方案对不同物理过程参数扰动敏感性、随机场时、空尺度敏感性、能量变化特征及其集合预报效果。结果显示,对所选择的任一物理过程参数化方案增加SPP扰动后,降水及等压面要素的概率预报技巧优于无SPP扰动的预报,而扰动积云对流和边界层过程中的参数较扰动云微物理过程中的参数影响更显著,且同时扰动积云对流、云微物理、边界层及近地面层参数化方案中的18个参数的集合预报效果优于扰动任何单一物理过程中的部分参数,表明SPP方案能够有效地提高中尺度降水概率预报技巧;从能量变化特征可知,不同物理过程的参数扰动对动能、内能和总能量的影响层次和特征有所不同,但总体而言,扰动前后各项能量基本相同;随机场时、空尺度敏感性试验发现,SPP扰动随机场时间、空间相关尺度对集合预报效果有明显影响,当扰动随机场选用12 h抗相关时间及截断波数20时,集合预报结果最优。上述结果表明,SPP随机参数扰动方案不仅能够有效提高集合概率预报效果,还能够提高集合降水概率预报技巧,具有良好的业务应用与发展前景。      

高分辨率模式雷达回波预报能力分析

利用2018年7—8月GRAPES_3 km、东北短临(WRFRUC)高分辨率模式综合雷达回波预报数据和辽宁省SWAN雷达组合反射率(MCR)实况,基于邻域法FSS评分指数,分析模式在台风北上和副热带高压边缘暴雨过程中的雷达回波预报能力。结果表明:两家模式在不同降水过程中对小阈值雷达回波有较好的预报技巧,随着回波量级增大,模式预报FSS逐渐减小,雷达回波55 dBz时,FSS甚至为0。当邻域半径是3时,35 dBz以下的回波预报中GRAPES模式在台风北上暴雨中的预报技巧低于副热带高压边缘,35 dBz则相反。WRFRUC模式始终表现为台风北上暴雨中预报较好。当邻域半径9时,WRFRUC模式在台风暴雨中的FSS评分高于GRAPES模式,GRAPES模式在副热带高压暴雨中的FSS评分始终高于WRFRUC模式。GRAPES和WRFRUC模式的最大FSS评分技巧均出现在邻域半径是11时,分别为0.239和0.195。GRAPES模式中FSS评分在12 h逐小时预报中前3个时次较强,WRFRUC模式则表现为中间时次强,两头弱。     

新疆萨吾尔地区两类花岗岩Nd、Sr、Pb、O同位素特征

新疆西准噶尔萨吾尔地区森塔斯岩体和沃肯萨拉岩体为I型花岗岩,侵入于早石炭世末,具有偏碱性特点,形成于后碰撞阶段的伸展期或挤压—伸展转变期;阔依塔斯岩体和恰其海岩体为A2型花岗岩,侵入于早二叠世初,形成于后碰撞阶段伸展期张性构造环境中。I型花岗岩和A型花岗岩的Nd、Sr、Pb同位素特征相似,显示出幔源特征,它们是同源岩浆不同演化阶段的产物。两类花岗岩在O同位素以及稀土元素特征上存在明显差异。西准噶尔萨吾尔地区I型花岗岩(森塔斯岩体和沃肯萨拉岩体)以及A型花岗岩(阔依塔斯岩体和恰其海岩体)的发育,进一步证实了晚古生代区内地壳的垂向增生作用。对比研究表明,可以将西准噶尔萨吾尔地区的A型花岗岩归入东准噶尔乌伦古富碱火成岩带。     

土壤环境中化学定时炸弹的研究现状与展望

土壤环境中的化学定时炸弹对生态环境乃至人类自身危害极大,国内外均有大规模发生化学定时炸弹的实例,但是,由于其不易发现而常常被忽略,这将造成更为严重的后果。化学定时炸弹的分类问题比较复杂,目前较为妥当的做法是对各种分类方案进行有益的探索。化学定时炸弹的触爆机制研究十分重要,是进行地球化学灾害评价、预测和防治的基础;地球化学工程技术是将来预防和治理化学定时炸弹最主要手段。从科学的严密性和严肃性考虑,化学定时炸弹的概念应该由具有更深刻内涵和更广泛外延的“缓变型地球化学灾害”来替代。     

城市化对南京地区土壤多样性影响的灰色关联分析

随着城市化的发展,越来越多的土壤资源被侵占。本文借助RS和GIS技术,根据1984年、1995年、2003年3期TM遥感影像 (30m×30m),采用多时相连续对比法对南京地区近20年来城镇扩张情况进行了分析;结合南京地区土壤图,利用生态学领域中的多样性测度方法计算了城市化背景下南京地区的土壤多样性指数 (HP)、土壤均匀度指数 (Jsw) 和土壤丰富度指数 (R₂),进而在镇级尺度上对1984~2003年南京地区土壤多样性时空变化特点进行了研究;利用灰色系统理论中的灰色关联分析方法,对南京地区各级行政区划单位的扩张对土壤多样性的影响进行了初步探讨。分析结果表明,各级行政区划中村庄的扩张对土壤多样性指数的影响最广,约占研究区总面积的60%;镇、县和市的扩张对土壤多样性的影响逐渐减少,各占研究区总面积的26%、7%和7%。     

藏北高原地壳及上地幔导电性结构——超宽频带大地电磁测深研究结果

为了研究西藏中、北部壳、幔导电性结构,讨论高原中、北部岩石圈热状态,1998年和1999年（INDEPTH（Ⅲ） MT）在西藏中、北部完成了德庆—龙尾错（500线）和那曲—格尔木（600线）超宽频带大地电磁深探测剖面的研究.研究结果表明,西藏中、北部以昆仑山断裂为界,其南北壳、幔电性结构有很大差异.昆仑山断裂以北地壳和上地幔为高阻区.而昆仑山以南,地壳和上地幔的导电性有明显的分层结构：地壳上部以不连续的高阻体为主,夹有局部低阻异常体,沿南北方向上地壳的电性结构复杂,具有不连续、分块的特点;但中、下地壳为大范围的高导异常区,区内发育有大规模、不相连续、产状各异的高导体,其电阻率均小于4Ωm;在班公—怒江和金沙江缝合带之下,壳内高导体都具有向上地幔延伸的趋势,存在连通壳、幔的低阻通道.根据西藏高原中、北部壳、幔电性结构的研究推断：如同藏南一样,这里也普遍存在部分熔融体和热流体,它们的成因主要与班公—怒江和金沙江缝合带的壳-幔热交换、热活动有关,这是两期形成的壳-幔热交换通道.其中,班公—怒江缝合带的壳-幔热交换通道形成时间比金沙江缝合带早.因此,研究区壳、幔的热活动是从南边和西边开始,向北、向东扩展,导致现今西藏中、北部地壳和上地幔的热流分布由西向东、由南向北增大.     

同源岩浆成因金矿成岩成矿时差的统计研究

同源岩浆成因金矿的成岩成矿时差是确定矿床与岩浆岩成因关系的重要基础。而中国同源岩浆成因金矿分布十分广泛,前人在成矿学和岩石学方面做了大量的研究,为此本文收集了国内一些典型金矿的成矿和相关同源岩浆岩的同位素测年数据,讨论并定量厘定了该类金矿床成岩成矿时差的分布特征及分布范围。数据统计分析及柯尔莫哥洛夫准则检验结果显示,成矿事件一般同步或略滞后于同源岩浆活动,成岩成矿时差在95％信度下服从正态分布,介于0～16．0Ma,均值约为7．0Ma。因此,若金矿成岩成矿存在着≤16．0Ma的时差,就应该重视二者之间的同源成因联系。同时,笔者也强调：准确的成岩成矿时差应加强对金矿成岩成矿地质背景的研究;重视时差研究与微量元素和同位素示踪相结合,从年代学和地球化学方面对矿床成因作出合理的解释。     

Typical Geochemical Elements in Loess Deposit in the Northeastern Tibetan Plateau and Its Paleoclimatic Implication

Widespread and thick loess deposit in the northeastern Tibetan Plateau records paleoclimatic changes over the Quaternary period. In this study, we investigate a loess section located in a high terrace of the Huangshui River in the Xining Basin, and collect samples at 20-cm intervals by digging a well of 16-m depth （including paleosol S1 and SO and several loess interlayers over the last glacial-interglacial cycle and the Holocene）. Concentration of some active elements （Sr and Ca） and inert elements （Rb, Zr, Ti） in these loess samples are measured. The results show that ratios of those elements （oxide）, such as Rb/Sr, Ti/Sr, and Zr/CaO ratios, would indicate sensitively paleoclimatic changes, especially the history of precipitation over the last glacial-interglacial and the Holocene. Moreover, the curves of Rb/Sr, Ti/Sr, and Zr/CaO ratios had almost the same variable trends from the bottom to the top and also closely correlated with values of magnetic susceptibility and the global marine δ^18O record. But compared with the curves of magnetic susceptibility, the changes of ratios of these elements （oxide） are clearer and easy to understand. Therefore, the ratios of these typical chemical elements in the loess deposit may be used as an excellent index to investigate the history of paleoclimate, particularly precipitation changes in the northeastern Tibetan Plateau.