能见度集合预报及后处理技术应用

基于污染物情况、环流系统和时空分布特征分析,利用神经网络对历史数据进行建模,生成了能见度集合预报产品。在2022年冬季的TS评分检验中,预报产品优于欧洲中期数值预报中心模式(ECMWF)的能见度预报产品。利用概率匹配、最优百分位和神经网络三种后处理方法生成后处理产品,这些产品的TS评分优于集合预报产品。预报输入的ECMWF模式2 m湿度与实况的偏差是误差的主要来源。利用集成方法对三种后处理产品进行集成,其TS评分结果在低能见度区间总体接近或略优于原始产品。生成的能见度集合预报后处理最优集成预报产品成功提高了对中期延伸期能见度天气的预测准确性。     

Effect of the Initial Vortex Structure on Intensity Change During Eyewall Replacement Cycle of Tropical Cyclones: A Numerical Study

This study investigates the effect of the initial tropical cyclone (TC) vortex structure on the intensity change during the eyewall replacement cycle (ERC) of TCs based on two idealized simulations using the Weather Research and Forecasting (WRF) model. Results show that an initially smaller TC with weaker outer winds experienced a much more drastic intensity change during the ERC than an initially larger TC with stronger outer winds. It is found that an initially larger TC vortex with stronger outer winds favored the development of more active spiral rainbands outside the outer eyewall, which slowed down the contraction and intensification of the outer eyewall and thus prolonged the duration of the concentric eyewall and slow intensity evolution. In contrast, the initially smaller TC with weaker outer winds corresponded to higher inertial stability in the inner core and weaker inertial stability but stronger filamentation outside the outer eyewall. These led to stronger boundary layer inflow, stronger updraft and convection in the outer eyewall, and suppressed convective activity outside the outer eyewall. These resulted in the rapid weakening during the formation of the outer eyewall, followed by a rapid re-intensification of the TC during the ERC. Our study demonstrates that accurate in- itialization of the TC structure in numerical models is crucial for predicting changes in TC intensity during the ERC. Additionally, monitoring the activity of spiral rainbands outside the outer eyewall can help to improve short-term intensity forecasts for TCs experiencing ERCs.     

Characterization and Application of S-Band Polarimetric Radar and X-Band Phased Array Radar for a Tornadic Storm Event on June 16,2022

The X-band phased array radar offers faster scanning speed and higher spatial resolution compared to the S-band radar, making it capable of enhancing tornado monitoring and early warning capabilities. This study analyzed the char- acteristics and nowcasting signals of a tornado case that occurred on June 16, 2022 in the Guangzhou region. Our findings indicate that the violent contraction of rotation radius and the dramatic increase in rotation speed were important signal characteristics associated with tornado formation. The X-band phased array radar, with its high temporal and spatial resolution, provided an opportunity to capture early warning signals from polarimetric characteristics. The X-band phased array radar demonstrated noteworthy ability to identify apparent tornado vortex signature (TVS) features in a 10-minute lead time, surpassing the capabilities of the CINRAD/SA radar. Additionally, due to its higher scanning frequency, the X- band phased-array radar was capable of consistently identifying TVS with shorter intervals, enabling a more precise tracking of the tornado’s path. The application of professional radars, in this case, provides valuable insights for the monitoring of evolutions of severe local storms and even tornadoes and the issuance of early warning signals.     

广西钦江河口枯季水动力特征及其对冷空气的响应

河口作为陆海相互作用的关键带,是河流入海泥沙及污染物的主要归宿地。钦江作为广西第二大河流,在茅尾海资源开发利用和生态环境保护与修复中发挥着重要作用。为进一步认识钦江河口地区的沉积动力过程,2021年10月27日至12月8日在此展开水动力和水体环境要素的连续观测。现场观测与分析结果表明,观测期间钦江河口潮汐类型为正规全日潮,浅水分潮显著,平均潮差为3.07 m,具有落潮优势;潮流以全日分潮流为主导,平均流速为0.12 m/s,运动形式主要为往复流;余流流向主要为西南方向。钦江河口潮汐和潮流性质较外湾和茅尾海中部海域全日潮特征更显著。枯季期间河口表层沉积物随潮汐运动表现为侵蚀-沉降交替的变化规律,垂向上侵蚀通量大于沉降通量,水平方向上悬沙净向海输运。冷空气过境带来的降雨使得钦江河口水体盐度降低、浊度增大,悬沙浓度及输沙量增加,同时冷空气南下时北风增强引起钦江河口减水效应并使潮差略有增加,水动力强度增大,增加表层沉积物的活动性,从而引起底部沉积物再悬浮强度和频率增加。     

滇东南官房钨矿床矽卡岩矿物学特征及其地质意义

官房钨矿床位于滇东南薄竹山W多金属矿集区,是近年来新发现的大型白钨矿床。矽卡岩多产于层间破碎带,呈似层状、透镜状和脉状,一般不与花岗岩体接触而形成远端矽卡岩（深部揭露有少量产于接触带）,矽卡岩矿物发育。为进一步查明矽卡岩矿物学和矿物化学特征,揭示矽卡岩形成环境,探讨矽卡岩与矿化类型之间的关系,笔者采集了KT3近端矽卡岩与KT5远端矽卡岩进行对比,通过开展系统的矿物学镜下观察,利用EMPA进行石榴子石成分分析,LA-ICP-MS对典型的矽卡岩矿物进行了单矿物分析。研究表明,官房钨矿床矽卡岩属典型钙质矽卡岩,矽卡岩矿物主要有石榴子石、辉石、符山石等,其中石榴子石为钙铝榴石-钙铁榴石系列,辉石为透辉石-钙铁辉石系列,符山石属普通符山石。由近端矽卡岩向远端矽卡岩,石榴子石主要成分由钙铝榴石向钙铁榴石转化;辉石几乎全部为透辉石向透辉石、钙铁辉石的组合转化,石榴子石与辉石的特征表明矿床的矽卡岩由还原型矽卡岩转为氧化型矽卡岩;KT5形成条件较KT3氧逸度更高,两者流体交代方式以扩散交代为主。石榴子石、辉石端员组分及Mn/Fe、Mg/Fe比值稍高的特征,综合指示其矿化类型属于铁铜锌等多金属矿化类型;符山石中较低的w（W）可作为钨矿找矿标志。     

预测有效波高的深度学习模型研究

研究基于RNN、LSTM、GRU深度学习模型,针对NOAA浮标数据集中的44013、44014、44017浮标的数据,通过斯皮尔曼相关性分析提高模型预测效果。实验结果表明,在进行相关性分析后,S-RNN、S-LSTM、 S-GRU的预测效果均比原始RNN、LSTM、GRU模型预测效果好。此外,提出一种基于LSTM的LSTM-Attention 波高预测模型,并进行相关实验,量化LSTM-Attention模型的预测效果,实验结果表明LSTM-Attention模型有更好的预测效果。为评估模型的泛化能力,研究还提出了一种采用邻近浮标数据进行学习,预测浮标缺失数据的方 法。实验结果表明,该方法的预测精度可以达到97.93%。本研究为海浪预测提供了新的方法和思路,也为未来深 度学习模型在海浪预测中的应用提供了参考。     

可解释性长短期记忆模型用于预测湖泊总磷浓度变化

对湖泊总磷的变化预测和来源识别对水资源调度和流域生态治理有着重要的意义,然而复杂的生化反应和水动力条件导致的非平稳性给湖泊总磷浓度的准确预测带来极大的困难。为克服这一挑战,本文引入了基于加权回归的季节趋势分解(seasonal and trend decomposition using Loess,STL)技术和夏普利加法(SHapley additive exPlanations,SHAP)结合长短期记忆网络(long short-term memory neural network,LSTM)和门控循环单元(gated recurrent unit,GRU)构建了一个可解释的预测框架,以增强对湖泊总磷浓度演变的预测并提高其可解释性。研究表明:(1)在骆马湖总磷浓度的预测中,该框架拥有较好的预报精度(R²=0.878),优于LSTM和卷积长短期记忆模型(convolutional neural networks and long short term memory network,CNN-LSTM)。当预测时间步长增加到8 h时,该框架有效提高了总磷浓度的预测精度,平均相对误差和均方根误差分别降低了47.1%和33.3%。从预测趋势来看,骆马湖在汛期的总磷平均浓度为0.158 mg/L,相较于非汛期的平均浓度,增加了202.1%。(2)运河来水是骆马湖总磷浓度最重要的影响因素,贡献权重为60.0%,并且不同断面(三湾、三场)的污染源受水动力、气象等因素的影响存在显著的时空差异。本文凸显了神经网络模型在预警水体污染方面的可实施性,并且为提高传统神经网络的学习能力和可解释性的开发与验证提供了重要方向。     

石英脉型钨多金属矿床的扇状成矿实例及找矿模型

石英脉型钨矿床是中国数量最多的钨矿床类型,但保有储量消耗迅速,迫切需要创新找矿模型,指导找矿突破。文章结合二十余年的找矿实践,通过详细分析扇状成矿矿床实例,构建了石英脉型钨矿床新的找矿模型。该模型强调赋矿裂隙为岩浆动力成因,在花岗岩体顶部呈扇状分布型式,岩浆期后热液恰在裂隙张开时充填其中而形成扇状成矿系统;提出“就岩找矿”、“就矿找矿”、“就矿找岩”的地质、地球化学和地球物理标志,指导矿床尺度的勘查工程部署。截至目前,该模型已在广东禾尚田钨锡矿床、广西珊瑚钨锡矿床、广西社垌钨钼矿床、江西盘古山钨铋矿床等获得了验证,找矿成效显著。     

江西赣县大埠钨多金属矿田成岩成矿时空结构与找矿预测

大埠矿田位于南岭成矿带东段,是于都-赣县钨多金属矿集区重要组成,区内已发现钨多金属矿床（点）五十余处,矿床类型包括石英脉型、矽卡岩型、云英岩型和细脉浸染型等,各类矿化主要围绕大埠复式花岗岩体产出。然而,大埠矿田岩浆作用具有明显的多期次、多阶段的特点,各期次成岩成矿时代尚缺乏系统研究,各类岩浆岩与矿化关系争议较大。文章在岩体地质和矿床地质调查基础上,通过LA-(MC)-ICP-MS锆石U-Pb定年、锆石微量元素和Hf同位素分析,精确厘定了大埠花岗岩的成岩时代,探讨了多期次岩浆活动对区内成矿作用的贡献。锆石U-Pb定年结果分别为(429.1±4.7)Ma、(430.0±5.8) Ma、(431.8±4.7) Ma和(158.3±4.1) Ma,结合岩体地质填图信息,笔者认为大埠复式花岗岩基由加里东期和燕山期两部分组成。两期花岗岩均属于高钾钙碱性、过铝质S型花岗岩系列,两者均出现Eu负异常,燕山早期Eu负异常更明显。两期岩体锆石的ε_Hf(t)值分别为-6.3~-1.3与-11.4~-7.1,对应二阶段模式年龄为1.49~1.82 Ga与1.66~1.93 Ga,指示其母岩浆为中元古代的地壳部分熔融形成。锆石微量元素特征显示,两期花岗岩均为陆壳源区、具有相近的结晶温度,燕山早期花岗岩相对于加里东期有更高的结晶分异程度,有更高的氟含量,与钨成矿具有更强的相关性。大埠矿田钨多金属成矿时代集中在159~155 Ma,紧随燕山早期花岗质岩浆侵位而形成。基于大埠矿田成岩成矿时代格架研究,结合花岗岩成矿专属性和成矿地质条件分析,构建了区内钨多金属矿勘查模型,指明了大埠矿田细脉浸染型、云英岩型、内带石英脉型钨矿的找矿方向,预测大埠岩体东北部的燕山早期隐伏岩体具有寻找“合龙式”石英大脉型和细脉-云英岩型钨矿的潜力。     

1996-2022年黄河三角洲行水河口岸线稳定性研究

黄河清八汊现行河口自改汊以来发生了巨大变化,监测其岸线变化,探讨其稳定程度对海岸带可持续发展以及海岸带韧性评估具有重要意义。本研究利用GPS、GIS、RS技术从1996—2022年黄河三角洲行水河口的220幅遥感影像中推断出年平均海岸线位置,同时根据行水河口摆动次数划分为5个阶段,并以此为基础对海岸线变迁及其稳定性进行定量分析。结果表明：行水河口岸线长期处于动态变化过程中,整体呈淤进状态,各岸段岸线时空变化特征不同,最大侵蚀（-73.89m/a）区出现在两丁坝之间,最大淤积（393.20m/a）区出现在河口区附近。研究区90%的岸线表现为较强淤积至严重淤积,稳定性指数由两丁坝之间（0.135）、2007年出汊前旧河口（0.068）、2007年出汊后新生河口（0.006）依次降低。入海水沙量、河口位置变迁以及沿岸输沙是影响岸线稳定性出现时空差异的主要原因。