Algorithm Studies on How to Obtain a Conditional Nonlinear Optimal Perturbation (CNOP)

The conditional nonlinear optimal perturbation (CNOP), which is a nonlinear generalization of the linear singular vector (LSV), is applied in important problems of atmospheric and oceanic sciences, including ENSO predictability, targeted observations, and ensemble forecast. In this study, we investigate the computational cost of obtaining the CNOP by several methods. Differences and similarities, in terms of the computational error and cost in obtaining the CNOP, are compared among the sequential quadratic programming (SQP) algorithm, the limited memory Broyden-Fletcher-Goldfarb-Shanno (L-BFGS) algorithm, and the spectral projected gradients (SPG2) algorithm. A theoretical grassland ecosystem model and the classical Lorenz model are used as examples. Numerical results demonstrate that the computational error is acceptable with all three algorithms. The computational cost to obtain the CNOP is reduced by using the SQP algorithm. The experimental results also reveal that the L-BFGS algorithm is the most effective algorithm among the three optimization algorithms for obtaining the CNOP. The numerical results suggest a new approach and algorithm for obtaining the CNOP for a large-scale optimization problem.     

一次强风切变过程的分析及成因讨论

2006年6月21日09:04南京禄口机场监测到较强风切变。龙王山(南京)多普勒天气雷达观测图上显示,此时恰有一直径为50 km的对流云团自西向东经过禄口机场。南京市地面自动气象站的观测也表明,此时在南京地区近地层气流出现急剧变化。利用多普勒天气雷达资料对风暴进行立体结构分析,并结合地面自动气象站资料分析得知,这次过程在3 km以下的低层有水平方向的风切变,在1 km高度处有垂直方向的风切变。从多普勒天气雷达的垂直积分液态含水量产品能够更直接地看到对流云团的发展过程,这有助于预报风切变发生的位置。这次雷暴系统中宏下击暴流引起的高空气流下沉,至地面后向两侧辐散,造成水平方向及垂直方向都有强风切变存在。     

宁夏北部一次短时暴雨中尺度对流系统的特征分析

利用自动站、闪电定位信息、多普勒雷达、卫星黑体亮温等气象资料,对2008年7月18日夜间宁夏石炭井的短时暴雨天气进行了分析。结果表明：此次单站短时暴雨是在“西高东低”的环流背景下,受东北冷涡后部横槽和低值系统影响,由两个相对较强的对流单体先后影响而后合并维持造成的。中尺度对流系统在宁夏北部持续时间近6h,云项亮温梯度最大值维持在石炭并一带;对应3次强降水时段,雷达回波强度、回波顶高、VIL出现了3次峰值,径向速度出现了气旋式辐合和逆风区结构,逆风区出现时间较强降水出现提前了20～30min,与强降水的发生、发展和减弱有较好的对应关系;闪电发生高密度区位于降水中心前缘,闪电频率突然增大时间较强降水出现超前1h。     

上海气温变化及城市化影响初步分析

为研究在全球变化背景下上海市区气温变化规律和城市化进程对其影响,分析了上海市区气温对全球变暖的响应,对比了市区和郊区气温在不同气候背景下的变化趋势,采用与郊区台站对比法分析了上海市区气温城市化效应,研究了城市化进程与气温各分量长期变化趋势之间的关系,将高空与地面观测资料相结合,定量估算了城市化效应对平均气温的贡献,初步讨论了气温的城市化效应成因。研究结果表明：1873~2004年上海市区年平均气温的长期变化趋势为1.31 ℃/(100 a),在1921~1948年和1979~2004年两个时期增温明显,其中第二段增温强于第一段;与郊区站点相比,市区在降温期内降温最小,增温期内升温幅度最大;城市发展导致市区和郊区气温有显著差别且温差逐年加大,其中平均气温和最低气温在秋季的差别最大,最高气温市区和郊区之间差别在夏季最大;城市化进程加快了地面气温升高的速率,其中以最低气温最为明显;在1980年代城市化效应使上海市区年平均温度平均升高0.4 ℃,在1990年代平均升高1.1 ℃。     

太行山东麓北拒马河冲积扇结构探测及地震砂土液化判别

北拒马河冲积扇及邻近地区位于太行山东麓,地表覆盖全新世(Qh)松散砂土与粉土,该区域地下水埋深较浅,潜在地震最大震级达6.5级,在地震作用下存在发生砂土液化危险性.通过野外地质调查、工程地质钻探和高密度电阻率法勘探揭示北拒马河冲积扇地层结构特征.在此基础上,采用原位标准贯入试验和室内动三轴试验评价北拒马河冲积扇饱和砂土...     

A potentially new type of nonchondritic interplanetary dust particle with hematite,organic carbon,amorphous Na,Ca‐aluminosilicate,and FeO‐spheres

Abstract– We used a combination of different analytical techniques to study particle W7190‐D12 using microinfrared spectroscopy, micro‐Raman spectroscopy, and field emission scanning electron microscopy (FESEM) energy dispersive X‐ray spectroscopy (EDS). The particle consists mainly of hematite (α‐Fe₂O₃) with considerable variations in structural disorder. It further contains amorphous (Na,K)‐bearing Ca,Al‐silicate and organic carbon. Iron‐bearing spherules (<150 nm in diameter) cover the surface of this particle. At local sites of structural disorder at the hematite surface, the hematite spheres were reduced to FeO in the presence of organic carbons forming FeO‐spheres. However, metallic Fe spheres cannot be excluded based on the available data. To the best of our knowledge, this particle is the first detection of such spherules at the surface of a stratospheric dust particle. Although there is no definitive evidence for an extraterrestrial origin of particle W7190‐D12, we suggest that it could be an IDP that had moved away from the asteroid‐forming region of the early solar system into the outer solar system of the accreting Kuiper Belt objects. After it was released from a Jupiter family comet, this particle became part of the zodiacal cloud. Atmospheric entry flash‐heating caused (1) the formation of microenvironments of reduced iron oxide when indigenous carbon materials reacted with hematite covering its surface resulting in the formation of FeO‐spheres and (2) Na‐loss from Na,Al‐plagioclase. The particle of this study, and other similar particles on this collector, may represent a potentially new type of nonchondritic IDPs associated with Jupiter family comets, although an origin in the asteroid belt cannot be ignored.     

人工主余震作用下桥墩结构损伤预测评估分析

主余震作用下,断层距（R_JB）和余震次数的不同对结构造成的损伤也大不相同,进行主余震序列下桥梁损伤评估时需要考虑断层距、余震次数等影响因素。基于OpenSees平台,以一座连续梁桥为例,根据人工主余震构造时不同的影响因素,选用余震衰减和PGA调幅的人工主余震构造法构造主余震序列进行结构损伤分析,并与实际主余震事件的损伤结果作对比,研究人工构造主余震序列预测结构损伤的可行性。结果表明：基于PGA调幅构造主余震的方法,当考虑余震衰减时,能够较好模拟出结构在实际主余震地震作用下造成的最终损伤,能够较合理的预测结构在实际主余震序列中的损伤指标;对区域主余震作用下的桥梁进行损伤评估时,需要考虑断层距和余震次数影响因素,桥梁距断层距R_JB越近时结构的损伤状态越严重,余震发生次数越多则结构的损伤增量就越大,并且结构在人工主余震作用下R_JB越大的地方,结构损伤增量误差程度越小,预测的损伤状态就越接近实际的损伤状态。     

含水量对高含冰量冻结砂土屈服面的影响

以往关于冻土屈服特性的研究很少考虑含水量的影响,但实际工程中经常遇到的是变含水量情况,因此本文通过-5.0℃条件下高含冰量冻结砂土的一系列三轴压缩试验,系统地研究了含水量对屈服特性的影响,并且由此建立了带有含水量参数的偏应力-剪应变增量型关系式。试验结果表明：随含水量的变化,应力-应变曲线类型有明显变化,即在不同的含水量区间,含水量对硬化规律有不同的影响特性,因此为了使屈服函数的形式更加简单和提高拟合准确度,对于屈服函数的具体形式应该根据塑性剪应变（硬化参数）和含水量不同区间进行分别确定;当塑性剪应变较小时（0.00%~1.00%）,随含水量的增大,偏应力逐渐增加,而当塑性剪应变较大时（大于1.00%）,随含水量的增大,偏应力有一个先减小后增大的变化过程,并且42.0%可以作为含水量转折点;通过分段硬化原则建立的带有含水量参数的屈服函数与偏应力-剪应变的增量型关系式的模拟值与试验点基本相吻合,这说明得到的屈服函数与偏应力-剪应变的增量型关系式可以用于不同含水量条件下屈服面和偏应力-剪应变曲线的预测。     

西南三江碰撞造山带沉积岩容矿Pb-Zn-Ag-Cu贱金属复合成矿与深部过程

西南三江特提斯造山带中新生代沉积盆地中(沱沱河、玉树、昌都和兰坪-思茅地区)发育包括金顶超大型铅锌矿床在内的一系列以沉积岩容矿的Pb-Zn-Ag-Cu贱金属矿床,构成长达千余千米的青藏高原东缘贱金属成矿带。作为大陆碰撞环境成矿谱系的重要矿床类型,加强这些矿床的理论研究对提高和完善大陆碰撞造山成矿理论和指导找矿勘查等具有重要意义。已有研究表明这些Pb-Zn-Ag-Cu矿床的分布受盆地形成后新生代大型逆冲推覆-走滑构造控制,其容矿岩石和成矿作用特征与SEDEX和MVT矿床存在明显的差异,矿床成矿流体表现出多来源混合的特征,成矿与深部过程密切相关。尽管取得重要进展,但由于缺乏高精度年代学数据制约,成矿动力学背景及其与碰撞造山的时空联系存在较大争议。一些矿床的研究显示复合成矿迹象,但是复合成矿过程与深部驱动等问题仍不清楚。近年来我们以兰坪和昌都盆地的Pb-Zn-Ag多金属矿床和Cu多金属矿床为重点研究对象,系统开展了成矿年代学、成矿流体源-运-储系统和复合成矿机制以及深部过程对成矿制约等方面研究。结果表明,兰坪盆地西缘Cu(Mo)多金属矿床主要形成于48～58Ma,兰坪和昌都盆地Pb-Zn-Ag多金属矿床主要形成于27～33Ma。成矿流体表现出明显的多来源混合的特征,主要存在三种类型:1)变质流体与盆地卤水或大气降水复合成矿,以金满-连城Cu矿床为代表; 2)盆地卤水与大气降水复合成矿,以金顶Pb-Zn矿床为代表; 3)盆地卤水和岩浆流体复合成矿,以拉诺玛Pb-Zn-Sb矿床为代表。兰坪盆地西缘Cu矿床主要形成于新生代印度-欧亚大陆主碰撞挤压阶段,与成矿密切相关的变质流体可能来源于陆-陆碰撞俯冲引起的高压变质。Pb-Zn矿床主要形成于印度-欧亚大陆晚碰撞构造转换环境,构造挤压和造山隆起驱动盆地流体迁移,同期的岩浆活动主要为成矿提供热驱动力或成矿物质。