Influence of heterogeneity on unsaturated hydraulic properties: (1) local heterogeneity and scale effect

Spatial heterogeneity is ubiquitous in nature, which may significantly affect the soil hydraulic property curves. The models of a closed‐form functional relationship of soil hydraulic property curves (e.g. VG model or exponential model) are valid at point or local scale based on a point‐scale hydrological process, but how do scale effects of heterogeneity have an influence on the parameters of these models when the models are used in a larger scale process? This paper uses a two‐dimensional variably saturated flow and solute transport finite element model (VSAFT2) to simulate variations of pressure and moisture content in the soil flume under a constant head boundary condition. By changing different numerical simulation block sizes, a quantitative evaluation of parameter variations in the VG model, resulting from the scale effects, is presented. Results show that the parameters of soil hydraulic properties are independent of scale in homogeneous media. Parameters of α and n in homogeneous media, which are estimated by using the unsaturated hydraulic conductivity curve (UHC) or the soil water retention curve (WRC), are identical. Variations of local heterogeneities strongly affect the soil hydraulic properties, and the scale affects the results of the parameter estimations when numerical experiments are conducted. Furthermore, the discrepancy of each curve becomes considerable when moisture content becomes closer to a dry situation. Parameters estimated by UHC are totally different from the ones estimated by WRC. Copyright © 2012 John Wiley & Sons, Ltd.     

车载移动测量系统应用于城市大比例尺地形图更新

将车载移动测量系统与城市大比例尺数字地形图测图相结合,成功地将车载移动测量系统运用于城市大比例尺测图更新应用中。通过在测区内布设靶标控制点,对比靶标的点云量算坐标与全站仪实测实际坐标,统计分析车载移动测量系统的测图精度。实验结果表明,车载移动测量系统能够满足城市大比例尺地形图测图要求。     

朝不楞多金属矿外围1∶5万地电化学勘查应用

运用地电化学技术在内蒙古半干旱草原风成砂浅覆盖区朝不楞多金属矿外围开展了1∶50000面积性勘查工作,并与常规土壤测量开展了对比研究。结果表明:(1)从元素异常强度、衬度、规模及与已知矿体空间对应性等方面对比,地电化学测量比常规土壤测量具有显著优越性;(2)地电化学测量在区域上显现出Ag-Pb-Zn-Bi-Cd及Cu-Co-Cr-Fe-La-Mo-Ni两套元素异常组合,与已知见矿钻孔中探测到的矽卡岩型铁矿及热液型铅锌矿均有出现具有较好的对应性;(3)在工区东部及东南部未知区发现多处异常强度、规模较大的多元素组合异常,建议开展进一步的勘查工作,以实现该矿区找矿突破。     

中国及周边海域对流云团的水平和垂直尺度

利用2007年1月-2010年12月CloudSat-CALIPSO二级云产品2B-CLDCLASS-LIDAR,统计中国及其周边海域对流云的发生频率,根据对流云发生频率的分布特征将中国及周边海域划分为青藏高原（TP）、东部陆地（EC）、南部海域（SO）和西北太平洋（WP）4个子区域,并研究了4个子区域积云团和深对流云团的水平尺度和垂直尺度。统计结果表明,海洋积云团的水平尺度约为2 km,陆地积云团的水平尺度约为1 km,海洋下垫面热力性质均匀,积云团尺度更大;陆地下垫面非均匀性强,积云团分布更为零散。深对流云团的水平尺度为10-50 km,东部陆地最大,约为45 km,西北太平洋最小,约为30 km。陆地深对流云团水平尺度较海洋上大,且多尺度特征显著,应该与深对流云发生的复杂天气背景有关。积云团的垂直尺度范围为0.24-2 km,4个区域无明显差异。垂直尺度海洋深对流云团大于陆地云团,其中在南部海域地区最大,约为15 km,青藏高原最小,约为10 km。与陆地云团相比,海洋深对流云团表现为水平尺度更小、垂直尺度更大的中尺度对流体特征。      

电涌保护器级间退耦元件的选型分析

针对电涌保护器（SPD）级间能量配合试验中配合失效的问题,主要利用波的传输理论与基尔霍夫定律进行分析,结合JB/T 10618-2006（组合式电涌保护器）的规定假设一套组合型SPD,通过基础理论分析与精确计算得出：当被保护装置属于低频（直流）设备时,在不影响信号强度的情况下,退耦元件采用电感或电阻型元件均可;当被保护装置属于高频设备时,退耦元件只能选用低电感量的电阻型退耦元件.退耦元件的参数值均可按照波的传输理论与基尔霍夫定律进行理论计算.这在组合型SPD退耦元件的选型过程中,具有重要的指导意义.     

IEC的风机选型参数估算方法在中国的适用性研究

国际电工委员会编制的《风力发电机组设计要求》(IEC 61400-1)推荐了针对风电机组安全等级评估的极端风速和湍流强度特征值估算方法,因其简单便捷,在风电领域被广泛采用。利用全国风能资源专业观测网的193座测风塔观测数据,对IEC推荐的极端风速计算方法与我国规范推荐的基于极值I型概率分布方法进行比较,发现两种方法计算的193座塔70 m高度层50年一遇10 min平均最大风速,仅有7座测风塔较为一致,差异在±1%;IEC推荐方法的计算结果多数偏小,其中偏小10%以上的测风塔有121座,偏小30%以上的有44座测风塔,而偏大10%以上的只有9座测风塔;IEC方法计算的极值风速大幅度偏小的测风塔主要分布在台风影响的东南沿海地区,偏差较小的测风塔主要分布在西北和华北地形平缓区域,但同时偏大10%以上的测风塔也多分布在这一地区。以目前行业领域普遍采用的以15 m·s~(-1)风速的平均湍流强度作为风电机组选型指标,与严格按照规范,以15 m·s~(-1)风速段所有样本湍流强度的90%分位数处的值作为指标进行风电机组等级确定作对比,发现193座塔中有46座塔的选型是不安全的,甚至相差两个等级。     

风云卫星数据服务评价指标的验证分析

简述了目前我国风云卫星数据服务以及气象服务效益评估业务的现状,利用层次分析法提出风云卫星数据服务评价的6个1级指标和19个2级指标。设计了风云卫星数据服务评测量表,并采用分半信度、因子分析等方法对量表作信度和效度分析,结果表明所设计的评测量表具有良好的信度和效度,确定了包括服务平台易用性、服务流程规范性、服务响应及时性、服务内容完整性、服务工作主动性、服务宣传广泛性等6个方面的风云卫星数据服务评价指标。     

天气尺度波列对长江中下游6月梅雨的影响

采用1979—2007年6月NCEP/NCAR2.5°×2.5°逐日再分析资料和中国743站逐日降水资料,利用相关分析、合成分析等方法,分析了天气尺度波列的特征及其对长江中下游6月梅雨的影响。结果表明:当长江中下游6月梅雨较少时,东亚及西太平洋区域存在一个天气尺度波列;该波列的延伸距离较短(从黄河河套地区经过长江中下游至南海、菲律宾海一带),维持时间也很短,且仅仅在500 h Pa以下较强。诊断及个例分析表明,当该波列异常显著时,长江中下游梅雨降水明显减少,而其南部区域降水则增多,说明该波列对预报长江中下游降水具有重要的指示意义。     

从平衡-封闭-静态转向非平衡-开放-动力学研究-热液矿床成因的若干新概念概述

热液金属矿床成因研究过程中,观测与实验始终是密切结合的。上世纪70年代,平衡热力学的实验数据的快速积累,使人们用热力学理论计算可以预测和反演矿石和岩石的成因。但是,没有矿物-水溶液的反应速率数据,又没有与流体力学的结合,搞清楚矿石成因是困难的。七、八十年代,开始研究矿物与水溶液的反应动力学实验。科学家们开始瞄准了从平衡-封闭-静态转向非平衡-开放-动力学研究的这个大方向。1992年我们建立地球化学动力学开放研究实验室。研究高温高压矿物与水反应速率,发现固液的开放体系的自组织现象。实验发现温度影响矿物的各个元素反应速率改变,发现在跨越水临界态时矿物与水反应速率涨落、在近临界的气-液两相不混溶区一些金属进入气相、超临界流体的氧化作用及特别的溶剂性能影响矿物溶解性质。实验证实:临界态区流体与矿石成因有关。水岩相互作用的反应动力学实验温度从低温到550度,揭示矿石的金属来源、迁移、金属与蚀变分带机制。一大批大于300度的矿物与水反应动力学实验在国际界是少有报道的。九十年代,超高压的科学发展,与同步辐射光源的技术进步的结合,使固体地球科学又迈向了地球深内部。我们发展了高温高压流体性质的原位直测(测量850℃水溶液)红外谱,发现深部流体的新性质:气液两相流体的新结构,在临界温度区(300~400℃),水分子氢键网络的破坏受压力影响不大(23MPa~3GPa),同时,出现水的高电导率。研发新仪器为开放-流动-非平衡的反应动力学实验与极端条件下物质性质的直接观测结合,在科学前沿领域开辟了创新道路。     

一种多系统组合导航快速选星方法

采用多卫星导航系统组合导航,定位精度和系统可靠性会大幅提升,但导航定位运算量也会成倍增长。为解决多系统组合导航定位精度与实时性之间的矛盾,提出一种新的选星方法。新方法不追求最小GDOP值,而是以满足导航定位精度的GDOP值为前提,结合模糊理论中隶属函数的思想,按卫星在星座中均匀分布为原则进行选星。推导伪距测量的误差模型,分析了GDOP与测量误差之间的关系。北斗、GPS和GLONASS三系统组合导航选星实验结果表明,在不超过3次求解GDOP值的情况下,新方法能以不小于98%的概率得到GDOP≤4。