台风与中纬度槽的相互作用对其转向之后的路径的影响

选取三个台风个例(2004年“桑达”、2005年“彩蝶”、2009年“彩云”),分别以多个相邻时次作为初始时刻进行一系列的数值模拟,结果表明热带气旋(TC)与上游槽相互作用的关键区域的预报误差与TC转向后的路径预报误差表现出显著的相关性。以2010年“马勒卡”台风为个例的敏感性试验证实了中纬度下游环流的发展及TC转向之后的移动路径对TC的强度和TC相对于上游槽的位置很敏感,这个结果给出了TC路径对TC-槽相互作用的敏感性的一个例子或一种方式。若TC增强或更接近上游槽,TC与上游槽的相互作用增强,TC向中纬度输出低PV空气的能力增强,由此导致下游区域的PV梯度增大,同时TC对中纬度梯度的扰动也会加强,因而会引起中纬度下游环流发展增强,且偏经向,TC在转向之后的路径偏北偏西;反之则下游环流偏纬向,路径偏南偏东。      

电导率各向异性的海洋电磁三维有限单元法正演

本文提出了一种基于非结构化网格的海洋电磁有限单元正演算法.为了回避场源奇异性,文中选用二次场算法,将背景电阻率设置为水平层状且各向异性,场源在水平层状各向异性介质中所激发的一次场通过汉克尔积分得到.基于Coulomb规范得到二次矢量位和标量位所满足的Maxwell方程组,通过Galerkin加权余量法形成大型稀疏有限元方程,采用不完全LU分解(ILU)预条件因子的quasi-minimum residual(QMR)迭代解法对有限元方程进行求解得到二次矢量位和标量位;进而,利用滑动平均方法得到二次矢量位和标量位在空间的导数,由此得到二次电磁场;通过一维模型对算法的可靠性进行验证,与此同时,针对实际复杂海洋电磁模型,比较有限元模拟结果与积分方程模拟结果,进一步验证算法精度.若干计算结果均表明,文中算法具有良好的通用性,适用于井中电磁、航空电磁,环境地球物理等非均匀且各向异性介质中的电磁感应基础研究.     

平均入射角道集PP波与PS波联合反演

在界面两侧地层的弹性参数弱反差的假设难以成立的情况下,本文提出用平均入射角道集进行PP波与PS波的联合反演.首先,在PP波与PS波AVA(amplitude versus angle,振幅随入射角变化)道集的基础上,分别选择小入射角范围与大入射角范围的AVA道集进行局部加权叠加,以获得由两个角度组成的平均入射角道集,并作为后续反演的输入数据.然后,再通过最小二乘原理建立了PP波与PS波联合反演目标函数,推导了模型修改量的向量公式,建立了平均入射角道集联合反演的流程.模型数据与实际数据的测试结果表明:在信噪比较低、地层弹性参数反差较大、层厚较薄的情况下,该反演方法的精度在很大程度上超过了基于近似反射系数的反演方法,为复杂油气藏勘探提供了新的思路.     

华南冬季气温异常与大气环流和海温的关系

利用1961—2013年中国743个测站的逐日气温资料、NCEP/NCAR再分析资料,采用EOF分解、相关、回归、合成等方法分析了华南冬季气温异常的气候特征及其与同期大气环流和前期海温的关系。结果表明,华南冬季气温总体一致性偏高,近52年来华南冬季平均气温以0.26 ℃/(10 a)的速率上升,但显著低于全国平均的冬季增温速率,并在1989年发生升温突变。华南冬季平均气温具有显著的年际和年代际变化。当西伯利亚高压和乌拉尔山阻塞高压均偏弱、阿留申低压偏强、东亚大槽偏弱、太平洋副热带高压加强、冷空气活动偏弱时,有利于华南冬季气温偏暖。华南冬季气温在年际尺度上与ENSO和西伯利亚高压联系更密切,在年代际尺度上,华南冬季气温增暖趋势与鄂霍次克海海温偏低、东亚大槽减弱密切相关。      

北半球春季平流层最后增温过程及其年际和年代际变化特征

利用1979～2010年NCEP-DOE 2逐日再分析资料,以北半球春季平流层极夜急流核心纬带(65°～75°N)纬向平均纬向风最后一次转为东风的日期定义为春季平流层最后增温事件(SFW)的爆发日期,研究发现,SFW事件平均在4月中下旬发生,且由平流层高层向低层依次滞后,10 hPa的SFW爆发平均超前50 hPa约13天;爆发当日伴随纬向风场时间变率和行星波辐合的最大值,平流层环流实现由冬向夏的季节转换;过去32年以来SFW的爆发早晚具有显著的年际变化,最早的SFW事件发生在3月中旬,最晚的SFW事件在5月下旬才出现.合成分析表明,SFW爆发偏早(晚)年的春季,纬向风场由西风向东风的转变更为快速(缓慢),爆发前5天至爆发后5天,30 hPa纬向风减小约20 m s-1(5 m s-1),伴随的平流层行星波活动也相对较强(弱);表现在环流异常场上,SFW爆发前后平流层极区环流异常呈反(同)位相分布,表明发生较早的SFW事件主要受波强迫驱动而伴随爆发性增温,而发生较晚的SFW事件则更反映了极涡的季节变化特征.无论SFW偏早还是偏晚年,爆发后极区平流层与对流层温度异常之间均呈反位相关系,反映了SFW爆发事件中的平流层-对流层动力耦合特征.另外,在20世纪90年代中期前后,SFW爆发日期还存在明显的年代际转折,90年代中期之前SFW平均发生日期较之后约偏早11天;与之相联系的是冬末、春初行星波活动在90年代中期之前偏强,而在90年代中期之后有偏弱趋势.     

未打穿散体材料桩复合地基固结简化解研究

利用平均固结度普遍解,将未打穿散体材料桩复合地基转化为等效双层地基,推导出未打穿散体材料桩复合地基固结简化解,给出其平均固结度计算简化公式。根据简化解、现有解和有限单元法编制程序,绘制考虑贯入比、桩体渗透系数、土体扰动区渗透系数和土体扰动区影响因子等因素对固结的影响曲线图,分析了各因素对未打穿散体材料桩复合地基固结性状的影响,并对3种计算方法所求出的平均固结度进行了比较研究,进而探讨了简化解的适用性。研究结果表明,无论是在单面排水还是在双面排水条件下,简化解求出的平均固结度总体上是介于现有解和有限单元法二者之间,尤其在固结过程的“中后期”（即固结度≥50%时）。从实用角度来看,简化解的计算结果具有足够精度,且简便、实用;在各种影响因素中,散体材料桩长度和桩体渗透系数对固结过程的影响最大。     

基于综合变异系数的地基承载力可靠性分析

采用一次二阶矩法,考虑岩土参量变异系数的试验及历史数据,提出了基于综合变异系数的地基承载力简化可靠性与风险分析方法。利用提出的简化可靠性与风险分析方法,可在传统确定性分析的基础上,采用合理的变异系数,分别得到与地基承载力有关的可靠度、破坏概率和平均期望损失的最可能值及其变化范围,为提出优化的地基基础设计方案和工程决策奠定基础;相对于土重度和黏聚力,地基承载力可靠度对于内摩擦角的变化更加敏感;设计时可以综合考虑所需的安全系数、可靠度和破坏概率,确定合适的基础宽度或基底面积。当地基土的场地勘察统计结果的变异系数权重逐渐增加时,综合变异系数不断减小,其相应的地基承载力的可靠度逐渐增加,而相应的破坏概率逐渐减少。     

卑尔根气候模式中大西洋热盐环流年代际与年际变率的气候影响

利用一个全球海气耦合模式--卑尔根气候模式的积分结果,揭示了与大西洋热盐环流(THC)年代际和年际振荡相对应的气候异常型.年代际振荡发生在全海盆尺度,伴有亚速尔高压的增强、冰岛低压的加深;年际振荡发生在局地尺度,伴有亚速尔高压的减弱.这两种海平面气压异常型都反映了北大西洋涛动(NAO)活动中心的强度变化,两种变率型对应的拉布拉多海对流活动都加剧.但伴随局地尺度的THC调整,伊尔明格海的对流活动减弱.蒸发异常对拉布拉多海表层盐度异常的影响较为显著.分析表明,局地尺度的THC振荡主要是对大气强迫的被动响应,而海盆尺度THC振荡的实质是反映整个输送带的强度变化,其气候意义要大于THC的局地振荡.     

Study of initial vorticity forcing for block onset by a 4-dimensional variational approach

With the aid of a global barotropic model, the role of the interaction of the synoptic-scale disturbance and the planetary flow in block onset is examined by a 4-dimensional variational approach. A cost function is defined to measure the squared errors of the forecasted stream functions during block onset period (day 4 and day 5 in this study) over a selected blocking domain. The sensitivity of block onset with respect to the initial synoptic-scale disturbance is studied by examining the gradient of the defined cost function with respect to the initial (during the first 24 hours) vorticity forcing, which is evaluated by the adjoint integration. Furthermore, the calculated cost function and gradient are connected with the limited-memory quasi-Newton optimization algorithm for solving the optimal initial vorticity forcing for block onset. For two studied cases of block onset (northern Atlantic and northern Pacific) introducing the optimal initial vorticity forcing, the nonlinear barotropic advection process mostly reconstructs these blocking onset processes. The results show that the formation of blocking can be correctly described by a barotropic nonlinear advection process, in which the wave- (synoptic-scale) flow (planetary-scale) interaction plays a very important role. On an appropriate planetary-scale flow, a certain synoptic-scale disturbance can cause the blocking onset by the interaction between the synoptic scale perturbations and the planetary scale basic flows. The extended forecasts show that the introduction of the optimal initial vorticity forcing can predict the blocking process up to the 7th or 8th day in this simple model case. The experimental results in this study show that the 4-dimensional variational approach has a good potential to be applied to study the dynamics of the medium-range weather processes. This simple model case study is only an initial trial. Applying the framework in this study to a complex model will further our understanding of the mechanism of the atmospheric/oceanic processes and improve their prediction.     

东亚和西太平洋地区 30～60天振荡的传播及其与月平均基流的相互作用

选取1985年和1988年这两个东亚和西太平洋地区月平均流场差异很大的年份,研究30～60天低频振荡的传播及其与月平均基流的相互作用.结果表明:在这两年,东亚和西太平洋地区的30～60天低频振荡受到两支低频涡旋的影响,其中一支来源于热带东印度洋,另一支源自中太平洋.在大部分时间里,这两支低频涡旋相遇于20～30°N地区,并影响到该地区位势高度场的变化.当低频气旋(反气旋)移经西太平洋的时候,该地区的位势高度场相应地降低(升高).另一方面,该地区的30～60天振荡还有着显著的年际差异.1985年的波列活动显著,中高纬低频涡旋南移至日本南部洋面.与1985年不同的是,虽然1988年的波列活动不明显,但中高纬的低频涡旋可向南传播至南海地区.从30～60天振荡和月平均基流的动能和有效位能相互转换来看,正压过程、湿斜压过程和干斜压过程的值相当,因而上述3种过程均有可能起主导作用.但转换强度存在年际差异,1985年的值远比1988年的大.研究还表明,暖池地区的30～60天振荡向月平均基流输送能量,中高纬地区的30～60天振荡则从月平均基流获取能量.