集合预报风场扰动的物理结构及演变特征

初始扰动结构和振幅的合理性直接影响到集合预报的质量和整体性能,合理的初始扰动结构是确保集合预报扰动质量的关键.本文基于欧洲中期天气预报中心数据、我国T639全球集合预报系统以及GRAPES区域集合预报系统的预报场,针对模式初值不确定性,主要研究了风场初始扰动结构及其集合离散度、扰动能量等结构和演变特征,分析了集合预报风...     

GAINS中重力传感器信息的扰动改正

重力辅助惯性导航系统GAINS(Gravity Aided Inertial Navigation System)是利用地球物理特征信息重力来完成水下运动载体的辅助惯性导航与定位.为实现重力匹配以校正惯性导航随时间累积的误差,首先必须对重力传感器输出信息进行扰动改正.分析了水下运动状态下重力传感器受到的各种重力扰动,如垂直扰动加速度、水平扰动加速度以及厄特弗斯效应影响所产生的原因,研究了扰动误差模型与INS导航精度之间的关系,并通过计算,提出了可直接以INS输出数据而无需其它外部有源导航信息进行扰动分离的方法.     

东北冷涡持续活动的分析研究

本文首先分析了东北冷涡的持续性活动特征，然后讨论了东亚大气10～20天低频振荡及瞬变扰动对东北冷涡持续活动的影响。结果表明，准双周振荡在我国东北地区十分活跃，从时间连续的低频天气图上发现，该地区附近周期性循环出现的低频气旋同东北冷涡的形成和发展关系密切，并且其传播路径也较有规律。另外，本文还通过→E矢量分析以及月平均准地转位涡的收支计算，研究了东亚大气瞬变扰动对形成时间平均冷涡的影响，得出，在时间平均东亚阻高／东北冷涡偶极子系统控制的区域附近有瞬变扰动动能向时间平均气流动能转换，同时这里也存在有明显的→E矢量辐合，导致平均西风减弱，而有利于经向环流的发展。时间平均气流的位涡平流不利于阻高／冷涡偶极子系统的存在，且使偶极子系统高、低压中心的经向距离拉大，而瞬变扰动的位涡输送则有利于冷涡高位涡值和阻高低位涡值在原地维持，阻止它们向下游传播。     

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

The conditional nonlinear optimal perturbation (CNOP), which is a nonlinear generalizationof the linear singular vector (LSV), is applied in important problems of atmospheric and oceanicsciences, including ENSO predictability, targeted observations, and ensemble forecast. In this study,we investigate the computational cost of obtaining the CNOP by several methods. Differences andsimilarities, in terms of the computational error and cost in obtaining the CNOP, are compared amongthe sequential quadratic programming (SQP) algorithm, the limited memory Broyden-Fletcher-Goldfarb-Shanno(L-BFGS) algorithm, and the spectral projected gradients (SPG2) algorithm. A theoretical grasslandecosystem 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 experimentalresults also reveal that the L-BFGS algorithm is the most effective algorithm among the threeoptimization algorithms for obtaining the CNOP. The numerical results suggest a new approach andalgorithm for obtaining the CNOP for a large-scale optimization problem.     

双三次数值模式与理想Lamb波、龙卷扰动对比模拟分析

通过"双三次曲面拟合—时间步长积分—双三次曲面拟合……",实现成为一种双三次曲面拟合新算法数值模式。它对模式大气作非线性(空间二阶可导)描述,是用数值分析(三次样条/双三次曲面)与计算方法近似求解大气运动非线性偏微分方程组。用Z坐标系高分辨率双三次数值模式,采用原始大气运动方程组和采用欧拉时间积分方案,设置理想扰动,对大气声波Lamb波做数值模拟;采用大气不可压假定,除去声波,对大气重力波龙卷扰动做数值模拟。对比模拟发现:理想Lamb波以声速在水平方向传播,扰动能量频散快,仅能在原地持续数秒钟;理想龙卷扰动则在原地可持续约1 min,且波动内圈(外圈)自下至上始终处于风场辐合(辐散)状态,具冷心结构和气压驻波特征,可因水汽进入扰动与借助凝结潜热释放而得到发展。     

安徽巢县凤凰山和州组上段Glossifungites遗迹相的成因及其意义

安徽巢县凤凰山剖面和州组上段生物扰动灰岩含丰富的遗迹化石Thalassinoides sp,属于Glossifungites遗迹相,它发育在没有完全石化的间断面上,反映了一种潮间带潮坪的沉积环境。Glossifungites遗迹相的发现,在地层学上证实了巢县以北和州组与黄龙组之间为间断接触,缺失或只存在一部分相当于巢县以南普遍存在的老虎洞组白云岩时代的地层。     

水平速度扰动场在大波数区的各向异性

利用MAC/SINE试验期间Chaff火箭在67~96 km高度范围测量的25 m高分辨率经向和纬向速度数据, 研究经向和纬向速度扰动谱特性. 分析结果显示平均垂直波数谱在波数k = 0.001 m-1附近有一分岔点. 在小于这个分岔点的波数区, 经向速度谱和纬向速度谱有接近相同的谱斜率、谱振幅和特征垂直波长, 并且与线性饱和谱模式相当一致. 然而, 在大于这个分岔点的波数区, 经向和纬向速度扰动谱不但谱斜率和谱振幅不一样, 而且它们的谱结构也不相同. 这些差异提供了平均意义上速度扰动场在大波数区各向异性的观测证据.     

冷空气强风在大型城市中的精细结构和形成机制

地面强风可直接造成人员伤亡和经济损失,严重影响出行安全、工农业生产等社会秩序。强风的发生与天气系统和复杂下垫面的共同作用密切相关,在城市区域尤为明显。受数值模拟技术和计算资源的限制,对实际天气条件下大范围城区的强风现象进行建筑物分辨率的大规模数值模拟研究仍是一个挑战。本研究利用中尺度气象模式嵌套流体计算动力模式的超高分辨率局地气象预报系统,对强冷空气过程造成广州市区的一次强风事件进行数值模拟,深入探讨强风的精细结构和形成机制。结果表明,伴随着强冷空气入侵,广州市区的平均风速和风场高频扰动均明显增强,且在城市冠层顶尤为明显,呈现区域不均匀的三维结构,数值模拟与地面观测相一致。较大范围的强风速和阵风主要出现在建筑物较为低矮的老城区上空,并持续影响下游河道等开阔区域。在高层建筑密集的新城区,虽然整体风速明显减弱,但能在平行风向的街道狭管和下游区域形成局地强风。特别是,超高层建筑群引起显著的垂直环流,导致强风扰动向下传播,造成最大风速达8 m s?1的地面局地强风,阵风指数接近2。上游建筑群引起的风场扰动呈现大尺度湍流结构,能沿着平均气流传播影响数公里之远的下游地区。当风场扰动经过广州塔等单体超高层建筑时,可在其两侧绕流区再次加强,形成局地强风。局地强风和阵风还出现在垂直于风向排列的沿江高层建筑群的侧边,与建筑屏风的阻挡效应和缺口溢出有关。研究结果促进认识城市强风的时空特征和物理机制,有助于提升城市气象的精细化预报水平。     

作为复杂适应系统的农业文化遗产：复杂性的挑战

本文首先阐述了农业系统的复杂性,并对农业系统所面对不确定性,以及外部系统的冲击和压力而形成的动态性进行了分析,提出“复杂适应性系统理论”为研究活态的农业系统,尤其为研究中国的全球重要农业文化遗产（GIAHS）提供了可能,而这些农业文化遗产系统（或其中某些部分）对于研究抵抗力和自我良性管理具有重要的意义.本文认为当前研究中的相关方法将会对整个系统的认识产生新的见解,同时避免把系统分解为各组分进行微观研究再重新还原成整体的研究思路.本文通过综述与GIAHS相关的方法并将旅游引入农村系统（作为一种扰动）,认为可以创造新的方法来认识农村发展干预措施对古老景观的影响,特别是分布在中国农村的许多景观.     

中国大陆造山带地壳密度结构特征

本文探讨中国大陆造山带地壳介质密度的变化特征和不同类型,并用大陆动力学机制解释这些特征产生的原因。根据重力场小波变换的尺度—源深度转换律,进行地面重力异常场多尺度分解,取得了反映中国地壳不同埋藏深度的小波细节,揭示了造山带地壳的密度结构。和克拉通地体不同,中国大陆的造山带下地壳密度都偏低,只有古生代块体弱碰撞形成的摺皱山脉是例外。这些造山带大都与古大洋封闭和俯冲碰撞作用有关。古大洋封闭后在地壳中留下的裂隙和海水,会造成地壳密度降低。中国大陆造山带地壳密度结构大致可以分四类。上中下地壳密度都偏低的属于第一类造山带。第二类造山带上中地壳密度偏低,而下地壳密度偏高。第三类造山带上中地壳密度偏高,而下地壳密度偏低。第四类造山带上中下地壳密度都偏高。通过板块构造原理和岩石物理规律对青藏高原造山带地壳密度结构分类的解释可见,青藏高原南部,中部和北部地壳密度结构分属三类不同的造山带,体现印度次大陆和欧亚板块碰撞不同阶段作用造成的结果。根据地壳密度变低和厚度是否加大,还可以识别板沿和板内造山带。