解耦的海洋性层积云顶边界层湍流与云微物理特征

基于POST观测计划中获得的海洋性层积云顶边界层内高频气象资料和云微物理资料,在选取解耦个例基础上研究解耦边界层湍流和云微物理特征及成因。结果表明,过渡层的大气静力稳定度较强,抑制向上浮力做功,使得湍流动能迅速消耗殆尽,实现边界层解耦。湍流动能最大值出现在云内,主要与云顶降温、大云滴下落沉降拖曳带来的下沉气流增强及云底之上附近凝结增长潜热释放产生向上浮力作用有关。近地面层的浮力项和切变项对湍流动能都起到增强作用,并以切变项的贡献更为显著,云内的湍流动能是以浮力项贡献为主。过渡层附近存在向下的热通量,抑制了热量向上输送和向上浮力项的增强,促进解耦发生。云内存在向上感热通量,其最大值及其出现高度主要与云顶冷却和云中下部的凝结潜热加热有关。云顶之上湿层促进了潜热通量的向下输送,增强了云内水汽含量,为解耦边界层云的发展起到正反馈作用。云顶浮力倒转引起的云中湍流混合呈现非均匀性,并进一步导致绝热或超绝热液滴出现,促进凝结和碰并增长的增强,同时云顶之上湿层进一步对云中的微物理增长起到了重要的推动作用。云底因夹卷混合表现为均匀混合特征。     

基于高分辨率风场的海洋近惯性能通量计算——时空特征及其影响因素

基于高分辨率CFSR(climate forecast system reanalysis)风场资料、气候态海洋混合层厚度资料和卫星高度计海面高度异常资料,本文估计了大气风场向全球海洋混合层的近惯性能通量和近惯性能量输入功率,并探究了混合层厚度、风场时间分辨率、经验衰减系数和中尺度涡旋涡度对近惯性能通量和能量输入功率的影响。浮标实测风场和流速表明,本文所用的风场和阻尼平板模型可用于估计风场向全球海洋的近惯性能通量。本文计算得到的大气向全球海洋输入近惯性能量的功率为0.56TW(1TW=10¹²W),其中北半球贡献0.22TW,南半球贡献0.34TW。在时间上,风场的近惯性能通量呈现各个半球冬季最强、夏季最弱的特征,这和西风带风场的季节变化有关。在空间上,近惯性能通量的高值海域为南、北半球西风带海洋,尤其是南大洋。混合层厚度和风场空间不均匀性使得西风带近惯性能通量呈现纬向变化,即海盆西部强于海盆东部。风场时间分辨率对近惯性能通量的估计至关重要,低时间分辨率风场对近惯性能通量的低估达到13%—30%。阻尼平板模型中的经验衰减系数对近惯性能通量估计的影响不超过5%。中尺...     

塔克拉玛干沙漠腹地近地层春季铅直湍流的小波分析

利用塔克拉玛干沙漠腹地近地层10m高度处快速响应探测系统的湍流资料,对春季晴天和沙尘暴天气下不同稳定层结的铅直湍流脉动进行小波变化及其方差分析,以期了解铅直湍流的尺度结构特征。结果表明,不稳定层结条件下,春季晴天近地层的铅直湍流脉动以12—17S的周期为主,最小周期为1-1．5s;春季沙尘暴时最主要的周期则为6-10s,最小周期为0．4—0．6s。沙尘暴时不稳定层结的湍流尺度总体上小于晴天,较小尺度波动振荡更加明显,湍流运动比晴天更加频繁。稳定层结条件下,春季晴天以10—16S的周期振荡为主,最小周期为1．3-1．8s;春季沙尘暴则以11—20s的周期振荡为主,最小周期为0．5—0．8s。晴天稳定层结时的铅直脉动比沙尘暴时周期小,小周期的湍流运动更明显一些,但周期更小的波动在沙尘暴天气时则多一些。     

火山玻璃风化层的透射电镜研究

利用透射电镜(TEM)和X射线能谱(EDX)研究了长白山天池火山1000年和4000年前两次大喷发产生的火山玻璃风化层特征.TEM分析显示,4000年前大喷发浮岩中的火山玻璃风化层平均厚度3.7 mm,1000年前大喷发浮岩中的火山玻璃风化层平均厚度为1.0 mm.EDX分析显示,两次大喷发浮岩中的火山玻璃风化层化学组成与火山玻璃相比富Al、Fe,而si减少.火山玻璃风化层富Al发生在Al的浓度较高的中到弱酸溶液中(pH=5～6),火山玻璃表面形成含有少量的非晶质的Al、Si、Fe物质,这些非品质的次生物质是火山玻璃风化早期阶段形成的.天池火山喷发物中火山玻璃的微观特征的差异可能与火山喷发年代和喷发后的环境有关,研究天池火山不同期次喷发物中火山玻璃的微观特征具有一定的理论和实际应用价值.     

背景噪声互相关函数多尺度成像研究

当前研究表明噪声互相关函数中成分较为复杂,其包含各阶频散曲线信息,传统从互相关函数中提取基阶频散曲线信息成像方法存在有效信号遗漏风险.因此,本研究不再提取频散曲线,而是直接利用互相关函数进行成像,系统研究了基于两个台站的噪声互相关函数数据处理、正演和反演方法.此外,在地震勘探中,如何划分地层网格,并选择合适的反演频段对于高精度成像具有较为重要的意义.因此,本研究提出了层厚和反演深度随频率变化的多尺度反演方法.在成像中首先划分较粗的地层网格,选择较低的频段反演得到地下大尺度介质结构,由于较粗网格虽然反演稳定且计算量较小,但分辨率有限,因此对反演大尺度结果重新划分较细网格,并选择高频段进行反演,这一策略可以减少反演参数个数,从而提高反演稳定性,并且降低计算量,同时可以从模型尺度提高反演的分辨率.实际数据处理验证了方法可行性.本文噪声互相关函数成像方法为仅能布设少量地震台站的特殊地区的探测（如月球、火星等地外天体）提供了更多选择,并且为复杂介质多尺度成像方法的研发铺平了道路.

     

地震面波与重力联合成像分析苏拉威西周缘壳幔热-流变学结构

苏拉威西岛位于苏拉威西海、班达海之间, 是研究海陆耦合、俯冲后撤等地球动力学问题的重要地区.本文利用这一地区24台宽频带地震台站记录的地震面波和背景噪声数据中提取出的面波频散数据和来自卫星的重力异常数据, 开展了地震面波与重力联合层析成像反演, 获得了苏拉威西周缘地区深至240 km深度的三维V_S速度模型.基于三维波速模型, 本文利用热-流变学方法, 计算了该区岩石圈底界的热流变学边界层厚度、黏性变化特征, 结果表明: (1) 苏拉威西岛岩石圈流变边界层东南厚、西北薄, 这可能导致新生代苏拉威西岛在陆壳碎块位移与重组过程中, 岛东支的东部北向速率最大, 岛北支西部北向速率次之; (2) 北苏拉威西海沟俯冲后撤板片上覆地壳对应S波波速低值异常区, 可能代表了富含流体的软弱板片, 推测苏拉威西俯冲带是一个慢速俯冲带, 且后撤过程不连续.

     

基于非分裂CFS-PML边界条件的频散介质GPR时域有限元模拟

通过数值模拟研究探地雷达（GPR）高频电磁波在频散介质中的传播规律,对提高实测资料的解释精度具有重要意义.复频移完全匹配层边界条件（CFS-PML）以其优越的吸收特性被广泛用于一阶电磁波动方程的GPR时域有限差分数值模拟中,其实现过程大都涉及电磁场的卷积计算,辅助变量较多,降低计算效率.为此,本文从复拉伸坐标系下的Debye频散介质电磁波动方程出发,通过合理构造辅助微分方程,推导了二阶Debye频散介质电磁波动方程的非分裂CFS-PML边界条件实现公式,避免了电磁波场的分裂和卷积计算.在此基础上,利用Galerkin法和Newmark-β差分法推导了基于非分裂CFS-PML边界条件的GPR有限元方程及其时域差分离散格式.两个GPR模型的模拟结果表明：本文提出的基于辅助微分方程的非分裂CFS-PML边界条件实现方法可有效地吸收大角度入射的低频虚假反射波,提高模拟精度;相比于非频散介质,高频电磁波在频散介质中传播衰减更强、子波持续时间增大、分辨率和传播速度降低、直达波和反射波的主频更小,分析结果有助于提高实测GPR资料的解译精度.

     

南黄海盆地二叠系地震地层特征与识别

南黄海盆地钻遇二叠系的井仅有4口,对大面积无井区(如崂山隆起)的地层特征认识不统一。从二叠系岩性特征和海陆钻井地层对比为出发点,结合二叠系内部及其上下地层的地震波组和速度特征,认为南黄海盆地二叠系分上下2段。上段为大隆—龙潭组含煤碎屑岩地层,煤系地层较薄且分布不稳定,存在相变特征,使得该组地层在地震反射特征上的规律性变差,地震上表现为较连续、中—高频反射和低速特征;下段为栖霞组灰岩夹泥页岩地层,地震上表现为较连续、中—低频反射和高速特征。在无井区识别二叠系时,抓住二叠系地层界面极性为"2负+1正"的强反射特征。下二叠统—中、上石炭统地震波组特征相似,由4~5个同相轴组成,厚度稳定(时间约为200 ms),地震波极性表现为"上正下负"的地层界面反射特征,可作为全区追踪的标准层。     

雄安新区岩土标准地层序列划分

为统一雄安新区地层序列划分标准,实现雄安新区工程勘察数据的入库、互相调用和综合利用分析,在搜集雄安新区大量工程勘察资料的基础上,综合考虑地质年代、地质成因、沉积序列、地层岩性、物理力学性质等因素,对雄安新区100 m深度范围内的地层进行了统一划分,并对标准地层采用"主层编码+岩性亚层编码+特殊成分编码+工程性质次亚层编码"的形式进行了标准化编码。将雄安新区100 m以浅地层自上而下划分为18个主层,其中冲洪积层及冲湖积层、5个钙质结核层是具有典型特征的标志层,可作为地层划分的重要依据,并根据颗粒粗细对各主层内的亚层进行了分层。雄安新区100 m深度范围内地层序列划分标准的建立,可为勘察单位在雄安新区规范、标准地开展工程地质工作提供借鉴,同时也可满足政府部门对工程地质数据的有效管理与精准服务的需求。     

高聚物外包盾构隧道离心机振动台试验研究

为了验证非水反应聚氨酯高聚物(后文简称高聚物)外包盾构隧道具有减震性能,对高聚物外包盾构隧道模型和无外包隧道模型,采用离心机振动台进行对比试验。针对中密砂土围岩,在不同阵型特征的地震波输入下,对比有无高聚物外包隧道加速度、频谱、隧道动力响应和地表沉降,分析高聚物的减震性能。试验结果表明:在不同地震激励的工况下,对于有无高聚物外包的隧道模型,其加速度和频谱差别不大;二者隧道各点上的动应变平均相差31.32%;高聚物外包层隧道模型地表的最终沉降分别比无外包隧道模型和自由场地表沉降约小20%和50%。试验证明高聚物对盾构隧道有减震作用,此试验研究为高聚物在今后的工程应用提供参考依据。