The Summer Surface Energy Balance of the High Antarctic Plateau

The summertime surface energy balance (SEB) at Kohnen station, situated on the high Antarctic plateau (75°00′ S, 0°04′ E, 2892m above sea level) is presented for the period of 8 January to 9 February 2002. Shortwave and longwave radiation fluxes were measured directly; the former was corrected for problems associated with the cosine response of the instrument. Sensible and latent heat fluxes were calculated using the bulk method, and eddy-correlation measurements and the modified Bowen ratio method were used to verify these calculated fluxes. The calculated sub-surface heat flux was checked by comparing calculated to measured snow temperatures. Uncertainties in the measurements and energy-balance calculations are discussed. The general meteorological conditions were not extraordinary during the period of the experiment, with a mean 2-m air temperature of −27.5°C, specific humidity of 0.52×10⁻³kg kg⁻¹ and wind speed of 4.1ms⁻¹. The experiment covered the transition period from Antarctic summer (positive net radiation) to winter (negative net radiation), and as a result the period mean net radiation, sensible heat, latent heat and sub-surface heat fluxes were small with values of −1.1, 0.0, −1.0 and 0.7 Wm⁻², respectively. Daily mean net radiation peaked on cloudy days (16 Wm⁻²) and was negative on clear-sky days (minimum of −19 W m⁻²). Daily mean sensible heat flux ranged from −8 to +10 Wm⁻², latent heat flux from −4 to 0 Wm⁻² and sub-surface heat flux from −8 to +7 Wm⁻².     

地震前兆复杂性成因机理研究的讨论（二）：地震前兆复杂性成因机理

针对前兆复杂性的种种表现,作从震源、构造应力场、断裂力学、前兆监测等方面探讨了前兆复杂性产生的可能原因。认为前兆复杂性是客观存在的,与共性一起构成前兆的二重性,因此在研究前兆时,既要研究共性,也要研究复杂性,才能更好地掌握或认识前兆。同时从复杂性中再寻求普遍性,进一步完善孕震理论和开发新的分析预报方法;造成前兆复杂性的根本原因是孕震的物理力学过程的复杂性,其中包括地质构造、孕震环境、动力学过程、     

Calibration of tipping bucket rain gauges in the Graz urban research area

The Institute of Urban Water Management and Landscape Water Engineering of the Graz University of Technology (Austria) operates a hydrological research area in the City of Graz. In this urban research area precipitation and runoff data are collected by order of the municipality of Graz. At present precipitation data are measured by seven tipping bucket rain gauges. Comparative measurements have shown a deviation between the recorded and the actual precipitation intensity. This made the institute calibrate the rain gauges periodically. In the middle of the 1990s, the development of a field calibration kit was started. Based on the experiences with the first field calibration kit, a microprocessor controlled device was developed. With this calibration device, the tipping bucket rain gauges are calibrated at regular intervals. In this paper the calibration process and the current results for seven rain gauges are discussed. The calibration process is dynamic calibration and uses a peristaltic pump. Not all of the tipping buckets investigated underestimate the rain intensity in the whole measuring range. Several rain gauges have a positive relative deviation, not exceeding 22%, in the low intensity range up to 0.5 mm/min. Positive deviation can be explained by retention of water in the buckets between tips. The reason for the negative deviation is the loss of water during the tips. It leads to the underestimate of the actual intensity. The largest relative deviation in the range of underestimate exceeds 30%. In the range of extreme intensities, the larger buckets (5 cm³) show a lower relative deviation than the smaller (2 cm³) buckets. The gauge characteristic can change in favourable or unfavourable directions after several years. Therefore, the calibration of tipping buckets is recommended at least every 2 to 3 years.     

风切变对中尺度对流系统强度和组织结构影响的数值试验

采用我国实际观测的探空作为中尺度模式Weather Research and Forecasting(WRF)的理想试验的背景场,分别改变整层、低层和中层的垂直风切变,研究其对中尺度对流系统强度和组织结构的影响。结果表明,改变整层垂直风切变对对流系统的强度和组织结构影响最显著,增加整层垂直风切变,对流强度增强且易组织成线状,减小整层垂直风切变,对流强度弱且呈分散状态。从垂直速度、水平风场、散度场和冷池的三维结构特征分析了其影响的机制:(1)风切变增加,上升气流与下沉气流的相互干扰减弱,有利于垂直速度的维持和增强;(2)垂直风切变增加造成水平涡度增加,扭转项的作用分别使上升和下沉运动得到加强;(3)垂直风切变增加,冷池强度和高度增加且集中在系统后部,使系统线状组织性增强。研究还发现,增加垂直风切变造成近地面大风和降水增强,且强降水出现在大风之后,这主要是因为在对流发展阶段上升运动与下沉运动互不干扰情况下,强下沉运动造成的近地面大风,而成熟阶段上升运动不断增强或维持造成雨水比湿不断增加形成强降水。     

臭氧和平流层动力学的相互作用

讨论了给定的南极春季臭氧洞(取自1979—1985年臭氧减少的观测结果)对二维平流层—对流层模式中温度和环流的影响。11月份,南极上空约17km处,温度最多可降低6℃。这种温度变化引起的平均经向环流对臭氧洞起填塞作用,不过,这种影响很小,每年仅产生14DU的变化。观测事实表明,近年来10月份,南半球波活动减弱。为此,我们作了南半球波作用全年都减少一半,并考虑了臭氧洞的数值试验。结果表明,臭氧柱在11月份76°S减少了44DU,在赤道却增加了12DU。     

矿柱稳定性影响因素敏感性分析及其应用研究

为研究矿柱稳定性影响因素的敏感程度,以招金大尹格庄金矿为研究背景,从矿柱载荷、强度、失稳形式及影响因素确定四方面推导出两种矿柱形式的安全系数计算公式,设计采用6因素5水平正交试验对矿柱稳定性影响因素敏感性进行分析,并研究主要影响因素与矿柱安全系数之间的函数关系。研究表明,矿柱宽度、矿体开采深度和矿房宽度3个主要因素对矿柱稳定性影响程度是最为剧烈的;矿柱安全系数随着矿柱宽度地增加呈指数形式递增且递增速率不断加大,随矿体开采深度地增加呈幂函数形式递减且递减速率逐渐变缓,随矿房宽度地增加呈负指数形式递减且降低速率逐渐变慢。利用DPS和Matlab建立的矿柱安全系数回归方程得出保证安全生产的合理矿柱尺寸,矿房宽度应不超过8 m,布置条形矿柱宽度应不小于3.6 m,布置方形矿柱宽度应不小于5.9 m。结合采场矿柱布置实际,应用效果较为理想,可为下中段矿体回采矿块布置提供较好的依据。     

深源地震机理的新认识──反向裂隙断层作用

高温高压实验究表明，地幔矿物相交与深源地震有着密切的关系。在具有放热效应的橄榄石一尖晶石相变过程中形成的反向裂隙（ａｎｔｉｃｒａｃｈ）是诱发深源地震的主要原因；而发生在下地幔的相变作用（例如钛铁矿－钙钛矿相变）因其具有吸热效应的特征，不形成反向裂隙，从而导致深源地震终止于下地幔顶界。     

拖曳锚安装缆绳在海床土中的反悬链形态研究

由于在抗拔承载力和深水安装中的优势,拖曳锚在深水系泊系统中具有良好的发展前景。在拖曳锚安装过程中,安装缆绳和锚之间存在复杂的相互作用,安装缆绳在海床土中的反悬链形态将直接影响锚的嵌入和运动,对反悬链形态的研究有助于提高锚的嵌入性能、准确预测锚的运动轨迹以及解决锚在安装中的精确定位问题。基于嵌入缆单元在海床土中的力学模型,推导出适用于黏性土和无黏性土的反悬链方程,利用该方程可求出安装缆绳在海床土中的反悬链形态;通过在缆绳上布置倾角传感器并运用圆弧递推方法,设计出可实时测量嵌入缆形态的试验技术,为验证试验技术的合理性,在空气中分别选取3种典型缆绳形态进行模拟,结果表明：模拟形态与真实形态吻合良好,并具有较高精度;利用实时测量技术开展模型试验,对反悬链方程进行了考察,验证了其模拟嵌入缆反悬链形态的精度,并获取了对拖曳锚安装过程中反悬链形态变化规律的直观认识。     

渤南洼陷深层(沙三/沙四段)原油-水-岩石相互作用模拟实验研究

为了能更好地研究地层温压条件下原油-水-岩石相互作用发生的化学变化及其对成藏条件特别是储层物性等的影响,结合渤南洼陷深层的成藏条件及流体动力系统等特征,进行物理实验模拟。结果表明:1)在一定的温压条件下(温度120℃、压力45MPa)岩石及实验后的原油化学成分及生物标志物均发生了变化。油样的饱和烃含量增加,沥青质+非烃含量明显降低;油砂的饱和烃含量沿实验装置从下到上逐渐增加,最高值达62.22%,沥青质+非烃含量由40.55%下降到12.78%。实验样品的生物标志物及族组成显示油沿着实验装置从下向上运移过程中发生了地质色层效应。2)原油-水-岩石相互作用以溶蚀作用为主,并随原油在实验本体内从下向上的运移而逐渐增强。溶蚀作用的结果改善了普遍以低孔低渗为特征的深部储层的物性,为深层油气的运移和保存提供了有效空间。     

烃源岩—流体相互作用模拟实验研究

为了探讨烃源岩与孔隙流体之间相互作用过程和机理以及有机酸的生成及其影响因素,我们开展了烃源岩-流体相互作用模拟实验研究。实验结果表明：Ⅱ型干酪根形成有机酸的能力大于Ⅰ型干酪根,水的矿化度对有机酸的形成影响甚微,随着温度升高,流体中有机酸的含量也随之增大。pH值对有机酸形成的影响非常明显,中性和碱性条件更有利于生成有机酸。其中乙酸的形成有利于碳酸盐矿物的溶解,而草酸的形成不利于碳酸盐的溶解。温度对烃源岩的影响与烃源岩的矿物组成有很大的关系,对于富碳酸盐烃源岩,Ca、Mg、Na三元素在水中的溶解量,与温度呈反相关的关系,对于贫碳酸盐烃源岩,与反应温度之间则呈现出正相关的关系。而无论碳酸盐含量高低,Si在溶液中的含量都会随着温度的升高而增大。酸性溶液对烃源岩的溶解能力最强,无论原始反应溶液的酸碱性,反应结果都最终趋于弱碱性。流体的含盐量对烃源岩中Mg的溶解影响差异较大,低盐度的流体有利于Mg溶解。