优化网格法在小面积区域雷暴特征分析中的应用

为满足小面积区域(10 000 km²左右)雷电防御工作准确化、精细化的要求, 选取人工观测半径用以优化1 km×1 km网格的雷电参数。实例分析表明:优化网格法可以修正1 km×1 km相邻网格的年平均地闪密度值的大幅波动, 避免相邻网格突变值的出现。也可以使1 km×1 km网格的雷电日更符合气象意义。并可以准确分析用于表征区域强雷暴分布的平均单位雷电日地闪密度和最大单位雷电日地闪密度等雷电参数。     

Late Tertiary tectonic evolution of northern Iran: A case for simple crustal folding

Here we present a crustal folding or buckling mechanism to explain the rootless 3–5 km high Alborz Mountains in northern Iran as well as  10 km of Late Miocene to recent subsidence in the south Caspian basin and  3–6 km of subsidence in the central Iranian basin in the context of the middle Miocene to recent Arabia–Eurasia collision. A key element of the mechanism is the presence of lateral and vertical lithospheric strength contrasts between the north Iranian continental and south Caspian oceanic crusts: when compression from the collision is applied across the region, the strong south Caspian oceanic crust, buried under > 10 km of premiddle Miocene sediment, interacts with the bottom of the mechanically strong continental upper crust of northern Iran, resulting in upward buckling of the continental crust and downward buckling of the oceanic crust. We test this mechanism using a finite-element numerical model with a Maxwell rheology and obtain results that are consistent with the geological and geophysical observations. The observations compiled here and the model results demonstrate the potential for using this region as a natural laboratory for studying the early stages of continent–oceanic collision, including processes like basin inversion, fault localization and, potentially, subduction initiation.     

一次强雷暴中的多灾种天气特征对比分析

用Micaps和NCEP再分析资料对2012年7月3日发生在淮河以南地区的大范围强雷暴天气进行了分析,得出高、低空急流配置,形成低空辐合,高空辐散,槽线由高到低前倾,有利增强大气不稳定层结,中尺度切变线南北摆动具有触发对流作用等,为该区强雷暴多灾种天气的发生,提供了动力和热力条件。从云图、雷达参数和地闪特征对比分析得出冰雹、雷击、强降水,分别发生在强对流云团发展的不同时间和不同部位。其云团的形态、强度和范围等也不同。冰雹所表现出的回波强度、回波顶高和垂直积分液态水含量为最强,雷击次之,强降水最弱。在地闪出现的各个阶段都有可能出现雷击事故,但多为负地闪,强度均较强。强降水过程多为负地闪,强度较弱,降水集中时段,地闪频次高。冰雹发生时地闪频数明显下降,且多为正闪。雷击过程强度和陡度变化最平缓,冰雹过程突变最明显。雷击发生在整个地闪过程中强度和陡度都相对较大的时刻;冰雹发生前约半小时有强度和陡度的骤增;强降水阶段地闪平均强度和陡度都最小。     

利用静止气象卫星监测初生对流的研究进展

本文主要对近年来利用静止气象卫星监测、分析和研究对流初生的国内外若干研究结果和进展给予了简要综述。主要涉及对流的判识、对流的追踪技术、初生对流的多光谱云顶特征、初生对流的判据和问题与展望等方面的内容。总体而言,利用静止气象卫星监测初生对流,以及发展的对流,是目前国内外研究和探索的热点之一。研究表明,通过精心挑选对对流敏感的光谱通道、通道组合和时间演变判据,可以对初生对流进行监测,可比地面雷达更早地预警降雨系统的发展,显示出在临近预报中的应用潜力。监测对流初生的算法流程大体上分为目标判识、目标追踪和初生对流判识三个部分。国际上主要的一些与对流初生相关的成熟算法各具特色,如RDT(Rapidly Developing Thunderstorms)算法在对流判识中强调了垂直形态的峰值检测,追踪对流时利用了速度外推并检测重叠面积。ForTraCC(Forecasting and Tracking the Evolution of Cloud Clusters)算法关注活跃对流,一定程度上考虑了对流合并和分裂的情况,具有外推预报功能。GOES-R(The Geostationary Operational Environmental Satellite R-Series Program)算法特点是多光谱的使用,利用多光谱判识技术进行对流云顶检测,是面向下一代静止气象卫星探测能力的算法。UWCI(The University of Wisconsin Convective Initiation)构思巧妙,所提出的box-average技术简单易行,适合软件工程化。随着卫星传感器和探测能力的发展,以及计算机技术的快速发展,更多卫星资料将用于联合判识对流。同时,更新的计算机视觉、计算机图像处理和模式识别技术也将用来解决追踪中的复杂问题,进一步改进初生对流的判识准确率。     

Statistical Characteristics of Convective Initiation in the Beijing-Tianjin Region Revealed by Six-Year Radar Data

Characteristics of convective initiation (CI) in the Beijing-Tianjin region during the warm season of2008-2013 are examined. A total of 38877 CI cases are identified by a thunderstorm identification, tracking, analysis, and nowcasting algorithm. CI cases are evaluated in the context of associated terrain, weather systems, and land cover properties. The spatial distribution of all CI cases shows that there are dense CI activities around the 200-m elevation, which means that convective storms are more easily triggered over foothills. From 1500-1800 to 0300-0600 BT (Beijing Time), the high-occurrence CI region tends to propagate southeastward (i.e., from mountains to plains, then to ocean). Among the four local weather systems, the Mongolian cold vortex has the highest CI frequency while the after-trough system has the lowest CI frequency. For the land cover relationships with CI, the urban land cover has the highest CI density and the forest-type land cover has the second highest CI density; these two types of land cover are more conducive to CI formation.     

降雨条件下北川斜坡破坏的数值模拟

本文采用FLAC的两相流模式和修正的Mohr—Coulomb模型,对北川地区震后土在降雨条件下的位移和速度矢量进行了数值模拟和分析,同时在室内进行了降雨条件下斜坡破坏的模型实验。分析结果表明：土体在沿坡面的最大水平位移发生在坡脚处,土体水平位移是衡量斜坡破坏的首要指标,可采用坡面特征点的位移突变作为斜坡破坏的判别标准;数值模拟得到的斜坡破坏与降雨历时关系与室内模型实验结果吻合较好。     

交叉裂隙岩体裂纹扩展试验及混合有限-离散元数值模拟研究

对预制交叉裂隙岩石试样进行裂纹扩展试验,研究了裂纹萌生、扩展、聚合过程,分析了主裂隙和轴向载荷夹角及主次裂隙夹角对裂纹起裂应力和聚合应力的影响,并用混合有限元-离散元程序,即图形处理器并行化的3D Y-HFDEM代码对试验进行了仿真计算,实现了岩石破坏从连续介质向非连续介质的过渡,对裂纹类及损伤破坏模式进行了识别,捕捉到了试验中难以发现的现象。研究表明：随主裂隙与轴向载荷夹角增加,裂纹聚合区的拉伸裂纹数量增加;裂纹起裂和聚合应力与主裂隙与轴向载荷夹角成正比;主次裂隙夹角增加,岩石的破坏模式由拉伸破坏转为剪切破坏,交叉裂隙加剧岩石破碎程度;主裂隙尖端萌生扩展的拉伸-剪切混合裂缝引起的破坏在岩石破坏中占主导地位,是导致岩体失去承载能力的主控裂纹;混合有限元-离散元仿真软件GPGPU并行化的3D Y-HFDEM IDE在岩石裂纹扩展研究中具有优势,可以捕捉实验室难以发现的损伤断裂类型,可以作为岩石裂纹扩展研究的有力工具。     

类砂质泥岩常规三轴浆压致裂起裂压力试验研究

为深入探究两淮矿区典型砂质泥岩劈裂注浆起裂机制,研制了常规三轴劈裂注浆试验装置,开展了类砂质泥岩浆压致裂起裂压力模型试验,基于试验结果分析了岩石强度与应力状态对注浆起裂压力、裂缝扩展形态影响规律,揭示了砂质泥岩劈裂注浆起裂机制。研究表明：起裂压力与岩石抗压强度呈正相关,且岩石抗压强度越高,劈裂路径越复杂;起裂压力对围压的敏感程度远高于轴压,且应力差 Δσ =σ_V −σ_H越大,裂缝形态越规整;孔压三轴条件下,封闭裸孔段浆压致裂法确定的岩石抗拉强度值约为单轴抗拉强度的 2.5倍。该研究结果可为今后类似岩层劈裂注浆参数设计与施工提供参考。     

汶川大型地震滑坡的类型及启程剧动机理研究

2008年汶川大地震诱发大型地震滑坡300余处,造成了巨大的生命财产损失,研究其发生机理有重要的理论意义和防灾减灾的实用价值.经收集分析已有地震滑坡的研究成果及多次深入现场调查,本文发现众多大型地震滑坡发生时都伴随有区别于汶川主震的地面震动,并将其称为滑坡地面震动,简称滑坡震动.本文在论述滑坡震动依据、成因及特征的基础上,根据滑坡震动力与主震力的组合情况及其对大型地震滑坡的影响不同,将汶川地震滑坡划分为3种类型:主震型地震滑坡,迟震型地震滑坡和同震型地震滑坡.认为主震型地震滑坡在主震结束前滑动,其主导失稳力学因素为主震力和重力,无滑坡震动或可忽略; 同震型地震滑坡亦在主震结束前滑动,但其主导失稳力学因素除主震力和重力外,滑坡震动力起重要作用; 迟震型地震滑坡在主震结束后滑动,主导失稳力学因素为滑坡震动力和重力.认为大型地震滑坡地面震动的发生与活断层导致地震类似,据此提出了滑坡震动加速度的估算方法,并以此为基础分析研究了各类型地震滑坡的启程剧动机理.     

2017年秋季河北一次飑线引发的雷暴大风过程分析

利用常规地面高空观测资料、地面自动站资料、NCEP 1°×1°再分析资料、卫星云图、多普勒天气雷达资料等,对2017年秋季发生在河北省中部的一次由飑线引发的雷暴大风天气进行分析。结果表明：本次雷暴大风过程发生在高空冷涡底部,槽后冷空气与低层暖平流叠加配合地面冷锋的有利天气背景下,由飑线回波直接造成。环境条件中水汽和热力达到了中国华北地区产生强雷暴大风的平均值,大气温度直减率和垂直风切变比夏季更适宜,但能量不如夏季充足。飑线的强度、形态与夏季产生雷暴大风的雷达回波特征无异,但依据低层径向速度大值区预警秋季飑线大风需提高阈值。秋季飑线过程中地面同样伴随风场辐合、雷暴高压等中尺度系统,冷池密度流作用有利于地面大风产生。