卫星地面站雷电直击效应防护设计探讨

卫星地面站雷电防护工程通常采用接闪杆作为天线主体的雷电直击效应防护措施,接闪杆的高度不仅影响其保护范围,而且影响其截闪概率。通过计算年预计雷击次数对截闪概率进行量化分析,结果表明,截闪概率近似与接闪杆高度平方成正比,采用过高的接闪杆将增大地面站遭受雷击电磁脉冲损坏的风险。为优化接闪杆设计,定义了保护体积的概念,并利用折线法与滚球法分别计算了三维立体空间内的保护范围。结果表明:接闪杆的保护范围与高度呈现非线性相关,当接闪杆超过一定高度(折线法超过30m,滚球法超过0.8倍滚球半径)后,对保护范围的影响十分有限;当接闪杆高度低于0.4倍滚球半径时,滚球法保护范围较大,反之则折线法保护范围较大。对接闪杆接闪瞬间周边的磁场强度分析结果表明,无屏蔽环境下地面站电子系统与接闪杆的常规距离远小于两者的理论安全距离,实际工程中难以通过增大接闪杆与卫星地面站的间距消除雷击电磁脉冲危害。为降低这一风险,卫星地面站直击雷防护应优先采用天线自带接闪杆的方式,条件不具备时也应尽量避免采用单支高大接闪杆,可选取适当的计算方法,采用多支较低接闪杆共同防护的方案。     

海南岛天然橡胶林台风灾害风险评价

台风灾害是海南橡胶种植中影响最为严重和主要的灾害,为对其风险进行定量评估,本研究以海南岛天然橡胶林为研究对象,基于灾害风险评估理论,融合橡胶台风灾害、社会经济和气象数据,建立橡胶台风灾害危险性、暴露性和脆弱性评价模型,利用加权综合评价法开展天然橡胶林台风灾害风险评价。结果表明：海南橡胶种植高风险区位于沿海台风发生频繁市县,其中琼海、文昌、海口为海南岛橡胶灾害风险最高的地区,其次陵水、万宁、琼中、屯昌、东方等地区灾害风险也较高。风险最低地区位于中部五指山、保亭、乐东、三亚等地区,评价结果与实际灾害发生以及种植情况相符。评价结果表明,台风灾害危险性是风险的主导因子,但非单一决定因子,种植技术、品种改良等措施对脆弱性降低起到了较好的促进作用。评价结果可为橡胶林避灾防灾及种植布局提供依据。     

不同定义的湿位涡分析及在台风中的诊断

本文对不同定义的湿位涡做了理论分析,并利用1522号台风“彩虹”的数值模拟结果对各种湿位涡进行了诊断。主要结论有:经典湿位涡、广义湿位涡和改进湿位涡的差异主要是由不同定义的位温造成的,相当位温、广义位温和修改位温的构成均是在位温基础上添加一显含水汽的附加量;经典湿位涡、广义湿位涡和改进湿位涡的构成均能分为干、湿分量两部分,其干分量表达式相同,都与Ertel干位涡的定义一样,水物质相变潜热的影响隐含在位温中;不同定义湿位涡的本质差异表现在不同的湿分量上,湿分量的表达式中显含了水物质的作用。对台风的诊断分析发现,改进湿位涡分布与Ertel干位涡非常相似,呈现中空分布的位涡塔结构,大值区对应眼墙内侧,改进湿位涡湿分量与经典湿位涡的湿分量分布相似,只是湿分量的绝对值更小,这反映了改进湿位涡既能保持干位涡的分布特征,其分布和演变可反映台风的结构和演变,又能合理地体现水汽分布的影响,所以在台风诊断中有更广泛的应用前景。经典湿位涡在低层表现为负值,这与水汽梯度的分布关系很大,但与垂直速度、潜热加热大值区等都没有很好的匹配关系,用其分析台风结构和演变具有一定局限性;广义湿位涡其形式较复杂,仅在近饱和区域才能发挥其诊断优势。     

CONDITIONAL NONLINEAR OPTIMAL PERTURBATIONS: APPLICATION IN TROPICAL CYCLONE FORECASTS

Considering the feature of tropical cyclones (TCs) that strong positive vorticity exists in the lower layers of troposphere, this study proposed to use vorticity at 850 hPa as cost function to find the conditional nonlinear optimal perturbation (CNOP), which was largely different from those previous studies using total energy of perturbed forecast variables. The CNOP was obtained by an ensemble-based approach. All of the sensitive areas determined by CNOP with vorticity at 850 hPa as cost function for the three cases were located over the TC core region and its vicinity. The impact of the CNOP-based adaptive observations on TC forecasts was evaluated with three cases via observational system simulation experiments (OSSEs). Results showed obvious improvements in TC intensity or track forecasts due to the CNOP-based adaptive observations, which were related to the main error source of the verification area, i.e., intensity error or location error.     

江淮切变线强度的定量化描述方法研究

从气象观测事实和物理的角度出发,定义了一种江淮切变线强度的定量化的表征方法,即综合与降水关系密切的切变涡度和散度形成能客观近似地刻画切变线附近切变强度的指标量■。并在此基础上利用再分析资料和实况降水资料分析切变强度与对应降水量之间的关系,分析表明:强切变强度区域与降水雨带有明显的对应关系,降水区往往与强切变强度区域相一致或是比强切变强度区域略偏南;证实了切变强度与降水强度有正相关关系的事实,当切变强度■时,对应区域6 h累积降水量超过10 mm,甚至达到30 mm。     

两个相似路径台风残余造成局地特大暴雨的成因机制和能量收支对比分析

本文利用ERA-Interim 0.5°×0.5°再分析资料、自动站小时和分钟加密资料、风云2G（FY-2G）卫星红外云图及多普勒雷达和风廓线雷达资料对2015年路径高度相似的“苏迪罗”和“杜鹃”台风在浙江沿海引发的局地特大暴雨进行对比分析。这两次降水过程都是在台风减弱为热带低压甚至残压并深入内陆远离浙江沿海后发生的。结果表明,“苏迪罗”降水过程是由低层强东南和偏南急流长时间辐合加上有利地形共同作用导致的;经向环流背景下来自季风持续的水汽输送有利于“苏迪罗”维持较长的生命史和稳定的降水。“杜鹃”残压特大暴雨的触发系统则是高纬地面冷高压底部的东东北出流南下与“杜鹃”北象限的东东南风交汇形成的中尺度倒槽;纬向环流和强盛副热带高压造成的弱引导气流及夏季风南撤和低涡卷挟造成的水汽通道断裂是“杜鹃”登陆后快速减弱为残压和降水维持时间较短的原因。两次台风降水过程中均无外部动能输送和来自有效位能的动能转换。动能收支的主要影响因子为中低层局地次网格运动间的能量转换、旋转风和散度风效应及下垫面的摩擦耗散。所以,虽然“杜鹃”的对流有效位能很小,但仍可造成强对流和特大暴雨。此外,降水过程中释放的凝结潜热造成的局地非绝热加热使气柱中显热能大量累积,促使地面中小尺度涡旋和倒槽不断加深,造成降水的增幅。     

双雷达风场反演拼图在登陆台风“莫兰蒂”(1614)强降水精细预报中的同化应用试验

利用福建龙岩、漳州、泉州新一代多普勒天气雷达和厦门海沧双偏振雷达探测资料,采用动态地球坐标系下双雷达三维风场反演与拼图技术,基于天气研究和预报模式（Weather Research and Forecasting,WRF）及其资料同化系统,对登陆台风“莫兰蒂”（1614）引起的2016年9月14—15日福建强降水过程进行了双雷达风场反演拼图资料检验及其三维变分同化对强降水精细预报影响的数值试验,结果发现:（1）动态地球坐标系下双雷达反演风场能合理反映实际风场分布状况,其误差相对较小。相较厦门翔安风廓线雷达及厦门探空秒级测风数据,反演风风向（风速）平均绝对误差分别为7.8°（2.6 m/s）及3.4°（1.1 m/s）;（2）反演风场水平方向稀疏化对同化及预报结果极为重要,过密的反演风场资料会给同化及预报结果带来负效果。文中采用18、6、2 km 3重嵌套,在3重嵌套区域均进行同化以及仅在2 km区域进行同化两种情况下,均表现为当反演风场资料水平分辨率提高到0.1°时,同化分析及预报的台风环流开始受到负影响;且当反演风场资料水平分辨率越高时,负效果越明显。敏感性试验结果显示,分辨率取0.2°时数值预报效果最好;（3）以美国国家环境预报中心全球预报系统（National Centers for Environmental Prediction/Global Forecast System,NCEP/GFS）0.5°×0.5°分析场为初值,基于3个不同起报时刻（2016年9月14日14时、20时及15日02时）（北京时,下同）模拟的福建省境内台风内核雨带和螺旋雨带逐时演变、台风路径与强度、逐时降水TS评分和空间相关差异显著,其中14日14时起报试验效果最好;而14日20时起报试验效果最差,这与该试验初始台风大风轴风速明显偏大有关;（4）在上述3个不同起报时刻试验基础上,分别增加双雷达反演风场资料的三维变分同化后,福建境内地面风场和台风内核雨带、螺旋雨带逐时分布、逐时降水TS评分和空间相关、台风环流结构以及U、V风垂直廓线分布均有明显改善,最大正影响时效可达24 h;但仅对1—6 h时效内台风路径有改善。      

东亚副热带西风急流的变化特征

利用1979-2013年NCEP/NCAR再分析资料研究了东亚副热带西风急流的变化特征。结果表明:东亚副热带西风急流中心位置、强度有明显的季节变化,冬季偏东偏南、强度最强,夏季偏北偏西、强度最弱。冬半年东亚副热带西风急流南界、北界年际变化的幅度大,夏半年幅度较小。冬季、春季东亚副热带西风急流范围较大,秋季、夏季小,一年内,偏大年或偏小年的出现不具有季节的连续性。     

工程结构三维疲劳裂纹最大应力强度因子计算

介绍了裂纹的类型、裂纹尖端应力场的奇异性。以一维问题为例,推导论证了奇异单元能够很好的反映裂纹尖端应力场的奇异性。应力强度因子一般表达式表明应力强度因子与载荷呈线性关系,并依赖于物体和裂纹的几何形状和尺寸。本文借助大型通用有限元软件ANSYS,采用位移外插法计算了三维表面裂纹前沿不同位置处的应力强度因子,并与《应力强度因子手册》基于实验的理论公式计算结果相比较。结果表明:有限元结果与理论解误差较小,裂纹最深处应力强度因子最大。     

云南澜沧江中南段多金属成矿谱系分析

基于GIS空间分析技术,对云南澜沧江中南段多金属矿床的赋矿地层时间谱系、容矿构造空间谱系和矿床成因谱系进行了较系统的分析.研究表明,下-中元古界、三叠系、泥盆系、二叠系是本区最重要的赋矿层位,有两个聚矿期和多个时代地层含矿的特点,不同时代地层的含矿性具有多样性和专属型特征,元古宙火山沉积为主的建造是铁-铜、钨-锡矿为主的赋矿层位,晚古生代-中生代早期是沉积、裂谷火山活动强烈时期,金、铜、铅、锌、银、汞、锑、钨、锡多金属矿床高度聚集.自东向西为中生代坳陷区金、铜、镍成矿带,思茅-龙洞河晚古生代-三叠纪沉积盆地铜、铅、锌、银成矿带,岩浆弧地块钨、锡、铅-锌、铁成矿带,浅变质岩基底铅-锌-银、铁成矿带,被动边缘活动带金、铅-锌-银、锡成矿区和保山-镇康微地块铅-锌、铜、铁、汞成矿带,构成了容矿构造空间谱系.全区多金属矿床有沉积、沉积改造、岩浆-变质热液、火山沉积-火山热液四大成矿谱系,14种成矿类型,铜多金属、铅-锌-银、锡-钨矿床是研究区最具找矿前景的优势矿种.