应用两次展开法求解系泊柱体慢漂运动方程

在深海中系泊的海洋平台,如Spar平台,水下部分为带有系泊的圆柱结构,其水平方向运动响应往往具有较低的自振频率,容易在低频波浪力(源于非线性的差频效应)作用下发生共振响应,使结构发生大幅水平慢漂。当浮体的瞬时位置大幅偏离初始位置时,基于初始平衡位置的摄动展开法会存在较大误差。针对这一问题,采用两次展开方法,对大幅慢漂运动开展时域模拟研究。对双色波作用下自由漂浮圆柱的大幅运动响应问题进行数值分析,并与采用基于初始平衡位置的摄动展开法的计算结果进行了对比。结果表明,采用新的两次展开法可以计算出波浪遭遇频率的变化和波浪漂移阻尼,而这无法从基于初始平衡位置的常规摄动展开法中得到,体现了两次展开法在分析大幅慢漂问题上的优势。     

阿留申俯冲带几何学特征及运动学成因模式

阿留申俯冲带位于环太平洋俯冲带最北端,是东太平洋型俯冲和西太平洋俯冲的过渡区域。该俯冲带火山岛弧距离海沟的距离从东向西逐渐增大,而形成地球上独特的岛弧火山链与海沟V字型斜交的现象。这一现象的运动学成因目前并没有统一的认识。本文通过对阿留申俯冲带几何形态数据、运动学数据进行整理分析,尝试运用构造赤道理论探讨该现象形成的运动学背景。阿留申俯冲带的几何学数据表明:从俯冲带东段(175°E)至俯冲带西段(155°W),火山岛弧距俯冲海沟的距离从80 km增加至250 km。与此同时,俯冲板片的倾角由60°减小至30°。板块的运动学分析表明:相对北美板块,太平洋板块的东段的运动矢量为48 mm/a,向北运动;逐渐转变为西段的78mm/a,向西北方向运动。相对于软流圈,太平洋板块的运动方向没有改变,始终向西北方向运动,速率向西逐渐增加。因此,在俯冲带的东段太平洋板块的绝对运动方向和相对运动方向存在30°左右的夹角,而这个夹角在西段几乎不存在。太平洋板块的绝对运动方向和相对运动方向之间的夹角不同,会导致软流圈对俯冲板片的反作用力差异,从而形成不同的俯冲角度和俯冲带宽度。太平洋板块相对北美板块和相对地幔的速度方向夹角的变化被认为是引起阿留申火山弧与海沟"V"字型斜交的运动学成因。     

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。     

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。      

非平稳空间相关多点地震动合成方法研究

根据地震波的传播特点,在现有的非平稳空间相关多点地震动合成方法的基础上进行了改进。通过修正随机相位角,使生成的多点地震动在局部场地上具有收敛性。给出了未知和已知相位差谱统计规律2种情况下非平稳多点地震动的合成方法。进一步提出了基于实际地震纪录的空间相关多点地震动合成方法。这些方法可用于大尺度结构的多点输入分析。     

水平地震激励下储罐液体晃动与提离分析

在考虑地基与储罐相互作用的情况下,采用有限元法对储罐在水平地震荷载作用下的液面晃动及储罐提离反应进行了分析。结果表明:罐内液体的晃动是长周期运动,其周期受地震动影响。无论是小体积罐还是大体积罐,在一定的地震烈度下均可以发生提离,而且储罐发生提离的时刻大多数是在地震动的峰值过后的一段时间内。大体积的储罐的提离明显小于小体积的罐。底板提离区域为月牙形。     

隔震建筑结构的强震观测与初步分析

福建省防灾减灾隔震大楼自2005年8月架设强震观测结构台阵以来,已多次记录到大楼地震动力反应,这些宝贵的结构反应资料对于评价隔震效果、分析结构反应特性具有十分重要的价值。本文从中选取了震级在3.7~7.6、震中距在189~3 595km的24次地震的台阵资料,对大楼的振动特性和隔震效果进行了初步分析,得到的结论是:(1)大楼场地土层的特征周期在0.63~0.68 s;(2)中心大楼在小地震作用下表现的振动卓越频率分别为4.7Hz(垂直向)、1.31Hz(南北向)、1.40Hz(东西向),大楼水平向第一阶振型的频率分别为1.41Hz(南北向)、1.59Hz(东西向),即自振周期为0.70 s(南北向)、0.63 s(东西向);(3)大楼在小地震时隔震效果不明显,其南北向隔震效果比东西向好;随着地下室记录峰值的增大,顶层放大倍数有所降低,大楼卓越频率也有所降低;(4)初步分析表明大楼在小震时仍有扭转效应,其扭转周期为0.5 s,有待进一步分析。     

Analytical investigations of seismic responses for reinforced concrete bridge columns subjected to strong near-fault ground motion

Strong near-fault ground motion, usually caused by the fault-rupture and characterized by a pulse-like velocity- wave form, often causes dramatic instantaneous seismic energy (Jadhav and Jangid 2006). Some reinforced concrete (RC) bridge columns, even those built according to ductile design principles, were damaged in the 1999 Chi-Chi earthquake. Thus, it is very important to evaluate the seismic response of a RC bridge column to improve its seismic design and prevent future damage. Nonlinear time history analysis using step-by-step integration is capable of tracing the dynamic response of a structure during the entire vibration period and is able to accommodate the pulsing wave form. However, the accuracy of the numerical results is very sensitive to the modeling of the nonlinear load-deformation relationship of the structural member. FEMA 273 and ATC-40 provide the modeling parameters for structural nonlinear analyses of RC beams and RC columns. They use three parameters to define the plastic rotation angles and a residual strength ratio to describe the nonlinear load- deformation relationship of an RC member. Structural nonlinear analyses are performed based on these parameters. This method provides a convenient way to obtain the nonlinear seismic responses of RC structures. However, the accuracy of the numerical solutions might be further improved. For this purpose, results from a previous study on modeling of the static pushover analyses for RC bridge columns (Sung et al. 2005) is adopted for the nonlinear time history analysis presented herein to evaluate the structural responses excited by a near-fault ground motion. To ensure the reliability of this approach, the numerical results were compared to experimental results. The results confirm that the proposed approach is valid.