岩石弹塑性损伤本构模型建立及在隧道工程中的应用

在实际隧道施工过程中,隧道开挖引起地下岩体应力重分布使得围岩的微裂纹扩展损伤,并伴随有塑性流动变形。在地下水环境中对于孔隙和微裂隙围岩介质受到应力作用时,在内部将产生高孔隙水压力影响岩石的力学性质,也改变了围岩的破坏模式。为了研究损伤引起的刚度退化和塑性导致的流动两种破坏机制的耦合作用,从弹塑性力学和损伤理论的角度出发,同时引入修正有效应力原理来考虑孔隙水压力的作用,建立基于Drucker-Prager屈服准则的弹塑性损伤本构模型;针对该本构模型推导了孔隙水压力作用下弹塑性损伤本构模型的数值积分算法-隐式返回映射算法,分别对预测应力返回到屈服面的光滑圆锥面或尖点奇异处两种可能的情况给出了详细的描述,隐式返回映射算法具有稳定性和准确性的特点;大多数弹塑性损伤模型中涉及参数多且不易确定的问题,采用反分析方法获得损伤参数,解决了损伤参数不易确定的难题;采用面向对象的编程方法,使用C++语言编制了弹塑性损伤本构求解程序,并对所建立的弹塑性损伤模型和所编程序进行了试验和数值两个方面的验证;最后将其在吉林抚松隧道工程中进行应用,模拟了塑性区和损伤区的发展变化。研究结果表明：所建立的弹塑性损伤本构模型能够较好地描述岩石的力学性能、塑性和损伤变化趋势,所编程序能够进行实际工程问题的模拟,对现场施工给予一定的指导。     

宁夏区域性强沙尘暴短期预报系统简介

通过对产生强沙尘暴天气三大因子的实时诊断 ,从强冷空气、热力不稳定和近地层环境分析入手 ,依据宁夏强沙尘暴天气预报的着眼点 ,在产生强沙尘暴天气的三维空间物理结构和动力过程所进行的动力过程相似检验前提下 ,建立对宁夏强沙尘暴有实际预报能力的综合指标和组合模型 ,在天气系统自动识别技术的支持下 ,应用螺旋度修正方案确定强沙尘暴落区 ,建立自动、客观化的强沙尘暴天气监测和预报系统。     

ETKF初值扰动方法中真实观测及扰动调节因子研究

目前国家气象中心业务GRAPES区域集合预报系统中集合变换卡尔曼滤波（ETKF）方法采用的是模拟观测信息，为进一步完善ETKF方法，拟对ETKF初值扰动通过引入真实探空观测资料，使扰动场能够代表真实观测的不确定信息，改善区域集合预报技巧。真实观测资料的引入会使得每日的观测数目和分布发生变化，这对ETKF方法而言可能会引起扰动振幅的不稳定，因此在引入真实观测资料的基础上设计了新的扰动振幅调节因子，通过格点空间中离散度和均方根误差关系来对初值扰动振幅进行自适应调整。从初值扰动结构、概率预报技巧以及降水预报效果等方面对比分析了基于模拟观测、真实观测以及真实观测结合新型调节因子的ETKF方案的差异，结果表明:真实探空资料能够有效应用于GRAPES区域集合预报系统中，真实观测资料与模拟观测资料相比较为稀疏，可以获得更大量级的初值扰动振幅；真实观测资料有助于提高区域集合的离散度，但对集合预报准确度以及概率预报结果的提高有限，对于降水预报效果提高也有限；新型的扰动振幅调节因子可以有效获得稳定的初值扰动振幅，并保持ETKF扰动结构，真实观测资料与扰动振幅自适应调节因子相结合，可以有效提高区域集合的概率预报结果，并有效提高降水预报效果。     

数值天气预报中分析同化基本方法的历史发展脉络和评述

数值天气预报中分析同化的基本方法先后经历了多项式函数拟合方法、逐步订正方法、最优插值方法、变分方法和集合卡尔曼滤波方法。本文首先根据相关的经典文献力求本色地介绍这些方法的基本思想和实施的具体要点;然后,着重于它们的上下承接关系,试图阐述同化的历史发展脉络,评述这些方法的显著特征和创新性,以期清晰地理解资料同化的循序渐进的内在发展逻辑。此外,从起源上阐明“主观分析”与“客观分析”、“初猜场”与“背景场”、“分析”与“同化”、以及“更新”、“新息”等基本概念,以期准确地理解和把握“大气资料同化”的由来和内涵。     

中国南海卫星重力数据Butterworth滤波处理

通过对重力模型数据进行Butterworth滤波处理,发现该方法对高频噪声具有很好的滤波效果。对Geosat和ERS—1卫星提供的重力数据进行了网格化和Butterworth滤波处理,得到中国南海自由空气重力异常值为-42~89 m Gal。经与GRACE卫星提供的数据进行比较,发现该方法得到的结果具有更好的精度和分辨率。     

An Adaptive Estimation of Forecast Error Covariance Parameters for Kalman Filtering Data Assimilation

An adaptive estimation of forecast error covariance matrices is proposed for Kalman filtering data assimilation. A forecast error covariance matrix is initially estimated using an ensemble of perturbation forecasts. This initially estimated matrix is then adjusted with scale parameters that are adaptively estimated by minimizing -2log-likelihood of observed-minus-forecast residuals. The proposed approach could be applied to Kalman filtering data assimilation with imperfect models when the model error statistics are not known. A simple nonlinear model (Burgers' equation model) is used to demonstrate the efficacy of the proposed approach.     

渗滤取水河床淤塞机理分析

研究天然滤床是否会淤塞,关系到渗滤取水工程的使用寿命.本文深入研究了滤床淤塞的三种机理,即悬浮物沉淀、吸附和水动力条件引起的物理淤塞;腐蚀、结垢引起的化学淤塞和微生物大量繁殖淤塞.提出了滤床的结构特征、河水水质、水动力条件及取水工艺是影响淤塞的主要因素,总结了防治淤塞的建议.     

基于蒸散发数据同化的径流过程模拟

采用集合卡尔曼滤波算法,以遥感反演的蒸散发作为观测数据,构建一种基于新安江模型的蒸散发同化系统;根据同化后的蒸散发,采用粒子群算法估计新安江模型的土壤张力水蓄量,进而改进模型的径流模拟效果。选取地表能量平衡系统模型进行汉江流域蒸散发（ET_SEBS）反演,采用基于GRACE水储量距平数据的水量平衡蒸散发（ET_GRACE）进行验证,结果显示ET_SEBS总体表现好于蒸散发产品ET_GLDAS、ET_Zhang、ET_MODIS,且相关系数（R）、均方根误差（E_RMS）、偏差（B）为0.93、11.93 mm/月、-3.47 mm/月,表明SEBS模型能够较好地估算蒸散发。将同化方案在旬河流域进行应用,结果显示同化后径流的纳什效率系数（E_NS）为0.85,较同化前0.81明显提高,且模型对枯水期径流的低估问题有一定改善,对径流峰值模拟效果提高明显。     

定量反演降水及其在青藏高原东北边缘地区面雨量估算中的应用

雷达-雨量计联合校准降水结合了雷达区域覆盖和雨量计单点精度高的优势, 利用雷达进行区域降水量估计是提高雷达应用能力的重要方向之一. 通过利用在青藏高原东北边坡地区的雷达回波-降水反演关系式, 对2012年5月10日的这一地区的一次区域性强降水过程进行反演比较, 并利用平均校准法、 最优插值法和用卡尔曼滤波确定变分系数的变分-卡尔曼滤波进行空间校准. 结果表明:利用最优化法得到的本地降水反演关系式效果要明显优于其他波段或地域的固有关系式, 可以有效改变过低估计的状况; 变分-卡尔曼滤波由于考虑了雷达区域扫描的优势, 校准效果最好, 可以细致反映空间降水分布, 对降水预报、 地质灾害预警等都有重要意义.通过建立多仰角多变量的降水关系式, 并进一步对反演结果采用有效的数学校正法可能会对空间面雨量估测取得更好的效果.