Desert vegetation and timing of solar radiation

Timing and amount of solar radiation were examined as factors influencing the distribution of seven perennial plants on a small mountain located in the Chihuahuan Desert. Average direct beam solar radiation fluxes at differing times throughout the day and year were estimated with computer calculations. Principal components analysis was used to reduce the number of solar radiation parameters and include the maximum available information with a manageable number of variables. The remaining solar radiation parameters were compared to plant distributions using redundancy analysis and generalized additive models. Unimodal, bimodal, and monotonic responses were all found depending upon the species and solar radiation parameter. Niche separation at this location depends upon the timing as well as the amount of solar radiation.     

云南大理“2010.1.15”日环食期间辐射和温湿度变化特征

利用大理国家气候观象台建立的大气边界层（PBL）观测系统探测资料,详细分析了2010年1月15日云南大理日环食期间辐射通量、气温以及相对湿度的变化情况。结果表明：日环食过程中,太阳短波辐射和气温均表现出＂V＂型分布,而相对湿度呈现倒＂V＂型分布。太阳短波辐射从初亏时开始减小,食甚时达到最小值,复圆时恢复正常,与理想晴天条件下相比,食甚时亏损率高达88%。由于到达地表太阳辐射强度的减弱,地面有一个冷却作用过程,引起地面气象要素的一系列变化,越接近于地表变化越明显,所引起气温、相对湿度的变化时间滞后于日环食时间。     

Exploring the sensitivity of coastal inundation modelling to DEM vertical error

As sea level is projected to rise throughout the twenty-first century due to climate change, there is a need to ensure that sea level rise (SLR) models accurately and defensibly represent future flood inundation levels to allow for effective coastal zone management. Digital elevation models (DEMs) are integral to SLR modelling, but are subject to error, including in their vertical resolution. Error in DEMs leads to uncertainty in the output of SLR inundation models, which if not considered, may result in poor coastal management decisions. However, DEM error is not usually described in detail by DEM suppliers; commonly only the RMSE is reported. This research explores the impact of stated vertical error in delineating zones of inundation in two locations along the Devon, United Kingdom, coastline (Exe and Otter Estuaries). We explore the consequences of needing to make assumptions about the distribution of error in the absence of detailed error data using a 1 m, publically available composite DEM with a maximum RMSE of 0.15 m, typical of recent LiDAR-derived DEMs. We compare uncertainty using two methods (i) the NOAA inundation uncertainty mapping method which assumes a normal distribution of error and (ii) a hydrologically correct bathtub method where the DEM is uniformly perturbed between the upper and lower bounds of a 95% linear error in 500 Monte Carlo Simulations (HBM+MCS). The NOAA method produced a broader zone of uncertainty (an increase of 134.9% on the HBM+MCS method), which is particularly evident in the flatter topography of the upper estuaries. The HBM+MCS method generates a narrower band of uncertainty for these flatter areas, but very similar extents where shorelines are steeper. The differences in inundation extents produced by the methods relate to a number of underpinning assumptions, and particularly, how the stated RMSE is interpreted and used to represent error in a practical sense. Unlike the NOAA method, the HBM+MCS model is computationally intensive, depending on the areas under consideration and the number of iterations. We therefore used the HBM+ MCS method to derive a regression relationship between elevation and inundation probability for the Exe Estuary. We then apply this to the adjacent Otter Estuary and show that it can defensibly reproduce zones of inundation uncertainty, avoiding the computationally intensive step of the HBM+MCS. The equation-derived zone of uncertainty was 112.1% larger than the HBM+MCS method, compared to the NOAA method which produced an uncertain area 423.9% larger. Each approach has advantages and disadvantages and requires value judgements to be made. Their use underscores the need for transparency in assumptions and communications of outputs. We urge DEM publishers to move beyond provision of a generalised RMSE and provide more detailed estimates of spatial error and complete metadata, including locations of ground control points and associated land cover.     

云量对祁连山老虎沟12号冰川表面能量平衡的影响

为探讨云量对冰川表面能量平衡(SEB)的影响,利用架设在老虎沟12号冰川(简称12号冰川)消融区(4 550m a. s. l.)的自动气象站资料,结合能量平衡模型计算各能量分量并分析其季节变化,通过云量参数化方案获取云量因子并量化其对冰川表面能量收支的影响。结果表明:净短波辐射为冰川表面主要的能量来源(92%),净长波辐射为主要能量支出(61%),二者均受云量影响,但云的短波辐射效应更强(-37W·m^-2)。云量通过影响辐射收支和湍流通量进而影响冰川表面能量收支,随云量的增加,冰川表面获得的能量减少,冰川消融速率降低。与其他区域的冰川表面能量收支对比,除地理位置、反照率、气温等因素外,海拔和云量的影响也非常显著。     

岩石破坏过程磁场效应实验研究及其对地震预报的意义

地震前岩石圈存在可观测的磁场前兆异常, 岩石破坏过程的磁场效应规律却鲜有研究.本文设计建立了岩石破坏磁场效应监测实验系统, 测试分析了岩石破坏过程磁场与载荷、声发射、电磁辐射之间的关系, 探讨了岩石破坏磁场产生机制与岩石破坏磁场效应对地震预报的意义.结果表明: 岩石在受载破坏过程能够产生磁场, 磁感应强度与载荷变化存在良好的对应关系.在受载前期, 磁感应强度波动增加, 受载中后期, 磁场强度显著增加; 主破坏发生时, 磁场强度快速增加并达到最大值.磁感应强度与累积声发射计数平均相关系数达到0.825, 呈高度相关, 表明磁场变化能够反映岩石的变形破坏阶段和状态.岩石破坏磁场的产生主要与电性变化有关, 运动电荷或电流的变化产生了磁场.岩石破坏磁场与电磁辐射同属于电磁信号, 磁场是一种极低频、连续、脉冲式的信号, 信号频率一般为0~20 Hz; 电磁辐射是一种瞬态、阵发性的电磁波, 信号频率一般为kHz~MHz.相对于电磁辐射, 磁场前兆异常先出现, 岩石破坏的磁场监测结果对于评估地震的临震预报具有显著的意义.

     

分布式光纤声波传感微振动响应特征

分布式光纤声波传感技术(Distributed Acoustic Sensing, DAS)利用光纤中的瑞利散射来获取振动信息, 具有高密度、低成本、可长时监测等优点, 目前已经广泛应用于地震勘探领域.DAS系统可用于采集沿光纤轴向的应变或应变率, 且DAS响应与地震波传播方向和偏振方向有关.本文推导获得了不同震源模型的应变辐射花样, 并通过数值模拟获得了不同震源机制和不同布设条件下的分布式光纤微振动数据.理论合成算例结果表明, P波的应变辐射花样和速度辐射花样在各类震源机制条件下都具有较为相似的形态, 而S波的两种辐射花样在某些震源机制条件下具有较为明显的形态差异.此外, 包含DC(Double Couple, 双力偶)成分震源的S波DAS响应记录与常规速度检波器记录相比, 极性反转的位置具有较大差异.

     

基于走航观测数据的ERA5南海北部夏季短波辐射收支评估

海表短波辐射收支是海–气界面能量交换的重要物理过程。本研究利用2019年南海北部夏季科考航次的走航观测数据,评估了ERA5再分析数据的海表短波辐射通量收支。结果表明,ERA5的向下短波辐射相比观测偏小,11时和15时（北京时间）的偏差最大,可达−100 W/m² 。与此同时,ERA5的海表反照率整体偏低,其中高太阳高度角时段偏差较小,约为−0.03,低太阳高度角时段偏差较大,约为−0.15。向下短波辐射和反照率的偏差共同造成ERA5白天平均海表净短波辐射通量比观测偏小约25.4 W/m²;其中,反照率低估抵消了约50%向下短波辐射偏差的贡献。研究表明,在不同大气透射率情况下,ERA5的海表辐射收支偏差存在不同表现。ERA5海表反照率的低估可能与其采用的参数化方案在南海北部的适用性不足有关。基于观测本研究也给出了一个简单的参数优化方案。     

多源卫星遥感海面风速误差分析和交叉标定

利用多源卫星散射计和辐射计构建高时间分辨率的海面风遥感数据集是当前海洋遥感研究的热点。本文针对2019年同时期在轨运行的卫星散射计和辐射计,利用浮标数据和欧洲中期天气预报中心（ECMWF）第五代大气再分析数据（ERA5）,定量评估了不同传感器获取的海面风速数据的误差特性和标定系数,阐明不同卫星遥感海面风单位误差相对大小,为多源卫星海面风场融合、同化等定量应用提供技术支撑。与常用的中性参考风相比,微波散射计和辐射计反演的风速更适合用等效应力风解释,以便实现卫星遥感数据的优化应用。现有微波散射计和辐射计遥感的海面风速与浮标和ERA5等效应力风在总体上具有良好的一致性,但在高风速条件下（风速大于20 m/s）呈明显的偏差。本文提出的一种用于风速误差横向对比的指示因子,实现了散射计与辐射计风速相对误差估计,为多源数据同化应用中的误差设置提供重要的参考。结果表明：5种散射计风速固有误差介于0.40～0.73之间,5种微波辐射计的风速固有误差介于0.86～1.23。总体而言,在0～20 m/s风速范围内,散射计的风速精度优于辐射计。     

低场核磁共振定量测定松散沉积物中含水量的方法

核磁共振通过测定体系中氢质子弛豫的T2谱来确定液态水的含量。采用低场核磁共振技术定量测定松散沉积物体系中的含水量,探讨了沉积物粒径、黏土矿物种类与含量、孔隙水盐度、温度及气体压力等因素对测试结果的影响。由于不同介质体系中孔隙水表面弛豫机制不同,导致低场核磁测定松散沉积物中的含水量偏小。引入校正系数Cm对水量测试值进行了修正,结果表明：沉积物及孔隙水介质本身特性对水量测试结果几乎无影响,相对误差<0.5%,测试精密度<0.20%;温度变化对测试结果影响较大且呈负相关,温度从25 ℃降至1.7 ℃,水量测试值增加了10.71%;压力变化对测试结果的影响与充注气体是否含氢密切相关,不含氢气体的压力变化对测试结果没有影响,而对于含氢气体如甲烷,水量测试结果随压力变化线性增加,甲烷增加到5.05 MPa时,测试结果增加了12.15%。因此,在采用该法测量甲烷水合物生成分解过程中沉积物孔隙水的变化时,必须考虑体系的温度、压力对测试结果的影响,恒温恒压条件下监测的含水量变化能够准确指示甲烷水合物生成分解的微观过程,可望在海洋天然气水合物生成分解微观动力学研究方面得到广泛应用。     

BP人工神经网络在MM5预报福建沿海大风中的释用

利用变分方法建立预报场和预报倾向场这一预报场组合与模式预报非系统性误差之间的映射关系,来估计GRAPES（Global/Regional Assimilation and PrEdiction System）模式的非系统性误差,从而对预报做出修正。采用两种不同的历史样本建立这一映射关系,其中,利用相同时刻历史样本建立映射关系的方法称为DEM方法;通过相似面积比选取“相似样本”来建立上述映射关系的方法称为SEM方法。以FNL分析资料作为评判预报误差的依据,根据2002—2010年7月GRAPES模式500 hPa高度场48 h预报的回报资料,利用两种不同的方案进行非系统性误差的估计及预报订正试验。对279个检验样本的试验结果表明：SEM方法和DEM方法都对非系统性误差有一定的估算能力,二者估算的非系统性误差空间分布和量级与模式非系统性误差较一致,SEM方法的修订效果略优于DEM方法,但并不明显。对预报做出系统性误差和非系统性误差两步订正后,DEM方法和SEM方法的订正有效率分别为98.566%和100%,可明显提高预报的准确性。