基于能量判据的剪切破坏型危岩主控结构面断裂扩展研究

将剪切型危岩主控结构面按受力机理归纳为压剪和拉剪两种形式,其本质是Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹的断裂扩展问题。应用最大应变能释放准则,建立危岩主控结构面开裂角θ0和断裂韧度GIC的计算方法。选取重庆万州首立山典型危岩进行计算,结果表明,其断裂角与基于最大周向应力准则的断裂角计算结果一致,主控结构面的开裂方向均是指向临空面方向,初步验证了方法的可行性。     

瓯江河口盐度层化数值研究

瓯江口是一个径流量变化剧烈的强潮河口。本文基于非结构网格FVCOM模型,建立瓯江口海域大范围三维数学模型,研究不同时间尺度（潮周期、大-小潮）的盐度变化,并利用势能异常动力方程对数值模拟结果分析了瓯江口层化过程的动力机制。同时,利用河口R_i数和层化参数△s/<s>研究了不同时间尺度的层化稳定性及其空间变化,得出决定层化状态的潮差和径流量的阈值。结果显示：瓯江北口上段、中段和口门在潮差分别超过3.8m、4.0m和4.6m时呈完全混合状态。当径流量小于280 m³/s或大于510 m³/s,北口上段持续完全混合;而在口门附近,完全混合和层化的临界径流量约为280 m³/s。研究认为瓯江河口北口存在周期性的层化,北口下段在落潮和涨潮初期呈部分混合状态,而其它时段为完全混合。上段只在落潮初期存在层化。层化增强主要是纵向对流与横向速度剪切导致,而湍混合和纵向潮应力是层化减弱的主要因素。     

Coastal currents adjacent to the Caeté Estuary,Pará Region,North Brazil

We examined and compared tidal currents and water column structure between a near-shore station (12 km from the coast) and an offshore station (32 km from the coast) adjacent to the Caeté River, Pará Region, Brazil. Although the coastal system of Pará is largely influenced by local tides and wind, we found substantial differences in the dominant forcing agents between stations. Water column dynamics at the near-shore station were largely affected by local tidal processes, while differences between surface and bottom layer flows also indicated the importance of gravitational circulation at this station and a substantial influence of the adjacent Caeté River discharge. In comparison, at the offshore station, water column structure was largely influenced by a semi-diurnal tidal flow, an along-coastal current flow (mainly associated with the North Brazil Current) and the dynamics of local wind flow. The near-shore station at low tide showed a high level of stratification; at high tide such stratification was reduced. In comparison, stratification was only apparent within the upper 6 m at the offshore station, the rest of the water column was relatively well-mixed. The stratification within Station 1 at low tide was a result of the bi-directional movement of water discharged from the Caeté River, with lower salinity surface water and high salinity bottom water resulting in an estuarine-like circulation environment. The spatial variability and lack of correlation in current flow and water column structure between the near-shore and offshore stations suggest that a flow field resulting from differences in local circulation, tidal variability and wind persistence separate areas. We argue that this separation may indicate that the offshore station is located in a transition region between the Caeté River waters and the local coastal area.     

Modeling water quality and hypoxia dynamics in Upper Charlotte Harbor,Florida, U.S.A. during 2000

Hypoxia has occurred in Upper Charlotte Harbor, a shallow (∼3 m) estuary in Southwest Florida, during moderate to high freshwater flows from the Peace and Myakka Rivers and after hurricanes, due to nutrient loading and vertical stratification. This paper studies the annual hypoxia and water quality dynamics in Upper Charlotte Harbor in 2000, using CH3D-IMS, an integrated modeling system which includes coupled models of circulation, wave, sediment transport, and water quality. The CH3D-IMS simulations showed that bottom-water hypoxic conditions occur during periods with relatively steady moderate to high (5–40 m³/s) freshwater inflows and sediment oxygen demand (SOD). During periods of relatively steady moderate to high river discharge, strong vertical salinity stratification results in reduced vertical mixing which prevents surface water from supplying dissolved oxygen (DO) to bottom water where SOD continuously consumes DO. There was significant temporal fluctuation of the hypoxic water volume, as a result of significant temporal variation in vertical turbulent mixing associated with combinations of spring-neap tides and river discharge. The validated modeling system could be used to forecast hypoxia.     

西太平洋卡罗琳M4海山区悬浮体分布及其影响因素

海山可以通过与洋流的相互作用改变水体结构,促进悬浮体以及海洋生物的再分配,进而影响海洋生物地球化学过程,促进大洋物质和能量交换。西太平洋有着复杂的环流结构,也是海山分布最多的海区之一。为研究西太平洋海山区的悬浮体分布及其控制机制,2017年夏季在西太平洋卡罗琳M4海山区进行现场调查,利用扫描电镜分析了该海山区悬浮体样品的物质组成及分布,并结合温度、盐度和荧光叶绿素a浓度数据,讨论了海山对悬浮体分布的影响。结果表明,M4海山区的悬浮体由生物碎屑、矿物颗粒和絮凝体等组成。海水的强烈层化阻碍了该海山区下层营养物质的上涌,使上层水体呈现出寡营养的特征,导致大部分站位悬浮体丰度较低;但在海山顶部,潮流和海山地形相互作用在山顶上方形成反气旋环流,不仅促进了深水的营养物质向上扩散,使得荧光叶绿素a浓度升高,同时对平流输送来的以及从深水中上涌的悬浮体起到了滞留作用,使山顶上方的悬浮体丰度远高于离山顶较远的位置。随着水深的增大,温、盐跃层的强度减弱,水体中的营养盐浓度升高,为浮游生物的生长提供了适宜的环境,进而使生物碎屑及絮凝体的丰度升高。北赤道潜流挟带来自西太平洋近岸海区的陆源矿物颗粒到达M4海山区,...     

大型深水水库溶解氧层化结构演化机制

深水水库溶解氧(DO)的演化成因目前尚不完全清楚,研究其演变机制对制定水库水质保护和管理策略十分重要.本文以我国京津冀地区重要的大型深水水源水库潘家口水库为例,系统分析了水库水温和DO浓度的时空分布特征、演化成因,以及水库的水质响应情况.结果表明:4月中旬-11月底该水库存在显著的季节性热分层,水库热分层为DO层化结构的形成提供了垂向分异性物理环境;与热分层类似,DO层化表现为3层结构,本文从上至下将其分别定义为混合层、氧跃层和氧亏层.垂向各层不同生化过程的作用为DO浓度空间差异性演变提供了驱动力,其中混合层受浮游藻类过量生长的影响,DO往往处于过饱和状态;氧跃层受大量生物的呼吸及有机物分解等耗氧的影响,DO浓度急剧下降,7-8月一般处于缺氧状态(DO2 mg/L);氧亏层受重污染沉积物耗氧的影响,DO浓度持续下降,热分层末期水库底部可能出现缺氧.热分层末期DO浓度降低的同时,沉积物中会发生Mn的还原、Mn-P解吸释放等现象,但沉积物中含量较高的Fe没有发生还原以及Fe-P的解吸释放现象.潘家口水库目前正在逼近缺氧、内源污染大量释放的临界点,其水环境治理应予以高度重视.     

富营养深水水库底栖动物群落与浮游生物相关性分析

底栖动物和浮游生物通过食物网发生复杂的交互作用,是水库生态系统物质循环的重要组分.南湾水库和汤浦水库均为存在富营养化现象的深水水库,具有较长时间的水温分层期.本文选取这两座供水水库为对象,比较其水体营养状态、底栖动物的群落结构、现存量和多样性.通过群落状态指数(IICS)定量评估底栖动物群落状态,并采用PLS模型、Spearman秩相关以及回归图探讨浮游生物各类群密度与IICS的关系.研究结果显示,南湾水库富营养程度高于汤浦水库,寡毛类在南湾水库占据优势地位,摇蚊类在汤浦水库数量上占优.南湾水库以收集者为主,其数量占比远高于汤浦水库.深水水库通常存在较强的热分层,富营养化会加重水库底部的缺氧或厌氧状态,导致底栖动物遭受周期性的缺氧扰动,影响种类多样性和现存量,改变浮游生物类群与底栖动物群落的相关性,因此底栖动物群落与浮游生物的相关性能够提供判断水库富营养化程度的重要信号,进而为水库管理方提供更多有价值的参考信息.     

高分辨不稳定能量的实时计算显示及应用

介绍了高分辨不稳定能量的算法.用该算法实现的实用程序能计算出每个地面站每小时的高分辨不稳定能量、地面假相当位温、抬升凝结高度等,并能在福建地图上显示出来.个例分析显示:在高分辨不稳定能量正高值区或其下游,若短时内(未来3 h内)有对流回波产生或经过,则将会发展,其值越大,天气越强;而地面假相当位温分布图能细致表现能量分布及地面冷空气的活动.     

涌浪对大气边界层风廓线的影响

以往研究表明, 涌浪存在时, 近海面大气边界层内Monin–Obukhov相似性理论(Monin–Obukhov Similar Theory, MOST)将会失效, 风廓线模型的建立需要考虑波致应力的影响。基于此, 本文首先研究了包含涌浪影响的Ekman模型和常通量层模型求解的风廓线。结果表明: 两种模型估算的风廓线均对涌浪的波衰减率系数c_β有较高的依赖性, 在c_β<–50时, 模型求解的风廓线均出现近海面风速极大值, 但科氏力对近海面风廓线的影响可以忽略。在不同的大气层结下, 分析发现海浪边界层(直接受波浪影响的区域)内风速明显小于海浪边界层之上MOST廓线在相同高度的外推值, 体现了涌浪引起明显的剪切增强。通过对比分析广东省茂名市附近海上观测平台的实测数据发现, 在涌浪存在时, MOST普遍无法描述风廓线; 统计分析表明常通量层模型估算的风廓线在8 m处的风速与实测数据高度一致。考虑以往研究基本局限于中性大气层结条件, 而涌浪经常显著影响着浮力作用明显的中低风速条件, 我们的研究将有助于理解不同大气层结条件下涌浪对风廓线的影响。     

两次台风外围强对流大风天气对比分析

【目的】为提高台风外围强对流大风预报预警能力。【方法】利用常规气象观测资料和ERA5再分析资料等对2个差异较大的台风在广西造成台风外围强对流大风天气的环流背景、环境条件和雷达回波特征等进行对比分析。【结果】前者的主要影响系统是副高南侧边缘和台风西北侧偏东气流中的东风波动,后者的主要影响系统是台风倒槽,受台风外围环流影响,近地面层风的辐合有利于对流触发。较好的水汽条件和不稳定层结为其发生发展提供了良好的环境条件,2次过程的触发机制略有不同,辐合线位置的差异导致对流初生位置的不同,影响广西的范围也不同。【结论】CAPE值和DCAPE(600 hPa)值等的差异预示着前者对流发展潜势强于后者,所伴随的天气现象也有所不同。雷达回波上的弓形回波和后侧入流急流带来大风天气,大风出现前回波顶高度和最大反射率因子高度不断下降,对大风的出现具有较好的指示意义,单体移速的不同导致大风出现的强度也不同。