探讨1886-2012年期间全球二氧化碳浓度及城市化效应对于香港温度趋势变化的格兰杰因果关系

因果关系在许多科学领域中是一个重要课题。在气候变化研究中,一个关键的问题是天气和极端事件的变化是否或在何种程度上可以归因于全球变暖的人为因素。归因分析主要依赖于气候模型,但其在描述非线性系统中存在一定的局限性。本文应用长期观测数据并使用统计方法来探讨此问题。更具体地,本文应用格兰杰因果关系检验方法分析全球二氧化碳浓度与城市化效应对香港气温演变的影响。基于香港1886年至2012年的温度数据,我们发现其夏季平均、最高和最低气温以及酷热天气、热夜日数皆增加趋势。同时可以发现日温度的统计分布变化。格兰杰因果关系分析的结果表明,全球二氧化碳浓度的变化和城市化效应皆对香港气温的演变有所贡献,对于不同的时间滞后性这种效应同样存在。通过与非城市地区的比较,我们发现城市化效应对于夏季气温的升高大概贡献40％。根据初步的结果,文本所引入的方法可以作为一种新的角度来评估局部地区温度升高的原因。本文的分析方法可以扩展至研究其他温室气体对极端天气事件的影响,以及气候变化和社会影响之间的联系。     

论Rossby波在东、西风带中传播与频散Ⅱ——球面Rossby波方程与诊断分析

从球坐标(Spherical coordinate)非地转、正压水平无辐散大气运动微扰方程出发,推导出球面Rossby波方程,证明球面Rossby波的物理机制仍然是绝对涡度守恒与卢效应,但基本气流以涡度形式参与了卢效应。因球面Rossby波偏微分方程不存在经向-纬向传播的"双向简谐波(传统Rossby波)"解,则将它做经向-纬向求导分离,从而得到关于球面经向风扰动的二阶偏微分方程及与之相应的仅作纬向传播的简谐波解,但待解的二阶偏微分方程不归于数理方程中的任何特殊函数,即证明不存在以连带Legendre函数为通解的Haurwitz波。采用传统Rossby波两个通解,当作球面Rossby波两类特解,做诊断分析表明,传统Rossby波正确反映球面Rossby波的(β-平面近似)"线性部分",但球面Rossby波及其纬向波速和群速都带有地球曲率性,并且存在奇点,其中,球面谐波扰动Rossby波仍然保持槽与脊纬向对称性,但"正弦扰动"与"余弦扰动"Rossby波有一定差别,而球面指数扰动Rossby波槽与脊不具备纬向对称性,后者可以解释东、西风带槽与脊一般为纬向非对称,还可以解释台风的纬向非对称结构。     

高层大气密度的午夜极大值特征分析与建模

利用CHAMP (CHAllenging Minisatellite Payload)、GRACE-A (Gravity Recovery and Climate Experiment-A)、SWARM-C (The Earth''s Magnetic Field and Environment Explorers-C)等3颗极轨卫星的资料, 研究360—480km高层大气密度在低纬度区域的午夜极大值(Midnight Density Maximum, MDM)现象. MDM一般出现在23:00- 02:00 LT (Local Time)之间,峰值位置在低纬度15°以内,谷值位置在中纬度35°-45°附近,整体略偏向南半球,振幅约为平均密度的26%.随着高度增大以及太阳辐射水平的增强,MDM振幅呈减小趋势;冬至和夏至日附近的季节效应会减弱MDM振幅,在春秋分日的振幅最大.用3个主流大气模型DTM2000 (Drag Temperature Model 2000), NRLMSISE00 (US Naval Research Laboratory, Mass Spectrom-eter and Incoherent Scatter radar)和JB2008 (Jacchia- Bowman 2008 model)对MDM进行模拟,JB2008没有刻画出MDM现象;另两个模型低估了MDM效应,在360km和480km两个高度DTM2000模型的振幅仅为观测的46%和53%, NRLMSISE00模型仅为观测的33%和26%;模型没有准确刻画出MDM与高度、辐射水平和季节的关系.联合3颗卫星的资料,研究了-种基于地理纬度的6阶勒让德多项式,同时融合地方时和高度因素的经验函数,在振幅和相位上可以较好地刻画MDM特征,相关系数达到0.923,可为大气密度模型的修正提供借鉴,服务于低轨道航天器高精度轨道预报.     

特定地质水文下涌水对深大基坑稳定性的影响研究

深大涌水基坑具有特定的地质、水文和工程支护特征。以位于临湖泊滩涂场地深大涌水基坑工程为例,借助工程有限元模拟系统,对该深大基坑开挖过程中涌水对工程结构稳定性和安全性的影响问题进行研究,探讨涌水对大深基坑的工程结构稳定性影响状态,分析相应施工止控水措施。研究结果认为：深大基坑外土体形变不可避免地和水位有关,伴随水位减少,土体的降沉加速;涌水对围檩与立柱均有影响,涌水对现浇桩也有影响,但影响有限。为解决涌水破坏,可增加排水措施,适时选择双液注灌浆、沙袋背压等措施,能有效阻止渗水,避免损害继续扩大。研究结果可对同类基坑工程安全设计、施工提供技术参考价值。     

5月南极涛动对青藏高原西部夏季气温影响的诊断分析

青藏高原是全球气候变暖最敏感的地区之一,是北半球夏季最大的热源,其气候响应受到广泛关注。然而,有关南极涛动与青藏高原夏季气温的关系和机理知之甚少。为了研究南极涛动与青藏高原夏季气温的关系,基于1979—2020年英国东安哥拉大学气候研究中心（CRU）的逐月气温、美国国家海洋和大气管理局（NOAA）的逐月海表面温度和大气环流再分析数据以及南极涛动指数等数据,采用相关、回归、合成分析等方法进行研究。结果表明,北半球夏季青藏高原西部气温与5月南极涛动存在显著负相关,即当5月南极涛动异常偏弱时,夏季青藏高原西部气温异常偏高。其影响过程为,南极涛动为正位相时,在南印度洋中高纬地区出现“负-正-负”的经向“三极子”海温模态,该模态可持续到夏季,在印度洋形成异常的纬向-垂直环流,相应在热带西印度洋和东印度洋-海洋性大陆之间的降水异常导致热带正“偶极子”降水模态,通过该降水模态在青藏高原西部引起异常反气旋环流和下沉运动,有利于高原西部气温偏高。研究结果显示,海洋的热惯性在“延长”南极涛动影响过程中起着重要的桥梁作用,可为青藏高原夏季气温预测提供科学依据。     

新型抗滑结构围桩-土的耦合效应分析

在引入围桩-土耦合式抗滑结构的基础上建立数值分析模型;通过分析该抗滑结构中围桩-土的应力、应变分布规律,详细探讨围桩-土整个结构的耦合效应特征。进一步开展模型试验,测试并分析围桩前、后土压力和桩身弯矩分布特征,论证了围桩-土耦合式抗滑结构的作用机制。最后,分析了桩后距离、不同深度及不同土体强度参数对土拱效应的影响。得到：（1）围桩与桩内土体耦合呈现出4种应力拱形态：紧邻围桩后为扩肩型拱、围桩间双曲线型拱、围桩间凸向桩外的抛物线型拱、围桩间凸向桩内的抛物线型拱;（2）相邻围桩采用约4倍桩径间距、正六边形布置并顶部用圈梁固结、锚固一定深度可形成一种耦合式抗滑结构。该结论对于该新型抗滑结构的推广应用具有一定的指导意义。     

莺歌海盆地中央泥底辟带气田水地球化学特征及其油气地质意义

以莺歌海盆地东方区和乐东区气田水样品水化学常规分析为切入点,利用气田水矿化度、水型、钠氯系数(变质系数)、脱硫系数,氯镁系数等参数,深入分析了两区气田水地球化学特征及水化学组合参数特征,并判识对比了两区气藏封闭程度及其保存条件。在此基础上,结合莺歌海盆地天然气成藏地质条件,重点剖析了两区气田水分布规律及成因控制因素,探讨了两区气田水与天然气运聚成藏之间的成因联系。强调指出,两区气田水具有相似的形成演化特征,天然气保存条件好,但对比两区气田水的水化学组合参数,乐东区天然气保存条件稍差于东方区;东方区气田水以NaHCO3水型占绝对优势,其分布规律与断裂系统存在密切联系。该区水文地质开启程度差,气藏盖层封闭性好,有利于天然气富集成藏。乐东区气田水类型多样,成因复杂,天然气保存条件较好但相对东方区稍差。两区气田水具分区分块分布规律,莺歌海盆地泥底辟及其伴生热流体活动对气田水成因及分布规律与天然气运聚成藏等均具有重要控制作用和影响。     

消除全空域效应:原理、装置与应用实例

如何消除"全空域效应"是电磁勘探中的难题,国内外学者试图从基础理论、数据处理、测线布设等方面入手来解决,但存在求解条件苛刻、计算繁杂、技术实现困难、成本高等问题.文中提出了用屏蔽装置直接消除全空域效应以逼近地面式测量的新思路,研制了相应的装置,给出了使用方法和应用实例,取得了良好的实践效果.     

L型抗滑桩加固土坡特性的离心模型试验与有限元模拟研究

L型抗滑桩在传统等截面抗滑桩的基础上加入横段,有效提高桩的稳定性和加固边坡效果。本文采用离心模型试验与数值模拟相结合的方法研究了L型抗滑桩加固土坡的变形特征与桩土相互作用。基于离心模型试验得到了L型抗滑桩加固土坡的位移场,并采用有限元软件对离心模型试验过程进行了数值模拟,数值与试验结果得出的土坡荷载位移曲线吻合程度较高,水平位移分布趋势基本一致。模拟结果表明,L型抗滑桩的加固效果明显优于传统等截面抗滑桩,土坡位移减小约25%,桩转角减小约70%。通过对比、融合离心模型试验观测与数值模拟结果,分析了L型抗滑桩对土坡的加固效果及桩-土相互作用。横段上下侧的土压力分布相差很大,差距最大时上侧土压力仅为下侧土压力的20%左右。L型抗滑桩横段与土的摩擦力分布存在极小值,竖直段抗滑桩可以改变土坡位移场,使得内侧位移分布存在极大值。坡体受力变形分析结果表明,抗滑桩导致土坡出现土拱效应,L型抗滑桩的横段会进一步增强土拱效应,形成应力重分布,使横段所受土压力增大,提高抗滑桩的稳定性。