利用谱元法计算SNREI地球的表面负荷变形

谱元法作为一种基于变分原理的数值方法,已经成为地球动力学数值模拟的重要手段.本文旨在对Martinec(2000)正演模拟表面负荷问题的谱-有限元方法进行改进.简单地介绍了谱元法计算负荷边值问题的相关理论,并推导了中性分层液体中的平衡方程以及其对应的弱形式解.在地球半径方向上,采取高阶样条函数作为负荷解的基函数,并利用高斯-勒让德方法进行数值积分.均质地球模型数值试验表明,相较于Martinec的方法,本文方法可以有效地加快数值解的收敛速度.最后,利用PREM模型计算了SNREI地球的负荷勒夫数.数值计算结果表明本文方法的收敛性和稳定性都非常好.本文方法获得的负荷勒夫数与采用传统龙格-库塔积分方法获得的结果相对误差在0.01%的量级.     

金沙江下游梯级水库对氮、磷营养盐的滞留效应

氮、磷是水域重要的营养或污染物质,大型水库修建将对江河氮、磷物质的输运产生重要影响.以金沙江华弹、向家坝水文站2006-2016年实测水质资料为依据,通过建立污染物浓度与流量比值（TN/Q、TP/Q）与含沙量（S）的关系式,对金沙江下游溪洛渡、向家坝梯级水库蓄水前后进出库总氮（TN）、总磷（TP）浓度及通量的变化特征进行研究.结果表明：（1）华弹站不受蓄水影响,TN和TP浓度在0.38~1.41和0.01~0.73 mg/L之间变化,向家坝站蓄水前TN和TP浓度在0.32~1.33和0.03~0.42 mg/L之间变化,蓄水后在0.35~1.29和0.01~0.05 mg/L之间变化,蓄水后TN浓度较蓄水前略有升高,但TP浓度较蓄水前约降低75%;（2）蓄水前华弹站TN浓度与向家坝站基本接近,TP浓度总体低于向家坝站,蓄水后华弹站TN浓度低于向家坝站,TP浓度明显高于向家坝站;（3）金沙江TN以硝态氮（NO₃^--N）为主,占TN浓度的67.3%~91.8%;（4）两站的TN浓度随流量和含沙量变化较小,TP浓度与流量和含沙量均呈正相关关系;（5）华弹站TN、TP年通量在48357~135827和4720~14163 t之间变化,年均值分别为90337和8932 t,向家坝站蓄水前后TN年通量在64232~130966和71675~149647 t之间变化,蓄水后通量总体高于蓄水前,TP年通量在8851~18624和3131~7300 t之间变化,蓄水后通量远低于蓄水前;（6）水库蓄水对出库TN浓度与通量无明显影响,但TP浓度与通量较蓄水前明显降低,其中通量年均滞留率约为67.0%.     

京蒙沙源区水库大气磷干、湿沉降污染特征

为阐明典型沙源区水库大气磷干、湿沉降的污染特征及其对水域磷素污染的贡献,为水库富营养化治理提供科学依据,以京蒙沙源区大河口水库库区为研究区,于2014年沿水库岸边布设12个大气沉降监测站点,采集干、湿沉降样品,测定干、湿沉降中总磷(TP)浓度,计算全年各月大气TP干、湿沉降通量和年入库TP污染负荷量.结果表明:研究区大气干、湿沉降季节差异显著,全年各月TP干沉降通量变化范围为4.89~35.76 kg/(km~2·月),主要集中在春季4月和秋季10月.最大TP干沉降通量出现在春季风沙最为严重的4月;湿沉降主要集中在夏季(6—8月),最大TP湿沉降通量出现在降雨量最大的8月,为28.88 kg/(km~2·月),且TP湿沉降通量与降雨量呈显著正相关.2014年大气TP沉降入库污染负荷量为0.719 t,占同期滦河和吐力根河两条河流入库TP污染负荷比率为51.17%,成为影响和限制大河口水库磷营养盐水平的重要源项之一.     

由热带气旋MATTHEW引起的非潮汐负荷效应影响

热带气旋能在短期内造成海水和大气质量的重新分布,使得近海地表受力发生变化,进而产生非潮汐负荷形变,对现今高精度大地测量的影响已不容忽视.为了保证空间大地测量结果的精度和稳定性,热带气旋引起的地表形变必须进行有效的估计.因此本文联合NOS、GLOSS验潮站数据与海潮模型,通过获取非潮汐残余量分析了热带气旋“MATTHEW”引起的风暴潮.利用ECCO海洋环流模型、ERAin大气再分析模型、HUGO-m海洋动力学模型,分别估计了“MATTHEW”引起非潮汐海洋负荷、非潮汐大气负荷、动力学响应下非潮汐海洋负荷对地表位移的影响,结果表明热带气旋影响下的广大区域地表都不同程度受到非潮汐负荷的作用,最大位移分别达到-9.13 mm、3.31 mm、-6.11 mm,并且加入动力学响应的非潮汐海洋负荷要普遍大于IB(Inverted Barometer)响应下的结果.在对比不同位置站点所受负荷差异时,发现“大陆站”非潮汐海洋负荷形变普遍大于“岛屿站”,而“岛屿站”更易受非潮汐大气负荷的影响.     

利用GPS与环境负荷形变数据研究台风引起的垂向地表位移

台风造成的强降雨、低气压、海面高度变化均会引起地表的形变.本文利用中国大陆构造环境监测网(陆态网)7个GPS台站每日的垂向位移和环境负荷形变模型分析2018年9月10—26日台风"山竹"期间不同负荷引起的区域垂向地表形变.结果表明,台风期间大气负荷和非潮汐海洋负荷垂向形变最大分别达到5.1 mm和-9.2 mm.模型能较好地反映河流区域地表水文负荷变化造成的垂向形变,但不同模型之间存在系统偏差.由于缺少地下水等信息,模型反映负荷长期形变效应的效果不佳,且形变的量级明显小于GPS观测的结果.迅速增加的水文负荷使北海GPS站从开始下沉到最低点(-15.6 mm)5天的下沉量达到25.7 mm;珠海、广州GPS站均观测到河流汇水作用造成地表的二次下沉,且珠海站一周后才抬升到正常位置;湛江和北海GPS站能较好地反映河流水位变化,相关系数分别为-0.66和-0.50.研究结果表明,相比于形变模型,GPS能更有效地监测台风短期水文负荷形变,可为台风洪水等灾害监测与预报提供有用的信息.     

2007年以来太湖总磷污染负荷质量平衡计算与分析

磷是太湖富营养化的关键性指标,为了解太湖总磷内、外源变化趋势及特征,从总磷污染负荷动态平衡角度分析太湖总磷主要来源与总磷浓度高位波动的原因,本研究基于2007年以来长时序水量水质监测资料和调查数据,开展了太湖进出各途径的总磷负荷质量平衡估算及分析。结果表明,2007—2020年入湖河道输入总磷负荷为1835～2799 t,占太湖总磷负荷的55%～73%,是外源输入最主要的途径;大气干湿沉降输入353～1380 t,占太湖总磷负荷量的12%～38%,是太湖总磷外源输入的第二大途径;太湖水体中总磷负荷量约占8%～15%。出湖河道输出总磷负荷量为516～906 t,占太湖总磷负荷量的13%～30%;水生动植物捕捞总磷负荷量为115～312 t,占太湖总磷负荷量的4%～12%,水厂输出占2%～3%左右;约41%～74%的总磷负荷量滞留于太湖湖体中,成为影响太湖总磷浓度的重要内源。同时,太湖地区气温升高、太湖水体流动速度加快一定程度上又加速了内源污染释放,使其成为总磷改善的限制性因素。     

CG型重力仪用于海潮负荷观测的可行性

为验证便携式相对重力仪用于短时重力潮汐观测的可行性,在厦门地震台进行同址对比测试。以利用gPhone重力仪的长观测时段数据修正的FES2004海潮模型为参考,分离出gPhone、CG-5和CG-6型重力仪的静态观测残差序列。结果表明,CG-5和CG-6型重力仪在1 CPD(circle per day)和2 CPD附近的噪声水平(非线性漂移)与gPhone重力仪接近,对主要的全日分潮和半日分潮分析影响较小,观测精度能满足短时海潮模型修正的需要。以CG-5型重力仪在平潭岛的短时重力潮汐数据修正FES2014海潮模型得到测站海潮模型,并回测35 d前绝对重力观测时段的重力海潮负荷值。改正后组均值残差标准差从FES2014模型的2.7μGal降至1.8μGal,由此验证了CG型便携式相对重力仪用于海潮负荷观测的可行性。     

球状径向不均匀弹性地球模型的负荷潮应力格林函数

研究固体潮应力场时,需要考虑负荷潮应力场的影响,特别是在沿海地区,在地球的表层负荷潮应力场的大小甚至接近或超过固体潮应力场.根据Alterman方法,本文给出计算球状径向不均匀弹性地球模型对点源负荷的应力响应(负荷潮应力格林函数)的方法;作为计算实例,计算出GB地球模型的负荷潮应力格林函数.只要给出全球海潮模型,在球面上完成海潮潮高与负荷潮应力格林函数的褶积,即可计算出海潮负荷在地球模型表面上和内部任意点产生的负荷潮应力.     

带你走进“雪龙2”号

“雪龙2”号是我国继“向阳红10”号、“极地”号和“雪龙”号之后的第4艘极地科考船,也是我国第一艘自主建造的极地科考破冰船,总长约122.5米,排水量近1.4万吨,总装机功率23.2兆瓦,定员90人。“雪龙2”号具有较好的快速性和经济性,单台发电机运行时航速12.4节(经济航速),全负荷运行时最大航速可达18.0节;具有出色的机动性、良好的操作安全性和耐波性,回转直径只有1.49倍船长;15节的高航速下能在405秒内实现停船.惯性滑动距离约为1256米。     

时段选取对大气负荷重力效应的影响分析

针对当前重力观测数据处理中大气负荷效应改正的不确定性问题,该文提出一种分时段改正方法。通过采用不同时段观测数据,基于回归分析方法系统讨论时段选取对大气负荷重力效应改正的影响。利用高精度Wettzell台站超导重力观测数据进行实验分析。实验结果表明:采用不同时段观测数据,大气导纳值差异最大值约为-0.1μGal/hPa;采用不同时段的观测数据进行大气效应改正,其最大差异整体上可以达到2μGal。本文的研究可为精确计算大气负荷重力效应提供一定参考。