基于相似模拟和地质力学模型试验的突出装置研制及应用

国内外学者对煤与瓦斯突出过程及机制进行了大量的研究,但使用的均是型煤试验,很少涉及地质构造对突出的影响,而且数据监测均未深入到煤体内部。基于相似模拟试验思想和地质力学模型试验新思路,在实验室搭建了综合考虑地应力、瓦斯压力及煤体结构的大型石门揭煤的煤与瓦斯突出试验平台。该试验平台包括试验箱体和反力架、液压加载系统、密封系统、试验监测系统;设计了线充气和面充气系统,用来模拟煤层的瓦斯赋存差异。同时,利用该试验平台进行了石门揭构造软煤的相似模拟试验,研究了石门揭构造软煤过程中煤岩应力和位移的变化规律,以及突出过程中煤层内瓦斯压力和声发射的变化规律。结果表明,在巷道开挖过程中,掘进工作面前方存在明显的应力集中,且越靠近构造软煤应力集中现象越明显;突出发生的瞬间,在突出点附近的位移产生了突变;在突出发生前,声发射信号有一次降低;掘进工作面前方煤岩体应力释放,煤体裂隙增大,为瓦斯的快速放散提供了条件。     

列车动荷载下桩网结构路基土拱效应试验研究

通过三维模型试验研究了列车动荷载作用下的土拱效应。试验结果表明,动荷载作用下土拱效应依然有效,随着填土的增高,土拱效应在增强,土工格栅的存在可以增强土拱效应的作用。但动荷载条件下动应力的分布与自重条件下的应力分布截然不同。动荷载作用下土拱效应会发生退化,表现为动荷载施加过程中先前由桩所承担的部分动应力会转移至桩间土;完成动荷载施加后,最初由桩承担的部分自重荷载也会转移至桩间土。填土高度和土工格栅对于动荷载作用下土拱的稳定性有很大的影响,但当高度达到一定值之后,填土高度的影响就可忽略,土工格栅的存在使得土拱效应的削弱程度减小了一半。     

“7.20”华北特大暴雨过程中低涡发展演变机制研究

利用中国地面加密自动站观测资料、北京地区雷达探测资料、NCEP （1°×1°） FNL资料、ECMWF ERA Interim （0.125°×0.125°）逐日再分析资料等,对造成2016年7月19-20日华北极端暴雨中的低涡系统发展演变的结构特征和加强机制进行了研究。华北地区这次特大暴雨过程出现了3个阶段降水,其中与低涡系统强烈发展对应的第2阶段降水是本次华北暴雨过程的主要降水阶段。针对该低涡的分析表明：（1）850 hPa以西南低涡为中心的低压带中,在河南西北部新生低涡系统,并且其在向华北地区移动过程中显著加强,该低涡系统在空间结构上,从倾斜涡柱逐渐发展成近乎直立的、贯穿整个对流层的深厚低涡系统;（2）中低层低涡系统快速发展过程与高低空系统构成耦合作用有关：低层低涡系统显著加强之前,对流层上层（300-200 hPa）首先出现高空槽异常加深并向南发展,该高空槽发展的开始阶段与其本身冷暖平流造成的斜压发展过程对应;而后,随着高纬度平流层高位涡沿等熵面向南运动,造成华北地区对流层上层涡度增强,形成正位涡异常区;当这一正位涡异常区叠加在对流层中低层锋区上空时,造成对流层中低层气旋快速发展并向下伸展,诱发河南西北部的新生气旋;低涡系统的发展进一步强化了低空暖平流,促使低空气旋向东北方向发展"移动"（本质上是暖平流前端造成的气旋发展）,这一动力学过程反过来使高层的涡度增强;这一正反馈过程形成的耦合环流不仅造成了整个涡度柱强度增强,而且垂直结构上逐渐由倾斜涡柱演变为近乎于直立的涡柱;（3）随着低涡系统增强,极大地加强了垂直上升运动并触发了对流,形成大范围的强降水,大量的凝结潜热释放,造成了低层低涡系统在强降水开始阶段的快速发展和增强;20日00时（世界时）以后,虽然对流活动显著减弱,但低涡系统的加深维持了大范围强降水过程的持续。强降水与低涡发展的正反馈过程是这次华北暴雨得以长时间维持的重要机制之一,这一过程形成的持续性潜热释放也是对流层中上层低涡系统热力结构发生改变的重要原因。     

沈抚污灌区结冻土壤中微生物群落及石油烃优势降解菌的筛选

针对已有50余年污水灌溉历史的沈抚污灌区石油污染结冻土壤中微生物种群及石油优势降解菌株进行了分离、筛选及初步鉴定。结果表明:石油污染土壤中的细菌总数是未污染土壤的100倍左右,其真菌和放线菌数量也明显超过未污染土壤。通过筛选,共得到17株石油烃优势降解细菌和11株真菌,其中,降解性能较强的细菌为12号,石油烃降解率为30.54%,初步鉴定为芽孢杆菌属(Bacillus);降解性能较强的真菌为22号真菌,石油烃降解率为34.21%,初步鉴定为常现青霉(Penicil-liam freguentans Westling)。     

雷暴云电结构与闪电关系初探

利用雷暴云偶极性电结构理论,结合卫星和雷达资料分析了不同荷电结构下地面电场。结果表明:当正电荷中心高度越高、负电荷中心高度越低,形成的地面负电场越大,越有利于地闪的形成;负地闪发生后或云砧下方,地面电场成正极性,易引发正地闪;地闪分布与雷达回波、卫星云图中雷暴云位置基本一致,结合雷达和卫星资料可初步判断正/负地闪发生位置。     

Cases-97: Late-Morning Warming And Moistening Of The Convective Boundary Layer Over The Walnut River Watershed

Aircraft, radiosonde, surface-flux, and boundary-layer windprofiler data from the Cooperative Atmosphere Surface Exchange Study's 1997 field project, CASES-97, are combined with synoptic data to study the evolution of the vertically-averaged mixed-layerpotential temperature []and mixing-ratio [Q] onthree nearly-cloudless days from 1000 CST to 1200CST (local noon is approximately 1230 CST). This was achieved through examination of the terms in the time-tendency (`budget')equations for []and [Q]. We estimate three of the terms –local time rate of change, vertical flux divergence, andhorizontal advection. For the [Q]-budget, vertical flux divergence usually dominates, buthorizontal advection is significant on one of the three days. The [Q]-budget balances for two of the three days to within the large experimental error. For the -budget,vertical flux divergence accounts for most of the morningwarming, with horizontal advection of secondary importance.The residual in the -budget has the same sign for all three days, indicating that not all the heating is accounted for. We can balance the []-budgets to within experimental error on two of the three days by correcting the vertical-flux divergence for apparent low biases in the flux measurements of one of the aircraft and in the surface fluxes, and accounting for direct heating of the mixed layer by radiative flux divergence allowing for the effects of carbonaceous aerosols. The [];-budget with these corrections also balances on the third day if horizontal gradients from synoptic maps are used to estimate the horizontal advection. However, the corrected budget for this day does not balance if the horizontal gradient in the advection term is estimated using CASES-97aircraft and radiosondes; we suggest that persistent mesoscale circulations led to an overestimate of the horizontal gradient andhence horizontal advection.     

Satellite Observations of Reflectivity Maxima above the Freezing Level Induced by Terrain

Previous studies have recognized reflectivity maxima above the freezing level(RMAF) within stratiform precipitation over mountain slopes, however, quantitative studies are limited due to the lack of adequate identification criteria. Here, we establish an identification method for RMAF precipitation and apply it to the Tropical Rainfall Measuring Mission(TRMM) Precipitation Radar(PR) observations. Using the TRMM 2A25 product from 1998 to 2013, we show that the RMAF structure in reflectivity profiles can be effectively identified. RMAF exists not only in stratiform precipitation but also in convective precipitation. RMAF frequency is positively correlated with elevation, which is thought to be caused by enhanced updrafts in the middle layers of stratiform precipitation, or in the low to middle layers of convective precipitation over mountains. The average RMAF heights in stratiform and convective precipitation were 1.35 and 2.01 km above the freezing level, respectively, which is lower than previous results. In addition, our results indicate that the RMAF structure increased the echo top height and enhanced precipitation processes above the RMAF height, but it suppressed the downward propagation of ice particles and the near-surface rain rate. Future studies of orographic precipitation should take into account the impact of the RMAF structure and its relevant dynamic triggers.     

台风异常运动及其外区热力不稳定非对称结构的影响效应

本文数值模拟研究揭示了台风外区热力不稳定非对称结构对其异常路径的影响问题，提出了台风运动非对称结构的影响，不仅表现在台风涡旋动力结构特征上，而且反映在台风外区三维非对称热力结构特点方面，即包括温、湿不稳定层结分布特征及其强弱程度因素。台风外区不同热力非对称分布特征将导致台风移动轨迹的显著差异，且构成各类“旋转”、“打转”、“转向”等复杂异常路径。     

基于概念模型的麦田土壤水分动态模拟研究

农田土壤水分模拟是农业用水管理的重要依据。以根区土体水量平衡方程为依据,考虑根区下界面水分通量,构建了农田土壤水分变化模拟模型,该模型由作物蒸散量模型、根区下界面水分通量模型以及水量平衡方程等组成。采用山西水利职业技术学院试验基地2007年和2008年2个年度冬小麦试验资料,确定了模型参数。结果表明,土壤储水量模拟计算值与实测值有较好的一致性,其相关系数达到0.9555;F检验结果达到极显著水平,所建立的麦田土壤水分动态模型可用于作物蒸散量、根区下界面水分通量和田间土壤水分的模拟计算;计算精度平均达到3%～11%。表明该模型可较好地描述农田士壤水分转化过程。     

近45年拉萨深层地温变化趋势分析

利用1961—2005年拉萨0.8 m, 1.6 m和3.2 m逐月平均地温, 采用气候倾向率、累积距平、信噪比等气候诊断方法, 分析了近45年拉萨深层平均地温的变化趋势, 以及异常、突变等气候特征。结果表明:近45年拉萨0.8 m和1.6 m年平均地温呈极显著的增温趋势, 倾向率为 (0.58~0.69 ℃)/10a;0.8 m和1.6 m平均地温倾向率春季最大, 秋季最小; 3.2 m平均地温却以夏季升幅最大, 冬季最小; 与同时期平均气温的增温幅度比较, 地温增幅更大; 20世纪60—90年代0.8 m和1.6 m年平均地温呈明显的逐年代升高趋势; 季平均地温20世纪60—70年代均偏低, 80年代大部分季节仍略偏低, 90年代都表现为正距平; 0.8 m, 1.6 m和3.2 m年平均地温均在1999年出现了异常偏暖, 异常偏冷现象仅发生在1.6 m土层上, 时间为1963年; 夏季深层平均地温异常偏暖均发生在1999年; 冬季0.8 m和1.6 m平均地温多异常偏冷年份, 主要发生在20世纪60年代; 1999, 2002—2005年冬季3.2 m平均地温异常偏暖; 夏、秋季和年平均地温的气候突变都出现在1986年, 冬、春季发生在1983年。