梅雨锋暴雨中云物理过程的观测和数值模拟

Cloud micro-physical structures in a precipitation system associated with the Meiyu front are observedusing the balloon-borne Precipitation Particle Image Sensor at Baoshan observatory station, Shanghaiduring June and July 1999. The vertical distributions of various cloud particle size, number density, andmass density are retrieved from the observations. Analyses of observations show that ice-phase particles(ice crystals, graupel, snowflakes, and frozen drops) often exist in the cloud of torrential rain associatedwith the Meiyu front. Among the various particles, ice crystals and graupel are the most numerous, butgraupel and snow have the highest mass density. Ice-phase particles coexist with liquid water dropletsnear the 0℃ level. The graupel is similarly distributed with height as the ice crystals. Raindrops belowthe 0℃ level are mainly from melted grauple, snowflakes and frozen drops. They may further grow largerby coalescence with smaller ones as they fall from the cloud base. Numerical simulations using the non-hydrostatic meso-scale model MM5 with the Reisner graupel explicit moisture scheme confirm the mainobservational results. Rain water at the lower level is mainly generated from the melting of snow andgraupel falling from the upper level where snow and graupel are generated and grown from collection withcloud and rain water. Thus the mixed-phase cloud process, in which ice phase coexists and interacts withliquid phase (cloud and rain drops), plays the most important role in the formation and development ofheavy convective rainfall in the Meiyu frontal system.     

近54 a三江平原地区初霜冻指标特征研究

利用1961—2014年国家基本(准)站初霜冻日资料,对三江平原地区初霜冻日进行从长时间序列趋势线性变化、多重周期性变化以及长时间序列突变性3个方面的特征研究。表明:(1)三江平原地区的初霜冻日均值沿东南方向逐渐递增,全区域初霜冻日均值纵跨尺度约为5 d。三江平原各地区的综合初霜冻日时间总体上开始延后,这可能与全球整体变暖的温室效应有相关性。(2)54 a中三江平原地区初霜冻日变化倾向率空间分布展现出"两峰值中心,两谷值中心"的变化特征。两峰值中心是指以佳木斯、双鸭山地区为高增量中心,呈现初霜冻日变化倾向率幅度由此向外逐步递减的趋势。两谷值中心则是指以富锦、宝清地区初霜冻日变化倾向率由此向外递减的低值中心。峰值中心较谷值中心的倾向率幅值相差约1.5 d/(10 a)。综合小波分析法与HHT-EEMD法中对三江平原地区近54 a初霜冻日均值变化周期分析结果表明三江平原主要存在两个尺度周期:2~5 a的年际周期、28 a左右的年代际周期。(3)初霜冻日均值突变指数的交叉点出现在1969年,通过α=0.05显著性水平检验,此突变点时间可作为将来进行气候背景场的研究点。     

大兴安岭北部霍拉河盆地季节融化层的研究

大兴安岭北部霍拉河盆地季节融化层的特征受气温的控制,并随地面条件、含水量和土质的不同而变化。最大季节融化深度,在土类相同时,裸露的比有植被和雪盖的深0.4—0.5m;土类不同时,卵砾石的最大,碎石亚粘土、亚粘土和草炭亚粘土的分别为卵砾石的0.65、0.5和0.4倍。年平均地温为-0.1℃的季节融化层比年平均地温为0——0.5℃的约提前2—3个月消失。回冻融化层中的地下冰与青藏高原相比,不甚发育,冻土构造主要呈整体状、微层状和裂隙状。     

人工冻结技术在上海地铁施工中的应用

对人工冻结工程中的监测采集数据进行了全面分析.结果表明:人工冻结法施工中冻结区的温差较大边界和刚性约束边界对冻结法施工影响明显.温差较大边界是冻土帷幕强度和止水作用的薄弱环节,而刚性约束边界距离人工冻结区越近冻土的冻胀力越大;同时也表明在一定的工程地质条件下,通过合理选取盐水冻结系统所采用的各项指标、降温梯度及其设置冻胀吸收孔,能够将冻结产生的冻胀力与冻胀量控制在周围环境的容许范围内.     

青藏高原季节冻土的气候学特征

青藏高原季节最大冻土深度变化特征是研究寒区陆面过程的重要方面. 利用青藏高原地区35个地面站1961-1998年最大冻土深度的观测资料及5 cm土壤温度资料, 分析了青藏高原地区土壤季节最大冻结深度时空变化特征. 结果显示: 青藏高原土壤季节最大冻结深度度呈现明显的变化规律, 20世纪60年代至80年代中期土壤季节最大冻结深度相对处于一个增大期, 80年代中期至今土壤季节最大冻结深度在减小. 冻结期间5 cm土壤累积负温距平指标能够较好的描述土壤季节最大冻结深度变化特征, 土壤季节最大冻结深度也是高原地区地面热源强度一个较好的表征参数.     

川藏寒区道路边坡涎流冰防治措施试验研究

涎流冰是川藏寒区道路工程常见病害,严重威胁道路建设及运营安全。防止地下水出露地表或者地下水位过高可减缓或消除涎流冰病害。野外调查和卫图判识表明川藏寒区涎流冰以溢流型为主。通过室内物理模拟试验研究采用含砾粗砂或卵石换填疏导地下水以及铺设防水土工布隔水对涎流冰的防治效果。试验表明：当冻结深度大于地下水位埋深时会逐渐形成涎流冰;采用含砾粗砂或卵石作为换填渗流层,加快地下水排泄,可有效减少孔隙水压力,相对于未处治边坡,涎流冰体积分别减少85.4%和93.9%,孔隙水压力分别减少46.2%和58.1%;采用防水土工布阻隔地下水,涎流冰面积减少97.5%,但孔隙压力会增加。考虑到川藏交通廊道区卵（碎）石材料充足,推荐采用渗透性良好的卵（碎）石作为换填层,加强地下水疏导,并在换填层上铺设防水土工布隔水。研究成果可为川藏地区交通道路涎流冰防治提供参考。     

基于灰色理论和BP神经网络的季冻区草炭土路基沉降预测模型研究

随着北方交通工程建设范围的不断扩大,很多高速公路不可避免地穿越草炭土分布区。季冻区草炭土具有高含水率,高有机质,低分解度等特殊工程地质性质,使沉降预测的理论计算误差较大不能满足实际工程需求。本文首先分析了季冻区草炭土路基沉降机理的特殊性,以此提出了优化的灰色沉降预测模型和二维-双隐层BP神经网络沉降预测模型。两种沉降预测模型不仅考虑了草炭土本身复杂的工程地质性质、北方地区季冻情况对土体自然沉降的影响,还引入了填筑情况等工程因素对路基沉降量的深度学习。以长白山吉林到延吉高速公路草炭土路基沉降实际监测数据为例,将两种模型拟合及预测结果进行对比分析,结果表明两种模型的拟合预测精度均较高,并且各有优势,由此本文对该类工程中两种预测模型各自的特点进行了总结,为北方地区草炭土路基沉降多因素预测模型的研究提供一定参考价值。     

用微波炉快速测定黄土含水率最佳烘干时间的确定

以往现场测定黄土含水率的方法主要有烘干法、酒精灼烧发、比重计法、碳酸钙气压法等。微波炉的出现给含水率测定带来新的途径。微波炉烘干是否破坏了有机质,测试数据是否有效,最佳烘干时间是多少成为不可逾越的问题。笔者以延安地区黄土及红黏土为研究对象,采用微波炉烘干和常规实验室烘箱烘干方法,对比了不同烘干时间的土样含水率,确定了土样含水率达到稳定时的烘干时间。结果表明：微波炉烘干达到10 min后,其结果与烘箱烘干法一致,方法有效;微波炉设定高火力,延安马兰黄土（Qp3）烘干时间为7 min,离石黄土（Qp2）烘干时间为8 min,对新近系N2b-j组红粘土烘干时间为10 min;与烘箱烘干法相比,波炉烘干法可现场测试,省去了送样和和长时间烘烤时间,显著提高了工作效率,可作为工程施工及地质调查现场快速测定含水率的方法。     

基于有限体积法的冻土水热耦合程序开发及验证

土体冻结和融化时的水分迁移、相变与传热是一个相互影响的耦合过程。采用基于有限体积法的开源软件Open FOAM,编制描述土体冻融过程的水热耦合计算程序。首先,基于土体水分和热量迁移基本方程、水分相变与温度的平衡方程,同时考虑相变对水分特征参数和热特性参数的影响以及相变潜热对传热过程的影响,建立冻土水热耦合数学模型。然后,采用基于多面体网格的有限体积方法对水热耦合控制方程进行空间离散,采用全隐式向后差分方法对方程进行时间离散,由此编制冻土水热耦合计算程序。该程序具有良好的几何适应性、质量和能量守恒性,具备面向复杂问题的并行计算功能。最后,采用该程序对两组不同温度边界条件的室内土体冻结试验进行数值模拟,并与试验结果进行对比,结果表明该程序可以较为准确地模拟土体冻结过程中温度场和水分场的演化特征。     

大黄鱼(Pseudosciaena crocea)精子冷冻前后的活力及超微结构变化

采用两步降温法超低温冷冻保存大黄鱼精子,并用透射电镜技术研究了精子的超微结构损伤.结果表明,大黄鱼冻精的激活率、运动时间及寿命与鲜精相比无显著差异.鲜精中28.5％的精子形态结构异常,冻精中37％的精子形态结构异常.形态结构正常的精子表现为质膜与核膜结构完整、无膨胀现象,袖套、轴丝及中心粒结构正常,线粒体形态完整、嵴较发达;形态结构异常的精子表现为质膜破裂、脱落,质膜膨胀,核膜破裂、脱落,核局部受损伤,线粒体膨胀、嵴退化或消失,线粒体移位或脱落.结果显示,以Cortland溶液为稀释液,10％ DMSO为抗冻剂,对大黄鱼精子具有较好的抗冻保护作用.