出租车轨迹数据的地域间移动模式分析

基于地域的移动模式（zone-based movement pattern,ZMP）的发掘通过对出租车轨迹的聚类分析,同步发掘地域与移动轨迹。该方法通过ZMP的合并达到新地域发掘的目的,并加以距离和专题属性组成的相邻约束以保留移动的方向性、地域的功能属性以及地域间的距离关系。通过连接矩阵迭代计算得到最优合并的ZMP进行合并,从而发掘ZMP,同时通过覆盖度、精准度以及基于这两者的平衡评估因子等对合并得到的ZMP进行评定。通过现实世界的出租车数据进行实验,结果表明该方法高效可行,能合理地实现合并现有区以发掘新地域。     

青岛连三岛地区“荆山岩群”高压变质岩的变质时代和变质演化特征

青岛连三岛地区原划为古元古界荆山岩群中出露各类片岩、片麻岩。本文在前人研究的基础上,对连三岛地区出露的含榴黑云母斜长片麻岩、含榴云母片岩和含榴黑云母钾长片麻岩,进行详细的岩相学和矿物化学研究,确定其变质温压条件及其P-T演化轨迹,并采用LA-ICP-MS锆石U-Pb定年,获得了3个样品的原岩时代和变质时代,为全面深入认识其变质属性提供了进一步的重要依据。根据岩相学和矿物化学成分可以识别出两期矿物组合:第一期(峰期变质阶段)为Grt1+Kfs+Aln+Ph+Qtz;第二期(退变质阶段)为Grt2+Pl+Ep+Bt+Qtz;依据多硅白云母Si压力计、锆石Ti温度计以及GB-GBPQ矿物温压计,确定其峰期变质和退变质的温压条件分别为T=600～817℃、P=2.4～2.6GPa和T=431～456℃、P=0.48～0.82GPa。结合白云母部分熔融现象,上述两个变质阶段构成了一个折返早期升温降压,后穿过多硅白云母熔融反应线,最后降温降压的顺时针型演化的P-T轨迹。CL图像显示3个样品的锆石均具有典型的岩浆核-变质边结构;结合LA-ICP-MS锆石原位微区U-Pb定年和微量元素分析,3个样品分别获得了769～756Ma、～223Ma和213～216Ma三组年龄,分别与苏鲁造山带其他高压-超高压变质岩的新元古代原岩时代(700～800Ma)、峰期变质时代(240～225Ma)和角闪岩相退变质时代(215～205Ma)一致。对样品含榴黑云母斜长片麻岩(17LSD-1)和含榴云母片岩(18LSD-2)进行锆石Hf同位素分析,获得样品17LSD-1的ε_(Hf)(t)=-23.2～2.8、t_(DM2)~C(Hf)=1712～2845Ma,表明其原岩主要来源于古元古代陆壳重熔;样品18LSD-2的ε_(Hf)(t)=-13.9～8.6、t_(DM2)~C(Hf)=1113～2358Ma,表明样品形成时壳源物质成分占主导地位,同时部分幔源或新生地壳物质的加入,导致少部分ε_(Hf)(t)偏正值。Hf同位素结果表明连三岛变质岩原岩的形成与扬子板块新太古代-早古元古代的陆壳重熔有关。对比前人的相关数据,无论是原岩时代、变质年龄还是变质演化特征,本文研究的连三岛地区片岩/片麻岩与苏鲁造山带的部分变质岩均具有相似的原岩属性和变质属性,因此推断其应归属为苏鲁超高压变质带的一部分,是三叠纪扬子板块向华北板块俯冲碰撞引发的高压-超高压变质事件的产物,不应再作为岩石地层单元划归为"荆山岩群"。     

随钻测斜技术现状与发展趋势

在桩基领域,随着基础设施建筑对桩基础承载能力和桩孔垂直度的质量控制要求越来越高,现有常规桩基成孔监测技术已不能满足要求;在钻探领域,随着深井、超深井、科学钻探井及水平井的成井要求越来越高,由于地层因素、工艺技术等导致的实际钻孔轨迹偏离设计轨迹的井斜问题愈发突出,井斜的监控变得越来越严格,现有仪器已不能很好地满足钻孔轨迹测量的高精度要求。针对上述问题,本文梳理了随钻测斜技术发展现状,并结合地质岩心钻探、旋挖桩孔施工工艺特点,提出实现绳索取心钻探钻孔轨迹和大直径长钻孔灌注桩孔垂直度高精度实时监测的方案,这一思路的推广将对指导施工操作、保证钻孔/桩孔的整体质量产生积极影响。     

宁波地区空气质量及大气自净能力海陆差异对比

以镇海、奉化分别作为宁波沿海和内陆空气质量代表站。基于代表站2013-2017年污染物资料和2015年12月至2017年2月冬季激光雷达资料,对比分析宁波地区沿海和内陆站点的空气质量差异;利用NCEP的GDAS(Global Data Assimilation System)资料和ERA-Interim高分辨率再分析资料评估两地气溶胶来源及大气自净能力差异。结果表明:宁波沿海和内陆地区中度及以上污染主要集中于冬季,冬季首要污染物以PM2.5为主;镇海NO2浓度较奉化显著偏高,而两地PM2.5 和PM10 浓度差异较小。冬季镇海和奉化3km以下都存在消光系数大的气溶胶集中层,镇海3km内消光系数平均值较奉化偏高约40%。两地中度及以上污染时,镇海和奉化的气溶胶粒子主要来自宁波西北方向的内陆地区,比例分别为90%和63%,镇海地区其余10%左右来自近距离低空偏东气流的输送,而奉化地区有37%来自浙江西南部的短距离输送。冬季当宁波地区出现区域性优和中度以上污染时,浙江北部沿海分别盛行东北风和西北风,空气质量优时混合层内平均风速大于中度以上污染时。浙江省大气自净能力比值呈自西北向东南减小,宁波地区优等空气质量大气自净能力约为中度以上污染的 1.5倍。大气自净能力在不同空气质量等级下差异显著,可作为大气污染发生、发展和消退判定的参考依据。     

冷空气强风在大型城市中的精细结构和形成机制

地面强风可直接造成人员伤亡和经济损失,严重影响出行安全、工农业生产等社会秩序。强风的发生与天气系统和复杂下垫面的共同作用密切相关,在城市区域尤为明显。受数值模拟技术和计算资源的限制,对实际天气条件下大范围城区的强风现象进行建筑物分辨率的大规模数值模拟研究仍是一个挑战。本研究利用中尺度气象模式嵌套流体计算动力模式的超高分辨率局地气象预报系统,对强冷空气过程造成广州市区的一次强风事件进行数值模拟,深入探讨强风的精细结构和形成机制。结果表明,伴随着强冷空气入侵,广州市区的平均风速和风场高频扰动均明显增强,且在城市冠层顶尤为明显,呈现区域不均匀的三维结构,数值模拟与地面观测相一致。较大范围的强风速和阵风主要出现在建筑物较为低矮的老城区上空,并持续影响下游河道等开阔区域。在高层建筑密集的新城区,虽然整体风速明显减弱,但能在平行风向的街道狭管和下游区域形成局地强风。特别是,超高层建筑群引起显著的垂直环流,导致强风扰动向下传播,造成最大风速达8 m s?1的地面局地强风,阵风指数接近2。上游建筑群引起的风场扰动呈现大尺度湍流结构,能沿着平均气流传播影响数公里之远的下游地区。当风场扰动经过广州塔等单体超高层建筑时,可在其两侧绕流区再次加强,形成局地强风。局地强风和阵风还出现在垂直于风向排列的沿江高层建筑群的侧边,与建筑屏风的阻挡效应和缺口溢出有关。研究结果促进认识城市强风的时空特征和物理机制,有助于提升城市气象的精细化预报水平。     

内蒙古东北部地区一次极端降雪过程的水汽输送特征

利用内蒙古呼伦贝尔市常规观测资料和GDAS、NCEP/NCAR再分析资料,采用欧拉方法分析了2016年春季内蒙古东北部地区一次极端暴雪过程的水汽输送及收支特征,利用HYSPLIT模式和聚类分析模拟计算了此次暴雪天气过程的水汽源地、主要水汽输送通道及其对水汽输送的贡献,并与传统的欧拉方法结果进行对比。结果表明:(1)有3支不同源地的水汽流在内蒙古东北部地区交汇,对呼伦贝尔地区暴雪的发生与维持有重要影响;(2)经向和纬向输送为此次暴雪天气的发生提供了充足的水汽,暴雪区水汽主要源于中高层的南边界和随西风气流的西边界;(3)利用HYSPLIT模式模拟发现,在此次暴雪天气过程中水汽主要来源于新地岛以西洋面、日本海以及巴尔喀什湖,且三者贡献率大致相当。     

高低频系统相互作用对Rossby波破碎过程的影响

利用美国国家环境预报中心和能源部（NCEP/DOE）的逐日再分析资料（NCEP-DOE AMIP-Ⅱ）,对2010年12月20日发生在北太平洋一次典型的反气旋式波破碎（AWB）事件进行研究,分析了波破碎过程中等熵位涡场的演变特征,揭示了波破碎过程中高频扰动以及低频信号的逐日演变特征,并对2010年冬季350 K等熵面上逐日高频位涡（PV）扰动和低频变化做经验正交函数（EOF）分析,得到了其主要模态,并从等熵位涡方程出发研究了波破碎过程中位涡高、低频变化的原因。研究表明,波破碎过程中高频低PV空气从北太平洋西部日本附近沿东北方向向对流层上层侵入,而来自阿拉斯加湾附近的高频高PV空气向对流层下层侵入。高频位涡场EOF分解得到的前两个模态共同描述了北太平洋中纬度地区自西向东移动的天气尺度波列;低频位涡场EOF分解的第一模态在北太平洋呈弧形波列结构。天气尺度波在传播过程中受到低频场的平流作用逐渐偏离其传播主要模态的位置,并发生破碎,同时高频流场对高频位涡的平流可以产生低频变化,使得低频变化的空间形态向其冬季主要模态转变。     

GRAPES全球集合预报系统模式扰动随机动能补偿方案初步探究

为了体现次网格尺度能量升尺度转换过程中存在的不确定性, 文中将随机动能补偿(Stochastic Kinetic Energy Backscatter, SKEB)方案应用于GRAPES(Global/Regional Assimilation and Prediction System)全球集合预报系统(GRAPES-GEPS), 以更好地表征模式误差并且增大集合离散度。使用的SKEB方案基于具有一定时、空相关特征的随机型以及由数值扩散导致的局地动能耗散率来构造随机流函数强迫。并根据流函数与水平风速旋转分量的关系, 将SKEB方案中的流函数强迫转化为适用于GRAPES全球模式的水平风速扰动。结果表明, SKEB方案的使用一方面能够提高GRAPES对大气动能谱的模拟能力; 另一方面能够改善GRAPES-GEPS的集合离散度与集合平均误差的关系, 增加了集合离散度, 并在一定程度上减小了集合平均误差, 尤其是在热带地区这种改进更为显著。而且该方案使得热带地区连续分级概率评分(CRPS评分)显著减小。就降水预报而言, 从Brier评分与相对作用特征面积(AROC, Area under the Relative Operating Characteristics)的结果来看, SKEB方案有助于改善中国地区小雨[0.1 mm, 10 mm)、中雨[10 mm, 25 mm)与大雨[25 mm, 50 mm)量级降水的概率预报技巧, 而对暴雨[50 mm, ∞)量级降水预报技巧影响很小(24 h降水量)。总体上, 模式扰动随机动能补偿方案提高了GRAPES-GEPS的概率预报技巧。      

中尺度降水集合预报随机参数扰动方法敏感性试验

中尺度降水模式预报具有很大的不确定性,为更好地描述与模式降水预报密切相关的物理过程关键参数的不确定性,基于中国气象局GRAPES（Global/Regional Assimilation and Prediction System）中尺度区域集合预报模式,从对模式降水预报不确定性有较大影响的积云对流、云微物理、边界层及近地面层等4个参数化方案中选取了18个关键参数,设计了一种随机参数扰动方案（Stochastically Perturbed Parameterization,SPP）,并通过2015年6—7月总计10 d的随机扰动集合预报试验,对比分析了SPP方案对不同物理过程参数扰动敏感性、随机场时、空尺度敏感性、能量变化特征及其集合预报效果。结果显示,对所选择的任一物理过程参数化方案增加SPP扰动后,降水及等压面要素的概率预报技巧优于无SPP扰动的预报,而扰动积云对流和边界层过程中的参数较扰动云微物理过程中的参数影响更显著,且同时扰动积云对流、云微物理、边界层及近地面层参数化方案中的18个参数的集合预报效果优于扰动任何单一物理过程中的部分参数,表明SPP方案能够有效地提高中尺度降水概率预报技巧;从能量变化特征可知,不同物理过程的参数扰动对动能、内能和总能量的影响层次和特征有所不同,但总体而言,扰动前后各项能量基本相同;随机场时、空尺度敏感性试验发现,SPP扰动随机场时间、空间相关尺度对集合预报效果有明显影响,当扰动随机场选用12 h抗相关时间及截断波数20时,集合预报结果最优。上述结果表明,SPP随机参数扰动方案不仅能够有效提高集合概率预报效果,还能够提高集合降水概率预报技巧,具有良好的业务应用与发展前景。