条件非线性最优扰动方法在台风“风神”和“凤凰”相互作用过程中的应用研究

利用条件非线性最优扰动(CNOP)方法,对2002年发生在西太平洋上的台风“风神”和“凤凰”之间的相互作用进行研究。CNOP方法可揭示出“风神”对“凤凰”单向引导作用的过程,表现为若将“凤凰”所在区域作为验证区域,用CNOP方法识别的敏感区主要位于“风神”所在区域,呈现出环绕“风神”的半环状结构;若将“风神”所在区域作为验证区域,则CNOP方法所识别的敏感区主要位于“风神”与副高交界的地方,远离“凤凰”所在的区域,可见,“风神”主要受副高的影响。敏感性试验表明,CNOP所识别的敏感区内误差的发展要大于台风中心周围区域内初始误差的发展,且在全场误差的发展中占有较大的比重,说明CNOP所识别的敏感区对验证区域的预报有较大的影响。      

天然沉积粉质黏土的应力路径试验研究

天然沉积土在沉积过程中产生了结构性和各向异性,使其受力变形特性与重塑土存在明显的差异。实际工程中的天然土体往往在受荷过程中会经历不同的应力路径,因此,需要开展考虑结构性和各向异性影响的应力路径试验。通过研究不同应力路径下土体的力学特性,为建立复杂应力路径下的合理的本构模型提供试验依据。采用大直径PVC管取样器获取张家港地区地下2.5 m深的粉质黏土不扰动土样,通过GDS三轴仪对土样进行了K0固结不同排水应力路径试验。结果表明,应力路径对不扰动土样的体积变形和剪切变形均有显著影响,且球应力和偏应力对土的体应变和剪应变存在交叉影响。无论以体积变形为主还是剪切变形为主的应力路径下,应力-应变曲线都有明显的屈服性状。通过描绘试验所得各应力路径下的屈服点,获得张家港不扰动土样的屈服轨迹大致呈倾斜的椭圆形状,采用Wheeler模型的屈服面与试验屈服点的吻合程度要优于Nakano模型。     

pH平面光极在生物扰动存在下水/沉积物体系中的应用

为了解生物扰动存在下水/沉积物体系中pH的分布和变化特征,通过改进传感膜制备方法和图像采集与定量方法,建立了基于平面光极的pH二维分布实时监测系统,并应用于生物扰动存在下淡水/沉积物模拟体系pH时空分布规律的监测。结果表明：与已有方法相比,本方法具有响应pH范围宽（6.2～8.6）、响应快速（响应时间<30 s）、准确性高、可逆性和抗干扰性强、稳定性好等优点,可用于监测有扰动生物存在的水/沉积物模拟体系微环境的pH,直观反映pH的时空变化规律。对模拟体系的监测结果表明：沉积物自身pH时空变化虽较小,但其对上覆水pH有重要影响,上覆水pH存在显著而复杂的变化。体系pH的变化规律是多种机制作用的结果,而生物扰动对这些作用均有影响。     

面向地震灾害场景建模的三维地形交互改造技术

在虚拟地震灾害场景基础上,提出一种细节可控的三维地形实时改造算法,用于模拟因地震造成灾区地表形态的变化情况。该方法将地形改造的主要任务交由GPU（图形处理器）的pixel shader（像素着色器）完成,在pixel shader中将原始地形高度图的高程数据读取出来,通过设计算法对数据进行改造后输出至一张新的高度图,并用新的高度图替换原始高度图重新绘制一遍场景,以完成地形的实时改造;使用“乒乓”算法和批处理方式对地形改造效率进一步优化;引入Perlin（柏林）噪声增加了地形改造结果的随机扰动性,使改造结果更加逼真和接近实际情况。实验结果表明：该方法能够在地震灾害场景仿真平台中得到很好的应用,运算效率高,能够满足地形实时改造和交互编辑的实际需求。     

投放双齿围沙蚕和马尾藻对养殖底泥上覆水氮、磷含量的影响

采用实验生态学的方法探讨由双齿围沙蚕和马尾藻组成的立体修复系统对养殖底泥上覆水氮、磷含量的影响.处理组1、2分别在系统(底泥1.5kg、海水6L和马尾藻10g)中投放4条和6条沙蚕.结果表明,与对照组相比,处理组中上覆水氮、磷含量有不同程度的变化.实验第1周上覆水的磷酸盐含量没有显著变化,无机氮含量明显增大,而且沙蚕密度越高,上覆水中氨氮和硝态氮浓度越高.2个月后,上覆水氨氮浓度大幅下降,而硝态氮和磷酸盐浓度大幅上升;同时,上层马尾藻吸收营养盐而增重,3组藻体湿重分别增重37%、58%和101%.依据实验结果认为,投放6条沙蚕组合10g马尾藻形成的立体修复系统,对底泥环境改善和养殖效益提升效果较好.     

智利地震前DEMETER卫星对空间高能粒子的观测

在地震的孕育或发生期间,地球内部岩石圈的活动可能会发出电磁辐射,引起空间电磁扰动,并通过波粒相互作用引起高能电子的投掷角散射,导致高能电子的沉降.本文基于法国DEMETER卫星的观测数据,研究了智利周围区域在智利地震期间空间高能电子的通量、能谱的分布及演化,发现在智利地震发生前第11天和12天,在以震中为中心,经度跨度10°,在DEMETER卫星轨道高度上L跨度0.1的区域内,有超出背景4到6倍的高能带电粒子暴的出现,期间在其北半球磁镜像区域也观测到了显著的电子通量涨高.粒子暴对应的能谱与2010年前三个月的平均能谱存在较大差异.同时观测到在出现粒子暴的两条轨道上VLF(Very Low Frequency,甚低频)电场频谱分别在300 Hz以下以及13~20 kHz的频段存在显著增强,此扰动在时间和地理位置上与高能粒子暴是一致的.基于回旋共振耦合作用的准线性扩散理论,本文对所观测事例的电子能量与电磁场扰动频率做了分析计算.观测数据和理论计算有较好的一致性,表明该粒子暴源自ICE(Instrument Champ Electrique,电磁探测器)观测到的空间电磁扰动,这是典型的空间波粒耦合事例.进一步分析排除了可能引起粒子暴和VLF电场扰动的环境因素,本文认为本次粒子暴和电场扰动的观测可能与智利地震的震前地壳活动存在一定关联.     

一个创新研究——大气数值模式变量的物理分解及其在极端事件预报中的应用

大气温度、湿度、位势高度和风等数值模式变量可以物理分解为纬圈-时间平均的对称部分和时间平均的非对称部分,以及行星尺度瞬变扰动和天气尺度瞬变扰动等四个部分.区域持续性干旱、暴雨、热浪、低温和雨雪冰冻等极端天气事件与前期及同期数值模式中的行星尺度和天气尺度大气扰动系统之间呈现出密切的关系.瞬变扰动天气图可成为预报极端天气事件的新工具.本文在归纳本期9篇原创性文章的基础上,探讨大气变量物理分解后需要进一步研究的理论问题和应用前景.     

土地覆被变化与管理对土壤动物群落演变的耦合效应

以黑河中游人工绿洲边缘天然草地及其转变的人工梭梭灌木林（21 a）、人工杨树林（28 a）、人工樟子松林（33 a）和农田（开垦27 a和100 a）为研究对象,基于6种研究样地中小型土壤动物群落的调查数据,采用多变量排序和通径分析等方法,研究了土地利用/覆被变化与管理措施对中小型土壤动物群落及其主要类群演变的耦合效应。主要结果是:①将天然草地转变为未实施管理措施的人工梭梭灌木林后并未引起土壤动物群落组成、数量和物种多样性的显著变化,而转变为实施管理措施的杨树和樟子松人工林及农田后,导致了土壤动物群落组成、数量和物种多样性的变异,证实了土地覆被变化对中小型土壤动物群落的作用及其效应受管理措施的强烈调控。②土壤动物群落的演变过程受土地覆被变化与灌溉和施肥管理的共同影响,其中灌溉的贡献率最大,是关键驱动因子。③不同土壤动物类群对土地覆被变化和管理耦合作用的响应不同。灌溉对跳虫、甲螨和革螨的个体数量和物种丰富度的直接影响和总效应最大;施肥对辐螨的个体数量和物种丰富度的直接影响和总效应最大;灌溉和施肥对稀有类群的个体数量和物种丰富度的直接影响和总效应均较大,具同等重要的作用。结论是,土地覆被变化与管理耦合作用通过改变土壤水文和生态环境条件驱动了中小型土壤动物群落的演变过程。     

阿克达拉大气本底站气流轨迹模拟研究

 利用1994—2002年NCEP再分析资料和HYSPLIT v4.7轨迹模式模拟了阿克达拉大气本底站的气团三维后向轨迹;采用簇分析方法对计算出的数千条后向轨迹进行了聚类归并,得到反映气流轨迹主要特征的数条轨迹;按垂直层次和季节分别作图,并进行分析。主要研究了该站近9 a来不同季节距地面100 m和1 000 m的近地面边界层气流轨迹的特征、各方向轨迹出现的频数及当地天气形势和地面天气系统与气流轨迹的关系;并且把该地的轨迹与地面观测和附近气象站的探空观测历史风向玫瑰图作了对比。揭示了该站气流轨迹的季节分布特征,天气系统的位置和移动路径以及大地形对轨迹的影响。结合该站周边城镇的分布和发展规模以及气团移动的轨迹,分析对阿克达拉大气本底站的可能影响,为建立区域大气本底站提供科学的选址依据;为今后在该站开展进一步的研究提供近地层大气气团移动方向和速度背景参考资料;同时,通过实例把轨迹模式模拟方法予以简介,希望其在气体污染物和沙尘的溯源与追踪研究以及对空气污染敏感设施站址的选择、具有污染排放源设施建设的环境评价中得到应用。     

历史文化名城开封与洛阳的当代发展轨迹及启示

历史上河南长期是中国封建王朝的统治中心,出现了多个当时世界上最繁华的都市,但是近年来这些城市的发展不仅逐渐失去历史风貌,落后于沿海新兴城市,而且它们之间的发展也参差不齐.开封和洛阳作为河南两个有代表性的历史文化名城,通过对这2个城市的发展条件、发展现状、经济增长轨迹以及发展支撑条件的差异性分析,提出中原崛起的时代背景下河南历史文化城市发展需要注意的5个问题.