2015年汛期气候预测先兆信号的综合分析

文章全面回顾了发布2015年汛期预测时考虑的先兆信号及其应用情况。2015年春夏季厄尔尼诺事件进一步发展,并由中部型向东部型转变,热带印度洋为一致偏暖模态发展;冬、春季北大西洋三极子为正位相;冬、春季北极海冰较常年略偏少,南极海冰偏多;冬季欧亚积雪增量略少,青藏高原积雪略多但气温偏高。通过诊断分析,认为2015年汛期预测的主导外强迫信号是太平洋厄尔尼诺事件和印度洋海温一致偏暖模态。同时参考动力气候模式的预测,在4月初的预报中,重点考虑了厄尔尼诺事件的强度和空间型变化对东亚夏季风环流的影响,有利于东亚夏季风偏弱,西太平洋副热带高压偏强偏西,季风季节内进程偏晚,我国降水呈南多北少型。在5月底的订正预报中,进一步考虑热带印度洋偏暖模态对副热带高压偏强偏西偏南的影响,以及南半球越赤道气流强度偏弱特征及对夏季风季节进程和强度的影响。经过综合分析,准确地预测了2015年东亚夏季风偏弱、我国夏季降水南多北少的布局,以及季节内主要气候事件的演变。最后对汛期气候预测存在的不足进行了初步分析和讨论。     

变分同化框架通过背景误差协方差构建动力平衡约束的研究进展

通过背景误差协方差构建动力平衡约束是变分同化框架设计的重要环节。它不仅帮助实现变量间的协同分析,提高观测使用效率,还能改善变分极小化问题的性状。本文在系统梳理通过背景误差协方差引入动力平衡约束的方式、流程的基础上,对求解目前全球和有限区域变分同化系统普遍采用的准地转平衡和静力平衡约束的共性问题和存在的不足作了归纳总结。分析了求解准地转平衡约束的三类方案:动力平衡方程方案、统计方案和动力-统计相结合方案的优缺点。对照比较了不同垂直离散方案下求解静力平衡约束时遇到的欠定问题的表现以及解决途径。最后,展望了基于背景误差协方差构建动力平衡约束在赤道等特殊地区、高分辨率同化系统、以及集合-变分混合同化系统发展中面临的挑战和机遇。     

多普勒雷达观测在北京7.21暴雨数值模拟中的三维变分同化研究

基于背景误差的特征长度理论,研究调整背景误差水平分辨率对多普勒雷达资料三维变分同化的影响。首先利用NMC方法针对暴雨落区统计不同水平分辨率的背景误差协方差,分析两种不同分辨率的背景误差的结构特征,研究水平分辨率对背景误差特征长度的影响。将其应用于雷达资料同化中,研究背景误差水平分辨率变化对雷达资料同化的影响。结果表明:背景误差水平分辨率由27 km提高到3 km时,在大气低层体现出更细致的动力场信息,其动力场水平特征长度按水平分辨率的二次根递减,而温度场与水汽场水平特征长度变化不明显。在将不同分辨率的背景误差用于三维变分同化时,更高分辨率的背景误差可以在分析场增量中体现更细致的中小尺度信息,能够明显改善雷达径向速度资料同化效果,并在随后的暴雨数值模拟中雨量及其分布形态更接近实况。     

中国东部夏季暴雨的年代际跃变及其大尺度环流背景

本文利用1960~2011年中国东部地面测站的逐日降水资料和JRA-55再分析资料探讨了夏季暴雨分布的年代际跃变及其相关联的大尺度环流异常特征。基于暴雨频数和占比(夏季暴雨占比是指5~8月暴雨降水量对总降水量的贡献百分比)的分析结果表明:中国东部夏季暴雨分布在20世纪70年代末和90年代初经历两次反相的经向"三极子"跃变。中国东部夏季暴雨的年代际演变过程可分为三个时段:1960~1979年为华南和华北暴雨偏多、江淮流域暴雨偏少的经向"三极子"分布;1980~1991年为南方和华北暴雨偏少、江淮流域暴雨偏多的经向三极子"分布;1992~2011年为南方暴雨显著偏多、华北暴雨持续偏少,逐渐形成经向"偶极子"分布,并导致近十多年我国夏季"南涝北旱"的整体格局。1970年代末(1990年代初)跃变相关联的大尺度环流异常配置:东亚夏季风的减弱(增强),西太平洋副高的增强西伸但南撤(北抬),南亚高压的减弱南缩(增强东扩),以及蒙古高原中低层的气旋式(反气旋式)环流异常。与此同时,低层局地环流也发生调整:华北和黄淮地区以及华南和江南地区均为反气旋式(气旋式)环流异常,而江淮流域和四川盆地受控于风场切变式辐合(辐散)异常;涡度场发生相应变化,南北方大部分地区的负(正)涡度异常不(有)利于低涡的发展,而江淮流域和四川盆地的正(负)涡度异常有(不)利于低涡的发展,进而引发江南和华南暴雨减少(增加)、江淮流域和四川盆地暴雨增加(减少)、黄淮和华北暴雨减少(增加)的经向"三极子"跃变。     

苏鲁超高压变质带超镁铁岩深部碳酸盐交代作用的证据

中国大陆科学钻探工程第三先导孔(PP3钻孔),位于秦岭-大别-苏鲁超高压造山带的东部,赣榆岗上超镁铁岩体中。钻孔中超镁铁岩的岩性包括纯橄岩和石榴超镁铁岩等,该超镁铁岩的SiO_2含量均值在43.68%,变化范围为41.9%~47.11%;MgO均值在44.71%,变化范围为47.12%~48.62%;Cr_2O_3均值在0.39%,变化范围为0.30%~0.47%;CaO均值0.12%(变化范围为0.006%~0.34%);Na2O均值在0.05%(变化范围为0.005%~0.32%)。超镁铁质岩的Mg#(Mg/(Mg+Fe)×100)稳定在91.9~93.0之间,Cr#(Cr/(Cr+Fe)×100)均值在38,较高;变化在30~45之间,变化小。其中闪石化金云母超镁铁岩具有最低的值(Cr#=19)。Ni含量在2100×10~(-6)~2500×10~(-6),CaO含量均值为0.13%,Al_2O_3含量均值为0.41%。岩体成分均一,表现为高镁,低钙和低铝的特征。超镁铁岩的不相容元素和稀土元素总量很低,稀土元素总量均值在0.60×10~(-6)。(La/Yb)N比值在6.9~51.2,均值在16.1,重稀土元素严重亏损,是中国东部最亏损的地幔岩之一。超镁铁岩中橄榄石成分(Fo在88.7~93.1之间,Fa在6.8~11.1之间),从早期到晚期,岩石Fo值从93→91~92.4→88.7~89.1。铬尖晶石Cr#值从51到89变化,TiO_2和MnO_2值分别低于0.26%和0.46%,晚期铬尖晶石Cr#值增大,Ti含量减小。单斜辉石由透辉石(Wo_(45.9)8En_(47.89)Fs_(2.73)Ac_(3.39))和顽透辉石(Wo_(27.61)En_(68.78)Fs_(2.27)Ac_(1.34))两种,透辉石(Cpx_Ⅰ)在顽透辉石(Cpx_Ⅱ)中呈被交代的残余粒状。角闪石和金云母呈明显的条带状和脉状,局部发育。岩石具有弱的Na和K交代作用,较高的Sr和Ba等元素,亏损高场强元素(HSFE),以及特征的稀土元素和微量元素配分曲线;岩石中主要组成矿物橄榄石从早期到晚期,矿物Mg#指数下降(Mg#从93→88);单斜辉石中可看到透辉石被顽透辉石交代现象;次生角闪石和金云母的形成等特征都显示超镁铁岩经历了碳酸盐交代作用。在超镁铁岩矿物橄榄石中发现细小白云石和菱镁矿等碳酸盐矿物更有力证明了苏鲁超高压变质带超镁铁岩经历了深部碳酸盐交代作用。PP3钻孔超镁铁岩属于强烈亏损地幔岩区域,单斜辉石和角闪石等含水矿物在超镁铁岩中含量低,交代作用的范围和规模有限,且交代作用在动力学上是快速的和不平衡的过程。     

桐柏山L构造岩形成机制构造解析及其对造山带演化的制约

桐柏杂岩中发育一套典型的L构造岩,其构造位置位于桐柏造山带核部,被两条近似对称的韧性剪切带所夹持,北侧剪切带左旋,南侧剪切带右旋。由于L构造岩构造位置特殊,其位于剪切带、桐柏背形、桐柏穹窿等多种构造体的交叉部位,L构造岩的构造成因解析可以为桐柏造山带的形成演化提供重要制约。通过对桐柏造山带L构造岩的构造成因机理解析和其变形温压条件的研究,同时结合前人对桐柏山其它主要构造单元的研究,我们提出,桐柏山L构造岩的形成主要受其南北两侧两条韧性剪切带控制,传统意义的桐柏杂岩体白垩纪之前与南北一体的韧性剪切带沿近似东西方向发生管状韧性剪切,剪切作用形成了一套典型的L构造岩。L构造岩的形成指示了桐柏山单元可能经历了一期中下地壳物质的管状的韧性的向东剪切流动,后期白垩纪桐柏山核部的L构造岩经历了大规模的岩浆上升与浮力增加,该L构造岩同剪切带一起发生隆升但管状剪切构造特征并未被改造,随着不均匀隆升桐柏山出现了现今的几何学特征。L构造岩反映出管状剪切形成了现今桐柏造山带近东西向线状构造样式的主体。     

北淮阳构造带的属性及其对板块缝合线位置的启示

北淮阳构造带为一条沿大别造山带北麓展布的狭长构造带,是华北板块与扬子板块碰撞造山的产物,其物源组成、构造属性等研究内容是揭示南北板块在中国东部的大地构造单元格局以及时空演化的关键信息。结合构造变形、岩石学、岩石地球化学、锆石U-Pb年代学等方法对北淮阳前中生代岩石地层单元苏家河群/卢镇关群和信阳群/佛子岭群进行对比分析,就其构造属性形成这样的基本认识:北淮阳构造带是杨子板块向华北板块俯冲-碰撞的结合带,其物质组成具有双源性-主体部分来源于杨子板块,由代表了杨子板块北缘基底的晚元古代苏家河群(784±19Ma)/卢镇关群(756±12Ma)和杨子板块被动陆缘复理石沉积建造-中泥盆世至晚泥盆世早期的信阳群南湾组组成,后者相当于商丹缝合带以南的刘岭群;信阳群龟山组亲缘于华北板块并构成华北板块南缘的弧前楔形沉积体,是沿商丹缝合带分布的桃花铺弧前楔形沉积体的东延。佛子岭群总体可与信阳群相连,全岩成分显示,佛子岭群沉积构造环境既有活动大陆边缘,又有被动大陆边缘。由于中生代以来多期构造变形叠加(至少三期),佛子岭群岩石地层单元的叠置关系被改造或重置,使其缺少"构造解体"的证据,而无法在构造单元上细分。对于两大板块之间的缝合带位置,笔者认为:商丹缝合带进入北淮阳构造带后,应沿着北淮阳的北界,与龟山-梅山-六安-磨墩水库一线延伸的断裂带相连。     

辽东湾坳陷东部地区走滑双重构造的发育特征 及其石油地质意义

在将构造发育特征与走滑双重构造理论模型进行类比分析的基础上,对辽东湾坳陷东部地区的走滑双重构造的发育特征进行了研究,并结合油气勘探实践成果,就其石油地质意义进行了探讨,研究结果表明:在受控于走滑与拉伸并存的多动力源区域地质背景下,辽东湾坳陷新生代构造演化体现了断陷与拗陷、拉张与走滑的叠加效应,NNE走向的辽中1号断裂、辽中2号断裂及辽东断裂的发育不仅控制了辽东湾坳陷东部地区的凸凹格局,其走滑侧接关系也导致了研究区走滑双重构造的发育;辽东凸起是由于辽中2号断裂、辽东断裂走滑弯曲、右行左阶侧接而形成的挤压走滑双重构造,而辽中凹陷在早期拉张断陷基础上,经历了后期走滑作用的改造,其断裂体系的发育体现了辽中1号断裂与辽中2号断裂的右旋右行侧列所产生的拉张走滑双重构造效应;在走滑双重构造的增压带,断裂侧向封堵性强,有利于形成有效的断层圈闭,是油气藏发育的有利区带。     

东北帕米尔中新世中下地壳物质的折返过程：公格尔西滑脱剪切带的构造变形与年代学证据

公格尔西滑脱剪切带位于东北帕米尔公格尔片麻岩穹窿西缘。通过我们详细的野外观测、显微构造观察、石英电子背散射衍射(EBSD)测试以及锆石U-Pb测年,对公格尔西滑脱剪切带的几何学、运动学特征及其形成演化时限进行了研究。公格尔西滑脱剪切带糜棱岩中大量的石榴子石、矽线石和蓝晶石等表明其为高级变质产物。S/C组构、旋转碎斑及不对称褶皱等变形现象说明剪切带上盘向W或SW低角度剪切的运动特征。高级变质糜棱岩和浅色岩脉记录约20 Ma的206 U-238Pb锆石年龄,说明公格尔西滑脱剪切带初始形成于早中新世。结合前人研究成果,我们认为公格尔西滑脱剪切带曾是狭长的帕米尔中下地壳滑脱带的最北段。由于新生代印度亚洲大陆碰撞以后印度板块仍持续向N俯冲推进,帕米尔地壳由S向N开始增厚,进变质作用最初发生于南帕米尔,约20 Ma时到达北帕米尔。东北帕米尔中下地壳物质开始折返于中新世中期。而直到6~4 Ma,东北帕米尔公格尔地区开始快速隆起,此时公格尔新生代高级变质岩才快速折返。     

运动学涡度在藏南冈底斯岩浆带中段谢通门-曲水韧性剪切带中的应用

一般剪切带主要由纯剪切和简单剪切共同作用,不同的剪切带及不同的构造位置两者所占有的比例不同。利用运动学涡度(Wk)可以定量地分析两者间的比值大小。本文通过极莫尔圆法和有限应变轴率Rs/石英c轴组构法对冈底斯岩浆带中段谢通门-曲水滑覆型韧性剪切带的运动学涡度进行了计算,两种方法获得了较为一致的结果。通过极莫尔圆法,对剪切带中的9组糜棱岩样品进行了运动学涡度计算,获得了Wk=0.73~0.96,平均值Wk=0.83。运用有限应变轴率Rs/石英c轴组构法对4个样品进行了分析,得到Wk=0.85~0.93,均值为0.88,两种方法获得了较为一致的应变结果。还根据极莫尔圆图解,计算了该韧性剪切带的减薄量S=0.09~0.35,平均减薄量为0.20。研究表明该韧性剪切带为典型的以简单剪切为主伴有部分纯剪切的一般剪切,该剪切带的形成可能与拉萨地体在中新世时从挤压到侧向伸展的转换有关。该剪切带变形特征和运动学涡度的确定深化了对藏南冈底斯地区的构造演化过程的理解,并对青藏高原中南部的地质研究具有推进作用。