"东部沿海地区新农村建设模式与可持续发展途径研究"进展

国家自然科学基金重点项目"我国东部沿海地区新农村建设模式与可持续发展途径研究(40635029)",已执行四年。在30余位科研人员的共同努力下,取得了重要研究进展和丰硕成果。     

初论双三次数值模式

讨论在数学Rn空间里,存在孔斯双三次曲面拟合的可能数值模式(以下称双三次数值模式)。双三次数值模式特点是,在诊断上对天气系统中的由各个物理定律表述的(离散点)大气物理量场,可通过数学三次样条函数做双三次曲面拟合,则模式大气(包括天气系统)的各个物理量场均达到二阶可导,即是大气运动方程中的各个物理量场都存在各自的一、二阶空间微商,从而可以对模式大气与天气系统做时间积分。与有限差分模式和谱模式存在所谓的空间截断误差和波数截断误差相比较,双三次数值模式存在所谓的空间拟合误差,恰是现行有限差分模式空间截断误差的高阶小量。而双三次数值模式具有谱模式准确计算空间微商的优点,且双三次数值模式的数学构架能够较好地适应大气运动动力框架,是可与有限差分模式和谱模式相比较的另一数值分析新算法的气象数值模式。     

海盐气溶胶影响酸碱气体及无机盐气溶胶的敏感性试验

利用热力学平衡模式ISORROPIA及与之耦合的气相化学模式,通过两类敏感性试验,探讨了海盐气溶胶、相对湿度、温度对3种无机盐（硫酸盐、硝酸盐、铵盐,包括液态和固态）和3种酸碱气体（氨气、气态硝酸、氯化氢）浓度的影响,以及不同海盐气溶胶浓度对热力学平衡的影响。试验结果表明,海盐浓度相对较低、相对湿度达到0．4～0．5以上、温度在-10～15℃之间时对各物种的平衡浓度影响比较显著。温度升高抑制硝酸盐、铵盐的生成,同时引起气态硝酸、氨气和氯化氢浓度的增加。而湿度升高时对硝酸盐、铵盐的生成有促进作用,反而造成气态硝酸、氨气和氯化氢浓度的降低。海盐气溶胶、相对湿度及温度的变化对硫酸盐气溶胶没有影响。在热力学平衡中如果考虑海盐气溶胶（主要成分NaGl）的作用会使得硝酸盐气溶胶、氨气浓度增加,而硝酸气体、铵盐气溶胶浓度减小,其中硝酸盐和气态硝酸的改变最为明显。由于海盐气溶胶和硫酸、硝酸的反应,产生了氯化氢气体,造成海盐气溶胶的氯亏损现象。     

大庆地区大—暴雨数值预报模式

为开展地市级精细化天气预报 ,在引进和试验的基础上 ,设计研制出了大庆地区 24～120h区域暴雨数值模式滚动预报业务系统 ,并于2003年7～8月进行模式试验。结果表明 :模式对 12～24h区域暴雨具有预报识别能力 ,48～120h具有指示意义。     

不同区域气候模式对中国地区温度和降水的长期模拟比较

利用亚洲区域模式比较计划RMIP第二阶段五个区域模式和一个变网格全球模式，对中国地区1988年12月～1998年11月十年模拟的平均温度和降水结果，分析比较了不同区域气候模式对中国地区温度和降水的模拟能力。研究结果表明:几乎所有模式都能模拟出中国地区多年平均温度和降水的基本空间分布形态，但模式模拟的温度普遍偏低，在大部分区域，大多数模式模拟的降水偏多，而且不同模式之间存在较大差别。模式能较好地反映出中国地区温度的年际变化，对夏季降水的年际变化模拟较差，对冬季模拟较好。     

RC框架结构直接基于位移的抗震优化设计方法

探讨了静力弹塑性分析验证过程中遇到的几种情况及其产生原因,指出建筑结构设计方案在基于位移的抗震设计中的重要性。从框架结构的侧移模式出发,导出结构一定性能水平的目标顶点位移,建立结构目标顶点位移与等效位移的关系式,根据位移反应谱,由等效位移推出框架结构在各性能水平的目标周期。然后,由pushover曲线确定结构刚度退化机理,导出结构各性能水平相应的自振周期比例关系,根据结构各性能水平自振周期与目标周期的关系确定结构最优设计方案。通过例题加以验证,说明了此设计方法的可行性。     

辉钼矿Re-Os同位素定年方法的改进与应用

公认的Re-Os同位素定年代表物辉钼矿,目前已在金属硫化物矿床年代学研究领域获得了广泛的应用。本研究采用浓HNO₃分解辉钼矿样品,大大地简化了Re和Os的化学制备过程,并根据辉钼矿中正常Os含量水平相对放射成因¹⁸⁷Os可以忽略的特点,以正常Os标准为稀释剂,实现了仪器测量过程中Os同位素质量分馏的在线校正,改善了分析数据的质量。该方法经辉钼矿国家标准物质进行验证,获得了满意的Re、Os含量及Re-Os年龄数据,并且在南岭地区与连阳复式岩体相关的姓坪夕卡岩型钼矿床成矿年龄研究中获得了成功应用。在实际应用中,为了获得有意义的能反映真实地质事件的年龄数据,辉钼矿样品不仅要有足够的取样量,而且还要保证粒度细、混合均匀。     

唐山地震破裂过程的雁行断裂模式及理论和试验的模拟

按照重新定位后的震源位置及更多的补充资料,重新计算了唐山地震序列中主要地震的震源机制.用新方法和原有方法重新测定了主要地震的破裂几何尺度和震源参数.并进一步研究了1976年至今的余震活动性. 新结果指出,两个7级以上地震的震源机制更加相似,破裂方向也几乎相同.Ms=7.8地震的破裂长度在77——87km之间.它东北端的破裂终止点是在榛子镇稍南而不是芦龙附近.根据新的结果,本文提出一个非等长雁行断裂力学模式.理论和试验结果指出,新模式能更好地模拟唐山地震的破裂过程,并能较好地解释那些用已有模式不能解释的观测事实.      

暴雨模拟中多普勒雷达径向速度变分同化的应用

针对2008年6月广东地区的一次强降雨过程,利用WRF中尺度数值模式及其三维变分同化系统(WRF-3DVAR),进行了多普勒雷达径向速度变分同化对暴雨过程模拟效果影响研究。结果表明:WRF-3DVAR能够有效地同化多普勒雷达径向速度,同化后的主要影响在于改进了初始动力场,使得初始场包含有更详尽的中尺度特征信息,进而显著提高模式对广东局地暴雨过程的模拟效果。在高分辨率中尺度数值模式中有效地利用多普勒天气雷达资料,是提高中尺度降雨预报的关键。     

地形对于气流运动影响的数值研究

建立了二维、非静力平衡的数值模式，研究地形对上游气流的阻挡以及大振幅背风波谷与下坡风的形成。结果表明：地形的阻挡效应受地形高度、大气层结及地形非对称性等因子的影响。数值试验与理论分析都证明地形越高、层结越稳定时阻挡作用越强；同样条件下，迎风坡坡度大的地形容易对气流形成阻挡。此外，分析了地形高度、大气层结、地形非对称性以及基本入流大小对背风波谷及下坡风强度影响的规律，并通过一次实际观测对数值模拟结果进行了检验。