热带准两年振荡影响北半球冬季大气环流的诊断分析

利用NCEP/NCAR再分析资料,首先讨论了热带纬向风准两年振荡(QBO)的东、西风位相的划分标准.结果发现,赤道50 hPa的风与西风深厚度关系最密切,即赤道50 hPa的纬向平均风为西(东)风时往往代表平流层下层为一层深厚的西(东)风.在此基础上诊断分析了1958/1959～1997/1998年共40个冬季中热带纬向风QBO对北半球中高纬度地区纬向平均环流和准定常行星波传播的影响.诊断分析表明,热带QBO对北半球冬季大气环流的影响主要表现在平流层和对流层上层.热带QBO的东风位相年与西风位相年相比,中高纬地区的绕极西风环流明显减弱,中低纬地区则出现相反变化,从而在平流层的纬向平均环流分布上呈现偶极子形式.纬向平均流的这种年际变化可以很好地用中高纬度准定常行星波传播的异常加以解释,QBO的东风位相年和西风位相年相比,中高纬准定常行星波向极地的传播更强,从而在高纬度平流层产生异常的E-P通量辐合,波-流相互作用的结果使得西风减弱.但是热带纬向风QBO的影响在1958/1959～1997/1998年的前后20年有所差异.后20年相对于前20年而言,东西风位相的差异有所减小,Hol-ton-Tan振荡明显减弱;就行星波传播而言,东风位相年下,前20年行星波向上传播较弱,而后20年则以大约70°N为分界点,以南向上传播较强,以北向上传播较弱.这种差异可能跟中高纬度纬向西风的自身变化有关.     

近地层大气气溶胶对曙暮光辐射强度和天空颜色的影响

采用离散坐标法(DISORT)辐射传输软件包UVSPEC的伪球面模式,计算了300～850 nm波段曙暮光时期地面不同观测仰角的辐射强度和天空颜色.模式选取美国标准大气(U.S. 1976),考虑多次散射效应及水汽、臭氧和二氧化碳的吸收.分析研究了近地层大气不同气溶胶光学厚度时曙暮光天空辐射强度和颜色指数随太阳天顶角和观测仰角的变化.结果表明,曙暮光时天空的红蓝光颜色指数随近地层大气气溶胶光学厚度的变化显著.此方法理论上可以用于近地层气溶胶光学厚度的反演测量.     

新疆地区不同下垫面气溶胶光学特性的分析

利用太阳光度计CE318资料,对新疆地区3个观测站点（阿克达拉、乌鲁木齐、塔中）所代表的草场、城市和沙漠下垫面的440 nm波长处气溶胶光学厚度（AOD）和440~870 nm之间的Angstrom波长指数（AE）进行了统计分析,结果表明：三个站点的AOD年均值塔中站最大、乌鲁木齐站次之、阿克达拉站最小。其中阿克达拉站点的AOD全年变化不大,其月均值均小于0.3;乌鲁木齐站点AOD则表现出明显的季节性变化,冬春季的AOD月均值是夏秋季节的2.17倍;塔中站全年的AOD表现为单峰型,大值时段主要集中在3-7月。三个站点的AE年均值阿克达拉站最大、乌鲁木齐站次之、塔中站最小。阿克达拉和乌鲁木齐站点的AOD以人为排放等小粒径气溶胶为主,塔中站的AOD主要为沙尘等大粒径气溶胶。从年际变化来看,乌鲁木齐站AOD总体呈下降趋势,塔中站和阿克达拉站AOD总体呈上升趋势。乌鲁木齐霾天气的AOD日均值分布在0.35~1.21之间,塔中站沙尘天气的AOD日均值范围为0.30~2.05。     

西藏阿里地区嘎尼冰川厚度特征及冰储量估算

冰川厚度和冰下地形是冰川学研究中相当宝贵的数据。2018年5月,利用探地雷达（GPR）对西藏阿里地区喀喇昆仑山脉南部的嘎尼冰川进行了冰川厚度测量。基于ArcGIS中的地统计分析模块,运用Kriging插值方法对冰川非测厚区进行插值计算,结合差分GPS数据、遥感影像数据和地形数据,分析了嘎尼冰川横、纵剖面厚度特征,绘制了冰川冰下地形图和冰川厚度分布图,并估算了该冰川冰储量。结果表明：嘎尼冰川冰下地形存在空间差异,东支冰下地形起伏较大,西支相对平缓,冰川作用以下蚀作用为主,冰川面积为4.31 km²,平均厚度51.2 m,最大厚度出现在东支海拔5 970 m处,约为136.6 m,冰储量为0.218 km³。     

松辽盆地北部石炭—二叠纪地层厚度：来自深反射地震的证据

在松Ⅰ～松Ⅵ6条深反射地震剖面上依据震相特征并结合地质演化过程分析识别石炭—二叠系,分析其层位反射特征及同相轴特征,建立松辽盆地北部地区石炭—二叠系地震震相特征识别标志。主要震相特征为中—强反射能量,局部存在高值,整体同相轴连续—较连续,由南到北、由西向东规律变化。利用已有的钻遇石炭—二叠系的探井资料和地震波传播速度,得到研究区时间-深度转换关系。由研究区石炭—二叠系相位追踪对比后的反射时间分布,计算石炭—二叠纪地层顶界面与底界面在深反射地震时间剖面上的走时之差,通过时深转换得出研究区基底石炭—二叠纪地层厚度和分布。全区地层分布不很均匀,主要在中央隆起带以东地区及西部断陷区出现2个厚度高值区;地层整体由浅到深大致可分为上、中、下3层,且地震震相特征互不相同。松辽盆地北部石炭—二叠系分布对东北地区主力油层之下的深层油气勘探提供了有价值的依据。     

基于非牛顿指数渗流和分数阶Merchant模型的一维流变固结分析

为进一步深入分析饱和黏性土的一维流变固结机制,引入Koeller定义的弹壶元件修正Merchant模型,并以此描述土骨架的黏弹性变形行为;同时引入非牛顿指数渗流模型描述流变固结中的非达西渗流,推导出一个新的饱和黏性土一维流变固结方程,并用隐式有限差分法进行数值求解。通过与有关文献中退化模型结果的对比,验证了有限差分算法的有效性。在此基础上,分析非达西渗流模型参数以及分数阶Merchant流变模型参数对流变固结过程的影响。计算结果表明:分数导数阶数和黏滞系数对地基沉降的影响比对孔压消散的影响更为明显,且分数导数阶数越小或黏滞系数越大,地基沉降需要的时间越长。同时,比起达西渗流,非牛顿指数渗流会延缓地基中的孔压消散,使得沉降发展变慢。另外,考虑流变效应时地基沉降要慢于孔压的消散。     

适用于砂土循环加载分析的边界面塑性模型

基于临界状态土力学框架,建立了一个适用于砂土排水循环加载的边界面塑性模型。采用了考虑虚拟峰值应力比的偏应变硬化准则,初始加载阶段应力点位于边界面上,反向加载阶段以历史最大屈服面作为边界面,同时实现了对密砂软化现象的模拟和对历史所受最大应力的记忆。边界面采用修正的椭圆形,引入考虑密度与应力水平的状态相关剪胀函数,采用非相关联流动法则和以应力反向点作为映射中心的径向映射准则。模型仅有10个参数,通过常规三轴试验即可确定,并且使用一套参数可以模拟不同围压、密度的单调和循环加载情况。分别对饱和砂土的单调、循环排水三轴试验进行模拟,结果表明,该模型能够合理地反映饱和砂土排水条件下的应力-应变特性。     

适用于饱和砂土循环动力分析边界面塑性模型的显式积分算法

基于适用于饱和砂土循环动力分析的边界面模型,利用修正广义Mises方法将其推广至三维应力空间中,引入与状态相关的剪胀函数,采用历史最大加载面硬化准则,以反映饱和砂土排水条件下刚度变化、剪胀剪缩等特性。结合子增量步显式积分算法的思想,建立了适用于饱和砂土循环动力分析边界面模型的显式积分算法流程。借助有限元软件子程序接口,将该算法流程开发到有限元软件中,通过建立土体单元数值模型,对Toyoura砂在单调荷载和循环荷载下的三轴试验工况进行模拟。结果表明,利用子增量步显式积分算法对模型进行积分,能够准确有效地模拟砂土的应力-应变曲线、以及砂土在单调和循环荷载作用下均展现的剪胀剪缩现象,验证了显式积分算法的有效性。通过设置不同的增量步长,验证了子增量步显式积分算法对于较小应变增量步的高度稳定性和收敛性。     

饱和悬浮塑料砂流动变形可视环剪试验研究

为了分析剪切条件下零有效应力状态砂土的流动变形规律,对传统环剪仪进行了试样可视化改造,研制了透明环形剪切盒,通过对剪切盒膨胀性能分析及与标准砂的剪切试验对比,验证了环剪装置改造的合理性。通过分析不排水条件下饱和悬浮塑料砂的剪应力-应变曲线,发现其剪切强度具有应变软化的特性。通过分析环剪仪中饱和悬浮塑料砂试样的有效应力,证实了可视环剪试验中的土体基本处于零有效应力状态。开展了饱和悬浮塑料砂的流动变形可视环剪试验研究,结果表明：饱和悬浮塑料砂在固结不排水条件下剪切变形不连续,直接在剪切面发生断裂;在不固结不排水的条件下饱和悬浮塑料砂的剪切变形表现出流动形态,且与剪切速率有关：在低剪切速率下,剪切变形仅在剪切面处形成具有曲线轨迹的流动变形而在其他区域不发生变形;而在高剪切速率下剪切变形为整体的倾斜变形,符合黏性流体的流动变形特征。     

水泥基注浆材料浆液稳定性及其析水规律试验

为了探索不同配比下浆液的稳定性能及其沉积析水规律,改进了现有浆液静置析水试验装置,进行了浆液稳定性沉积析水试验,获得了水固比（0.6:1~3:1）、粉煤灰掺量（0%~90%）、水玻璃掺量（0~12%）单因素控制下的浆液样本在各时刻析水厚度值;引入浆液析水厚度生长理论,获得了不同配比条件下浆液析水厚度生长曲线;对浆液稳定性衡量法进行分类,并验证了浆液稳定性直接衡量法与间接衡量法的等效关系。结果表明:随着水固比增加,浆液稳定性减弱;粉煤灰能延长浆液最终析水时间,提高浆液稳定性;水玻璃能缩短浆液最终析水时间,降低浆液稳定性;析水厚度生长曲线呈现半"C"形;间接衡量法与直接衡量法不具有直接等效关系。研究成果为防治水注浆工程的浆液配比优化提供参考。