城市建筑动力学效应对对流边界层影响的敏感性试验

本文将大涡模拟应用于城市对流边界层(CBL)湍流结构和流场特征的研究,在大涡模式中,拖曳系数取与建筑物高度及建筑物高度标准差有关的表达式以考虑次网格建筑物对风速和湍流动能(TKE)的面积平均影响.模拟结果表明,由于城市建筑物对气流的拖曳作用,使建筑物冠层及整个CBL内风速大幅度减小,城市冠层内部风速减小尤为明显,在夹卷层内,风速有一明显的跃变.在边界层中部对流运动已经发展成为较强的热泡,城市建筑物的动力学效应使热泡的水平尺度增大,CBL内平均上升气流速度和下沉气流速度减小,同时使CBL中上升气流所占比例比平坦地面增大.城市建筑物使CBL低层热通量、动量通量、速度方差和位温方差明显增大,但对近地层高度以上的湍流量影响不大.     

鲁西南霾天气个例分析

2007年6月11～13日鲁西南连续3天出现罕见的霾天气过程,为了弄清楚这次霾天气过程形成的天气学原因.利用常规气象资料、探空站资料及自动气象站资料和空气污染资料对这次过程进行综合分析.结果表明,霾的形成是多种气象因素共同作用的结果,大陆暖高压东移人海,其底部的偏东气流将海上的低温高湿空气向鲁西南输送,是霾形成的有利环流条件;中低层风速较小,且风向随高度逆转,是霾形成的有利风场;大气层结稳定,且低层存在逆温层是霾形成的重要条件;高污染浓度是形成霾的物质基础.     

大理近地层山谷盆地湖陆风及湍流特征分析

研究湖陆风特征不仅能够为提高天气气候的预测能力奠定基础,而且对风能资源的开发利用等具有重要的实用意义。利用大理国家气候观象台近地面通量观测系统的2007年3月－2008年5月资料,采用涡动相关法等分析了大理近地层中湖陆风、峡谷风特征及形成原因和影响因素。结果表明：大理地区白天以东风和东南风为主,夜间以西风和西南风为主。进一步对湍流和湍流通量特征分析发现,大理地区白天不稳定层结多于夜间;湍流强度白天强于夜间,并且随着风速的增大而减小;湍流通量具有明显的日变化特征,热量交换形式以潜热为主。     

大陆架科学钻探CSDP-2井的垂直地震剖面测量

南黄海海相地层的地震波场特征和层位标定一直是困扰地震勘探的重要问题.为了近距离、高精度和高分辨率地观测井周围构造特征和岩石性质引起的波场变化,为地震资料的采集、处理与解释提供地震波衰减规律、速度与层位标定等信息,对大陆架科学钻探CSDP-2井实施了近零偏移距垂直地震剖面（VSP）观测.针对海相地层顶部强反射界面地震波穿透难的问题,采用了大容量气枪震源并设计了气枪阵列组合方式,提高了激发地震波的能量,获得了强反射界面之下清晰的PP、PS下行波和上行波信号.采用了三分量偏振合成、组合滤波和波场分离等处理方法,对VSP观测数据进行处理,获得了海相三叠系—志留系的精细的纵波、横波速度结构和地层吸收因子等物性数据,建立了钻井地层、测井、VSP上行波和多道地震剖面对应关系,实现了不同尺度的地质和地球物理属性资料的有效衔接,标定了钻井地质剖面上各深度地质体的地震反射特性,厘定了过井地震剖面上反射同相轴的地质属性.此次观测取得的纵波、横波速度信息,成为建立南黄海海相地层速度模型主要的资料来源,也是地震资料的岩性反演处理不可缺少的信息.

     

2006年9月南海北部表层温盐场的走航观测

通过2006年9月南海北部开放航次的走航观测,得到了该海区多个断面的表层温度、盐度分布曲线.QuikScat海面风场资料显示观测期间处于西南季风向东北季风的转换阶段,走航观测所得的温、盐资料显示出在这一季风转换的特殊阶段该海区表层的水文特征.珠江口冲淡水的扩散范围在季风转向前后有显著的变化,低盐的冲淡水在西南季风阶段向珠江口外海区的东南方延伸较远,而在东北季风阶段则受珠江径流量、南海北部表层环流等因素的影响收缩至珠江口附近.闽南近岸和台湾浅滩南部表层具有低温高盐特征,但CTD资料表明台湾浅滩区域存在上升流,结合风场资料,可证实观测期间此处的上升流由海流-地形因素所造成.     

青藏高原新生代火车头山碱性及钙碱性两套火山岩的地球化学特征及其物源讨论

藏北羌塘火车头山新生代火山岩可区分为钙碱性及碱性两个不同的系列.钙碱性火山岩主要岩石组合为玄武岩-安山岩-英安岩,其SiO2介于49%～70%之间,Al2O3＞10%,Na2O/K2O＞1;其中玄武岩具平坦型稀土配分型式,LREE/HREE为1.3～1.8,（La/Yb）N为2.87～4.45,无明显铕异常,δEu为0.96～1.09;该套岩石的Mg#与SiO2相关关系以及La/Sm-La等亲岩浆元素与超亲岩浆元素协变关系表明,它们应为幔源岩浆经分离结晶演化的产物,其岩石组合类型以及低的Sm/Yb值（Sm/Yb=1.53～5.35）表明它们的原始岩浆应来源于岩石圈地幔尖晶石二辉橄榄岩的局部熔融.本区碱性火山岩为一套典型的钾质岩石系列,主要岩石组合类型为碱玄岩-碱玄质响岩-响岩,其SiO2介于44%～59%之间,Al2O3＞14%,Na2O/K2O介于0.47～1.51之间;岩石轻稀土强烈富集,LREE/HREE为13.20～15.76,（La/Yb）N=50.44～91.99;其岩石组合类型以及Mg^#与SiO2相关关系以及La/Sm-La协变关系同样表明它们为共源岩浆分离结晶演化的产物;然而,其较高的Sm/Yb值（Sm/Yb=2.63～13.98）表明它们并非地幔橄榄岩直接局部熔融的产物,岩石弱的负Eu异常（δEu=0.77～0.85）以及Th、U的强烈富集和Nb、Ta的相对亏损,又反映了原始岩浆中有显著的地壳物质的贡献;该套钾质碱性系列岩石在La/Co-Th/Co同分母协变图上呈直线型分布,而在La/Co-Sc/Th异分母协变图上呈显著的双曲线分布,从而表明其源区为二源混合型,是青藏高原特殊的壳幔混合层局部熔融的产物,这些特征是新生代青藏高原壳幔层圈物质交换的重要岩石学证据.     

机载激光雷达对青岛及周边海域的气溶胶探测

工作波长为532 nm的机载大气环境探测激光雷达AEDAL（Atmospheric Environment Detecting Airborne Lidar）装载在CMS_3807飞机上,于2005年11月7～11日期间在青岛地区及周边海域上空进行了飞行探测.此次实验的目的有两个：验证我国用于大气环境探测的激光雷达技术已经具备从地基向空基乃至天基发展的条件;获得青岛地区及周边海域边界层结构及大气气溶胶时空分布变化的特点.激光雷达的高时空分辨率为获取飞行路径上的边界层结构及气溶胶时空分布提供了可能.为了研究下垫面对边界层及气溶胶时空分布的影响,预定的飞行路径上包含了丰富的地形变化,有城市、丘陵、海区等.通过给出11月8日及11日的探测结果,不仅得到了不同地区边界层结构及气溶胶的时空分布特点,还可以看到冷锋、地形、地面气象场等因素对它们的影响.     

完全匹配层吸收边界在孔隙介质弹性波模拟中的应用

模拟弹性波在孔隙介质中传播,需要稳定有效的吸收边界来消除或尽可能的减小由人工边界引起的虚假反射. 本文在前人工作基础上,首次建立了弹性孔隙介质情况下完全匹配层吸收边界的高阶速度-应力交错网格有限差分算法,并详细讨论了完全匹配层的构建及其有限差分算法实现. 首先,本文通过均匀孔隙模型的数值解与解析解的对比,验证所提出的数值方法的正确性;然后,本文考察了完全匹配层对不同入射角度入射波和自由表面上的瑞利波的吸收性能,将完全匹配层与廖氏和阻尼吸收边界进行了对比,研究了这三种吸收边界在不同吸收厚度情况下对弹性波吸收能力. 数值结果表明,在孔隙介质中,完全匹配层作为吸收边界能十分有效地吸收衰减外行波,无论对体波还是面波,是一种高效边界吸收算法.     

人为热源对城市边界层结构影响的数值模拟研究

用南京大学多尺度模式系统在不同区域进行了多种人为热源引入方案的研究,结果表明：考虑时空变化的人为热源按比例分别引入到地表能量平衡方程和大气热量守恒方程是将人为热源引入模式的最优方案.人为热通量密度变化的敏感性试验结果发现：人为热源的存在对城市热岛的生成有重要作用.计算结果表明,南京现有的人为热源排放量对该地区的城市热岛贡献率约为29.6％,若人为热通量密度在现有量值的基础上增大1倍,则其热岛贡献率可达42.9％;此外,人为热的排放对清晨城市边界层逆温结构有一定程度的破坏作用,能明显升高夜间近地层气温达0.5～1.0℃,并能使白天湍流活动的影响范围增大,混合层高度抬高,使夜间城市热岛环流的影响范围扩大.     

长江三角洲北翼第一硬土层理化特征及其地质成因

在长江河口两翼广泛分布第一硬土层（FHSL）,研究其形成机制及工程地质特性对工程建设具有很好的指导意义。根据调查资料（钻孔935个,累计进尺42128 m）和试验资料,首次精确确认了长江河口北翼第一硬土层分布界线,研究了第一硬土层的形成年代、粒度特征、地球化学特征、工程地质特性等。研究表明：第一硬土层形成年龄为20 ~ 11 ka B.P.（多个光释光和14C测年资料） ;硬土层含水率随深度的增加有增大的趋势,表明气候自下向上逐渐变凉和变干;第一硬土层的颗粒级配、粒度分布频率曲线、C-M沉积图等特征显示,第一硬土层主要由粉砂、极细砂和粘土粒级组成,样品的粒度频率曲线主要呈单峰分布,反映出物质沉积前所受搬运营力性质单一,土体颗粒沉积以均匀悬浮占绝对优势,沉积环境是一种相对稳定的低能环境。第一硬土层的发育受气候控制,大致可以分为3个阶段：第1阶段(20 ~ 15 ka B.P.)为沉积与成土交替作用时期,且以沉积作用为主,硬土层剖面厚度主要受该阶段控制,至末次盛冰期结束;第2阶段(15 ~ 11 ka B.P.)为暴露成土期,这时洪水不能形成越岸沉积,加积作用基本停止,硬土层厚度不再明显增加,已形成的第一硬土区域受到频繁变迁的分合河网的侵蚀切割,形成多条不规则古河道和台地,硬土层逐渐脱水成陆,经历了风化成壤的过程;第3阶段(11 ka B.P. 至今)为淹埋期,随着全新世的到来,气候变暖,海平面不断上升,硬土层被其上覆的海相沉积层掩埋,成岩作用开始直到现今。土体易溶盐含量较高,为典型氯盐渍土类型,自下而上具有从低变高的趋势,为海相层覆盖硬土层以后成岩过程造成的。