An analytical method to compute comet cloud formation efficiency and its application

A quick analytical method is presented for calculating comet cloud formation efficiency in the case of a single planet or multiple-planet system for planets that are not too eccentric (e _p ≲ 0.3). A method to calculate the fraction of comets that stay under the control of each planet is also presented, as well as a way to determine the efficiency in different star cluster environments. The location of the planet(s) in mass-semi-major axis space to form a comet cloud is constrained based on the conditions developed by Tremaine (1993) together with estimates of the likelyhood of passing comets between planets; and, in the case of a single, eccentric planet, the additional constraint that it is, by itself, able to accelerate material to relative encounter velocity U ~ 0.4 within the age of the stellar system without sweeping up the majority of the material beforehand. For a single planet, it turns out the efficiency is mainly a function of planetary mass and semi-major axis of the planet and density of the stellar environment. The theory has been applied to some extrasolar systems and compared to numerical simulations for both these systems and the Solar System, as well as a diffusion scheme based on the energy kick distribution of Everhart (Astron J 73:1039–1052, 1968). The analytic results are in good agreement with the simulations.     

基于新疆准东基地水源地地下水开采方案的数值模拟

为探究新疆准东基地水源地地下水开采量可实行方案与地下水水位下降状况,采用Processing MODFLOW软件,对项目区进行地下水数值模拟研究。经过模拟流场形态与观测值以及对地下水动态进行拟合,提取地下水梯度场、降速场与实测资料进行对比分析。总结得出符合该地区地下水变化的地下水开采量方案。研究表明该水源地地下水开采实施方案符合该地区水资源长期发展。     

数值模拟研究二叠纪峨眉山玄武岩浆在四川盆地的热效应

四川盆地是我国重要的含油气盆地,其西南部位于峨眉山大火成岩省的外带,二叠纪峨眉山玄武岩浆对四川盆地热历史及烃源岩热演化的影响一直备受关注.近年来,盆地古温标结果揭示出盆地在二叠纪存在高古热流（75~85 mW·m^-2）,甚至部分点位存在超高古热流（97~114 mW·m^-2）,被认为和峨眉山玄武岩浆的热效应有关.为了解这些高-超高古热流的成因机制,以及溢流到地表的玄武岩浆对二叠系及以下地层和烃源岩的热影响,本文采用二维有限元方法对二叠纪峨眉山玄武岩浆的热效应进行了模拟,得出如下结论：（1）置于岩石圈底部的地幔柱头高温异常体和挤入地壳底部的高温玄武岩浆在短期内（4 Ma内）对地表热流的扰动分别小于5 mW·m^-2和20 mW·m^-2,均无法解释四川盆地二叠纪的异常古热流.（2）古热流与侵入到地壳内部的岩浆有关,中心在7~17 km深度的不同形态的岩浆都有可能造成高或超高古热流的形成,引起超高古热流的水平状岩浆囊厚度在2~10 km,表层距地表在6~12 km之间.（3）地表岩浆越厚、下伏地层越浅,岩浆对该地层产生的热扰动越大,其中烃源岩所受影响也越大.如,上覆岩浆厚度为300 m时,在深度300 m（二叠系）、800 m（奥陶系）、1250 m（寒武系）、2000 m（震旦系）地层引起的最大升温分别是241℃、77℃、40℃和19℃,所需时间分别为2100年、6100年、1.17万年和2.56万年.（4）相变热的存在对二叠系和奥陶系地层不可忽略,如300 m厚岩浆产生的相变热可以使二叠系地层额外增温达55℃.

     

Mechanism on Moho offset induced by aseismic slip of deeply buried faults

Recent high-resolution deep seismic reflection profile across the Kunlun fault in northeastern Tibet shows clearly that the Moho is cut off by a complex thrust fault system. Moho offset is a general phenomenon, but little is known about the dynamic mechanism. In this study, contact models with Maxwell materials are used to simulate the mechanical process of Moho offset induced by the aseismic slip of deeply buried faults. Based on the seismic reflection data, we project a single fault model and a complex fault system model with two faults intersecting. The deformations of the Moho, the aseismic slips, and contact stresses on faults in different models are discussed in detail. Results show that the Moho offset might be produced by aseismic slip of deeply buried faults, and the magnitude is influenced by the friction coefficient of faults and the viscosity of the lower crust. The maximum slip occurs near the Moho on the single fault or at the crossing point of two intersecting faults system. Stress concentrates mainly on the Moho, the deep end of faults, or the crossing point. This study will throw light on understanding the mechanism of Moho offset and aseismic slip of deeply buried faults. The results of complex fault system with two faults intersecting are also useful to understand the shallow intersecting faults that may cause earthquakes.     

多模式集合预估21世纪淮河流域气候变化情景

利用政府间气候变化委员会第四次评估报告(the Fourth Assessment Report of the Intergov-ernmental Panel on Climate Change,IPCC AR4)的14个全球气候耦合模式对中国淮河流域气温和降水的模拟能力进行了评估,预估了该地区21世纪的降水和气温变化。同时,还分析了14个气候模式对1961-1999年气温和降水的模拟能力,并且根据Taylor方法选取具有较好模拟能力的模式做集合分析。结果表明,不同的气候模式对淮河流域的气温和降水都具有一定的模拟能力,但大多数模式模拟的气温偏低、降水偏多;选取的模式集合可以明显改善模式的模拟能力,但是没有表现出明显的优势。对淮河流域降水和气温未来情景的预估表明,各模式给出的情景结果尽管存在一定的差异,但模拟的21世纪气候变化的趋势基本一致,即气温持续增加,降水出现区域性增加;还重点分析了14个模式集合的结果在2010-2039年、2040-2069年和2070-2099年3个时段的年平均、季节平均降水和气温变化及其时空变化特征,结果表明,3个时段的气温和降水在不同情景下都是逐渐增加的,A2情景下增幅最显著,B1情景下增幅最小。     

青藏高原那曲地区夏季一次对流云降水过程的云微物理及区域水分收支特征

第三次青藏高原科学试验针对高原夏季云和降水物理过程开展了大量观测研究,为进一步揭示高原云微物理结构、云中水分转化和区域水分收支特征,本文采用中尺度数值预报模式（WRF）并结合高原试验期间的各种观测资料,对那曲观测试验区2014年7月5~6日的一次较为典型的夏季对流云降水过程进行了数值模拟研究。结果表明WRF模式能够基本再现高原夏季对流云的发展演变过程以及降水的日变化特征。模拟结果显示高原夏季对流云中具有较高的过冷云水和霰粒子含量,冰相过程在高原云和降水的形成和发展中具有十分重要的作用,地面降水主要由霰粒子融化产生。暖雨过程对降水的直接贡献很小,但在霰胚形成中具有十分重要的作用。霰粒子胚胎的形成主要来源于冰晶与过冷雨滴的撞冻过程,雪粒子和过冷雨水的碰冻转化及过冷雨滴的均质冻结贡献相对较小。霰粒子的增长过程在12 km（-40℃）以上层主要依靠对冰晶、雪粒子的聚并收集过程,而在其下层的增长过程主要依赖对过冷云水的凇附增长,对雪粒子的聚并收集和凝华增长过程较小。高原那曲地区净水汽收支为正,日平均降水转化率可达20.75%,接近长江下游地区,高于华北、西北地区。该地区日降水再循环率为10.92%,说明局地蒸发的水汽对高原降水的水汽来源具有一定的贡献,但高原降水的90%仍然由外界输入的水汽转化形成。     

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.     

湿热力平流参数在一次华北暴雨模拟诊断中的应用研究

对2011年7月24~25日发生在华北地区的一次暴雨过程进行了分析,并以NCEP资料为初值场对此次暴雨过程进行了数值模拟,结合实况对模拟结果进行对比分析。分析表明:模式对本次华北暴雨的模拟比较成功,基本反映出了本次暴雨过程的降水分布特点。利用湿热力平流参数对本次华北地区的降水落区进行了诊断分析。分析指出,湿热力平流参数纬向平均的垂直剖面图上,湿热力平流参数的高值区及大值中心与地面的强降水雨区对应得较好,其梯度大小及向上延伸高度均可以定性地指示降水的强弱;垂直积分的湿热力平流参数与地面6 h强降水落区具有较好的对应关系,而在示踪弱降水区时效果并不是很好,其大值中心并不与强降水中心完全重叠,而是其梯度大值区与降水中心相对应;垂直积分的湿热力平流参数与6 h累积地面降水的空间分布特征和时间演变趋势比较相似,并且其变化趋势能反映降水的发展和消弱。     

基于观测系统模拟试验的海表气象观测站点布局方案研究

为了科学设计黄渤海海洋气象边界层观测站网并研究观测网布局对数值天气预报模式的影响,本文采用模式误差、海洋气象要素特征区域资料统计分析和观测系统模拟试验（OSSE）方法,根据边界层雾、层云降水、小风与中等风速天气条件设计布局方案,并分析站点观测要素对数值预报模式的要素预报的影响。模拟试验数据使用了每6 h NCEP再分析资料FNL（NCEP Final Operational Global Analysis data）、NCEP每天平均的高分辨率海温资料RTG_SST（Real-Time Global Sea Surface Temperature）和石油平台、浮标站等每小时实况观测资料,评估了黄渤海海洋气象站网布局各个方案的优缺点。评估结果表明,湿度和风的要素预报受实况风向风速条件影响,偏东和偏北风个例湿度要素预报较好。然而,在偏南中等风速个例中,风场预报要素更接近实况。温度场的分析综合结果显示,在海气相互作用影响较大的天气过程中,特征区域布站能明显提高温度要素的预报准确率。最后,综合分析多项模拟试验的结果,给出了改进数值预报准确率的海洋布站建议。     

敦煌莫高窟潜在地震变形数值模拟

在研究莫高窟地区地震地质条件及潜在地震危险性分析的基础上,基于地震的断层弹性位错理论,采用位移水平分布的抛物线模型,假定三危山断层分别发生5.5、6.0和6.5级地震情况下,用三维有限元的方法分析计算了莫高窟地区的潜在地震变形。给出了在震级5.5、6.0及6.5级三种情况断层逆冲和水平走滑两种活动方式下,莫高窟区的地震位移和应变值,供石窟的抗震设防加固设计参考。