祁连山区多年冻土空间分布模拟

祁连山区位于青藏高原东北边缘,是亚洲水塔重要的组成部分,多年冻土的变化对生态系统和水资源平衡有着重要影响。基于青藏高原第二次综合科学考察、道路勘察钻孔点以及前人所获得的多年冻土下界资料,回归得出祁连山区多年冻土下界统计模型,借助ArcGIS平台在DEM数据的支持下,模拟出祁连山区多年冻土空间分布图。结果表明：祁连山区多年冻土分布的下界具有良好的地带性规律,表现为随经纬度增加而降低的规律;祁连山区多年冻土在空间分布上呈现出以哈拉湖为中心向四周扩散的分布格局;祁连山区总面积约为16.90×10⁴ km²,其中多年冻土面积约为8.03×10⁴ km²,占总面积约47.51%。多年冻土区与季节冻土区之间存在着有不连续多年冻土分布的过渡区,过渡区面积约1.43×10⁴ km²,占总面积约8.46%。     

确定砂土动剪切模量和阻尼比的方法对比

确定土体动剪切模量的常用方法有规范法、Kumar法和自相关函数法,确定相应阻尼比的方法有规范法、Das and Luo法、Kokusho法、Kumar法和互相关函数法,为了分析不同方法所产生差异,实现定量化对比分析,笔者以福建标准砂（粒径为0.5~1.0 mm）为研究对象,采用不排水的应力控制动三轴试验,探讨不同的确定土体动剪切模量和阻尼比方法的差异性,并给出了不同土体条件建议选用的方法。结果表明：1）3种方法确定动剪切模量的结果有一定的差异,随剪应变的增大结果的差异逐渐增大,有效围压对结果的差异性有所影响,当剪应变为4×10^-3,有效围压为100 kPa时,3种方法差异显著,相对误差最大接近20%;2）而5种方法确定阻尼比的结果差异显著,随着剪应变的增大,5种方法确定的阻尼比相对误差大体上均在迅速减小,只有规范法在有效围压为100 kPa时,其相对误差有较小的增大趋势;5种方法中,Kumar法确定的阻尼比最接近平均阻尼比,互相关函数法远高于平均阻尼比,Das and Luo法和Kokusho法确定的阻尼比基本一致但低于平均阻尼比。建议以后的工程应用中,加载方式为应力控制时,可采用自相关函数法确定动剪切模量,采用Kumar法确定阻尼比,二者确定的动剪切模量和阻尼比均最接近平均值。     

免共振沉桩过程对地表振动影响的FLAC3D数值模拟

为研究免共振沉桩过程对地表振动影响,采用密度放大法以消除模型桩弹性模量过大对计算效率的影响,在有限差分软件FLAC^3D中建立了相应的连续振动沉桩模型,并和文献中的现场测试结果进行了比较,分析了激振力幅值和振动频率这两个施工参数对地表振动响应的影响。结果表明：密度放大法可有效提高数值模拟的计算效率,模拟沉桩7.0倍桩径（4.9 m）所需计算时间约为12.0 h,数值结果较好地模拟了现场测试中免共振沉桩的地表振动影响;激振力幅值和振动频率均主要对近场（水平距离为5.0倍桩径范围内）的地表振动有明显影响;临界沉桩深度与地表振动影响峰值相对应,该深度随水平距离先增大后趋于稳定;激振力幅值对临界沉桩深度的改变不明显,振动频率对远场临界沉桩深度则有较明显影响。     

西昌市1989—2018年林地草地湿地动态变化特征分析

遥感技术已被广泛应用于生态环境调查与研究。为获取西昌市近30 a生态环境演化趋势,利用1989年、2000年、2010年的专题绘图仪(Thematic Mapper,TM)遥感影像和2018年的陆地成像仪(Operational Land Imager,OLI)遥感影像,通过图像处理、目视解译和野外验证等方法,获得了西昌市1989—2018年的土地利用/覆盖数据,并对林地、草地和湿地的动态变化特征进行了研究。结果表明: 1989—2018年,西昌市林地、湿地和草地面积持续增加,生态环境持续向好; 林地主要分布于安宁河谷和邛海盆地四周山地,在牦牛山、螺髻山一带形成主要林区; 草地主要呈星岛状分布于牦牛山、螺髻山一带林地之间; 湿地以河流湿地与湖泊湿地为主,主要沿安宁河及邛海分布。但仍存在一些问题: 森林存在针叶化现象较普遍、树种单一等问题,需要重点加强林区火灾防范; 草地多数呈零星片状分布,不具有完整的系统结构和良好的功能,多数草地承载力和生产力较低,不宜大规模开发利用,应通过封山育林促使其向森林转化; 湿地分布也比较局限,需要着力予以保护。研究成果可为西昌市生态保护修复措施的制定及经济社会可持续发展提供科学依据。     

Extenuating the parameters using HEC-HMS hydrological model for ungauged catchment in the central Omo-Gibe Basin of Ethiopia

Characteristics of ungauged catchments can be studied from the hydrological model parameters of gauged catchments. In this research, discharge prediction was carried out in ungauged catchments using HEC-HMS in the central Omo-Gibe basin. Linear regression, spatial proximity, area ratio, and sub-basin mean were amalgamated for regionalization. The regional model parameters of the gauged catchment and physical characteristics of ungauged catchments were collated together to develop the equations to predict discharge from ungauged catchments. From the sensitivity analysis, crop coefficient (CC), storage coefficient (R), constant rate (CR), and time of concentration (TC) are found to be more sensitive than others. The model efficiency was evaluated using Nash–Sutcliffe Efficiency (N_SE) which was greater than 0.75, varying between ?10% and +10% and the coefficient of determination (R²) was approximated to be 0.8 during the calibration and validation period. The model parameters in ungauged catchments were determined using the regional model (linear regression), sub-basin mean, area ratio, and spatial proximity methods, and the discharge was simulated using the HEC-HMS model. Linear regression was used in the prediction where p-value ≤ 0.1, determination coefficient (R²) = 0.91 for crop coefficient (CC) and 0.99 for maximum deficit (MD). Constant rate (CR), maximum storage (MS), initial storage (IS), storage coefficient (R), and time of concentration (TC) were obtained. The result is that an average of 30 m³/s and 15 m³/s as the maximum monthly simulated flow for ungauged sub-catchments, i.e. Denchiya and Mansa of the main river basin .     

太阳辐射管理地球工程对海洋酸化影响的模拟研究

研究地球工程对海洋酸化的影响对于评估地球工程对全球气候和环境的影响有重要意义。文中使用中等复杂程度的地球系统模式,模拟了典型CO₂高排放情景RCP8.5下,实施太阳辐射管理地球工程对海洋表面的pH和文石（碳酸钙的一种亚稳形态）饱和度的影响,并定量分析了各环境因子对海洋酸化影响的机理。模拟结果表明,在RCP8.5情景下,到2100年,相对于工业革命前水平,全球海洋表面平均pH下降了0.43,文石饱和度下降了1.77。相对于RCP8.5情景,2100年地球工程情景下全球海洋表面平均pH增加了0.003,而文石饱和度降低了0.16。地球工程通过改变溶解无机碳、碱度、温度等环境因子影响海洋酸化。相对于RCP8.5情景,实施地球工程引起的溶解无机碳浓度的增加使pH和文石饱和度均减小,碱度的增加使pH和文石饱和度均增大,温度的降低使pH增大而使文石饱和度减小。总体而言,太阳辐射管理地球工程可以降低全球温度,但无法减缓海洋酸化。     

A Numerical Investigation on Microphysical Properties of Clouds and Precipitation over the Tibetan Plateau in Summer 2014

In order to improve our understanding of microphysical properties of clouds and precipitation over the Tibetan Plateau (TP), six cloud and precipitation processes with different intensities during the Third Tibetan Plateau Atmospheric Science Experiment (TIPEX-Ⅲ) from 3 July to 25 July 2014 in Naqu region of the TP are investigated by using the high-resolution mesoscale Weather Research and Forecasting (WRF) model. The results show unique properties of summertime clouds and precipitation processes over the TP. The initiation process of clouds is closely associated with strong solar radiative heating in the daytime, and summertime clouds and precipitation show an obvious diurnal variation. Generally, convective clouds would transform into stratiform clouds with an obvious bright band and often produce strong rainfall in midnight. The maximum cloud top can reach more than 15 km above sea level and the velocity of updraft ranges from 10 to 40 m s-1. The simulations show high amount of supercooled water content primarily located between 0 and -20℃ layer in all the six cases. Ice crystals mainly form above the level of -20℃ and even appear above the level of -40℃ within strong convective clouds. Rainwater mostly appears below the melting layer, indicating that its formation mainly depends on the melting process of precipitable ice particles. Snow and graupel particles have the characteristics of high content and deep vertical distribution, showing that the ice phase process is very active in the development of clouds and precipitation. The conversion and formation of hydrometeors and precipitation over the plateau exhibit obvious characteristics. Surface precipitation is mainly formed by the melting of graupel particles. Although the warm cloud microphysical process has less direct contribution to the formation of surface precipitation, it is important for the formation of supercooled raindrops, which are essential for the formation of graupel embryos through heterogeneous freezing process. The growth of graupel particles mainly relies on the riming process with supercooled cloud water and aggregation of snow particles.     

冷空气强风在大型城市中的精细结构和形成机制

地面强风可直接造成人员伤亡和经济损失,严重影响出行安全、工农业生产等社会秩序。强风的发生与天气系统和复杂下垫面的共同作用密切相关,在城市区域尤为明显。受数值模拟技术和计算资源的限制,对实际天气条件下大范围城区的强风现象进行建筑物分辨率的大规模数值模拟研究仍是一个挑战。本研究利用中尺度气象模式嵌套流体计算动力模式的超高分辨率局地气象预报系统,对强冷空气过程造成广州市区的一次强风事件进行数值模拟,深入探讨强风的精细结构和形成机制。结果表明,伴随着强冷空气入侵,广州市区的平均风速和风场高频扰动均明显增强,且在城市冠层顶尤为明显,呈现区域不均匀的三维结构,数值模拟与地面观测相一致。较大范围的强风速和阵风主要出现在建筑物较为低矮的老城区上空,并持续影响下游河道等开阔区域。在高层建筑密集的新城区,虽然整体风速明显减弱,但能在平行风向的街道狭管和下游区域形成局地强风。特别是,超高层建筑群引起显著的垂直环流,导致强风扰动向下传播,造成最大风速达8 m s?1的地面局地强风,阵风指数接近2。上游建筑群引起的风场扰动呈现大尺度湍流结构,能沿着平均气流传播影响数公里之远的下游地区。当风场扰动经过广州塔等单体超高层建筑时,可在其两侧绕流区再次加强,形成局地强风。局地强风和阵风还出现在垂直于风向排列的沿江高层建筑群的侧边,与建筑屏风的阻挡效应和缺口溢出有关。研究结果促进认识城市强风的时空特征和物理机制,有助于提升城市气象的精细化预报水平。     

2017年6月一次华南沿海强降水的对流性特征及热动力机制研究

在华南北部或长江流域有锋面雨带活动时,华南沿海常常会出现对流性强降水,突发性很强,给预报造成很大的困惑。文章采用多种观测资料、ERA-Interim 0.125°×0.125°逐6 h再分析资料,对2017年6月15～16日华南北部的锋面雨带及沿海强降雨过程开展分析,对比了二者降水特征与环境条件,重点探讨了该次过程华南沿海强降雨的对流触发与维持,揭示了一种由边界层风切变强迫造成涡度持续发展的动力效应。结果表明:（1）锋面雨带与华南沿海强降雨在降水特征上有显著差异,并各有特点。锋面雨带以大尺度层状云降水和弱对流性降水为主,降水强度东段弱西段强。沿海强降雨以对流性降水为主,局地性强、落区集中、强降雨持续时间长、夜发性明显。（2）水汽方程诊断发现沿海强降雨在边界层水平水汽平流项、垂直水汽输送项比锋面雨带东段具有更大量级,大气层结反映出更深厚的暖层、湿层与对流不稳定,是二者降水强度及性质差异的主要原因。（3）莲花山、峨眉嶂造成气流侧向摩擦与正面阻挡促使漯河河谷内垂直涡度发展,暖湿空气堆积上升并达到自由对流高度,触发了华南沿海最初的降水。夜间建立的西南风急流使边界层垂直风速切变增强,水平涡度倾斜部分转化为垂直涡度发展,与风速水平切变造成的垂直涡度叠加,是强降雨持续时间长的动力机制。海陆边界摩擦差异造成水平、垂直两个方向的风切变增强,共同强迫垂直涡度发展是此次强降雨过程对流维持的动力效应。（4）方程诊断表明华南沿海强降雨由对流潜热释放造成的垂直上升速度占总垂直上升速度的39%～75%,持续、稳定的对流潜热释放是强降雨持续时间长的热力驱动因素。     

苏州市一次重霾污染天气过程的数值模拟

本文对苏州地区2015年12月13—15日发生的一次典型的重霾污染天气过程进行了数值模拟,分析了颗粒物及其组分的时空变化特征及其气象影响因子,以期为该区域空气污染治理和预防提供科学依据。结果表明:(1)利用WRF-Chem模式对此次重霾污染天气过程的污染气体成分进行数值模拟后发现,小时平均的PM_(2.5)、PM_(10)、CO、SO_2、NO_2模拟值与实测值的相关系数较高,达到0.68以上,通过了P0.01的显著性检验,且日变化过程对应也较好。(2)通过分析此次污染过程的天气背景,发现污染形成期高空环流比较平直,中层为均匀的弱高压控制,地面受弱高压脊控制,这种形势容易导致颗粒物的堆积。后期地面等压线密集时,风速大,有利于污染物的输送与扩散。(3)通过分析此次污染过程期间气象要素的变化发现,有逆温、风速小、相对湿度大等不利的气象条件是导致此次污染过程发生的重要原因之一。(4)HYSPLIT轨迹分析显示,此次重霾过程主要受北方大范围灰霾颗粒物南下影响,北方污染气团逐步南推,14至15日本地大气扩散条件差、污染物累积,最终导致本地污染加重,从而发生重霾事件。(5)火点图的分布进一步验证了此次重霾污染过程是由外来污染气团输入所导致。