近几年中尺度动力学研究进展

近几年,中尺度气象由于在逐日天气预报中的重要作用和在气象灾害预报中的显著贡献,已经成为一个热门的研究课题.中尺度气象研究并预测中尺度天气系统的发生发展及其引发的灾害性天气,如暴雨、冰雹、龙卷风等.本文主要总结了2007年以来我国在中尺度研究中取得的显著性成果.主要包括:波动、涡旋、锋面、稳定性、Q矢量和不变量.在波动方面包括重力波的形成和传播的研究,包含旋转Rossby波、混合低频旋转Rossby波和高频惯性重力波在内的台风波动以及考虑水汽作用的中尺度波作用守恒.涡旋部分主要介绍了青藏高原低涡(TPV)和热带气旋内部的涡旋问题.除了涡旋之外,锋面在中国也是一个关键系统.在锋面方面的进展有:梅雨锋中的β中尺度双雨带机制的产生和维持的实验性研究,以及基于广义位温的锋生函数的提出,这些成果使得对锋生过程的描述更接近于实际大气状况.在不稳定问题上,主要介绍了采用Energy-Casimir方法建立的拟能量波作用方程和基本气流具有线性和非线性切变时的横波扰动的不稳定.关于Q矢量,介绍了从地转Q矢量,半地转Q矢量到非地转Q矢量,非地转湿Q矢量的发展,以及由湿地转Q矢量和垂直风切变耦合得到的新型散度方程.最后,讨论了有关质点的两个不变量位温和位涡的相关研究新进展.     

2005年11月哈密暴雪天气 过程的诊断分析

2005年11月18日凌晨至20日，哈密出现罕见暴雪天气过程，此次降雪强度大，范围集中，南部大，北部小。利用NCEP1°×1°的6小时分析资料和非常规观测资料，对此次哈密地区的暴雪天气过程的环流背景、影响天气系统进行了动力和热力的诊断分析，并利用Q矢量及螺旋度方法作了天气动力学诊断分析。结果表明：（1）新疆西部高压脊东移发展，引导萨彦岭低涡东移南压，移入哈密地区，造成哈密暴雪天气。（2）萨彦岭低涡是一较深厚系统，是低层辐合高层辐散的垂直上升气旋性涡柱，为暴雪发生提供了有利的动力机制。（3）冷暖平流交汇，增强了斜压性，有助于低涡的发展加强。冷平流对锋生起到重要作用。（4）Q矢量辐合区及螺旋度正值区与低涡有较好的对应关系，对哈密降雪的预报有一定的指示作用。     

广东0506大暴雨的成因探讨

2005年6月18～25日,广东省出现罕见的持续强降水过程(0506大暴雨),造成广东省巨大的经济损失。利用NCEP再分析资料计算的非地转Q矢量、假相当位温和经向环流对这次强降水过程进行分析,结果表明:南海地区的对流系统北移并多日滞留在广东地区是0506大暴雨的一个直接原因,它是南海夏季风活动的一个表现;广东0506大暴雨有明显的南北两个主要的降水区域,其中南边是季风对流降水,而北部则属于锋面降水雨带。     

Recent crustal horizontal movement in the Chinese mainland

IntroductionSupportedbytheNationaIClimbingProject"RecentCrustalMovementandGeodynamicResearch",acrustalmovementmonitoringnetworkdistributedinChinesemainlandhasbeenmeasuredfortWotimesinl994andl996.Thenetconsistsof22stationsthatarelocatedonsev-eralmajortectonicblocksinChinesemainland.ExceptNanchongstationwhichwasdestroyedatsometimebetWeenl994and1996andre-settledinl996,alltheother2lstationswereoccupiedfortwotimes.BasedontheresuItSobtainedfromcarefulpre-processingofGPSobservations,therecent…     

鲜水河断裂带炉霍段的震后滑动与形变

1973年2月在鲜水河断裂带炉霍段发生了M7.6地震破裂.自那以来,先后在炉霍县虾拉沱布设了若干横跨该地震断层(1973年破裂带)的地壳形变观测系统,包括断层近场的短基线、短水准、蠕变仪、人工构筑物等,以及断层近-远场的GPS观测站.利用这些观测系统的长期观测资料,本文分析了鲜水河断裂带炉霍段的震后滑动/变形及其时、空变化特征,并建立起解释这些特征的动力学模式.研究表明:(1)1973年地震后的头5年,地震断层在虾拉沱场地表现为开放性质,近场的断层震后滑动以无震左旋蠕滑为主,速率达到10.27 mm/a,且伴有微量的拉张性蠕动作用;1979年以来,左旋蠕滑速率由5.3 mm/a逐渐减小到2.27 mm/a,减小的过程呈对数函数型,反映此阶段断层面已逐渐重新耦合、正朝闭锁的方向发展,并伴有部分应变积累.(2)1999年以来,地震断层两侧远场的相对左旋位移/变形速率为10 mm/a,远大于同时期断层近场(跨距40~144 m)的左旋蠕滑速率0.66~2.52 mm/a;远-近场位移/形变速率的显著变化发生在地震断层两侧各宽约30 km的范围,显示出这是与大地震应力应变积累-释放相关的断裂带宽度.(3)结合动力学背景与深部构造信息,本文对这里断层的震后位移/变形及其时、空变化的机理进行初步解释,要点是:震后约5年之后,由于逐渐增大的断层滑动/摩擦阻抗,上地壳脆性层中的断层面由震后初期的开放性质逐渐转向重新耦合、并朝闭锁的方向发展,但其两侧地块深部持续的延性相对运动拖拽着浅部脆性层发生相应的弹性位移/变形.(4)可估计再经历15~25年,研究断裂段将完全"闭锁",即进入积累下一次大地震应力应变的震间闭锁阶段.     

Late Holocene slip rate and average recurrence interval of great earthquakes on the Shangzhi segment of the Yilan‐Yitong Fault Zone,northeastern China: Constraints from paleo‐earthquakes and historical written records

The Yilan‐Yitong Fault Zone (YYFZ) is considered to be the key branch of the Tancheng‐Lujiang Fault Zone (TLFZ) in northeastern China. Although the Mesozoic and early Cenozoic deformation of the YYFZ has been studied intensively over the past century, few estimates of slip rate and recurrence interval of large earthquakes in the late Quaternary, which are the two most important parameters for understanding the potential seismic hazard of this crucial structure, were obtained. Based on integrated interpretations of high resolution satellite images and detailed geologic and geomorphic mapping, linear landforms were identified, including fault scarps and troughs, along the Shangzhi segment of the YYFZ, which exceeds 25 km in length. Synthesized results of trench excavations and differential GPS measurements of terrace surfaces indicate that two events (E1, E2) occurred along the Shangzhi segment during the late Holocene, which resulted in 3.2 ±0.1 m of total vertical co‐seismic displacement with clear features of thrust motion. ¹⁴C dating of samples suggests that event E1 occurred between 440 ±30 years BP and 180 ±30 years BP and that event E2 occurred between 4 090 ±30 years BP and 3 880 ±30 years BP, which indicates that the minimum vertical slip rate of the Shangzhi segment of the YYFZ has been approximately 0.8 ±0.03 mm/year during the late Holocene. Constraints from paleo events and the slip rate suggest that the average recurrence interval of major earthquakes on the YYFZ is 3 800 ±200 years. Historical documents in Korea show that event E1 possibly corresponds to the earthquake that occurred in AD 1810 (the Qing Dynasty in Chinese history) in the Ningguta area, which had surface‐wave magnitude (Ms) of 6.8–7.5. Studies of kinematics show that the right‐lateral strike‐slip with a reverse component has been dominant along the YYFZ during the late Holocene.     

渤海35油田非均质储层钻井应对技术

渤海35油田沙河街组水平井穿层较多,整体水平段砂泥岩比例不稳定、交互较多,若处理措施不当,易发生井壁失稳,也易造成防砂管柱下入困难、盲管配管较多以及投产后筛管堵塞严重的问题。通过钻进过程中使用随钻工具及时跟踪,调整井眼轨迹,对钻井液体系、钻井工艺技术等方面进行调整,有效提高了渤中深部地层强非均质水平井油层钻遇率,得出了一些实际操作的方法和经验,对深部地层强非均质水平井现场实施具有较高的参考价值。     

汶川地震映秀-北川地表破裂带虹口乡段精细填图、位移特征和地震构造分析

同震地表破裂带是地震破裂最直观的表现。地表破裂带的精细填图对理解地震破裂过程及发震机理有着重要意义。我们对5.12汶川地震映秀-北川同震破裂带南部的虹口乡区段开展了较为精细的填图工作,该区段地表破裂带的平面几何和同震位移特征沿走向均显示出公里尺度的横向变化和复杂性。根据同震破裂不连续性特征可把地表破裂分为4段,自南向北依次为深溪沟段、庙坝段、高原新村段和八角庙段。其中,深溪沟段和八角庙段同震垂直位错较大,达.5～6m;庙坝段同震垂直位移量普遍较低,1～2m或更低;  在高原新村附近,地表破裂带分为近平行的南北两支,北支以右旋走滑为主,南支以南东盘逆冲抬升为主,这与与映秀-北川同震破裂总体北西盘抬升的性质相反。本文对高原新村附近的反向陡坎进行了深入的探讨,并综合前人的研究结果,认为是破裂在从深部往上扩展的过程中,在浅表部位顺着发育在虹口东南部的大鱼洞-龙溪飞来峰后缘的具南东倾向的断面继承而成。与北川沙坝附近的反向陡坎一样,说明老断裂带构造几何特征对单次地震破裂的扩展有牵引作用。最后,讨论了八角庙有切割关系的两组断层擦痕的地震学和地质学意义,指出可能指示了映秀-北川断裂面上局部区段震前的初始应力水平较低。     

有限元强度折减法在公路隧道中的应用探讨

将有限元强度折减法应用于隧道的稳定性评价。利用有限元强度折减法求得的安全系数与潜在滑动面,不仅可以评价隧道的稳定性和设计的合理性,还可以对支护参数和施工工艺提出改进建议。计算表明,泊松比? 的取值对塑性区范围影响很大,但对安全系数基本上没有影响;围岩等级越高,达到破坏状态时围岩的塑性区范围越大,破坏区却越小,安全系数越高;上覆岩体增厚,同类围岩塑性区范围和最大塑性应变值都增大,而安全系数减小。破坏时围岩等级高的隧道塑性区大,围岩等级低的反而小,因此,单纯根据塑性区范围大小来评判隧道的安全性是值得商榷的。     

定量分析几种Q矢量

结合1991年7月5日20:00～6日20:00一次典型的江淮梅雨锋暴雨过程，从台站实际业务工作需要考虑，细致、具体地比较分析了850 hPa、700 hPa及500 hPa 3个层次的准地转 Q 矢量散度场、半地转 Q 矢量散度场、非地转 Q 矢量散度场及湿 Q 矢量散度场与相应时刻地面降水场对应关系的差异，同时还针对每一种 Q 矢量，将其在850 hPa、700 hPa及500 hPa 3个层次的散度场对同时刻降水场的反映能力进行了比较。在定量比较的基础上，得到了对4种 Q 矢量诊断特性的具体认识:（1）在整个梅雨锋暴雨过程中，3个层次的半地转 Q 矢量散度场及准地转 Q 矢量散度场对雨区的反映能力较小，而非地转 Q 矢量的散度场和湿 Q 矢量的散度场对雨区的反映能力明显较前二者大，尤其是湿 Q 矢量散度场在每个层次的诊断能力基本都大于相应层次的其它 Q 矢量的散度场。（2）对于每一种 Q 矢量而言，基本都是在700 hPa的散度场与雨区的对应关系好于各自在850 hPa和500 hPa的散度场，尤其是700 hPa湿 Q 矢量散度辐合场对同时刻梅雨锋暴雨的强度及落区都有很好的指示作用。最后，基于理论的角度对各 Q 矢量的诊断特性进行了较为深入地探讨和比较分析，明确地指出了4种 Q 矢量存在理论前提上的差异。