最近十多年来冰冻圈加速萎缩——IPCC第六次评估报告之冰冻圈变化解读

政府间气候变化专门委员会（IPCC）于2021年8月发布了第六次评估报告第一工作组报告《气候变化2021：自然科学基础》。该报告基于最新的观测和模拟研究,评估了冰冻圈变化的现状,并采用CMIP6模式对未来变化进行了预估。报告明确指出,近十多年来冰冻圈呈现加速萎缩状态：北极海冰面积显著减小、厚度减薄、冰量迅速减少;格陵兰冰盖、南极冰盖和全球山地冰川物质亏损加剧;多年冻土温度升高、活动层增厚,海底多年冻土范围减少;北半球积雪范围也在明显变小,但积雪量有较大空间差异。冰冻圈的快速萎缩加速海平面的上升。未来人类活动对冰冻圈萎缩的影响将愈加显著,从而导致北极海冰面积继续减少乃至消失,冰盖和冰川物质将持续亏损,多年冻土和积雪的范围继续缩减。报告也提出,目前冰冻圈研究仍存在观测资料稀缺、模型对各影响因素的敏感性参数和过程描述亟需提升、对吸光性杂质的变化机制认知不足等问题,从而影响了对冰冻圈变化预估的准确性,未来需要重点关注。     

利用地面LiDAR精细化测量活断层微地貌形态——以毛垭坝断裂禾尼处断层崖为例

受地壳内部持续运动和沉积、风化等自然动力及人类生产与生活活动影响,活断层微地貌形态往往比较复杂,传统测量方法较难快速、高效地获取大范围内精细化的活断层微地貌形态,激光雷达扫描技术的出现和发展为活断层微地貌的精细化与定量化研究提供了新的技术手段。以川西理塘毛垭坝盆地北缘的正断层崖为研究对象,利用地面LiDAR获取活断层微地貌高精度点云后,经过点云配准、滤波、重采样和三角构网处理后,建立了0.05 m分辨率的数字高程模型和真彩色三维模型,在此基础上分析了断层崖地貌特征,并获取了正断层错动两期最新地貌面的精确垂直位错量。研究结果表明,地面LiDAR技术是精细测量活断层微地貌形态和量化相关地貌特征参数的有效手段,提高了活断层微地貌形态测量的精度和认识水平。     

中国冰冻圈变化的适应研究：进展与展望

冰冻圈变化的适应研究是冰冻圈科学领域的新兴研究方向,是当今自然科学与社会科学交叉融合跨学科集成研究的典型代表。起步于2007年的中国冰冻圈变化适应研究,经历了早期的探索,研究重点由评价脆弱性发展为量化冰冻圈变化的影响,形成以影响/风险—脆弱性—适应全链条的完善的研究体系,研究方法突破传统的指标体系赋权法的不足,初步实现了定量化,有机结合影响/风险、脆弱性、适应三方面的研究结果,使冰冻圈变化的适应措施由偏重宏观性、普适性开始转向更有针对性。未来中国冰冻圈变化的适应研究应拓展、完善和深化现有的理论体系,构建冰冻圈与社会经济耦合模型,科学量化冰冻圈全要素变化的影响,建立不同利益相关者与科学家共同参与的研究新模式,科学有效应对与适应冰冻圈变化及其影响。     

2008—2017年鄂西南区域极端降水特征及成因

利用地面区域自动站逐时降水观测资料,采用百分位方法,对2008—2017年5—9月鄂西南极端降水特征进行分析,利用卫星云图TBB和NCEP 0.5°×0.5°再分析场资料,对典型个例进行成因分析。结果表明:(1)鄂西南小时强降水和日降水量极端阈值范围差别较大,各站降水极端性程度没有可比性。小时强降水和大暴雨出现频率高的站点主要分布于有地形辐合和地形抬升的山脉四周,小时强降水多发生在00:00—03:00和16:00—19:00时段;(2)鄂西南极端降水发生最多的是东南部海拔高度相差大的鹤峰附近,低空急流和地形作用,使中尺度对流系统在东移过程中存在后向传播,导致降水持续时间长,累计雨量大;(3)对于不同时期的极端降水过程,其形成的热力、动力作用和垂直结构均不相同,6月的暖区极端降水,热力作用占主导,高层系统先于低层发展,而9月极端降水锋区明显,以动力作用为主,系统整层发展加强。     

太行山东麓一次低槽冷锋降水云系云物理结构和作业条件的飞机观测研究

2017年5月22日河北省出现一次低槽冷锋降水过程,河北省人工影响天气办公室利用机载粒子测量系统在太行山东麓区域对积层混合云进行了5次垂直探测。依据这些飞机探测资料结合石家庄天气雷达和邢台皇寺观测站的Ka波段云雷达资料分析了积层混合云的微物理结构和增雨作业条件。结果表明,降水云系出现在低槽槽前西南气流中,积层混合云由冷、暖云组成,云厚大于5 km,暖云厚度大于2 km,冷云厚度大于3 km,0℃层高度位于3577～4004 m,云底温度为15. 4℃,云顶温度为-17℃。云内出现最强雷达回波达45 d BZ的对流雨核,人工增雨作业应在雷达回波强度不超过40d BZ,且4000 m以上雷达回波强度不超过30 d BZ积层混合云区实施增雨作业。嵌入对流核的积层混合云中,5000 m以上冷云中上层过冷水含量达0. 2 g·m-3,比稳定的层状云中过冷水含量提高2～4倍;丰富的过冷水从雨核发展初期维持到雨核发展盛期,且该高度层是冰晶重要增长区,温度在-15～-5℃之间,适合催化作业。     

台风Chanchu(0601)变性过程中的强度变化及环境场分析

利用非静力中尺度WRF模式模拟的台风Chanchu(0601)的输出资料,探讨了Chanchu减弱变性过程的强度及结构变化。分析结果表明:在台风Chanchu北移过程中,高层的暖心被破坏,强度快速减弱,眼壁对流发展高度降低,眼壁对流由对称结构演变为非对称,内核对流减弱。此减弱变性过程与惯性稳定度减小、垂直风切变增强、低层锋生等环境要素有关。惯性稳定度与台风强度变化一致,随着惯性稳定度降低,最大切向风减弱并不断外扩,Rossby变形半径增大从而潜热释放不集中难以维持台风强度,台风减弱;同时,内核区的高层暖心更易径向频散,从而高层暖心难以维持;环境的垂直风切变增强使台风的斜压性增强,台风垂直结构的倾斜度增大,对流发展高度降低;低层冷空气侵入台风中心趋于填塞,也利于台风强度减弱;台风登陆以后冷暖空气对比导致的锋生使得不稳定能量释放从而重新加强了Chanchu环流内的中低层对流活动,但较台风最强时刻而言对流强度减弱。总体减少的对流和降低的对流高度,导致潜热能释放减小,其向心输送也减少,不足以维持强暖心结构,最终使得台风减弱并变性。      

城市边界层过程在北京2004年7月10日局地暴雨过程中的作用

从大量的观测事实入手,结合简要的理论分析,揭示发生在北京城区的一次相对孤立的β中尺度对流暴雨系统的启动机制以及城市边界层在这次局地暴雨过程中的作用.研究结果表明:(1) 2004年7月10日北京暴雨前后,局地水汽和天气尺度低空水汽输送条件是非常有利的,但是天气尺度系统的垂直运动对这次北京局地暴雨是存在抑制作用,至少没有明显的帮助.这一点与区域性降雨带中出现的中尺度暴雨中心具有明显区别.(2)暴雨发生在偏南暖湿气流中,首先,可能是位于北京西南的河北涞水和易县附近强雷暴群激发的重力波传播,触发对流不稳定能量释     

全球地幔垂直流动速度研究

用高分辨率地震体波速度成像以及相关的地球物理资料,计算地幔垂直流动形式及流动速度,得到全球地幔流垂直运动模式.从全球尺度来看,地幔流基本可划分为以下几个区域：欧亚大陆—澳大利亚、北美洲—南美洲为两个大规模下降流区域,西印度洋—非洲及大西洋、中南太平洋及东太平洋为两个大规模地幔上升流区域.地幔上升流起源于核幔边界,主要表现在地幔中部和上地幔下部.地幔垂直流动速度约每年1～4cm.地幔流动对地表板块运动、海洋中脊和中隆、俯冲带和碰撞带的分布起着控制作用.地幔上升流与地表现代热点有密切关系.从东亚尺度看,地幔流大体分为三个区域：东亚边缘裂谷系和西太平洋边缘海为上升流、西伯利亚地幔深度表现为物质下降流、青藏高原—缅甸—印度尼西亚特提斯俯冲带地幔下降流,这三个区域地幔流动与地表的西太平洋构造域、亚洲构造域和特提斯构造域相吻合.勾勒出南海地区构造特征：从上到下的大体结构是上部呈“工"字型、中间为圆柱型、底部呈盾形的地幔上升流.     

A comparative study between China and U.S. on seismic design philosophy and practice of a long span arch bridge

This paper presents the first of a series of case studies on the seismic design of long span bridges （cable-stayed bridges, suspension bridges and arch bridges） under a cooperative research project on seismic behavior and design of highway bridges between the State Key Laboratory for Disaster Reduction in Civil Engineering, Tongji University and the Multidisciplinary Center for Earthquake Engineering Research, University at Buffalo. The objective of this series of case studies is to examine the differences and similarities on the seismic design practice of long span bridges in China and the U.S., to identify research needs and to develop design guidelines beneficial to bridge engineers in both countries. Unlike short to medium span bridges, long span bridges are not included in most seismic design specifications, mainly because they are location dependent and structurally unique. In this paper, an available model of a steel tied half through arch bridge with a main span of 550m in China is discussed. Analysis is focused on comparisons of the seismic responses due to different ground motions. Seismic design criteria and seismic performance requirements for long span bridges in both countries were first introduced and compared, and then three near field earthquake records with large vertical components were selected as the excitations to examine the seismic behavior and seismic vulnerability of the bridge. Results show that （1） the selected near field ground motions cause larger responses to key components （critical sections） of the bridge （such as arch rib ends） with a maximum increase of more than twice those caused by the site specific ground motions; （2） piers, longitudinal girders and arch crowns are more vulnerable to vertical motions, especially their axial forces; and （3） large vertical components of near field ground motions may not significantly affect the bridge＇s internal forces provided that their peak acceleration spectra ordinates only appear at periods of less than 0.2s. However, they may have more influence on the longitudinal displacements of sliding bearings due to their large displacement spectra ordinates at the fundamental period of the bridge.     

关中地区垂直形变场及其动态演化特征

应用关中地区20余年的精密水准资料,用分段线性速率动态平差法进行统一起算基准的拟稳平差计算．得出了197l～1976、1976-1980、1980-1986和1986～1996年度的垂直形变速率图,从动态的观点研究了关中地区地壳垂直形变场的演化特征。研究结果表明：（1）地壳垂直形变场有规律的变化与区域应力-应变场的微动态活动有关,青藏亚板块和华北亚板块对关中地区的构造变形交替起主导作用,并产生了不同形变特征;（2）地壳垂直运动不是线性的。有加速、反向和停顿,长期平均垂直运动速率低于各时段的变化;（3）地壳垂直变化与断裂活动密切相关。垂直形变的逆继承性构造活动时期远小于继承性构造活动时期;（4）西安是一个特殊沉降区。由于过量开采地下水引起地面急剧下降。