现代宇宙学简说（续）

大爆炸模型遇到困难 古斯等人提出暴涨宇宙论 对于宇宙的起源,大爆炸宇宙学家们始终面临很多问题,例如为什么宇宙在大尺度如此的均匀和极度平坦？     

天文学家发现暗能量存在的新证据

8月7日,来自美国夏威夷大学天文研究所的天文学家们宣布,发现迄今为止最确切的暗能量存在证据。夏威夷大学的天文学家通过比较已知的星系数据库和宇宙微波背景图像,在宇宙大尺度结构（诸如超星系团、巨洞）中探测到了暗能量的存在痕迹。“我们现在能有效地捕捉暗能量的踪迹了,正是它扩张出了巨大的空洞和超星系团”,他们说。     

基于FMM算法的夏秋季登陆中国热带气旋路径分类及特征分析

利用有限混合模型FMM聚类算法,将1951—2012年夏秋季(6—11月)登陆我国的热带气旋(Tropical Cyclone,TC)路径数据集分为三类,并对三类不同路径TC的季节变化、发生频数、环流形势等特征进行对比分析。研究表明,每类TC存在明显的特征差异:1)在夏季,第一、二类TC出现频数高于第三类,但在秋季第三类TC发生频数最高。2)第一类TC生成位置偏北,强度较强,生命史较长,路径略有向北发展的趋势,影响区域最广;第二类TC生命史最短,主要影响我国两广、福建一带;第三类TC生命史最长,路径略向西北方向发展。3)第一类TC在生成和消亡时的辐合程度最强,且副高脊线西伸脊点位置偏北;第二类TC在消亡时低层辐合最弱,且副高脊线西伸脊点位置偏西;第三类TC在生成时纬向风垂直切变最强,且副高脊线西伸脊点位置偏东南。     

冬季大尺度流型与夏季中国降水量

对近45年（1951—1995年）前期冬季北半球500 hPa高度距平场和夏季中国降水量进行旋转奇异值分解（RSVD）,研究了耦合相关空间分布的区域特性,同时分析了相关型的时间演变。结果表明,旋转奇异值分解有效地揭示了前期冬季北半球500 hPa大尺度流型与夏季中国降水耦合相关型的区域分布特征,并且物理意义明确。利用Galerkin有限元集中质量法,讨论了非饱和土壤水流动的数值计算模型,用以模拟均质土壤,地下水埋藏很深且在不同的初始和边界条件下的水分运动。通过将第一类边界条件齐次化,而对于第二类非线性边界条件采用变分的办法将其直接转化为已知边界通量的计算,从而容易且较好地处理了带通量约束边界条件。对于入渗或蒸发问题,用通常的在分析比较不同地区降水化学特性时,如果列出各种离子的具体数值,既显得繁琐又不容易得出结论。现提出一种简便方法,即先概括出几种最重要的降水化学特性,分别以字母代表,再把这些特性分成几个等级以数字表示,就能很直观方便地比较这些地区的降水化学特性。还利用权威观测资料,以上述方法具体比较了世界主要酸雨地区的降水化学特性。       

Study of initial vorticity forcing for block onset by a 4-dimensional variational approach

With the aid of a global barotropic model, the role of the interaction of the synoptic-scale disturbance and the planetary flow in block onset is examined by a 4-dimensional variational approach. A cost function is defined to measure the squared errors of the forecasted stream functions during block onset period (day 4 and day 5 in this study) over a selected blocking domain. The sensitivity of block onset with respect to the initial synoptic-scale disturbance is studied by examining the gradient of the defined cost function with respect to the initial (during the first 24 hours) vorticity forcing, which is evaluated by the adjoint integration. Furthermore, the calculated cost function and gradient are connected with the limited-memory quasi-Newton optimization algorithm for solving the optimal initial vorticity forcing for block onset. For two studied cases of block onset (northern Atlantic and northern Pacific) introducing the optimal initial vorticity forcing, the nonlinear barotropic advection process mostly reconstructs these blocking onset processes. The results show that the formation of blocking can be correctly described by a barotropic nonlinear advection process, in which the wave- (synoptic-scale) flow (planetary-scale) interaction plays a very important role. On an appropriate planetary-scale flow, a certain synoptic-scale disturbance can cause the blocking onset by the interaction between the synoptic scale perturbations and the planetary scale basic flows. The extended forecasts show that the introduction of the optimal initial vorticity forcing can predict the blocking process up to the 7th or 8th day in this simple model case. The experimental results in this study show that the 4-dimensional variational approach has a good potential to be applied to study the dynamics of the medium-range weather processes. This simple model case study is only an initial trial. Applying the framework in this study to a complex model will further our understanding of the mechanism of the atmospheric/oceanic processes and improve their prediction.     

2008年深圳洪涝灾害的气候背景和环流条件

用NCC/CMA资料分析了2008年6月深圳降水异常事件的成因,结果认为:2007年7月—2008年2月赤道西太平洋海表温度异常偏低、2008年前冬今春青藏高原积雪面积偏大是深圳异常降水事件的前期气候背景;2008年6月东亚阻塞高压的异常强大及乌拉尔山长波槽的异常加深发展,促进了经向环流异常增强;偏强的冷空气以阶梯槽的形式频繁入侵华南,为深圳异常降水事件提供了动力条件。副高西段较常年偏南,西伸脊点偏东;强劲的季风潮为深圳地区输送了巨大的水汽和热量;冷暖空气在华南地区的频繁交汇与维持是深圳异常降水事件的主要成因。上述多种因素的异常共同导致了深圳异常降水事件的发生。     

2011年5月28日磁暴期间中国地区大尺度电离层行进式扰动的GPS台网监测

利用中国大陆构造环境监测网络及全球GPS服务系统提供的中国及其周边地区的246个GPS接收台站的TEC观测资料,观测研究了2011年5月28日一次中等强度磁暴期间中国地区出现的大尺度电离层行进式扰动（LSTID）,并给出了中国地区的二维TEC扰动图像.结果表明：在磁暴恢复相期间,我们一共监测到两个LSTID事件,一个发生在午夜前的中国西南地区,另一个发生在午夜后的东北地区.TEC二维成像结果清晰地显示了两次LSTID在中国地区的连续传播过程,西南地区午夜前的LSTID由低纬向中纬沿北偏东的方向传播,其持续时间约为60min,水平传播距离约1200km,等相面的宽度最大约500km;东北地区午夜后的LSTID由中纬向低纬沿南偏西的方向传播,其持续时间约为70min,水平传播距离约1200km,等相面的宽度最大可达1400km.对TEC扰动进行互谱分析得到两次LSTID的传播参量,发现午夜前的LSTID的水平传播相速度和相对扰动振幅的平均衰减率都比午夜后的LSTID的要大,这可能是由午夜前西南地区较高的背景垂直TEC0及背景大气温度引起的.研究还表明,午夜后的LSTID是由北极区活动激发的大气声重波产生的,通过对高纬地区水平地磁分量H的分析,可以估计出其激发源应位于140°E以东,42°N以北的1400～2600km范围之内;而对于午夜前的LSTID,则可能是由赤道电集流引起的焦耳加热激发的大气声重波产生的.     

基于直方变差图的土地覆盖数据集多尺度精度评价

针对目前精度评价尺度单一的问题,提出基于直方变差图的多尺度精度评价方法,分别在像元尺度和亚像元尺度进行土地覆盖数据集精度评价。在像元尺度利用驻点作为采样工具直接评价数据集精度;亚像元尺度上,则利用非严格定义的驻点和驻点直方变差图对不同面积和空间结构的优势类进行精度评价。并以浙江北部典型区域为实验区,Landsat TM/ETM+为参考数据,对UMD、IGBP DISCover、MOD12Q1-2001、GLC2000、GlobCover2009等5种大尺度土地覆盖数据集进行多尺度精度评价实验。结果表明,多尺度精度评价方法能够全面地评价土地覆盖数据集的精度,提供更加丰富的多尺度精度信息。像元尺度精度评价可在一定程度上消除由于参考数据与数据集间的空间匹配造成的误差,评价结果更加客观;亚像元尺度精度评价能有效反映亚像元尺度优势地物面积及空间结构与精度的关系。     

深部咸含水层CO2注入下压力抬升与流体迁移的大尺度模拟研究:以松辽盆地为例

地下深部封存CO2已经被公认是人类削减温室气体排放的一条有效而又科学的途径。深部咸含水层CO2地质封存因封存潜力巨大,技术可行,且已有实际的工程运行,因而备受关注。松辽盆地是中国潜在的CO2储存场地之一,选择松辽盆地为大尺度模拟研究对象,选取姚家组砂岩层为储层,选取嫩江组泥岩为盖层,运用TOUGH-MP并行计算代码建立了覆盖整个松辽盆地的三维地质模型,在中央凹陷区开展大尺度CO2注入模拟研究,包括CO2运移、储存、地层压力提升以及储存安全性等问题。模拟结果表明:持续注入100a后形成的CO2羽远小于产生的压力积聚区影响范围。注入产生的压力抬升将在注入停止后迅速消散,不会对区域地层压力和浅层地下水系统产生显著影响。在千年之内注入的CO2将随着时间持续,逐渐溶解于水中,而不会因盖层微弱的渗透性而逃逸。     

基于ERA40资料的边界层厚度气候特征分析

为了解边界层厚度的大尺度分布及其气候循环特征,基于逐日ERA 40 再分析边界层厚度资料,采用统计学方法计算边界层厚度分4个时次的季节循环、年较差等气候特征场,对全球边界层厚度分布及其季节演变特征进行了研究。结果表明：全球较厚的边界层分布与大地形、沙漠等下垫面的分布有直接联系;陆地强边界层分布存在“08时”现象,即陆地较厚边界层中心分布在当地时间08时经线附近;在大洋上南北纬30°~40°两条纬度带内边界层厚度的月尺度内变率较大,与大气强斜压性的天气系统活跃区一致;月平均日较差的年循环特征存在着季节性南北进退的现象。研究结果对于全面认识和科学利用ERA 40逐日边界层再分析资料有一定帮助。