2011年山东雨季首场暴雨过程诊断分析

利用NCEP1°×1°再分析资料、卫星及常规观测资料,对2011年山东进入雨季后的首场暴雨天气过程的大尺度环流背景、物理量场的结构特征及暴雨的中小尺度系统进行了分析。结果表明：此次暴雨是高空低槽、低空切变线和地面中尺度辐合线共同影响造成的,西南低空急流为暴雨区提供了充沛的水汽和能量;水汽通量散度所揭示出的强水汽辐合中心与强降水中心具有很好的对应关系;暴雨落区与强上升运动中心在时间和空间上相关性较好;此次降水是位于低空切变线右侧,低空急流左侧的暖区里的暴雨。     

小尺度原位瞬态压力脉冲渗透性测试系统及试验研究

基于原位瞬态压力脉冲法原理及求解方法,研发了由数据采集控制系统、脉冲压力施加系统、测杆系统3部分组成的小尺度原位瞬态压力脉冲渗透性测试系统（已获国家发明专利[1]）。该系统结构简单、易于控制、使用方便,可用于快速原位测量核废料地下处置、能源地下储存和深埋等地下工程中低渗透围岩的渗透率以及测试空间狭窄和岩体扰动要求严格的其他工程岩体渗透率。利用该系统实施了原位瞬态压力脉冲渗透率测量试验,试验结果验证了该系统的适用性、稳定性和准确性。     

中小尺度强对流天气的雷达回波图像生成方法

为生成复杂环境下的优质雷达回波图像,减少目标信息缺失现象与相对成像误差,提出基于中小尺度强对流天气的雷达回波图像生成方法。采用可最大限度保留雷达回波特性的傅里叶插值法,形成空间分辨率均匀的雷达回波三维规则网格数据;基于改进变分贝叶斯理论,实现中小尺度对流天气雷达回波图像超分辨重现,生成雷达回波图像。试验结果表明,该方法处理后的中小尺度强对流天气雷达回波范围与原图相似度高,可最大程度留存雷达回波信息,该方法能够生成清晰的雷达回波图像,且不存在目标信息缺失现象,相对成像误差极小。     

中小尺度下植被冠层对屋顶表面温度的调控效应分析

随着城市化进程的加快,城市热岛问题日益严重,对人类健康和城市可持续发展产生了巨大威胁。植被可有效遮蔽阳光直射,并通过蒸腾作用降低气温,是改善局部热环境的重要途径之一。开展植被对建筑物温度的调控效应的研究,对于理解城市热岛成因、缓解城市热环境恶化等方面都有重要意义。然而,当前研究往往是在遥感影像的基础上进行的,缺乏植被结构信息,同时,受制于有限的空间分辨率,研究大多在城市尺度下开展。在中小尺度上定量地研究植被冠层密度对建筑物温度的影响仍然具有一定挑战性。鉴于此,本文使用激光雷达（Light Detection and Ranging, LiDAR）获取的高分辨率冠层密度数据,在楼间尺度和街区尺度下开展圣罗莎市三维植被结构与单体建筑物表面温度之间定量关系的研究,分析不同尺度下植被冠层的降温特征及其在局部环境中的降温贡献。结果表明：植被对建筑物的降温作用与其周围的冠层密度有密切关系：冠层密度需达到17%才能起到有效的降温作用,其中在中小尺度上冠层密度分别高于30%和40%时,能最大限度发挥植被的温度调控功能;当冠层密度相同时,2个尺度下的温度变化显著不同：随着冠层密度的增加,街区尺度下的屋顶温度比楼间尺度下的屋顶温度平均下降了0.89 ℃;中小尺度下的屋顶温度变化不仅受到其周围植被结构的影响,还与整体热环境状况有关。本文的研究思路与结果有助于在有限的城区土地资源上合理规划绿地建设,构建可持续的人类宜居环境。     

主题模型与SVM组合的小尺度街区用地分类方法

城市用地分类作为城市规划重要的基础和依据,对城市资源配置、建设发展等具有重要意义。现有研究对用地分类都聚焦于“稀路网、大街区”的大尺度区域,随着城市发展,大尺度区域的规划模式造成了城市交通效率低下、土地低效率开发等问题,而小尺度的城市街区建设规划为解决上述问题提供了一种新的思路。为了充分挖掘现有交通大数据的潜在价值,更以高效地服务小尺度街区规划,本文将主题模型与支持向量机（SVM）相组合,提出一种面向小尺度街区的用地分类方法。本文以上海市黄浦区人民广场附近为研究区域,依据精细路网对研究区域划分,通过对一周（7天）出租车GPS数据处理,结合区域兴趣点（POI）数据,基于隐含狄利克雷分布（LDA）模型和SVM模型进行用地分类。在人工解译的分类图的基础上对本文方法进行精度评价,并基于百度地图地理数据进行结果验证。研究表明本文方法基于现有的交通大数据,实现了对小尺度街区用地分类,方法分类精度较高,在一定程度上可以节约人力物力,以便更好地服务于小尺度城市规划。     

激光在小尺度湍流场中的透射功率模型

从激光在小尺度湍流场中的透射特性出发,对螺旋桨扰动粒子湍流场进行了模拟仿真,结果显示在距离螺旋桨较远的区域,存在尺度较大的涡旋结构;分析小尺度湍流场中粒子浓度时空变化情况,建立了小尺度湍流场中激光透射模型,并对理论模型进行了水池实验验证。实验显示：大尺度涡旋结构导致粒子浓度在距离螺旋桨较远的湍流区域比较近的区域变化更加剧烈;最终,从螺旋桨扰动流场导致粒子重新分布引起激光透射功率改变的角度,建立了激光在小尺度湍流场中的透射功率模型。     

1700—1978年云南山地掌鸠河流域耕地时空演变的网格化重建

基于多源数据资料重建小尺度区域历史时期土地利用/覆盖变化,对深入理解土地利用变化的驱动力机制及其环境和气候效应具有重要意义。本文利用从流域尺度聚落格局演变重建到聚落尺度耕地数量和空间分布重建,再到流域尺度耕地格局重建的思路,以云南山地典型的中小流域为研究区,以历史文献资料、田野考察资料、历史地理学研究成果、档案资料、现代统计资料、地理基础数据为支撑,综合考虑区域自然因素（坡度、海拔高度）、人文因素（人口、政策、农业技术、耕地与居民点距离）,设计了历史时期山地小尺度区域耕地网格化重建模型,重建了1700—1978年具有明确时间和空间属性的网格化耕地格局。结果表明：① 掌鸠河流域的耕地面积近300 a增长6.3倍,垦殖率从1700年的2.1%上升到1978年的15.6%。② 不同地形区的耕地面积差异较为显著,其中山区和半山区的耕地面积最大,且增长速度最快;平坝区和中下游河谷区的耕地面积增长相对平缓,是自然环境、人口、政策和农业技术等因素综合作用的结果。③ 通过总耕地面积和人均耕地面积等对结果进行验证,证明了重建结果的合理性。本文设计的网格化重建模型可以为模拟具有明确时间和空间属性的小尺度区域历史耕地网格化数据集提供参考。     

火星磁鞘中小尺度磁洞发生率的观测

小尺度磁洞是一种尺度通常小于质子回旋半径的磁结构,其特征是该结构内的磁场强度相对于周围环境存在一个显著的减弱.这种结构可能与能量转换和粒子加速、磁场重联和动力学尺度上的湍流密切相关.最近,小尺度磁洞在金星和火星磁鞘中被报道.利用美国航天局MAVEN(Mars Atmosphere and Volatile EvolutioN)卫星4个月的观测数据,本文统计分析了火星磁鞘中的小尺度磁洞的发生率.统计结果表明,小尺度磁洞主要出现在环境磁场强度在4≤B≤12 nT,等离子体的速度在250～450 km·s^-1,密度在3≤N≤12 cm^-3范围.在这个参数范围内,小尺度磁洞在背景太阳风流速相对更快、背景磁场相对更弱的时候发生率更高,且相对集中在背景密度在6～9 cm^-3之间.此外,靠近火星磁鞘中心的小尺度磁洞的发生率要高于磁鞘两侧,这意味着火星磁鞘可能是小尺度磁洞的一个源区.     

基于风廓线雷达的湖北梅雨期暴雨中小尺度特征

针对2016年湖北梅雨期3次(“6·19”、“7·5”和“7·19”)暴雨过程,首先对比了汉口站探空数据与汉口、咸宁两个风廓线雷达站水平风速、风向,发现“6·19”和“7·5”过程汉口风廓线雷达站3 km以下水平风速和探空数据较为接近,而3次过程中咸宁风廓线雷达站8 km以下水平风向、风速和汉口站探空数据基本吻合。在此基础上利用风廓线雷达资料并结合常规、加密自动气象站资料,对3次过程中水平风场、平均垂直速度及其变率、水平风速垂直切变、大气折射率结构常数(C_(n)^(2))等进行分析。结果表明:(1)降水开始前西南风速明显增大,中层干冷空气入侵和地面冷池形成的中尺度偏东气流是“6·19”过程50站出现大于等于17.2 m·s^(-1)大风的主要原因,“7·5”和“7·19”过程西南急流长时间维持及1 km以下的偏东气流则是短时强降水持续时间较长的诱因;(2)梅雨期暴雨期间风廓线雷达观测的水平风速垂直切变、平均垂直速度及其变率随高度变化较小,较强上升运动区域主要集中在4 km高度以下;(3)C_(n)^(2)显示强降水发生前大气水汽含量有一增加过程,且整层水汽含量深厚,C_(n)^(2)大值区的消失对应降水结束。     

一次梅雨锋暴雨过程中多尺度能量相互作用的研究I.理论分析

本文是讨论梅雨锋暴雨过程中多尺度能量相互作用问题的开始部分。为了分析梅雨锋暴雨过程中的多尺度能量相互作用,从z坐标系中的运动方程和热力学方程出发,把基本物理量分成大尺度背景场（>2000 km）、α中尺度（200~2000 km）和β中小尺度系统（< 200 km）分量,利用滞弹性近似,推导了大尺度背景场、α中尺度和β中小尺度系统三个尺度的动能方程和位能方程。能量方程中包含了各尺度动能之间的转换、位能之间的转换以及动能和位能之间的转换。动能方程主要包括各尺度动能之间转换项、动能输送项、水平气压梯度力做功项、垂直方向扰动气压梯度力做功项、浮力做功项、地转偏向力分量做功项以及摩擦力做功项。位能方程主要包括各尺度位能之间转换项、位能输送项、浮力做功项以及非绝热加热做功项。其中浮力做功项为位能和动能之间的能量转换项,是暴雨发生发展过程中比较关键的能量转换项。关于将能量方程用于梅雨锋暴雨过程中并且诊断能量相互作用影响暴雨发展和消亡过程的物理机制等问题,将在以后的研究中给出。