非地转湿Q矢量分解在暴雨分析中的应用

利用非地转湿Q矢量对山东省春秋季两次罕见的暴雨天气进行了诊断分析。分析结果表明:暴雨期间都有较强的非地转湿Q矢量辐合,产生上升运动,形成暴雨。这一结果也表明凝结潜热加热对暴雨的产生有着重要的作用。本文进一步把非地转湿Q矢量分解为平行于等位温线和垂直于等位温线两部分。揭示在这两场暴雨过程中,虽然都有中尺度和大尺度辐合上升运动作用的叠加,但在春季暴雨的个例中,垂直于等位温线的非地转湿Q矢量的辐合与总的非地转湿Q矢量的辐合相接近,暴雨以中尺度上升运动为主。而在秋季暴雨的个例中,平行于等位温线的非地转湿Q矢量的辐合与总的非地转湿Q矢量的辐合在形状上相似,在强度上偏强,暴雨的上升运动以大尺度为主,中间夹杂着中小尺度的上升运动,降水以混合型为主。     

青藏高原前期冬春季地面热源与我国夏季降水关系的初步分析

首先对青藏高原地表热通量再分析资料与自动气象站(AWS)实测资料进行对比, 结果表明: 相对于美国国家环境预报中心和国家大气中心20世纪90年代研制的NCEP/NCAR(Kalnay 等1996)和NCEP/DOE (Kanamitsu 等2002) 再分析资料, ECMWF(Uppala 等2004)资料在高原地区的地表热通量具有较好的代表性。进一步利用奇异值分解(SVD)方法分析了ECMWF资料反映的高原地面热源与我国夏季降水的关系, 发现前期青藏高原主体的冬季地面热源与长江中下游地区夏季降水量呈负相关, 与华北和东南沿海地区的夏季降水量呈正相关。而长江中下游地区夏季降水量还与春季高原南部的地面热源存在负相关、与高原北部的地面热源存在正相关。高原冬、春季地面热源场的变化是影响我国夏季降水的重要因子。     

气溶胶对我国中东部地区秋季降水的影响

通过分析近50年来中国中东部地区降水资料发现,秋季降水与其他季节相比有明显减少趋势(每10年下降约54.3 mm),尤其自1980年代以来呈直线下降趋势(每10年降水减少5.6%)。从降水形成三个基本条件(水汽输送条件、稳定度条件、云微物理条件)出发,探究秋季降水减小的原因。结果表明,大气稳定度(对流抑制能(convective inhibition,CIN)以28.67(J/kg)/(10年)的速率增加,对流有效位能(convective available potential energy,CAPE)以12.81(J/kg)/(10年)的速率减小以及云微物理性质的变化(云滴有效粒子尺度减小)是导致秋季降水减少的直接原因,而这两个因素的变化与近20多年来气溶胶的大量增多有着非常密切的关系。因此,由空气污染造成的气溶胶浓度的增加可以作为导致中国中东部地区秋季降水减少的其中一个重要原因。由于秋季天气系统较稳定,主要受到大尺度系统影响,动力作用影响大于热力作用,所以减少了复杂中小天气系统和热力作用对降水的影响,故而更加突显出气溶胶对秋季降水的影响。     

两种四维奇异值分解同化方法的比较及误差分析

4DSVD是最近提出的一种新的资料同化方法。目前还存在一些需要解决的问题,比如如何选取样本,如何得到支撑大气吸引子的基向量以及选取基向量的个数问题等等。作者利用奇异值分解(SVD)与经验正交函数分解(EOF)两种方法来获得支撑大气吸引子的基向量,推导了基于这两种方法的4DSVD分析场的理论公式,并用简单的数值试验比较了基于这两种方法的4DSVD分析场的空间相关系数和误差,初步分析了分析场与基向量个数的关系以及与样本选取的关系和分析误差的来源及各种误差对分析误差影响的相对大小。结果表明,用SVD方法作为获得支撑大气吸引子基向量的方法得到的分析场较EOF方法稳定,分析场与基向量个数有密切关系,观测误差、模式误差和观测代表性误差是分析误差的主要来源,且其引起的分析误差随着基向量个数增多而增大。     

SVD方法在气象场诊断分析中的普适性

本文首次从理论上推导证明两个气象场的奇异值分解（ＳＶＤ）在气象场时空分布耦合信号的诊断分析中具有普适性。结果表明，两个场的ＳＶＤ求解准则不同于典型相关分析（ＣＣＡ），且ＣＣＡ模型可视为ＳＶＤ之特例，尤其当各个场经ＰＣＡ滤波后，其ＣＣＡ完全与ＳＶＤ等价。ＳＶＤ分析的结果不但可完全代替ＣＣＡ，且计算更简便，所得耦合信号的物理解释更清晰，特别适合于大尺度气象场的遥相关型研究。     

基于SVD分解的太平洋及印度洋海温与华北旱涝的诊断

利用华北地区26站逐月观测的降水资料和NCEP/NCAR再分析逐月海温资料,运用经验正交函数分解(EOF)和奇异值分解方法(SVD),分析了华北气候区降水的主要空间分布特征,研究了太平洋-印度洋与华北旱涝的耦合特征及年际变化。结果表明:华北降水的空间模态表现为中部型、南北反相和东西反相型。华北旱涝与前期冬季赤道中东太平洋、西太平洋、北太平洋中部和印度洋海表温度(SST)相关。春、夏季太平洋上为拉马德雷(PDO)暖位相,且印度洋增暖,华北全区偏旱,且夏季干旱更为严重。在PDO暖位相影响下,若澳大利亚东部海域SST降低,则华北区西北涝、东南旱,呈反相变化。年际变化上,反映了降水对海洋强信号"厄尔尼诺/南方涛动"(EN SO)振荡的响应。当太平洋为EN SO位相时,华北降水偏少,反之偏多。     

冬季青藏高原地面加热与春季川渝地区气温关系的分析

应用奇异值分解(SVD)技术，研究了青藏高原地面加热场与东亚地区上空500hPa高度场及其东侧川渝地区春季气温场的时空联系和冷暖异常成因。结果表明：前期冬季青藏高原地面加热场与后期春季高度场的第一模态代表了两场间的主要耦合特征，具有显的时空相关；前期冬季青藏高原地面加热场通过影响后期春季500hPa高度场，导致高原东侧川渝地区春季气温异常；冬季高原地面加热场强度偏强(弱)，则后期春季东亚上空500hPa高度场偏高(低)，川渝地区春季气温偏高(低)；加热场高度场一气温场之间的这种非同步联系，表明冬季青藏高原地面加热场异常，通过影响未来春季大气环流变化，是造成高原东侧川渝地区春季气温异常的重要原因。     

地震属性技术在煤田断层识别中的应用

小断层是影响煤炭安全生产的一个重要因素。能否准确解释小断层的构造形态一直是煤炭地震勘探需要解决的核心问题。地震属性技术如蚂蚁追踪、相干能量梯度、谱分解、方差体等以其差异化的属性提取和分析能力,对断层具有较强的指示性,已成为当前断层解释中的常规技术手段。以淮南某工区为例,介绍了四种地震属性技术在断层解释的特点与效果:方差体属性确定了本区大的构造格局,解释本区发育三组不同方向的断裂;相干能量梯度可以明示断层方向,对于倾向为150°的断层,其同方位的相干能量梯度切片比其它方位切片反映的断层清晰度高;谱分解属性对断层的识别能力与频率有关,高频率的谱分解属性切片更容易分辨小断层;同样蚂蚁追踪属性对地层不连续性刻画的更细腻,在本区对5m左右小断层都有清晰辨别。     

北大西洋IODP U1313站深海沉积中环境敏感粒度组分研究

通过对北大西洋IODP U1313站深海沉积序列高密度取样和粒度分析,利用粒级-标准偏差变化算法和EMD方法提取了对环境敏感粒度组分并探讨了气候变化的周期.本文粒度组分可分为细组分(＜1.73μm,组分Ⅰ)和粗组分(＞1.73μm,组分Ⅱ),其中粗组分又分为组分Ⅱa(1.73 ～ 34.26μm)和组分Ⅱb(＞34.26μm).综合分析认为:组分Ⅰ为西风环流搬运堆积形成,组分Ⅱ为洋流搬运下沉积形成,组分Ⅱb虽然含量较低,但能指示冰漂砾事件的发生.比值曲线组分Ⅰ/组分Ⅱ和组分Ⅰ/组分Ⅱa波动幅度较大,可作为反映古气候冷暖波动的敏感指标.对组分Ⅱ、组分Ⅰ/组分Ⅱ进行EMD分解,结果表明:在本研究时段内,两指标对地球轨道三要素的周期体现均不明显,而2ka(2.12ka和2.15ka)的亚轨道千年周期是主要的周期之一.依据上述多个指标的波动情况,把研究剖面69.93 ～ 115.18mcd(1471.53～2415.60ka)分为9个古气候变化阶段:A阶段(1471.53～1640.09ka),对应深海氧同位素阶段(MIS)49～ 57,冰期和间冰期迅速转换,发生多次IRD事件;B阶段(1640.09～ 1865.57ka),对应MIS 58 ～ 69,间冰期显著而冰期不明显;C阶段(1865.57～1914.70ka),对应MIS 70～72,冰期显著而间冰期不明显;D阶段(1914.70～2021.13ka),对应MIS 73～76,冰期不显著;E阶段(2021.13～2092.21ka),对应MIS 77～78,冰期显著,发生多次IRD事件;F阶段(2092.21 ～ 2226.43ka),对应MIS 79～85,间冰期显著;G阶段(2226.43 ～2261.53ka),对应MIS 86期,发生多次IRD事件;H阶段(2261.53～ 2384.61ka),对应MIS 87～93,冰期不显著而间冰期显著;Ⅰ阶段(2384.61 ～2415.60ka),对应MIS 94 ～ 95,发生多次IRD事件.     

青海木里冻土区天然气水合物钻探施工技术

钻探取心是天然气水合物资源调查研究的一种重要技术手段,也是识别天然气水合物最有效的方法之一。青海木里煤田三露天调查区地质构造复杂,水合物钻探施工时极易出现孔壁坍塌、水合物分解、气侵泥浆及孔内涌气、涌水、漏失等问题,取芯困难、钻进效率低。针对这些技术难题,开展了泥浆制冷技术、大口径绳索快速取心钻进技术、聚合物低温泥浆工艺及泥浆防塌体系、钻孔结构及钻进参数优化、钻头选型、气体防喷等技术工艺研究,并在现场实践中取得了较好的效果,为今后青藏高原冻土地带进行天然气水合物钻探施工提供借鉴。