储水层质量守恒方程的简化及在垂向弹性形变假定下与水流方程的耦合

给出了非固结储水层的质量守恒方程在不同假定条件下的简化形式及其物理意义，并揭示水的非稳定渗流与储水层形变之问的相互因果关系及形变量与储(释)水量之问的体积交换关系。通过垂向弹性形变假定下．储水层形变质量守恒方程与渗流方程的耦合分析发现．细粒储水层由于水头变化导致骨架对水的弹性储存或释放而引发的任一点处的垂向应变，等于其储水层的总弹性储(释)水率或骨架弹性储(释)水率与水头增量的乘积．该公式实际上为计算地面沉降的分层总和法提供了基本理论依据。     

储水层质量守恒方程的简化及在垂向弹性形变假定下与水流方程的耦合

给出了非固结储水层的质量守恒方程在不同假定条件下的简化形式及其物理意义,并揭示水的非稳定渗流与储水层形变之间的相互因果关系及形变量与储(释)水量之间的体积交换关系.通过垂向弹性形变假定下,储水层形变质量守恒方程与渗流方程的耦合分析发现,细粒储水层由于水头变化导致骨架对水的弹性储存或释放而引发的任一点处的垂向应变,等于其储水层的总弹性储(释)水率或骨架弹性储(释)水率与水头增量的乘积,该公式实际上为计算地面沉降的分层总和法提供了基本理论依据.     

桂林地区岩溶水中矿物和气体溶解量计算

本文在对桂林地区７４个岩溶水水样化学分析结果进行综合、归纳和分析之后认为，该区岩溶水化学成分是在当地雨水化学成分的基础上，经过水对岩石中的石膏、方解石及白云石和大气中的ＣＯ_２发生溶解作用而形成的。为了验证这一推论，笔者还运用质量守恒计算法，对上述水化学分析结果相对于当地雨水的矿物和ＣＯ_２气体溶解量进行了计算。文中还对岩溶水形成环境进行了分析和讨论。     

沿程渗漏河道的洪水流量演算模型

从质量守恒原理出发，推导了明渠非恒定流在考虑入渗条件下的连续方程。将水力学原理与水文学方法结合起来，研制了适应海河南系平原河道现状条件的有沿程渗漏的明渠非恒定流河道洪水流量演算模型，并对海河地系７个河段９次洪水过程进行了模型参数的率定检验，较好地解决了北方平原河道沿渗漏的洪水流量演算问题。     

热液系统流体输运－化学反应耦合动力学综述

输运－反应模式通过连续质量守恒方程进行描述，它表示为主要组分的Ｎ＋Ｍ个耦合的非线性偏微分方程。这些方程可以通过有限差分或有限元等数值方法进行求解。利用准静态近似法，涉及平流、分子扩散和水动力弥散作用的地球化学系统的演化在时间上通过一系列静止状态模拟出来。模拟实际地质系统的动力学实验对输运－反应耦合动力学的应用具有十分重要的影响。     

东马努斯海盆PACMANUS热液区Cu的物质来源：质量守恒模拟证据

东马努斯海盆位于巴布亚新几内亚的俾斯麦海域,是一个正在扩张的弧后盆地,与其活动热液喷口相关的热液产物,是现代海底系统中富含铜最丰富的矿产资源之一。火山岩与这种成矿作用有着密切的关系,然而通过海水对火山岩的淋滤作用是否可以为富含Cu的硫化物提供充足的Cu元素。PACMANUS热液区位于东马努斯海盆,质量守恒模拟在该热液系统的应用表明,由于水岩反应中较低的淋滤、转移和沉淀效率,通过热液流体对稳定反应区（0.144 km³）的简单淋滤无法满足硫化物矿床中Cu的需求。即使在100%的淋滤、转移和沉淀效率条件下,为了满足PACMANUS热液区硫化物中Cu的总量,仍需要0.166 km³体积的火山岩参与淋滤作用。
形成富含金属元素的岩浆流体的关键在于金属元素可以在挥发分中富集。首先,俯冲物质对地幔楔的交代作用,导致了东马努斯海盆地区生成的岩浆具有较高的氧逸度,进而使其岩浆房中富集Cu元素。其次,Pual Ridge的安山岩包裹体的气泡中富含Cu元素,进一步证实了在东马努斯海盆,Cu元素通过岩浆脱气作用向挥发分中运移。数值模拟结果显示,每1 km³体积的岩浆就可能向热液系统中运移0.236 Mt Cu。因此,岩浆脱气作用可能比淋滤作用更显著。     

一个压力坐标海洋环流模式(PCOM1.0)的基本模拟性能评估

参照Griffies et al.(2009)提出的海洋—海冰耦合模式参考试验(Coordinated Ocean-ice Reference Experiments,COREs),设计了一个800年积分的数值试验,对一个质量严格守恒的压力坐标海洋环流模式(Pressure Coordinate Ocean Model,PCOM1.0)的基本模拟性能进行了评估,并与观测资料和再分析资料进行了对比。结果表明,PCOM1.0模拟的温盐场和基本流场与COREs模式的模拟水平基本接近。其中,模拟的大西洋经向翻转流在45°N附近达到18 Sv(1 Sv=106 m3 s-1),与观测估计值接近;对海表面温度的模拟误差主要集中在北太平洋黑潮区和北大西洋湾流区等中高纬度急流区;模拟的热带太平洋温跃层过于深厚;模拟的经德雷克海峡的体积输送达130 Sv,比大部分COREs模式及再分析资料都更接近于观测估计值。     

PRM标量平流方案在GRAPES全球预报系统中的应用

如何更好地模拟水物质的分布,对于数值天气预报效果的改进,特别是对于更好地模拟降水过程,具有重要的意义。半拉格朗日模式中的标量平流计算要求做到高精度、守恒、正定和保形,但GRAPES_GFS (Global-Regional Assimilation and PrEdiction System, Global Forecast System) 中采用的QMSL(Quasi-Monotone Semi-Lagrangian)平流方案在水汽的强梯度、不连续区域计算精度较低,且不能做到严格守恒。本研究借鉴计算流体力学领域的研究进展,将一个基于分段有理函数的物质平流方案PRM(Piecewise Rational Method)引入GRAPES_GFS中,按照通量形式求解水汽方程,并对极区进行了混合等技术处理。通过一系列理想试验对两种平流方案进行了对比,证明了PRM方案精度较高,特别是在水汽梯度大的区域优势明显,频散、耗散误差较小,守恒、保形性也要好于QMSL方案。通过对GRAPES_GFS中批量预报试验效果的检验,验证了PRM方案可以有效地改进模式对水物质分布的模拟,提高了降水的预报效果,对模式综合预报性能的提升也有明显作用。     

仅引入质量守恒律的T63模式对全球大气环流和中国气候的模拟

对引入参考大气和质量守恒律的T63谱模式10年气候积分的结果进行了分析.结果表明,模式对全球大气环流有较好的模拟效果,对中国地区地面气温和中国东部地区的降水也有一定的模拟能力,其中对气温的模拟效果好于降水.模拟存在着一些误差,对地面气温,主要是模拟的温度场系统性偏低,不能模拟出小地形波动引起的温度变化;对降水的模拟,为在我国中西部模拟出了一个大的虚假中心.     

质量守恒律在国家气候中心气候谱模式中的应用

概述了在国家气侯中心气侯谱模式中,引入参考大气和大气质量守恒律,消除了原模式由于模式大气质量不守恒引起的气候漂移计算误差,改进了气候模拟,提高了预报精度.