加卸载响应比──一种新的地震预报方法

引入一个能够定量反映非线性系统不稳定程度的新参数──加卸载响应比Ｙ，这一参数可以用于地震及其它地质灾害的预测．对里氏震级４-８级地震进行后验性震例检验的结果表明，８０％以上的震例，在地震前Ｙ值均显著大于１．这一方法已预测出几次发生在中国大陆的中强地震及１９９４年１月１７日的美国洛杉矶６．６级地震．     

Condition for liquefaction instability in fluid-saturated granular soils

High-porosity granular materials such as loose sands can implode when subjected to compressive stresses. The mechanism of deformation is diffuse in that the jump in the strain rate tensor has three independent eigenvalues (full rank), in contrast to the jump in the strain rate tensor for a deformation band-type instability that has one eigenvalue (rank one). Recently, the mechanism of volume implosion has been studied in the context of material instability. In this paper we move one step further and consider the effect of a volume constraint associated with the presence of fluids in the pores of granular materials that have a tendency to implode. The upshot of this constraint is that at the onset of liquefaction the solid matrix deforms in a nearly isochoric fashion at the same time that the pore fluid pressure increases. The corresponding eigenmode (e-mode) is represented by jumps in the strain rate tensor and rate of pore fluid pressure. The framework presented in this work is used to analyze the onset of liquefaction instability in very loose Hostun RF sand tested in undrained triaxial compression and extension.     

Numerical simulation of three-dimensional saltwater–freshwater fingering instabilities observed in a porous medium

We consider saltwater–freshwater fingering instabilities in a saturated porous medium. In the first part, we present three-dimensional results obtained from a laboratory experiment using non-invasive imaging. In the second part, we define a set of model problems in which the performed laboratory experiments can be ranged in. Due to its highly non-linear behavior and inevitable modeling errors, a detailed numerical reproduction of the physical concentration measurements cannot be expected. Nevertheless, four criteria have been identified, two quantitative and two qualitative, which facilitate a substantiated comparison of the physical experiment and the numerical simulation. With respect to these criteria a high degree of similarity could be observed. The use of these features allows a deeper understanding of the physical processes and the influence of the initial conditions.     

1980-2010年中国南方雷暴频次的统计特征及其变化

利用1980-2010年中国南方20站逐日多时次天气观测资料,统计了雷暴的日、季节、多年变化特征,以及相应的大气物理量和环流特征变化。结果表明:雷暴频次的日变化呈午后到凌晨多,12:00(世界时,下同)频次最高(9%),03:00最低(2%);夏季频次高冬季低,其中7-8月最高(35%),12月至次年1月最低(1%)。20世纪80年代至21世纪初,年际和夏季(7-8月)雷暴频次均呈下降的趋势,分别为-1%·(10a)-1和-3.5%·(10a)-1,21世纪00年代后则有弱的增加趋势。全年统计雷暴日降水占总降水的48%,而在夏季则为64%。全年和夏季雷暴日降水比率的变化,均与雷暴频次的变化有较好的一致性,相关系数分别达0.46和0.71。对应雷暴频次的年际变化,东亚地区大气环流场表现出大尺度的异常变化。雷暴频次偏高时,西太平洋副热带高压异常偏弱,南方对流层中上层有异常的上升运动。同时,从热力不稳定指标上看,夏季异常偏高的全总指数、异常偏高的对流有效位能指数均与夏季雷暴频次显著相关,分别为0.58和0.76。而近30年南方雷暴频次与对应的地面气温存在统计上的关联,但这是否与雷暴热力和动力因子对全球气候变化的响应有关,尚需深入研究。     

断层两侧块体宽度不等时断层的不稳定性分析

以断裂力学和断裂动力学原理为基础,采用复变函数方法,定量讨论了当断层两侧块体尺寸（宽度）不等时,断层体（即合断层的岩石块体）的稳定性．着重考虑断层两侧块体宽度（或高度）以及断裂传播速度对上述不稳定性的效应．这些分析结果对震源观测中发现的低应力降现象做了完好的解释,也对板块构造理论涉及该方面的内容做出补充．     

轨线不稳定与误差增长

从一般的谱展开方程出发，详细推导了误差增长方程。结果表明误差增长率主要由准确解的切线性方程所决定，扰动非线性平流作用不产生方差意义下的误差增长，而只起分配误差的作用。轨线不稳定是产生误差增长的根本原因。文中提出了计算轨线不稳定增长率的方法。这一方法也适合于时间演变状态不稳定问题的讨论，对Ｌｏｒｅｎｚ系统的轨线不稳定计算表明了理论分析的正确及其意义。     

2012年7月北京一次大暴雨过程的湿Q矢量和湿位涡分析

利用NCEP 1°×1°的6 h再分析资料和常规气象观测资料,对2012年7月21日发生在北京地区的一次大暴雨天气过程进行非地转湿Q矢量(Q*)和湿位涡等物理量诊断分析,研究暴雨期间Q*散度、锋生函数和湿位涡的时空分布特征,以及它们与强降水之间的关系。结果表明,Q*在850 hPa高度层上对暴雨表现出良好的诊断特性,冷、暖气流的汇聚加强了锋生作用,强锋生中心出现几小时后即出现暴雨。暴雨区位于Q*辐合区内,Q*散度对6 h后暴雨的落区有很好的指示意义。暴雨落区基本位于MPV1正、负值交界处的等值线密集带上以及MPV2负值区内。暴雨区上空,从近地面到对流层低层的对流性不稳定与条件性对称不稳定同时存在,两者共同作用,这很可能是此次暴雨的中尺度对流系统发生发展的重要条件之一。     

500 hPa温度场时间序列的年代际突变过程统计特征

本文利用Logistic 模型,推导出描述均值突变的分段函数,用该函数对可能存在突变的时间序列进行拟合,并结合概率分布理论,确定突变幅度最大的时段即为发生突变的过程,由此确定并分析序列中突变的开始时刻、突变幅度、突变变率、突变持续时间、系统不稳定特性等参数。对全球500 hPa 温度场单点时间序列的突变持续过程展开研究:（1）对突变过程的开始时刻进行统计,发现1956～1959、1970～1979、1986～1994、1994～2004 年开始的突变所占比重较大,几次突变过程中,平均来看除了1986～1994 年开始的突变表现为降温,其余几次突变均表现为增温;并且每次突变时,增温幅度比较大的突变,其变率也较大;（2）从突变先后的空间分布上看,1956～1959、1970～1979 年检测到发生突变的格点在海洋上空的突变偏早、欧亚大陆上空偏晚,而1986～1994 和1994～2004 年突变期间这一情况正好相反;（3）针对每次突变过程中的突变幅度,低纬度区域温度发生突变的变化幅度较小、高纬度区域较大;（4）对突变持续时间的检测结果表明,在全球增暖背景下,完成一次突变的持续时间正在逐渐变短;（5）当系统突变正在进行时,系统的不稳定性较强。     

台风“海棠”特大暴雨数值模拟研究

在福建中北部登陆的台风,往往会严重影响浙江,尤其值得注意的是台风引起特大暴雨经常会发生在浙江东南沿海的南雁荡山区和北雁荡山区,2005年在福建省连江黄歧登陆的台风"海棠"(0505)对浙江东南沿海造成严重影响,是这类台风比较典型个例。文中利用非静力模式MM5模拟"海棠"台风在浙东南沿海造成的特大暴雨,模拟结果与实况对比分析表明,模式较好地模拟了台风降水强度和分布,特别是成功模拟出南雁荡山区特大暴雨中心(南部暴雨区)和雁荡山区特大暴雨中心(北部暴雨区);运用高时空分辨率模拟资料对特大暴雨成因进行诊断分析表明,南部暴雨区涡度低层到高层向西倾斜结构和北部暴雨区高低空强辐散辐合的耦合结构有利于形成暴雨区强烈上升运动,环境风场垂直切变产生次级环流进一步加强暴雨区上升运动;暴雨区持续不稳定层结和特殊水汽输送通道为特大暴雨提供热力条件和水汽条件。最后对浙南闽北地形对台风特大暴雨影响进行数值敏感性试验表明,温州南、北雁荡山脉地形等高线与台风水汽输送路径正交是造成特大暴雨的重要原因,地形使暴雨增幅明显,地形越高对暴雨增幅越明显,降水分布更加不均匀。比较台风造成南、北特大暴雨条件,发现两者既有环境风场垂直切变产生次级环流进一步加强暴雨区上升运动、持续不稳定层结以及地形对暴雨增幅作用等相同之处,又有动力结构、维持持续不稳定层结条件以及水汽输送等不同之处。