Analytical model for fully three‐dimensional radial dispersion in a finite‐thickness aquifer

Analytical solutions for contaminant transport in a non‐uniform flow filed are very difficult and relatively rare in subsurface hydrology. The difficulty is because of the fact that velocity vector in the non‐uniform flow field is space‐dependent rather than constant. In this study, an analytical model is presented for describing the three‐dimensional contaminant transport from an area source in a radial flow field which is a simplest case of the non‐uniform flow. The development of the analytical model is achieved by coupling the power series technique, the Laplace transform and the two finite Fourier cosine transform. The developed analytical model is examined by comparing with the Laplace transform finite difference (LTFD) solution. Excellent agreements between the developed analytical model and the numerical model certificate the accuracy of the developed model. The developed model can evaluate solution for Peclet number up to 100. Moreover, the mathematical behaviours of the developed solution are also studied. More specifically, a hypothetical convergent flow tracer test is considered as an illustrative example to demonstrate the three‐dimensional concentration distribution in a radial flow field. The developed model can serve as benchmark to check the more comprehensive three‐dimensional numerical solutions describing non‐uniform flow contaminant transport. Copyright © 2009 John Wiley & Sons, Ltd.     

软弱泥质砂岩地层中输水隧洞稳定性研究

泥质砂岩属于黏土岩,具有典型的遇水软化特征。在泥质砂岩富水地层中进行隧道开挖是地下工程的一个挑战性问题。研究了围岩软化与未软化条件下泥质砂岩地层中输水隧洞的稳定性和支护时间。首先,介绍了泥质砂岩遇水软化的力学试验结果;然后,采用基于Hoek-Brown强度准则的岩体参数评价方法,评估泥质砂岩在围岩软化与未软化条件下的力学参数;再后,以兰州水源地引水隧洞为依托工程,采用数值模拟方法对泥质砂岩隧洞软化与未软化工况的围岩稳定性进行了计算分析,得出泥质砂岩遇水软化对隧洞安全性存在显著影响;最后,采用位移收敛法,研究了泥质砂岩软化与未软化工况中,保障隧洞施工安全的合理支护时机。研究表明,泥质砂岩未软化工况中,可考虑隧道围岩初期支护在距掌子面4～5 m位置实施;而在泥质砂岩遇水软化工况中,初期支护建议在掌子面开挖后立刻支护。研究成果可为泥质砂岩地层隧洞的安全施工提供依据。     

中国北方中生代逆冲推覆构造研究进展

推覆构造是陆内构造变形中地壳缩短的重要方式之一, 是记录盆山结合带-造山带形成演化过程的重要载体。中国北方位于中亚造山带南部及周缘地区, 分布了多个逆冲推覆构造带。本文通过对这些推覆构造相关的几何学、运动学和年代学等资料的综合收集分析, 梳理了中国北方众多中生代逆冲推覆构造的时空展布特征、形成时代及形成机制等。在空间展布上, 这些推覆构造沿中国北方近东西向展布, 推覆距离几十~几百公里不等, 属于浅层次脆性变形。在形成时代上, 这些推覆构造的时代可以和燕山运动主挤压变形期相对应, 分为早(170~160 Ma)和晚(150~135 Ma)两期。在动力学机制上, 本文将推覆体可分为东西两段, 西段主体的逆冲方向为北东—南西向, 可能受控于鄂霍次克洋闭合和班公湖—怒江缝合带闭合的综合影响; 东段主体逆冲方向为北西—南东向, 可能主要受控于鄂霍茨克洋的闭合与古太平洋板块俯冲的远程应力影响。     

Analysis of Determinants for an Enhanced and Long-lasting Coastal Convective System by Means of a Case Study(26 July 2011)

A precipitation system developed continuously along the western coastline of the Korean Peninsula and created considerable precipitation both along the coast and inland on 26 July 2011. In this study, the causes for this nearshore convective system are investigated from observations and the results of model experiments. Three-dimensional radar fields clearly show that a change of wind at the surface border played an important role in the development of the nearshore convection system. The simulation results, which are very similar to the observations, show that the surface border generated and maintained the convergence zone. The roughness change enhanced the convergence, and the interaction between the deepening cold pool and downward flow maintained the convergence zone. The surface mechanical discontinuity affected by the roughness change between sea and land formed the convergence (gradient of wind stress),which induced momentum transfer to the upper layer. The cold pool created a steep gradient of potential temperature and provided the reason for the propagated convergence zone with the downward flow. The maximum value of the surface change factor, which comprises the influencing factors for the long-lasting convective system, reflects the enhancement of the system at the coast.     

新疆一次罕见的暖区暴雨过程特征分析

2018年7月31日新疆出现了一次罕见的暴雨过程,最大暴雨中心位于新疆东部哈密市,哈密市伊州区沁城乡小堡村过程累计雨量115.5 mm,连续2个时次小时雨强29.2 mm。对比哈密市建站以来6个国家气象站历年资料发现,此次暴雨特征与以往冷锋暴雨明显不同,暴雨降水时段更为集中,强度比冷锋暴雨更强,暴雨云团为典型的中尺度云团,范围小、呈块状。由于500 h Pa西太平洋副热带高压偏西偏北,高空无低值系统和冷空气入侵,哈密市主要受西太平洋副热带高压外围偏南暖湿气流的影响,此次暴雨结合了南方副热带高压型和偏南风风速辐合型暖区暴雨的典型特征,具有暖区暴雨的热力结构和风场配置,是一次罕见的暖区暴雨过程。暴雨区偏南风风速辐合和暴雨区山区地形的抬升效应是本次暴雨重要的触发机制,700 hPa孟加拉湾和日本海南部两支水汽在华北平原汇合沿东南输送路径至暴雨区且有强烈水汽辐合。暴雨发生在云顶亮温(TBB)等值线密集区梯度最大处,越接近TBB低值中心梯度处的暴雨强度越强。     

四川盆地西部两次暖区暴雨过程分析

利用地面、高空观测资料、卫星和多普勒雷达资料、ERA-Interim再分析资料,对2012年8月17日(12·08)和2017年7月16日(17·07)四川盆地西部两次暖区暴雨过程的环境条件、中尺度对流系统、雷达回波特征和动力抬升条件等预报着眼点进行了对比分析。结果表明:两次过程均出现在低层偏南暖湿气流和地面热低压之中,12·08暴雨发生在副高边缘,水汽输送条件更好,对流持续时间更长,17·07暴雨发生在高空低涡切变后部,高层冷平流使得位势不稳定更强,对流强度更剧烈;12·08暴雨中尺度对流系统沿副高外围自南向北缓慢移动,具有明显列车效应,其强回波质心高度较低,属于积状云为主的混合性降水,17·07暴雨中尺度对流系统在高空低涡后部偏北气流引导下自北向南快速移动,其强回波质心高度较高,属于积状云降水;地面辐合线为对流的发生发展提供了较好的动力触发条件,两次过程强降水均随着地面辐合线的生成而发生,且强降水中心出现在中尺度辐合线附近,并随着辐合线而移动。     

东海晚中生代岩浆弧和板块俯冲：FZ211井碎屑锆石的约束

晚中生代是古太平洋板块俯冲东亚陆缘的重要时期,也是华南大陆岩浆活动的重要时期.本文选用东海陆架丽水凹陷FZ211井紧邻中生代花岗岩基底的石门谭组(2031～2097 m)和明月峰组(1755～1806 m)的砂岩样品,开展碎屑锆石U-Pb同位素和微量元素等分析,获得了侏罗纪(180～160 Ma)和白垩纪(140～80 Ma)两期主要的岩浆事件记录,以120～80 Ma年龄组分更为发育.两期岩浆锆石均具有结晶温度低(605～792℃)、流体活动元素U、Th和LREE富集以及高场强元素Nb、Ta、Ti和HREE亏损特点,它们形成于典型的岩浆弧构造环境,岩浆中侏罗纪俯冲物质的加入明显优于白垩纪.与洋壳锆石相比,两期岩浆锆石U/Yb值(0.1～5.1)与大陆锆石类型一致,白垩纪岩浆锆石呈现向洋壳锆石过渡的趋势.东海渔山隆起应是晚中生代大陆岩浆弧的重要组成部分,120～80 Ma是俯冲和岩浆活动的强烈时期,东亚陆缘从侏罗纪到白垩纪显现出古太平洋板块俯冲回滚的特点.如果将渔山隆起岩浆弧与福州凹陷弧前盆地和SW日本到台湾的俯冲杂岩联结起来,区域上可构成晚中生代东亚陆缘汇聚的构造轮廓,即岩浆弧-弧前盆地-俯冲增生杂岩.     

2011-06-11豫北强对流天气过程分析

利用常规观测资料、加密地面资料、卫星云图和多普勒雷达回波等资料,从天气形势、物理量场和回波演变特征等方面对2011年6月11日午后发生在豫北地区的强对流天气进行分析发现:高空冷平流和24 h显著降温区叠加在低层暖区之上,形成上干冷下暖湿的位势不稳定层结,为强对流的产生提供了层结条件;地面暖低压发展和辐合中心、辐合线是这次强对流天气的触发机制;0-6 km较大的垂直风切变有利于强对流天气的发展和维持。卫星云图和雷达产品显示:对流云团的发展和移动与地面切变线、雷达回波一致,并可预测强天气落区。当回波中心强度≥50 d Bz、回波顶高≥12 km、垂直累积液态含水量≥45 kg/m2时,极易造成短时强降水和冰雹天气。三体散射特征和中气旋的出现对确定发布冰雹预警有指示意义,17:50第一次观测到三体散射特征发布冰雹预警,时效在20~90 min。垂直液态含水量在强降水发生前20 min开始剧增,为判别短时强降水等强对流天气提供有效依据。     

“天绘一号”卫星在轨辐射定标方法

在轨辐射定标包括相对辐射定标和绝对辐射定标, 它是提高遥感数据定量化精度的关键步骤和重要方法。本文阐述了基于均匀场地分区综合的相对辐射定标方法、基于反照率的绝对辐射定标方法及其基本原理, 并首次将其应用于“天绘一号”卫星上的高分辨、多光谱和三线阵相机的辐射定标中。研究结果表明, 相对辐射定标过程去除了卫星图像的条带噪声, 且保存了图像细节;然后, 使用反照率基法, 通过在敦煌场地铺设灰阶靶标, 测量卫星过顶时的地物目标反射率光谱和大气信息, 对“天绘一号”卫星传感器进行了绝对辐射定标;最后, 使用辐射定标结果来反演地物反射率, 与实测的地物反射率相比误差小于5%, 验证了在轨辐射定标系数的有效性。     

边界层辐合线在局地强风暴临近预警中的应用

利用济南CINRAD/SA雷达探测到的边界层辐合信息,结合地面实况和探空资料及NCEP资料,对近年发生在山东中部的典型局地强风暴的生成及对流参数进行了分析.结果表明:高时空分辨率的雷达能获得近地层辐合线信息,对流风暴强的出流和近地层环境风的辐合在一定条件下可产生窄带回波;远离风暴主体的出流边界和顺地面风移动的风速辐合线在热力条件较弱的情况下一般不会产生对流天气;出流边界的叠加或出流边界与环境风辐合线的叠加在有利的环境条件下可产生局地强风暴,单纯的近地层辐合线在有利的环境条件下可产生较为孤立的局地风暴,可作为强对流天气临近预警的关键参考依据;风暴初始位置、初始时间和风暴类型具有不确定性,是强对流天气临近预警的难点.