利用卫星遥感资料反演感热和潜热通量的研究综述

区域平均感热和潜热通量是气象、水文、生态模式中的关键物理因子，卫星遥感反演为观测区域平均感热和潜热通量提供了可能。对利用卫星遥感资料反演地气通量的方法进行了总结和评述。首先描述了现在常用的反演方法，分析了方法中的各种假定对反演结果的影响，并对不同的模式反演结果进行了比较。还指出了评价卫星反演通量的精度时需要注意的问题。最后对该领域内现存的问题与发展方向进行探讨。     

含流体致密砂岩的纵波频散及衰减:基于双重双重孔隙结构模型描述的特征分析

致密砂岩普遍具有低孔、低渗及微裂缝发育的地质特征,并且呈现出很强的非均匀性.致密砂岩储层与常规砂岩储层比较,具有明显的岩石物理性质、渗流力学性质方面的差异.致密砂岩内部的非均匀性对弹性波频散、衰减有显著影响,其中包括孔隙结构的非均匀性,即岩石内部孔隙参数的不均一性,以及孔隙内部不相混溶流体的非均匀分布;此外,非均匀性的尺度也决定了波出现显著频散与衰减的频段.综合考虑致密砂岩孔隙结构非均匀性及流体斑块状饱和的非均匀性,本文采用双双重孔隙介质结构模拟了致密砂岩的弹性波响应,分析了同时具备两类非均质性岩石中的波传播特征.调查分析了两组分别来自中国鄂尔多斯盆地苏里格气田及四川盆地广安气田的不同类型致密砂岩储层的岩芯超声波实验数据,给出了岩石样本的弹性波速度频散与衰减曲线.结果显示理论模型预测结果与完全饱和、部分饱和岩石的实验数据吻合良好.对两个地区致密砂岩岩芯数据进行对比分析,苏里格致密砂岩样本总体上比广安致密砂岩渗透率高,在各孔隙度范围内,特征模拟显示苏里格样本的裂隙尺寸明显大于广安样本.广安致密砂岩在低孔隙度范围内发育了更多、更小的颗粒裂隙/接触.致密砂岩的速度频散与衰减结果受流体黏度、晶体破裂及流体斑块状饱和的共同影响.此外,孔隙度越大,部分饱和岩石中斑块状饱和机制对总衰减的贡献越低,与之相对,结构非均质性所占的比重则有所增强.

     

一次飑线背景下安徽极端大风的形成机制研究

利用再分析、地面、探空和双偏振天气雷达资料等分析安徽省一次飑线天气过程,并探讨飑线维持机制和极端大风两个阶段的形成机制。结果表明：(1)安徽中南部的天气形势处于强的不稳定状态,尤其是850-700 的变冷变干结构有利于飑线的爆发,地面中尺度辐合线是飑线的维持机制。(2)飑线伸展高度达到10 km,前端存在阵风锋,其相关系数()较低,差分反射率因子()弧和差分相位比()大值区均指示降雹区。(3)极端大风风速增长分为两个阶段。阶段Ⅰ的形成机制为不稳定条件、负浮力、高空风动量下传、下垫面水陆变化和峡谷效应的共同作用,阶段Ⅱ在阶段Ⅰ基础上叠加冷池密度流的作用。(4)提出本次过程的三维概念模型,解释极端大风的形成机理。研究结果为深入认识极端大风的形成机理并改进预警水平提供参考依据。     

基于Coulomb-ETAS混合模型的强余震时空发生率预测及效能评估

为考察震后早期阶段混合模型的优势及实际预测效能,提升震后早期强余震时空预测的准确性,构建可操作的地震预测研究工作模型基础,选择能够较好反映震后空间应力分布的库仑应力变化和反映余震序列衰减且拟合效果较好的ETAS模型,构建Coulomb-ETAS混合模型。此模型依据强余震大多发生在应力加载区的实际情况,利用混合模型学习期间加载区事件的发生比例,将预测率从抑制区重新分配到加载区。以2021—2022年发生的云南漾濞6.5级、青海玛多7.4级、青海门源6.9级和四川泸定6.8级4次6.0级以上强震为例,对构建的混合模型进行检验和评估,并与单一的ETAS模型、C-RS模型进行对比。研究结果表明,3个模型在震后早期阶段对强余震均表现出相对较好的预测效果,呈现出与实际结果类似的衰减特性,仅有较少的预测失效现象。在频次滑动预测上,ETAS和Coulomb-ETAS模型优于C-RS模型,统计模型优势相对比较显著; 在空间发生率预测上,Coulomb-ETAS模型优于ETAS模型,认为库仑应力分布的混合模型能够降低虚报率,进而提高空间预测的准确性。因此,从4次震例上看,该混合模型优于单一的统计模型和物理模型,能够较好地适用于主震后的强余震时空预测,也可为开展多个模型混合及强余震预测之外的地震预测业务应用场景提供参考。     

基于土地利用方式的巢湖流域氮排放情景模拟

土地利用方式及其转移对区域氮素迁移和水体氮负荷产生重要影响,但量化自然发展、耕地保护和生态保护等多情景下土地利用方式氮排放时空变化特征,揭示流域水体氮负荷对土地利用变化的响应机制仍面临挑战。本研究以巢湖流域为研究区,通过遥感解译多时相土地利用类型数据,借助PLUS和InVEST模型探索不同情景下氮排放对各土地利用类型变化的响应机制。结果表明:(1)2000—2020年期间,巢湖流域建设用地面积的增加(626.14 km²)主要占据的是耕地(减少了775.64 km²),城市化建设成为土地利用方式变化的主要驱动力;(2)PLUS模型多情景预测结果显示:2020—2030年间土地利用变化特征与2000—2020年基本保持一致,但各用地间的转换频率降低;(3)经InVEST模拟,耕地面积缩减而导致氮排放的减少量(340.17 t)大于建设用地等面积增加带来的氮排放增加量(170.11 t),使2000—2020年间巢湖流域土地利用所排放的总氮量呈降低趋势,由2000年的4768.04 t降至2020年的4597.98 t;(4)不同情景下,2030年各土地利用方式的氮排放量较2020年均呈降低趋势。其中,生态保护情景既有效地保障了巢湖流域生态功能又展现出较好的氮减排效果(113.36 t);鉴于此,建议流域管理部门应通过合理规划各用地类型的发展,严格控制建设用地对林草地、水域等生态用地的侵占,以期削减流域水体氮负荷、缓解氮素治理压力。     

基于InSAR和GNSS约束的2021年玛多MS7.4地震同震形变场及断层滑动分布

据中国地震台网测定,2021年5月22日青海省果洛藏族自治州玛多县发生7.4级地震,震中位于青藏高原中部的巴颜喀拉块体,不同于其他7级地震往往多发生在块体边界带上,此次地震是发生于巴颜喀拉块体内部区域的一次强震。本次典型块体内部大地震的发生意味着块体的相互作用加剧,引起了学者们广泛关注。本文利用GNSS和Sentinel-1 InSAR数据获取了玛多地震的同震形变场,并以此为约束,选用弹性半无限位错模型,反演了玛多地震的同震位错分布。升、降轨InSAR同震形变场显示玛多地震造成了显著的地表形变,升轨最大LOS向位移达1.1m,降轨最大LOS向位移达0.9m。研究结果表明,该地震造成了明显的长度约160km的地表破裂。断层面位错分布反演结果显示,发震断层由主断层和分支断层组成,主断层倾向北,倾角85°,平均滑动角-11.25°,分支断层倾向南,倾角68°,平均滑动角-11.39°。同震优势滑动分布区域主要分布在地下0～17km深度范围,最大滑动量约为4.34m,位于断层东侧东草阿龙段,反演得到的矩震级为M_W7.4。发震断层破裂多个凹凸体,且该地震是一次不对称的双侧破裂事件。综合地球物理及地质资料分析认为,主发震断裂为靠近巴颜喀拉块体北边界的昆仑山口—江错断裂。震中区域形变结果显示,此次玛多地震增强了巴颜喀拉块体在东北部地区挤压应力积累的特征,表现在东昆仑断裂玛沁段应力有所增加,值得后续深入研究和关注。     

弹性胶囊振荡水柱式波能转换装置的水动力特性研究

波浪能是一种极具潜力的可再生能源。为推进波能资源的利用,开发具有应用前景的新型波能转换装置（WEC）,提出了创新性的弹性胶囊振荡水柱式（EC-OWC）波能转换装置,设计建立了物理试验模型。通过膨胀波试验,研究了弹性胶囊的膨胀特性和自由膨胀波的运动特性;通过波浪试验,研究了装置与波浪耦合作用时的水动力性能,以及波浪和模型参数对系统振荡和波高放大比的影响。结果显示：装置内外水头差由0增加至30 cm时,自由膨胀波波速由约3.02 m/s减小至1.90 m/s,与一维纵波理论结果规律相符;相对水深在0.064 4~0.078 2范围内时,稳定后的波高放大比基本均超过4,其中相对水深值为0.070 6时达到最大波高放大比6;波高放大比随相对水头的增大先增大后减小,相对水头值为6时达到最大波高放大比6.5;波高放大比在相对管长为1.77时达到最大值6.35。结果表明：一维纵波理论可为弹性胶囊的设计提供支撑;控制水头差可有效调整装置的自然振荡周期;当装置内外振荡周期相匹配时,系统达到近似共振,装置内部膨胀波为驻波,且当胶囊长度接近半波长时,波高放大比达到最大。通过对EC-OWC模型的初步水动力性能试验研究,展示了该装置的优越性能和共振特性,可为此类WEC的开发提供参考。     

基于HSS模型海上风电桶形基础水平循环承载特性对比研究

采用土体本构模型对黏土中的桶形基础进行了有限元模拟,以研究桶形基础的水平循环承载特性。利用有限元方法模拟了在不同单调组合荷载作用下黏土中的桶形基础离心机试验,与试验结果对比验证了使用小应变硬化土（HSS）本构模型的适用性。在此基础上,基于HSS模型和硬化土（HS）模型对比研究了不同循环荷载和小应变模量对桶形基础累积转角、旋转中心和桶-土相对刚度的影响。结果表明,黏土中桶形基础的累积转角随着循环次数和水平荷载的增加而增加,然而每个循环中累积转角的增加逐渐减小。另外,提出了T_b和ζ_b之间的拟合关系式预测黏土中桶形基础的累积旋转。无论处于疲劳极限状态（ζ_b=0.3）还是正常使用极限状态（ζ_b=0.5）,旋转中心类型都是从深中心变为浅中心。桶-土相对刚度随循环次数的增加而减小,并且循环荷载越大刚度衰减越大。另外,小应变模量对基础累积转角和桶-土相对刚度有较大影响而对旋转中心无显著影响。与已有的研究结果对比发现,HSS模型更加适用于精细化设计。