基于ARIMA模型的九寨沟7.0级地震前兆异常检测

运用时间序列方法ARIMA对九寨沟县7.0级地震的震前15天距震中500 km范围内已布设的14个AETA系统台站的低频电磁均值数据进行地震前兆异常检测。结果表明:在震前的15天范围内,距震中500 km内9个AETA台站出现异常;从综合14个台站数据异常情况热力图可以看出,有4个台站的异常现象持续时间达9天以上,尤其松潘地震台在震前3～5天出现明显异常;从异常台站地理分布看出,14个台站中出现明显异常的9个台站位于中国大陆一级板块边界附近。     

草原生态系统模式中参数不确定性导致的模拟结果不确定性研究

基于五变量草原生态系统理论模式,应用与参数有关的条件非线性最优扰动(CNOP-P)方法,探讨了由参数不确定性导致的草原生态系统模式模拟结果的不确定性问题。参数的不确定性可能来源于观测和（或）对物理过程描述等的不确定性。选取了五变量草原生态系统模式中具有物理意义的32个模式参数进行数值试验。试验结果表明,对所考察的32个模式参数,在一定的不确定性和给定的优化时刻范围内,单独优化每个参数所得CNOP-Ps的联合模态与同时优化32个参数所得CNOP-P的模态并不相同。比较了上述两类参数误差以及随机参数误差对草原生态系统模拟的差异。随机参数误差与上述优化方法所得参数误差的不确定性范围大小相同。数值结果表明,同时优化32个参数所得 CNOP-P 类型参数误差使得草原生态系统模拟的不确定性程度最大。这种影响表现在使得草原生态系统转变为沙漠生态系统,或者使得草原生态系统转变为具有更多生草量的草原生态系统。上述数值结果不依赖于优化时间和参数不确定性程度的大小。这些数值结果建议我们应当考虑多参数的非线性相互作用来研究草原生态系统模式模拟的不确定性问题,并且揭示出CNOP-P方法是讨论上述问题的一个有用的工具。     

中国热浪事件的大气扰动结构及其稳定性分析

利用对流层至平流层大气变量的物理分解,本文发现400 hPa上的天气尺度温度扰动正值和250 hPa上的天气尺度高度扰动正值能够指示地面上的高温和热浪事件.理论和观测分析发现,当扰动静止波中心出现在40°N—45°N时,准静止波波长较长,影响范围大,持续时间久,容易在中国形成区域持续性热浪事件.在江南—华南、长江沿江及河套—华北的区域,干热浪事件静止波的稳定时间在6.5天以上.对流层大气天气尺度扰动波动在垂直方向具有倾斜特征,250 hPa高度上,静止波稳定位置比地面热浪区域中心普遍偏北6~12个纬距.在低纬度(副热带高压带南侧),大气中向西北方向移动的天气尺度扰动,只有到达副高脊线以北的西风带后,才能形成静止波.     

利用日本GPS网探测2011年Tohoku海啸引发的电离层扰动

海平面的海啸波会产生大气重力波进而引发电离层扰动.本文利用日本GPS总电子含量数据来探测2011年3月11日Tohoku海啸引发的电离层扰动.观测结果表明,在日本上空的电离层中存在两种重力波信号,分别由海平面的海啸波以及地震破裂过程产生.地震产生的电离层重力波分布在震中周围（包括海洋上空以及远离海洋的区域）,而海啸引发的电离层重力波主要分布在海洋上空.地震产生的电离层重力波具有不同的水平速度,包括约210 m·s^-1以及170 m·s^-1,其频率为1.5 mHz;而海啸引发的电离层重力波水平速度快于前者,约为280 m·s^-1,其频率为1.0 mHz.此外,海啸引发电离层重力波与海平面上的海啸波有相似的水平速度、方向、运行时间、波形以及频率等传播特征.本文的研究将电离层中的海啸信号与地震信号区分开来,进一步确认电离层对海啸波的敏感性.

     

不同大尺度强迫条件下考虑初始场与侧边界条件不确定性的对流尺度集合预报试验

研究了不同大尺度强迫条件下的暴雨个例中,考虑不同尺度特征的初始扰动与侧边界扰动相互作用构造对流尺度集合预报的可行性,为进一步构建“自适应”于不同强对流天气的对流尺度集合预报系统提供依据。结果表明,在大尺度强迫显著的个例1中,以大尺度扰动信息为主的动力降尺度的增长趋势较集合转换卡尔曼滤波(ETKF)更为显著,且总扰动能量在预报中后期超过集合转换卡尔曼滤波,而在大尺度强迫较弱的个例2中,集合转换卡尔曼滤波扰动能量始终高于动力降尺度。此外,当大尺度强迫显著时,初始扰动与侧边界扰动相匹配会产生相互促进的作用,而不匹配时初始扰动会在预报中后期抑制侧边界扰动的发展,当大尺度强迫较弱时,即使是互相间不匹配的初始扰动与侧边界扰动也能在大部分预报时段起到相互促进的作用,说明初始扰动与侧边界扰动的相互作用机制不仅与天气形势相关,也与二者是否匹配挂钩,另外,扰动的发展特征同样依赖于天气形势;从集合离散度的角度来看,当大尺度强迫明显时,侧边界扰动的作用会在更短的时间内取代初始扰动,从而对离散度起到主导地位;两种初始扰动方法相比,集合转换卡尔曼滤波在多数情况下对总离散度的贡献均大于动力降尺度;从降水量预报及概率预报情况来看,大尺度强迫明显的个例可预报性更高,且各集合成员间的差异较小,大尺度强迫较弱的个例则相反,且当两种初始扰动方案与侧边界扰动相结合时,较仅侧边界扰动均有一定提高。      

一类非线性投影方程解的扰动迭代算法及其收敛性

在Hilbert空间中讨论了一类非线性投影方程解的扰动迭代算法及其收敛性分析．     

利用GPS TEC探测2015年尼泊尔地震激发的电离层扰动

利用尼泊尔周边区域6个IGS GPS跟踪站数据,对2015-04-25尼泊尔地震激发的电离层扰动进行分析。结果表明,地震发生后,尼泊尔上空电离层总电子含量（total electron content,TEC）存在不同频率的电离层扰动,扰动中心频率约为3 mHz和4 mHz。前者发生在震中附近1 000 km左右的范围,后者范围达2 000 km,推断其分别为地震破裂产生的声重波信号以及瑞利波向上传播到电离层所激发的异常扰动信号。联合两个频率扰动信号,根据观测的扰动位置以及经验扰动速度反演震中位置,结果与实际情况符合较好。     

地磁場倒轉的电磁模型

本文是根据地球基本磁場起源的“发电机”理论而提出的地磁場倒转的电磁模型,认为地磁場的倒转是地核内部“环型”場反向的结果,若地球转速的“突然”扰动够大,则地幔与地核之间的电磁作用可以引起地球内部“环型”場的反向,从而实现地磁場的倒转,计算表明,这一扰动的性质是地球蒋动周期的减小,其数量级为10~2毫秒。文章的末尾计论了反向地磁場的维持问题,得出倒转磁場维持的时间间隔约为10~3年-10~6年。     

波浪扰动对太湖底泥磷释放影响模拟

为揭示波浪扰动对湖泊底泥磷释放的影响,在波浪水槽中模拟了不同波高情况下扰动对水体、水土界面、底泥间隙水的磷、溶解氧等的影响.结果显示,在大波扰动下,沉积物大量悬浮,水体总磷随之增加,溶解性磷增加却不显著;波浪扰动显著增加了水体和沉积物界面的溶解氧浓度,并增加了溶解氧在沉积物的侵蚀深度;波浪扰动降低了沉积物表层10 cm内间隙水中的磷浓度,而10 cm以下沉积物中间隙水中磷浓度基本保持不变.研究表明,波浪扰动可迅速增加水体中颗粒态的营养盐,但是对于溶解态营养盐,尤其是水体中活性磷浓度的影响,则受沉积物性质、水-沉积物间隙水磷浓度差,以及水-沉积物中氧含量等多方面因素的影响.     

冷空气强风在大型城市中的精细结构和形成机制

地面强风可直接造成人员伤亡和经济损失,严重影响出行安全、工农业生产等社会秩序。强风的发生与天气系统和复杂下垫面的共同作用密切相关,在城市区域尤为明显。受数值模拟技术和计算资源的限制,对实际天气条件下大范围城区的强风现象进行建筑物分辨率的大规模数值模拟研究仍是一个挑战。本研究利用中尺度气象模式嵌套流体计算动力模式的超高分辨率局地气象预报系统,对强冷空气过程造成广州市区的一次强风事件进行数值模拟,深入探讨强风的精细结构和形成机制。结果表明,伴随着强冷空气入侵,广州市区的平均风速和风场高频扰动均明显增强,且在城市冠层顶尤为明显,呈现区域不均匀的三维结构,数值模拟与地面观测相一致。较大范围的强风速和阵风主要出现在建筑物较为低矮的老城区上空,并持续影响下游河道等开阔区域。在高层建筑密集的新城区,虽然整体风速明显减弱,但能在平行风向的街道狭管和下游区域形成局地强风。特别是,超高层建筑群引起显著的垂直环流,导致强风扰动向下传播,造成最大风速达8 m s?1的地面局地强风,阵风指数接近2。上游建筑群引起的风场扰动呈现大尺度湍流结构,能沿着平均气流传播影响数公里之远的下游地区。当风场扰动经过广州塔等单体超高层建筑时,可在其两侧绕流区再次加强,形成局地强风。局地强风和阵风还出现在垂直于风向排列的沿江高层建筑群的侧边,与建筑屏风的阻挡效应和缺口溢出有关。研究结果促进认识城市强风的时空特征和物理机制,有助于提升城市气象的精细化预报水平。