CMIP5全球气候模式对中国地区干旱变化模拟能力评估

利用东亚地区1961～2005年高分辨率（0．5°×0．5°）降水格点数据和参加CMIP5的42个全球气候模式数值模拟结果,通过对简单降水强度指数（降水距平百分率）的计算,对比分析了观测和多模式集合的中国地区干旱面积、干旱频率的时空分布以及干旱分布型的变化,评估了全球气候模式的模拟能力。结果表明：多个全球气候模式的集合结果对中国区域的干旱变化特征有一定的模拟能力,能较好地模拟出中国年平均干旱指数的时间变化趋势,但模拟的干旱强度偏弱;多模式集合模拟的严重干旱面积与观测值的变化趋势基本一致,与观测相比,模拟的长江以南干旱强度偏强,西北干旱强度偏弱;通过EOF的分析表明,多模式集合可以较好地模拟出西北与长江以南呈反位相及我国东部地区的“旱-涝-旱”或“涝-旱-涝”的分布型。     

CLM4.0模式对中国区域土壤湿度的数值模拟及评估研究

本文利用普林斯顿大学全球大气强迫场资料,驱动公用陆面过程模式（Community Land Model version 4.0,CLM4.0）模拟了中国区域1961～2010年土壤湿度的时空变化。将模拟结果与观测结果、美国国家环境预报中心再分析数据（National Centers for Environmental Prediction Reanalysis,NCEP）和高级微波扫描辐射计（Advanced Microwave Scanning Radiometer-EOS,AMSR-E）反演的土壤湿度进行了对比分析,结果表明CLM4.0模拟结果可以反映出中国区域观测土壤湿度的空间分布和时空变化特征,但东北、江淮和河套三个地区模拟值相对于观测值在各层次均系统性偏大。模拟与NCEP再分析土壤湿度的空间分布基本一致,与AMSR-E的反演值在35°N以北的分布也基本一致;从1961～2010年土壤湿度模拟结果分析得出,各层土壤湿度空间分布从西北向东南增加。低值区主要分布在新疆、青海、甘肃和内蒙古西部地区。东北平原、江淮地区和长江流域为高值区。土壤湿度数值总体上从浅层向深层增加。不同深度土壤湿度变化趋势基本相同。除新疆西部和东北部分地区外,土壤湿度在35°N以北以减少趋势为主,30°N以南的长江流域、华南及西南地区以增加为主。在全球气候变暖的背景下,CLM4.0模拟的夏季土壤湿度在不同程度上响应了降水的变化。中国典型干旱区和半干旱区土壤湿度减小,湿润区增加。其中湿润区土壤湿度对降水的响应最为显著,其次是半干旱区和干旱区。     

有限深两层流体内孤立波非线性数值模拟入口边界条件研究

基于有限深两层流体KdV(Korteweg-de Vries)、eKdV(extended KdV)和MCC(Miyata-Choi-Camassa)理论,以内孤立波诱导上下层深度平均水平速度为入口边界条件,采用理想流体完全非线性欧拉方程,建立了两层流体中内孤立波生成的CFD(Computational Fluid Dynamics)数值模拟方法。以系列数值模拟结果为依据,结合内孤立波非线性和色散参数的组合条件,给出了选择合适内孤立波理论解作为CFD数值模拟入口边界条件的方法,从而实现了振幅与波形可控的内孤立波完全非线性数值模拟。     

海底三维声学图像实时处理系统设计

结合多核CPU硬件PC平台,设计了一种海底三维声学图像实时处理系统,主要包括声学前端信号处理子系统、数据传输控制子系统和PC客户端图像处理系统三个部分。声学前端信号处理子系统统根据接收到的多路声学换能器信号,通过两级FPGA信号处理,采集多通道水声信号,进行实时电子聚焦波束形成。为了解决海量声学数据快速传输问题,数据传输控制子系统未采用传统用户空间TCP/IP传输机制,而是直接通过嵌入式PowerPC处理器在Linux内核态采用DMA通道进行声学数据转发,减少系统调用和数据拷贝开销,有效提高网络传输效率。针对海量声学数据实时处理需求,PC客户端图像处理系统通过对复杂、耗时的单帧重建和数据拼接算法模块根据声学数据点的角度范围进行等分分割,对每个子范围声纳数据采用多线程并行处理,均衡多个CPU核之间负载,实现高性能三维声学图像实时处理。通过室内水池和湖试实验,结果表明该系统能够实时高效地进行三维声学图像采集、传输与处理。     

南黄海盆地南五凹阜宁组“广湖咸水”烃源岩及其油气勘探意义

通过对南五凹钻井所揭示的阜宁组进行岩性、地球化学、古生物及地震相等综合分析证实,南五凹阜宁组发育中深湖相泥质烃源岩,且该套烃源岩形成于"广湖咸水"沉积环境。"广湖"即湖盆分布广泛,中深湖相泥质烃源岩在凹陷深洼处和缓坡带均有发育,平面上面积大,纵向上厚度大,具备生成油气的物质基础。"咸水"即烃源岩形成时期湖盆受到了海侵影响,致使水体性质偏咸。南五凹与中国东部古新世—始新世期间曾遭受海侵影响的其他湖盆类似,其形成的咸化烃源岩具有"排烃早"的特征。南五凹阜宁组湖相烃源岩"广湖咸水"沉积特征对于油气勘探具有重要意义。     

海洋管道S型铺设过程研究

随着海洋科学技术的发展和人类对于海洋油气资源认识的不断增加,海洋油气资源的开发从近海走向远海。作为海洋油气运输主要方式的海洋管道,其铺设问题成为焦点。常见海洋管道工程铺设方法为:拖曳铺设、卷筒铺设、J型铺设、S型铺设。通过引入先进的国际海洋工程软件OrcaFlex并结合国内外关于海洋管道铺设的工程手册及相关规范、标准,如DNV、API、AWS等,实时模拟研究S型海洋管道铺设过程。结合作者工作经历及实际海洋铺管工程背景算例分析,研究铺管上弓段接触点、悬垂段及触底段在铺设过程中的各自静力、动力特性。对海洋管道S型铺设过程中应该注意的一些有关设计、工艺和HSE低成本安全高效铺设等方面提出几点有用的意见。     

初始几何缺陷对管道极限承载力影响研究

初始几何缺陷被认为是影响管道极限承载力和稳定性的重要因素,但是大部分的管道力学特性研究都没有考虑初始缺陷的影响。基于管道几何尺寸测量机,获得管道的壁厚和直径沿轴向以及环向的分布规律。据此建立了四个三维实体有限元模型,分别为完好管道模型、只考虑直径缺陷的管道模型、只考虑壁厚缺陷的管道模型以及考虑所有缺陷的管道模型。分析了初始缺陷对管道的极限内压承载力、极限轴力承载力和极限弯矩承载力的影响。结果表明,直径缺陷对管道的极限内压承载力影响较大;壁厚缺陷对管道在复杂荷载作用下的极限弯矩承载力影响较大。     

港池泊稳的能量平衡方程数值模拟

对基于能量平衡方程的多向随机波浪传播数学模型进行改进,通过模拟不同防波堤绕射引起的港池泊稳,验证模型的合理性和有效性。利用非线性弥散关系提高模型计算浅水变形的精度;采用二次逆风差分格式离散控制方程,避免了加入绕射项引起的数值耗散;并将文氏谱加入模型中,使其更加适合中国海域的工程应用。应用改进后模型绘制的双突堤和岛式防波堤绕射系数图与我国《海港水文规范》图进行了对比。对比结果十分接近,可以较好地描述港池的泊稳状况,为综合计算波浪在近岸的浅水变形、折射、绕射、反射和能量耗散等作用奠定了基础。     

广西典型海湾物质输运滞留时间研究

为研究广西典型海湾物质输运的时间尺度,建立了钦州湾和铁山港湾水动力与物质输运数学模型,计算了钦州湾和铁山港湾物质输运的滞留时间和半交换周期,探讨了滞留时间随入海径流量的变化以及与半交换周期的关系.结果显示,钦州湾的滞留时间为413 - 595 h,半交换周期为148 - 178 h,铁山港湾的滞留时间为215 - 598h,半交换周期约为50 h,钦州湾和铁山港湾的滞留时间均随径流量增大而减小.铁山港的滞留时间在小流量情况下随径流量的变化显著,在大流量下随径流量变化较小,而钦州湾的滞留时间随径流量大致呈线性变化.钦州湾和铁山港的滞留时间和半交换周期之间尚无明确的函数关系,这反映了不同海域的水深、地形及径流与潮汐相互作用的差异性和复杂性.     

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