基于新型探测资料对西安一次弱降水预报失误的原因分析

利用微波辐射计、激光测风雷达、多普勒雷达、相控阵雷达等新型探测资料、地面加密观测资料、ERA5再分析及多模式数值预报结果对2022年4月24日西安城区一次弱降水预报出现明显失误的原因进行分析,结果表明：(1)全球数值预报模式和中尺度数值预报模式对本次过程西安城区均报有明显降水,主要原因为模式对低层相对湿度预报明显偏大;(2)多种新型探测数据分析认为近地层湿度条件较差及中层的绝对水汽含量低,中层的干暖空气不利于成云致雨,垂直上升运动不强,且由于低层非常干燥,使水滴在下沉过程中蒸发,从而无法形成雨滴下落,这些原因共同造成西安城区无降水,低层相对湿度预报偏大是造成这次西安城区降水预报失误的主要原因之一;(3)造成西安城区近地层湿度条件差的原因是城市干热岛效应和低层干暖平流输送,且降水云团翻越秦岭后其湿空气绝热下沉至城区后出现增温降湿,使得城区形成较为深厚的干层,即使有雨滴在下落过程中也会造成更强的蒸发,这也是城区没有降水的重要原因之一;(4)预报员主观预报订正出现空报主要是源于对边界层水汽、抬升条件等关键降水要素缺乏订正能力,且对大城市的干热岛效应和秦岭山区地形影响研究不足。     

新型抗滑结构围桩-土的耦合效应分析

在引入围桩-土耦合式抗滑结构的基础上建立数值分析模型;通过分析该抗滑结构中围桩-土的应力、应变分布规律,详细探讨围桩-土整个结构的耦合效应特征。进一步开展模型试验,测试并分析围桩前、后土压力和桩身弯矩分布特征,论证了围桩-土耦合式抗滑结构的作用机制。最后,分析了桩后距离、不同深度及不同土体强度参数对土拱效应的影响。得到：（1）围桩与桩内土体耦合呈现出4种应力拱形态：紧邻围桩后为扩肩型拱、围桩间双曲线型拱、围桩间凸向桩外的抛物线型拱、围桩间凸向桩内的抛物线型拱;（2）相邻围桩采用约4倍桩径间距、正六边形布置并顶部用圈梁固结、锚固一定深度可形成一种耦合式抗滑结构。该结论对于该新型抗滑结构的推广应用具有一定的指导意义。     

消除全空域效应:原理、装置与应用实例

如何消除"全空域效应"是电磁勘探中的难题,国内外学者试图从基础理论、数据处理、测线布设等方面入手来解决,但存在求解条件苛刻、计算繁杂、技术实现困难、成本高等问题.文中提出了用屏蔽装置直接消除全空域效应以逼近地面式测量的新思路,研制了相应的装置,给出了使用方法和应用实例,取得了良好的实践效果.     

高硫酸盐矿山废水的处理方法研究进展

高硫煤矿闭坑后成为埋藏在地表以下深部的产酸污染场,对相邻含水层和周边环境造成了潜在危害,且因采动效应影响和矿井空间分布复杂导致相邻含水层的污染过程与污染程度评价困难。以某闭坑矿区为研究对象,选取SO₄ ²⁻作为特征污染物,考虑多煤层采动裂隙对含水层结构的破坏影响,运用数值模拟技术对闭坑矿区酸性矿井水中SO₄ ²⁻污染迁移特征进行研究,并分析流体扩散系数对含水层污染物运移的影响。结果表明：SO₄ ²⁻在二叠系童子岩组砂岩含水层中水平迁移面积随时间增大而增大,增大速率逐渐减小,垂向渗透系数扩大10倍,空间变异性增强;闭坑5、10、15 a后,最大水平迁移距离分别为215、414、612 m,最大垂向迁移距离分别达到50、65、70 m;而扩散系数越大,产酸时间越长,SO₄ ²⁻迁移距离和污染范围将随之增大,相较于水平方向,垂向上SO₄ ²⁻浓度变化对扩散系数的敏感度更高。基于模拟结果,结合闭坑矿区实际条件,针对性提出了“源头减量−过程阻断−末端治理”的综合防控与治理方案。研究结果将为该闭坑煤矿酸性矿井水污染治理与防控提供理论基础,也为其他同类矿井提供科学借鉴。

     

泥河湾盆地下沙沟剖面磁组构特征分析与古湖环境变化研究

泥河湾盆地是中国北方很重要的沉积盆地,但由于盆地范围较广,局部地区环境变化差异较大,目前对泥河湾盆地的环境变化的认识还较为局限。文章通过对下沙沟剖面（厚度260 m）的河湖相沉积物进行详细的岩石磁学和磁组构研究,以尝试恢复下沙沟地区以及盆地东部古湖环境的演化过程,希望能够对泥河湾盆地环境变化提供一些新的指示。研究结果显示,样品中磁性矿物以PSD的磁铁矿颗粒为主,部分样品中含有少量赤铁矿。下沙沟剖面的沉积物受后期扰动很小,属于正常的重力沉积。沉积物磁面理（F）比磁线理（L）更发育,磁组构参数中磁面理F、各向异性度P_j和水流速度函数Fs对环境变化的响应更加明显,古水流分析结果显示下沙沟地区没有长期稳定的流向,环境变化情况复杂。根据下沙沟剖面河湖相沉积物的磁性地层学年龄框架,以郝家台剖面顶部河湖相沉积物的年龄作为该剖面的顶界,得到了下沙沟剖面2.7~0.3 Ma的磁组构参数变化特征。结合岩性和磁组构参数变化的阶段性特征,将下沙沟地区以及盆地东部古湖环境演化历史分为5个阶段：2.7~2.4 Ma,古湖早期逐渐扩张,于早更新世达到了古湖发育的最盛时期,水体动荡,略不稳定;2.4~1.9 Ma,环境变化主要受气候因素影响,下沙沟地区水动力频繁变化,古湖经历了一次扩张和收缩;1.9~1.3 Ma,下沙沟地区的沉积主要受控于河流作用,盆地东部主要受到构造因素的影响,古湖处于持续收缩的阶段;1.3~0.9 Ma,下沙沟地区环境变化剧烈,受中更新世气候转型的影响较大,古湖东部也较大范围的受到中更新世气候转型的影响;0.9~0.3 Ma,全球气候变化剧烈,对古湖东部环境也有一定的影响,但整体还处于水体较为稳定的湖泊环境,古湖并未开始消亡。

     

基于TRMM/PR的长江下游地基雷达一致性订正

不同雷达观测相同目标的反射率因子差异会影响雷达组网应用效果,对无波束阻挡的X波段雷达而言,这种差异主要由雷达定标偏差和信号衰减引起,其中衰减包含降水导致的衰减以及天线罩水膜导致的衰减。为了订正定标偏差、天线罩水膜衰减以及降水衰减,设计了一个基于相控阵雷达组网的订正方法。首先,将天线罩水膜导致的衰减看作定标偏差的一部分,使用组网衰减订正算法做初次衰减订正;然后,通过构建一个雷达网观测偏差函数,使用梯度下降法求解各雷达之间的定标偏差;最后,将订正了定标偏差的原始反射率因子再次使用组网衰减订正算法进行二次衰减订正。对上述订正方法,用于广东省佛山市7部X波段相控阵天气雷达探测的一次冷空气降水过程进行检验。结果显示,传统的PIA (Path-integrated attenuation)算法订正结果与广州S波段天气雷达观测结果相关系数为0.53,均方根误差为9.0 dB, 而该算法这两项数值分别为0.64和8.4 dB,优于PIA;在台风外围的局地强降水过程中也得到了相同的结论。

     

湖北永兴洞降水对2015年厄尔尼诺的响应

通过对湖北永兴洞为期3年（2013年6月至2016年7月）的地表降水δ¹⁸O观测,发现该地点降水δ¹⁸O在2015夏季显著偏正。利用HYSPLIT后向轨迹方法对永兴洞降水水汽来源进行分析,结果表明在厄尔尼诺事件的影响下2015年夏季来自远源印度洋的水汽显著减少,而近源太平洋水汽相对增多,即降水δ¹⁸O因"环流效应"而偏正。本研究提供的观测证据表明永兴洞石笋δ¹⁸O记录在重建ENSO主导下的亚洲季风大气环流方面具有重要潜力。

     

The formation of wind curl in the marine atmosphere boundary layer over the East China Sea Kuroshio in spring

Various data are used to investigate the characteristics of the surface wind field and rainfall on the East China Sea Kuroshio (ESK) in March and April, 2011. In March, the wind speed maximum shows over the ESK front (ESKF) in the 10 meter wind field, which agrees with the thermal wind effect. A wind curl center is generated on the warm flank of the ESKF. The winds are much weaker in April, so is the wind curl. A rainband exists over the ESKF in both the months. The Weather Research and Forecasting (WRF) model is used for further researches. The winds on the top of the marine atmosphere boundary layer (MABL) indicate that in March, a positive wind curl is generated in the whole MABL over the warm flank of the ESKF. The thermal wind effect forced by the strong SST gradient overlying the background wind leads to strong surface northeasterly winds on the ESKF, and a positive shearing vorticity is created over the warm flank of the ESKF to generate wind curl. In the smoothed sea surface temperature experiment, the presence of the ESKF is responsible for the strong northeast winds in the ESKF, and essential for the distribution of the rainfall centers in March, which confirms the mechanism above. The same simulation is made for April, 2011, and the responses from the MABL become weak. The low background wind speed weakens the effect of the thermal wind, thus no strong Ekman pumping is helpful for precipitation. There is no big difference in rainfall between the control run and the smooth SST run. Decomposition of the wind vector shows that local wind acceleration induced by the thermal wind effect along with the variations in wind direction is responsible for the pronounced wind curl/divergence over the ESKF.     

Spatial-temporal characterization of the San Andreas Fault by fault-zone trapped waves at seismic experiment site,Parkfield, California

In this article, we review our previous research for spatial and temporal characterizations of the San Andreas Fault (SAF) at Parkfield, using the fault-zone trapped wave (FZTW) since the middle 1980s. Parkfield, California has been taken as a scientific seismic experimental site in the USA since the 1970s, and the SAF is the target fault to investigate earthquake physics and forecasting. More than ten types of field experiments (including seismic, geophysical, geochemical, geodetic and so on) have been carried out at this experimental site since then. In the fall of 2003, a pair of scientific wells were drilled at the San Andreas Fault Observatory at Depth (SAFOD) site; the main-hole (MH) passed a ～200-m-wide low-velocity zone (LVZ) with highly fractured rocks of the SAF at a depth of ～3.2 km below the wellhead on the ground level (Hickman et al., 2005; Zoback, 2007; Lockner et al., 2011). Borehole seismographs were installed in the SAFOD MH in 2004, which were located within the LVZ of the fault at ～3-km depth to probe the internal structure and physical properties of the SAF. On September 282004, a M6 earthquake occurred ～15 km southeast of the town of Parkfield. The data recorded in the field experiments before and after the 2004 M6 earthquake provided a unique opportunity to monitor the co-mainshock damage and post-seismic heal of the SAF associated with this strong earthquake. This retrospective review of the results from a sequence of our previous experiments at the Parkfield SAF, California, will be valuable for other researchers who are carrying out seismic experiments at the active faults to develop the community seismic wave velocity models, the fault models and the earthquake forecasting models in global seismogenic regions.     

遥感技术在“6·17”丹巴堵江泥石流灾害链灾区应急救援抢险决策中的应用

2020年6月17日,四川丹巴县半扇门镇梅龙沟发生泥石流,阻断小金川河,形成堰塞湖,造成重大财产损失与人员伤亡。为掌握第一手灾情,辅助开展应急救援,以国产高分二号卫星数据为主要数据源,结合无人机航空摄影数据和灾后现场调查等资料,开展了“6·17”丹巴堵江泥石流灾害链灾区应急调查与分析。研究认为: 灾区影响人口约6.5万人; 国网丹巴县供电公司应急救援队与小金县联通通信应急抢险救援队距离最近,半扇门中学等5所学校可作为临时安置避难场所备选; 受影响矿山企业6家、重要水库1座、水电站1座; 泥石流沟总体呈NW—SE向展布,掩没面积约14.27万m²; 堰塞湖湖面面积约1.03 km²,淹没区约49.8万m²,路基路面全毁路段约2.1 km,下游疑似灾害隐患点9处,因灾受损民居25处、桥梁5处; 优选了2条灾后通达性较好的通往泥石流重灾区的救援生命线。借助遥感技术深入分析泥石流灾害链影响人口等灾情先期研判、灾情灾损应急调查及应急救援生命通道优选,对我国西南山区类似条件地质灾害隐患点的应急抢险救援、防灾减灾工作具有重要的指导意义。