中国北方干旱化年代际特征与大气环流的关系

用CRU和ECMWF资料分析了近代中国北方干湿变化特征及其与东亚大气环流异常特征的关系.结果表明:中国北方干旱化具有显著的年际、年代际特征,20世纪70年代末干湿发生显著转变,西北东部和华北地区变干趋势明显,北方大部分地区干旱现象严重;中国北方地区当前的干旱化时空格局与东亚夏季风异常特征密切相关,夏季风减弱以及由此造成水汽输送量减少是导致干旱化发展的主要原因,而低层大气反气旋环流增强和气旋性环流减弱是引起干旱化的异常环流特征.     

裂隙岩石介质中核素迁移的模型及其算子分裂、迎风、均衡格式

建立了放射性核素在裂隙岩石介质中迁移的双重介质模型,对模型的求解提出了一种新的数值方法—Galerkin有限元法与算子分裂、迎风、均衡格式相结合的新方法,给出了水质模型算子分裂、迎风、均衡格式的稳定性条件,且所得到的计算格式是非负的。最后通过对核素90Sr 100年、99Tc 1000年的预测计算,验证了本文所提方法的有效性和稳定性,并得出了一些有重要意义的结论。     

单次极端高温过程中城市热岛效应的识别

利用高密度自动观测站逐时气温资料和NCEP再分析资料,按照客观的标准选择参考站,分析2010年7月2~6日北京一次极端高温过程中城市热岛强度(IUHI)对城区地面气温时空分布的影响。此次高温过程连续5日的日最高气温均超过35.0°C,为北京站1951年以来连续5日平均最高气温的最高值。大陆暖高压控制我国大部分地区,北京处于高压脊前,西北气流下沉增温,加之气流越山引起的焚风效应,是导致此次极端高温过程发生的环流背景。但受城市热岛效应影响,最高、最低和平均气温的空间分布均出现了以城区为中心的高值区,从城区中心向郊区平均IUHI逐渐减小,最低气温IUHI较大,四环线以内5日平均IUHI达到2.93°C,四、五环线之间1.87°C,五、六环线之间1.43°C;最高气温IUHI较小,但四环线以内,四、五环线之间和五、六环线之间5日平均IUHI仍分别达到1.45°C、0.96°C和0.72°C。在7月3~6日夜间,四环内IUHI极值均在3.00°C以上,特别是7月6日凌晨达到5.50°C;白天IUHI相对较小,其中2日早晨甚至还出现了负值。城区各地带IUHI日变化规律几乎同步,具有两个相对稳定阶段和两个快速变化阶段。稳定的强IUHI阶段从21:00(北京时间,下同)持续到次日05:00,稳定的弱IUHI阶段从08:00至18:00;05:00至08:00是IUHI快速衰减阶段,而18:00至21:00是IUHI快速上升阶段。因此,城市热岛效应对北京城区夏季单次极端高温过程的强度及其空间分布具有显著影响,在很大程度上加重了城区特别是中心城区的高温影响。     

北京城市高温遥感指标初探与时空格局分析

利用北京高温天气下的NOAA18/AVHRR卫星资料与气象台站资料,分析了日最高气温与遥感反演的城市地表温度的关系,初步确定了地表高温阈值并建立了高温遥感指标,并利用1989~2008年(缺2002年)6~9月NOAA/AVHRR资料开展了北京地区高温时空格局分析研究。指标初步研究表明:北京气温高温值为35、37、40°C对应的遥感地表高温值分别为44、47、52°C,可以较好地适用于北京平原地区;利用该阈值建立的地表高温强度指标(LSHI)对北京平原高温的监测与气象台站高温监测基本一致,而高温比例指数指标(LSHP)能有效反映出城市高温空间强弱和时间差异。北京遥感地表高温空间格局分析显示:夏季(6~8月)旬平均遥感地表温度≥44°C年出现概率不超过50%,广泛分布于城区和平原区;旬平均遥感地表温度≥47°C年出现概率不超过40%,集中于北京五环内;旬平均遥感地表温度≥52°C年出现概率不超过15%,集中于城区;6~9月高温出现的概率高值区一般都集中于五环内,其中旬平均遥感地表温度≥44°C、≥47°C、≥52°C的出现概率分别为80%~100%、60%~80%、10%~40%。     

A study on feasibility of SI for identification of earthquake damages in Taiwan

Using the actual damage data of the strong earthquakes in Taiwan, the effectiveness of the earthquake risk indices, namely, peak ground acceleration (PGA) and spectral intensity (SI), is verified. PGA and Housner's [Housner GW. Spectrum intensity of strong-motion earthquakes. In: Proceedings of symposium on earthquakes and blast effects on structures. EERI, UCLA; 1952] definition of SI are directly compared. A three-parameter spectral intensity system with spectral intensities SI_a, SI_v, and SI_d in the acceleration, velocity, and displacement regions, respectively, is discussed. Here, the effectiveness of SI, SI_a, SI_v, and SI_d has been compared by using the available earthquake-damage data in Taiwan. Three period ranges, namely, 0.1–0.6, 0.6–1.6, and 1.6–3.0 s were used for structures of 1–6 stories, 7–20 stories, and 21 and more stories, respectively. The results indicate that the three-parameter system is a good risk index of the damage potential of earthquakes.     

三峡工程运用后坝下游河道泥沙输移变化规律

三峡工程蓄水后"清水"下泄,坝下游河段将会长期处于严重不饱和状态,水流含沙量沿程恢复将会引起坝下游长距离冲刷,本文根据三峡工程蓄水前、后的实测资料分析了坝下游河道泥沙输移变化规律,探索不同粒径组沙量沿程恢复对河床冲刷的影响,得到以下结论:在蓄水初期d≤0.031 mm沙量恢复主要受河床补给与江湖入汇共同的影响,随着水库下泄该粒径组沙量递减,使得各站该粒径组年均输沙量均远小于蓄水前的水平,沙量恢复仍主要受河床补给与江湖入汇的影响,这是造成坝下游河道发生长距离冲刷的主要原因之一;在蓄水初期0.031 mmd≤0.125 mm沙量恢复主要受河床补给的影响,但江湖入汇的影响较大,随着河床补给量逐渐减少,各站该粒径组年均输沙量均小于蓄水前的水平,沙量恢复仍主要受河床补给的影响,江湖入汇的影响逐渐减小,这也是坝下游河道发生长距离冲刷的主要原因之一; d0.125 mm沙量恢复主要受河床补给的影响,蓄水初期该粒径组沙量在宜昌监利河段沿程恢复速率较快,且在监利站达到蓄水前的水平,随着时间推移,在宜昌监利河段沿程恢复且速率仍较快,在监利站达到最大值,其数值逐渐小于蓄水前的水平,这是造成坝下游河道冲刷重点集中在宜昌监利河段的主要原因.     

基于LCZ的城市热岛强度研究

城市热岛强度是城市热岛研究和应用中的一个重要度量指标,但其科学计算一直是该研究的难点。目前常用的基于气象站的城乡温差计算法,由于在代表城区与郊区温度的选择上存在困难,较难准确客观地计算热岛强度。为此,本文在LCZ分类体系的基础上,结合卫星遥感影像数据,将其应用于福州市的城市热岛研究中,以科学地计算城市热岛强度。研究表明,采用分层分类和人工目视解译相结合的方法能较好地实现LCZ的遥感分类,并确定出分别代表城市和郊区的地表温度,据此计算得到2015年9月27日福州的城市热岛强度为6.73 ℃,热岛效应十分显著。进一步将分类结果与遥感地表温度影像叠加,可有效地区分各地类的热特性,全面反映城市热岛的分布状况。     

Relative dispersion in the Liguro-Provençal basin: From sub-mesoscale to mesoscale

Relative dispersion in the Liguro-Provençal basin (a subregion of the Mediterranean Sea) is investigated using clusters of surface drifters deployed during two Marine Rapid Environment Assessment (MREA) experiments covering different months in 2007 and 2008, respectively. The clusters have initial radii of less than 1 km, or an order of magnitude below a typical deformation radius (approximately 10-20 km). The data set consists of 45 original pairs and more than 50 total pairs (including chance ones) in the spatial range between 1 and 200 km. Relative dispersion is estimated using the mean square separation of particle pairs and the Finite Scale Lyapunov Exponents (FSLEs). The two metrics show broadly consistent results, indicating in particular a clear exponential behaviour with an e-folding time scale between 0.5 and 1 days, or Lyapunov exponent ?? in the range of 0.7-1 days⁻¹. The exponential phase extends for 4-7 days in time and between 1 and 10-20 km in separation space. To our knowledge, this is only the third time that an exponential regime is observed in the world ocean from drifter data. This result suggests that relative dispersion in the Liguro-Provençal basin is nonlocal, namely controlled mainly by mesoscale dynamics, and that the effects of the sub-mesoscale motions are negligible in comparison. NCOM model results are used to complement the data and to quantify errors arising from the sparse sampling in the observations.     

Chemical alternation of waters in the Kuroshio/Oyashio Interfrontal Zone

An intensive survey has been conducted of the distributions of some chemical properties (dissolved oxygen, nutrients and carbonate properties) in the Kuroshio/Oyashio Interfrontal Zone. Many low-salinity water patches were found down to depths of 640 m. Each chemical property also showed anomalies in these patches, but the degree of variation showed a low correlation with salinity. This may be due to the high variability of biological processes in the surface waters where these patches are formed. Vertical profiles of the chemical properties were also observed along the Kuroshio extension axis from 140.50°E to 146.75°E. The concentrations of nutrients and total carbonate (TC) in the water having densities greater than σ_θ=26.60 can be regarded as being formed by the isopycnal mixing of the Kuroshio component water and Oyashio component water and biological degradation within the density surfaces. This implies that the transport of chemical properties by the diapycnal mixing is negligible in these density layers in the K/O zone.     

环礁沉积体系的过程-产物关系: 勘察式模拟初探

海洋沉积体系的定量模拟可分为仿真和勘察式模拟,后者的目标是建立沉积特征的连续谱、凝练新的科学问题。本文提出一个勘察式模拟的方法论框架,即根据控制方程确定自变量的定义域,进而由模拟计算给出应变量的值域,并结合物质收支平衡原理和“圆台状环礁”几何模型,以此方法预估环礁及其海底阶地物质输运和堆积格局。环礁是珊瑚礁的独特类型,其礁盘区提供了礁体生长和礁外坡、海底阶地堆积的几乎全部物源。结果表明,环礁自身生长受控于生物碎屑生产,而海底阶地的范围和沉积速率不仅决定于离礁悬沙通量,而且受到环礁外水深和海盆环流的制约。悬沙输运和重力流过程形成常态沉降和水下滑坡的交替沉积。此模型所预测的环礁沉积体系高程-面积曲线与南海环礁的实际曲线相对照,可获得环礁演化的机制信息。模拟结果还提示了需进一步研究的科学问题,如环礁生长规模及其控制机制、环礁沉积体系中周期性沉积的时间尺度、环礁外坡由于珊瑚生长自组织机制形成的重力流事件与地震等极端事件的对比和机制识别、环礁群的海底阶地沉积记录多样性、海面变化对环礁演化的影响和沉积记录、环礁人居环境安全等。