分块地形坐标大气环流模式动力框架及其积分结果分析

给出了分块地形坐标大气环流模式的动力框架及其积分结果, 采用该坐标可解决陡峭地形的问题. 该框架的微分和差分方程组具有总质量守恒、平流项二次守恒、科氏力作功为零、总有效能量守恒等特点, 其时间积分方案则采用改进的非线性迭代. 对该框架的9层和21层版本的积分结果作了能量检测, 同相应的IAP AGCM-Ⅱ和AGCM-III的动力框架相比, 其动能和总有效位能的变化均与之相近, 证实了该框架具有较好的稳定性, 可长期积分. 该框架较原IAP AGCM动力框架更能反映复杂大地形对大气环流的影响, 表明分块地形坐标要较原坐标为优. 最后用21层版本研究了地形对准定常行星波的影响, 结果也证实了该框架的正确合理性.     

嫦娥一号探测器发现月球正面 “玉兔&rdquo|火山

月面白天日照情况下, 高海拔、高反照率地区反射阳光产生的辐射状光线, 会对其周围海拔低、地形变化缓慢、反照率低的地区带来显著的“灯下黑”照明效应的影响, 甚至把这些地区的地貌从光学波段 “隐藏” 起来. 利用嫦娥-1绕月探测器激光测高得到的地形DEM模型, 对比重力探测的历史结果, 在月球正面风暴洋西部(中心位于(14°N, 308°E)处), 从“灯下黑”区域新认证了一个直径约300 km, 高度约2 km的火山——暂时称为“玉兔”山. 还修正了“玉兔”山以北300 km左右的“桂树”火山三维地形. 该发现对研究月球正面演化过程有重要的参考价值.     

浊流成因海底沉积波形成机理及其数值模拟

近些年来, 随着深水油气勘探的不断深入, 对于深水沉积过程的研究也越来越受到关注. 虽然目前关于海底沉积波的形成机理还存在很多争议, 但已有现代沉积实例证明至少浊流是可以形成海底沉积波的. 通过数值模拟的方法来研究海底沉积波的浊积形成机理, 不但可以阐明海底沉积波的形成过程, 而且对于海底工程、深水沉积动力学及深水油气储层预测都具有重要意义. 通过流体动力学模拟, 计算了流体区域的基于时间平均连续性方程和雷诺平均N-S方程, 研究了地形对浊流的影响, 阐明了海底沉积波的形成机理. 模拟结果表明: (1) 首先在坡的下游方向开始沉积是由于流体的减速, 导致密度增大, 浊流携带固体颗粒物的能力(流体容量)降低和较长时间的流体经过所造成的; (2) 在一个隆起的上坡处密度增大是由于隆起峰部流体的局部堵塞, 导致上坡处流体速度降低和压力升高所造成的; (3) 沉积首先从距浊流源头较远的地方开始, 随着迭代次数的增加, 即个体浊流事件的增多, 沉积波向上游迁移; (4) 随着颗粒粒径的减小, 沉积越来越慢, 但粒径并不影响地形对沉积的控制及沉积体的几何形态和沉积顺序.     

全球有限区数值预报模式动力框架的试验验证

全球有限区通用数值预报模式是21世纪数值预报模式的发展趋势, 为此“十五”期间中国气象局发展了一个GRAPES(global/regional assimilation and prediction system)全球有限区多尺度非静力数值预报模式. 为了验证GRAPES模式方案设计的科学性、程序编写的正确性, 针对模式的特点设计了一套完整的理想试验方案来对GRAPES动力模式的性能进行检验, 包括用于检验中尺度模式的密度流和三维地形波试验; 用于检验近极地半拉格朗日上游点和极区离散方案正确性的越极地气流试验等. 密度流试验显示模式框架对精细尺度的非线性流及其瞬变特征有较强的模拟能力; 三维地形波试验说明GRAPES模式动力框架能够较好地模拟气流过山时重力内波的水平与垂直传播. 而越极地气流试验验证了模式对极地半拉格朗日上游点及近极地的离散处理是正确的. 实际个例试验表明, GRAPES全球模式对影响中国夏季的大尺度环流形势有较好的预报能力.     

任意地形条件下太阳辐射模型的改进

修正了日照时段计算公式;提出了２个太阳辐射计算的几何因子;环日可见因子和全天各向同性可见因子;同时利用计算机图形学中的光线追踪算法模拟地形对太阳辐射的遮蔽,利用形状因子计算周围地形对坡面的反射辐射。     

第三极西风和季风主导流域源区降水呈现不同梯度特征

利用位于第三极东南部受季风主导的长江、黄河、澜沧江、怒江上游和雅鲁藏布江流域,以及位于西部受西风主导的叶尔羌河、印度河、阿姆河和锡尔河上游流域源区256个气象站的降水数据,分析了各流域降水随海拔变化的梯度关系;基于ERA5数据,通过分析水汽含量、对流有效势能和抬升凝结高度与各流域内海拔的变化关系,探讨了不同气候系统主导的流域呈现不同梯度特征的原因;通过水文模型模拟径流反向验证降水梯度校正方法在推算高海拔山区降水时的可行性.结果表明:(1)位于季风区的长江上游、黄河上游、澜沧江、怒江和雅鲁藏布江流域降水随海拔增加而降低(17～128 mm/100 m),地形效应仅在小尺度呈现;西风主导的叶尔羌河、印度河、阿姆河和锡尔河上游流域降水随海拔增加而增加(5～64 mm/100 m),地形效应明显.(2) ERA5与气象站观测降水数据在不同流域源区表现出一致的降水梯度特征.季风区流域降水随海拔增加而减少,主要由水汽含量随海拔增加而减少所致,地形效应在局地尺度依然有所反映;西风区流域降水随海拔增加而增加,主要受抬升凝结高度降低和对流有效势能增加的影响.(3)陆面水文模型反向验证结果表明,在降水地形效应明显的流域,对低海拔站点降水进行地形校正是提高通过降水变率推算高海拔区域降水可靠性、提高水文模拟精度的一个有效途径.研究结果对第三极流域高海拔山区降水数据的地形校正有参考价值;对第二次青藏高原综合科学考察中降水观测的选点有指导意义.     

高保真大地形数据库在分布式作战仿真系统中的应用研究

结合作战仿真的发展态势,介绍了高保真大地形数据库应用在作战仿真中的重要意义与地位,提出地形数据库利用SanIn与rerraVista软件快速生成与渲染的解决方案,将动态云、海浪等复杂作战环境视为等同地形,分析了云、海浪等动态实体建模方法.     

东南极冰盖中山站至Dome A断面冰雷达探测初步结果: 冰厚和冰下地形

中国第24次南极科学考察(CHINARE 24, 2007-08)期间, 通过车载冰雷达对东南极冰盖中山站至Dome A断面的冰厚和冰下地形进行了探测, 测线总长1170 km, 其中在82%的测线上成功探测到冰岩界面, 实测数据的水平分辨率<5.6 m. 测量数据经过处理生成沿断面走向的冰厚分布和冰下地形起伏曲线. 结果显示, 断面上的平均冰厚为2037 m, 低于东南极冰盖平均厚度, 730 km处冰厚最大, 冰盖边缘位置冰厚最小(891 m), 内陆1020 km位置冰厚略大于冰厚最小值, 为1078 m; 冰下地形平均海拔728 m, 远高于东南极冰下地形高程平均值, 其中1034 km处海拔最高, 达到2650 m, 765 km处海拔最低. 内陆深处900~1170 km范围内冰下地形海拔较高, 与该段位于Gamburtsev冰下山脉区域有关. 除900 km位置冰下地形的剧烈升高在冰面造成明显的地形抬升外, 总体上, 冰下地形对冰面地形的影响不大. 在冰雷达探测到冰岩界面的部分, 小尺度的冰厚和冰下地形变化相对密集且剧烈, 表明沿断面的冰床粗糙度较大, 认为是冰流运动、冰下环境和冰下地质构造共同作用的结果. 冰雷达未能探测到冰岩界面的部分, 冰厚明显较大. 此外, 由于该段冰流运动较强, 增加了冰盖内部结构的复杂性, 导致冰雷达信号在冰体内传播的衰减严重.     

抑制Gibbs波多层谱模式的设计和试验

当前世界上流行的谱模式中如何很好考虑地形作用和提高截谱精度仍是未解决的问题。特别在低截谱情况下,明显有以下几个问题。首先,地形经谱截断后,在地形陡峭的山坡与海面或平原地区之间的狭窄过渡带,常出现Gibbs波。第二,模式地形(即经过谱截断的地     

八大公山常绿落叶阔叶混交林根萌能力

根萌是森林更新的重要方式之一,对种群和物种多样性的维持具有重要意义.在自然群落中,地形因子以及进化历史对木本植物根萌能力的影响仍有待研究.本研究利用八大公山25 hm2常绿落叶阔叶混交林长期监测样地第一次调查数据,旨在分析根萌能力与地形因子的相关性,以及根萌能力是否具有显著的谱系信号.研究发现:(1)样地根萌总数为54184棵,具根萌现象的个体33039棵,占样地总个体数的17.71%;(2)Torus转换检验表明根萌能力与海拔、凹凸度、干旱度指数呈显著的负相关,与地形湿润指数呈显著的正相关.这可能是由于水流的冲刷作用,低海拔的沟谷内受干扰较强,生产力较低,因而增强了物种的根萌能力;(3)样地常见的126个根萌物种的根萌能力有显著但较弱的谱系信号.在不同生活型中,只有灌木层和落叶植物具有显著的谱系信号,乔木层、亚乔木层和常绿植物谱系信号不显著.这说明根萌能力在进化历史中是一个不稳定的性状.结果表明,八大公山样地木本植物的根萌能力受地形因子以及进化历史的显著影响.     

东南极Dome A冰雷达探测: 冰厚分布和冰下地形

Dome A(冰穹A)位于东南极冰盖中央, 是南极冰盖最高点. 冰盖演化模式显示, Dome A区域很可能保存了过去超过百万年的地球古气候和古环境记录, 被认为是深冰芯钻孔的理想位置. 冰厚和冰下地形是模式评估冰芯年代尺度和深冰芯钻孔选址的重要依据. 中国第21次和24次南极科学考察(CHINARE 21, 2004/05; CHINARE 24, 2007/08)期间, 车载冰雷达系统被用于Dome A区域中心30 km×30 km范围内冰盖的三维调查, 成功获得高分辨率、高精度冰厚和冰下地形数据, 得出140.5 m×140.5 m网格分辨率冰厚分布和冰下地形DEM. 调查结果显示, Dome A中心方形区域内的冰厚平均值为2233 m, 冰厚最小值1618 m, 昆仑站位置冰厚最大, 为3139 m; 冰下地形起伏相对剧烈, 海拔范围949~2445 m, 呈现典型、清晰的山地冰川作用地貌格局, 很可能反映了冰盖早期的演化过程. 依据冰厚分布和冰下地形特征, 认为昆仑站位置适合开展首支分辨率高、年代久远深冰芯的钻探. 不过, 冰盖内部层序结构和冰底消融情况仍需进一步研究确定.     

DEM分辨率对计算地形起伏引起的高程异常的影响

影响GPS高程转换精度主要有两个方面:地形改正的短波段分量和重力场改正的中长波段分量.文章以四川某山区为例,采用不同分辨率的数字高程模型(DEM)来计算各控制点的高程异常地形改正值,然后利用"移去-恢复"技术来拟合各控制点的高程异常值.结果表明,对于山区当DEM分辨率在10 m～100 m内取20 m～30 m时,可以显著提高GPS高程转换的精度,从而有利于具有精度高、速度快、布网灵活等诸多优势的GPS高程测量新技术的普及应用.     

数字化地形测绘中几个常见问题的探讨

数字化地形测量现已成为城市开发、土地管理、矿山建设、工程规划等方面的重要手段，文章对数字化地形测量工作过程中遇到的几个常见的问题做了论述，并提出了相关解决措施以及注意事项。     

高保真大地形数据库在分布式作战仿真系统中的应用研究

结合作战仿真的发展态势，介绍了高保真大地形数据库应用在作战仿真中的重要意义与地位，提出地形数据库利用Sanin与TerraVista软件快速生成与渲染的解决方案，将动态云、海浪等复杂作战环境视为等同地形，分析了云、海浪等动态实体建模方法。     

牛顿流体小尺度地幔对流对海底地形与热流的影响

海底地形与热流观测值和岩石圈年龄的关系在小年龄段可用半无限空间冷却模型精确描述, 但在大年龄段存在显著差异. Parsons和McKenzie在20世纪70年代的研究中首次将该差异归因于岩石圈下小尺度地幔对流. 随后科学家们对小尺度地幔对流问题进行了大量研究, 但结果并不一致. 本文根据建立的垂直于大洋中脊的二维热对流有限元数值模型对小尺度地幔对流对海底地形与热流的影响进行了详细研究. 该模型的主要特点是采用开放边界条件, 从而可以避免原有封闭模型因回流问题而产生的复杂效应. 数据结果显示: 对黏性与温度相关的牛顿流体, 小尺度地幔对流可造成海底表面热流的增加, 但对海底地形影响很小. 这主要是由于小尺度对流会造成两种效应: 将地幔内部热量传到岩石圈底部并加热岩石圈从而使表面热流增加; 这一效应的必然结果就是第二效应——加速地幔冷却. 由于两种效应对海底地形的影响相反, 且效果相当, 所以小尺度地幔对流对地形几乎不产生影响.     

广西风电场选址重点区域分析

广西北部处于云贵高原东南边缘,南部濒临北部湾,因而形成了广西的特色气候.文章通过分析风速的影响因素,结合广西气候特征,提出在广西能够形成较好风能资源的地形特征,并提出广西风电场选址的三类重点区域,为风电场选址提供依据.     

大气周日和半日迁移潮汐非线性传播及其短期变化的数值研究

以全球尺度波模式(GSWM)给出的一月份周日和半日迁移潮汐线性稳态解作为初值, 采用三维球坐标系下的全非线性动力学数值模式, 模拟了从地面到低热层的大气中, 周日和半日迁移潮汐的线性和非线性传播, 并将模拟结果与GSWM和实验观测结果进行了定量比较. 研究结果表明: 受非线性效应影响, 周日和半日潮汐在中、高层大气传播时其振幅会呈现明显的短期变化, 它们与背景大气的非线性相互作用会显著改变全球中、高层大气的背景风场和温场, 这说明周日和半日潮汐的非线性传播对中、高层背景大气的动力学和热力学暂态结构都有重要影响, 并且非线性效应是导致GSWM和观测结果差异的重要原因.     

规则波在岛礁地形上传播的SPH模拟

结合周期性边界条件、水流循环技术以及动量源造波方法,本文建立了一个基于光滑粒子流体动力学(smoothed particle hydrodynamic,SPH)方法的二维无反射数值波浪水槽,模拟了波浪在深海台礁上的传播变形过程,分析了该地形上波高和增水的沿程变化,并与物理模型试验结果进行了对比.结果表明,该数值模型可以较准确地模拟深海台礁上的波浪破碎和增水过程以及礁坪上波高和波浪增水的空间分布特征;在水槽左右两侧采用周期性边界条件和预留水流循环通道,能够有效解决竖向二维数值模型中由于礁坪上波生流引起的潟湖内水面的非物理性雍高及进而导致的礁坪上增水偏大的问题.     

21世纪10年代初中国东部夏季小雨频次地形效应的趋势转折

利用中国东部地区1979～2019年9个山地站及相邻的27个平原站逐日降水资料,分析了夏季不同等级降水地形效应的变化特征,并探讨了相关气象因子的可能影响.统计显示,近40年来小雨频次地形效应于21世纪10年代初发生了显著的趋势转折,1979～2010年时段呈显著下降趋势(-2.24％/10a,P＜0.1),之后则为显著...     

关于平稳随机场的强正则性

设{x(s,t)};s,t=0,±1,±2,…为平稳随机场。H_x为一切x(s,t);s,t=0,±1,±2,…所产生的线性闭空间,即令