庆阳市空气污染及气象因子影响特征分析

基于2015—2021年庆阳市空气污染和气象数据,利用变率统计分析庆阳市空气质量指数、首要污染物及其浓度变化特征,运用气候相似性原理和多因子综合评价并探究气象因子对污染物的作用与影响,并确立响应指标,为全市精准开展大气污染防治提供支撑。结果表明:(1)庆阳市空气质量优良率86.6%,空气质量指数年均为73,呈不明显上升趋势。首要污染物主要为PM_(10)、PM_(2.5)和O_(3)3种,且季节特征明显。2017年后SO_(2)污染明显改善,但颗粒物与O_(3)并发的复合型污染凸显,与当地气候、污染排放源有密切关系。(2)O_(3)浓度夜间维持较高位,且以1.5μg·m-3·a-1的年速率上升,气温对O_(3)正效应显著,初夏气温高,降水量少是O_(3)浓度升高和超标的主要驱动因子。(3)外源输送和供暖期本地排放造成秋末—冬春季的PM_(10)和PM_(2.5)超标。(4)PM_(10)、PM_(2.5)和O_(3)超标日下的主要气象因子阈值特征不同。

水基压裂液的储层伤害机理实验研究

运用核磁共振技术从微观角度系统分析了水基压裂液对储层的不同伤害机理。结合常规流动实验,提出了一套评价压裂液对储层伤害的综合性实验方法,建立了每种伤害机理与伤害程度间的对应关系。实验研究结果表明,压裂液渗入岩心后均会不同程度地造成岩心内束缚水增加、可动水滞留以及固相大分子物质的吸附,从而引起储层渗透率降低,并且对于不同渗透性岩心其伤害规律大不相同,较低渗透率岩心的伤害率比较高渗透率岩心的伤害率普遍要大。

水基压裂液对储层液相伤害的实验研究

文中从微观角度系统分析了压裂液对储层造成的水敏伤害与水锁伤害,并且将核磁共振分析技术应用于压裂液对储层液相伤害的研究领域,与常规流动实验相结合,提出了一套评价压裂液对储层伤害的实验方法,建立了每种伤害机理与伤害程度间的对应关系。实验结果表明,压裂液滤液渗入储层后均会不同程度地造成束缚水增加、可动水滞留,从而引起储层渗透率降低,造成储层液相伤害,并且,对于不同渗透性储层其伤害程度不同,通过增大返排量和加入表面活性剂的措施可以使液相伤害得到一定程度的缓解。研究成果对压裂液性能优化及油井压裂改造,将具有重要指导意义。

基于ABAQUS平台的水力裂缝扩展有限元模拟研究

随着扩展有限元理论的深入研究,利用扩展有限元方法模拟水力压裂具有了一定的可操作性。相比于常规有限元方法,XFEM方法具有计算结果精度高和计算量小的优点。但是,如何模拟射孔孔眼、如何模拟流体与岩石相互作用以及分析水力裂缝的扩展规律仍然是难题。以研究水力压裂裂缝扩展规律为目的,建立了岩石多孔介质应力平衡方程、流体渗流连续性方程和边界条件。通过有限元离散化方法对耦合方程矩阵进行处理。通过富集函数定义初始裂缝(射孔孔眼),选择最大主应力及损伤变量D分别作为裂缝起裂和扩展判定准则,利用水平集方法模拟水力裂缝扩展过程。数值模拟结果显示:增加射孔方位角、压裂液排量和减小水平地应力差,起裂压力上升;黏度对起裂压力无明显影响。增加射孔方位角、压裂液排量、黏度和减小水平地应力差值有助于裂缝宽度的增加。增加水平地应力差值、压裂液排量和减小射孔方位角以及压裂液黏度有助于裂缝长度增加,反之亦然。基于ABAQUS的水力裂缝扩展有限元法可对不同井型和诸多储层物性参数及压裂施工参数进行分析,且裂缝形态逼真,裂缝面凹凸程度清晰,结果准确。此研究可作为一种简便有效研究水力压裂裂缝扩展规律的方法为油田水力压裂设计与施工提供参考与依据。

一种超低密度支撑剂的可用性评价

常规支撑剂的密度一般比较大,严重影响着有效水力裂缝的形成,并难以应用于长缝压裂,超低密度支撑剂的使用能够增加裂缝有效长度,提高压裂井的增产效益。采用室内实验与软件模拟相结合的评价手段,对一种新型空心覆膜陶粒支撑剂(ST-I)进行酸溶解度、抗破碎率等基本性能评价,分析了其导流能力在不同闭合压力、铺砂浓度下的变化规律。同时将这种超低密度支撑剂与普通陶粒支撑剂进行性能比较,测试了其在不同压裂液黏度下的沉降特性。结果表明,该支撑剂具有较好的物理、导流性能,在压裂液中的沉降速度较普通陶粒支撑剂明显较慢,完全满足长缝压裂的基本要求。通过后期合理的压裂施工设计,能够形成有效支撑半缝长达到180 m左右的裂缝。

多次取样的网格化暴雨预报“配料法”研究

利用2008—2019年甘肃省陇东342个测站的逐日降水资料和ECMWF_ERA5再分析资料,分析了不同暴雨天气过程的环流特征,建立了精细至模式预报每个格点、综合考虑暴雨日每个预报时次的多次取样网格化暴雨预报“配料法”方案,并通过2020年5次暴雨过程进行验证。结果表明,陇东暴雨可分为西太平洋副热带高压(简称“副高”)边缘中尺度扰动型、冷槽切变型和偏北气流对流型;由于不同类型暴雨的环流特征差异明显,降水范围及持续时间不同,具有代表意义的关键物理量及阈值也不相同;网格化配料法的过程预报准确率相比ECMWF_THIN提高20%,站点预报准确率提高7.8%,性能优于ECMWF_THIN模式的暴雨预报;配料法对小区域预报效果优秀,预报范围越大预报准确率越低。

1970—2019年陇东地区强对流天气的 气候特征分析

利用1970—2019年庆阳市8个国家观测站的常规观测资料、联防记录、SRTMDEMUTM 90 m分辨率数字高程和归一化植被指数(NDVI)数据,对雷暴、冰雹和雷暴大风3种强对流天气的气候特征进行对比分析。结果表明:庆阳市不同类型强对流天气的空间分布差异明显,雷暴东南部多,中、西部少。冰雹西北、东南部多中部少;雷暴大风则是中部多,东、西部少。不同强对流天气受下垫面的影响不同,冰雹的空间分布主要与海拔高度有关,两者呈显著的正相关关系,而雷暴大风则与NDVI呈显著的反相关关系。近50年3类强对流天气的范围和日数的年际变化整体呈减少趋势,尤其是21世纪以来减少趋势显著,并先后发生了显著的减少突变。雷暴大风的突变较早,发生在20世纪80年代中期,而雷暴和冰雹的突变较迟,发生于90年代中期前后;月变化基本呈“单峰型”特征,其中雷暴大风的平均日数出现最早为5月,但其平均站数峰值出现在7月;冰雹平均日数和站次的峰值均出现在6月,雷暴大风的峰值出现在7月;日变化呈“午后”型特征,14—19时最频发;白天时段的对流频率是夜间的2倍以上,夜间的对流主要集中在20—22时。

浅议环境公益诉讼的构建路径——以《清洁生产促进法》为例

本文通过对我国环境公益诉讼现状的探讨，找出我国环境公益诉讼实施的瓶颈，并结合我国《清洁生产促进法》，从理论和实践两个方面予以分析，主要是从宪法、法理的角度对相关法条进行分析和论证，为解决实践中存在的环境公益诉讼主体不适格和法院不受理的问题寻求依据。即通过对《清洁生产促进法》等相关法奈的解释来寻求建立环境公益诉讼制度的路径，从而促进我国环境公益诉讼制度的建立，让我国的环境得到更好的保护。

庆阳市苹果花期冻害指数保险设计

围绕苹果政策性农业保险对气象服务的需求,统计分析了庆阳市苹果主产区的苹果花期物候资料、日最低气温资料和产量资料,确定庆阳苹果花期冻害风险时段为4月1日—5月10日,绘制了庆阳市苹果主产区花期冻害风险区划图,设计了苹果低温冻害指数,并确定理赔触发值为低温冻害指数F≥5,分县域厘定了花期冻害保险纯费率。结果表明:宁县湘乐、西峰温泉、宁县南义、合水板桥、宁县瓦斜、西峰彭原是庆阳苹果花期低温冻害发生的较高风险区;宁县西部、庆城东北部与合水西部交界处应施行较高保险费率,进行风险管理。

基于空间检验技术的甘肃河东地区短时暴雨预报产品误差分析

以6个短时暴雨过程为例,采用空间检验技术对甘肃河东地区短时暴雨预报产品误差进行分析。结果表明:降水概率预报对于系统性降水过程预报准确度明显高于突发性降水过程;短时暴雨预报方法的预报位置较实况偏东偏南,纬度偏差-2.1°~1.3°,经度偏差-0.4°~3.1°;强度较实况偏弱,61%本地预报方法雨强为实况的0%~90%;降水范围较实况偏小,偏小程度最多仅6个格点;强度误差占比最大,其次为范围误差,位移误差最小。预报员可基于本地短时暴雨预报方法对预报误差进行相应的调整。

1973—2020年甘肃河东夏半年降水变化特征及影响因素分析

基于1973—2020年4—9月甘肃河东60个国家气象观测站的降水资料,采用经验正交函数分解、相关分析等方法,分析了不同量级降水的时空分布及变化特征,并讨论了气温、大尺度环流、地形等对夏季降水的影响。结果表明:(1)河东西部位于季风区最末端,气温变化对降水影响相对显著。其中甘南高原及以北山区海拔高度高,输入性水汽少,气候变暖对水循环的促进使降水量趋于增多。西部其他区域输入性水汽仍占主导地位,冷空气活动减弱使降水量趋于减少。(2)河东东部地形过渡平缓,降水受季风影响显著。1998年后Niño 3.4区(5°N~5°S、120°~170°W)海温转为负距平为主,随着季风增强及雨带北抬,降水量随之增长。(3)河东地区降水量年际变化的主要特征是所有站点同时增大或减小,但在拉尼娜年更容易出现东、西部降水反相变化的特征,太平洋年代际振荡负相位时西部地区降水增多,东部部分站点减少,北极涛动负相位时,东南部降水增多,西部部分站点减少。甘肃河东夏半年降水变化及影响分析,不仅为复杂地形下大气环流和气候变暖对降水变化影响的差异性研究提供参考,还将丰富季风区末端降水预测依据。

陇东两类夏季雷暴的活动特征及影响因素分析

利用ECMWF-ERA5再分析资料、常规观测资料分析了甘肃陇东2009—2018年夏季雷暴活动特征及环境条件。结果表明:陇东年均雷暴日数为18.8~23.6 d,夏季雷暴占68.5%~74.7%。夏季雷暴主要分为偏北气流型和低槽影响型,其中偏北气流型以分散性干雷暴为主,较大的垂直温差、高空冷平流强度和近地面高温对雷暴发生具有显著影响;低槽影响型多伴有明显降水过程,显著影响因素为较高的低空温度、湿度和较强的不稳定能量。低槽影响型和偏北气流型雷暴分别占总数的30.5%和60%,这两种类型的雷暴更容易出现在陇东北部地区。低槽影响型雷暴呈逐月增加趋势,最大值出现在8月;偏北气流型雷暴呈单峰分布,最大值出现在7月。各站雷暴日数年际变化趋势在6、7月一致性较高;月雷暴日数均有3~5 a的变化周期,其中7、8月同步性较好。雷暴日数的月、年变化与相应类型主导因素相关明显。植被覆盖、气候带以及地形差异也对雷暴空间分布产生了重要影响。

基于地基GPS的祁连山大气可降水量特征

利用2016—2018年祁连山区中东部11个站的地基GPS反演的大气可降水量(以下简称GPS/PWV),分析了大气可降水量的时空分布、地带性和垂直变化特征。结果表明:与张掖和民勤探空实测资料计算的PWV(以下简称RS/PWV)相比,GPS/PWV均方根误差和偏差平均值分别为2.1 mm和1.07 mm,GPS/PWV略大于RS/PWV且两者相关系数平均值达到0.97。祁连山中东部PWV日最大值出现在11—16时,日最小值出现在01—05时;PWV的月最大值出现在8月,月最小值出现在1—2月;PWV的季节分布为夏季>秋季>春季>冬季;PWV高值区主要分布在祁连山东南部,祁连山中部的刚察、民和为明显低值区;祁连山中段PWV低于东段。PWV地带性和垂直变化特征明显,与海拔高度的相关系数达到了-0.77。PWV随经度自西向东,逐渐升高;PWV随纬度从南往北,存在着“高—低—高”的变化特征;PWV的空间分布和季节变化与季风影响相关。

甘肃庆阳近30年雷暴气候特征分析

利用1980—2018年雷暴观测资料,结合地形地貌和气候特点对庆阳市雷暴的空间分布、月分布及年际分布进行分析。结果表明,气候特点和地形地貌的差异使正宁县、庆城县和环县成为雷暴频发区域,但正宁县伴随的降水更明显;6—8月是雷暴发生频率最高的时段,春季需要更有利的天气系统才能产生雷暴天气,夏季高温高湿,较弱的抬升条件,甚至局地的地形抬升都可以产生雷暴天气;1995年以前雷暴发生频率较高,之后波动减少,其中环县减少速度最快,其原因可能是绝对不稳定条件下的干雷暴较多,气温对雷暴潜势的影响更大,近年来环县夏季气温持续升高,冷空气活动不频繁,因此下降速度最快。夏半年冷空气活动频率对年雷暴日数的贡献大于对流层低层持久而稳定的暖湿平流。

庆阳黄土高原短时强降水统计特征及预警指标

利用2008-2018年自动气象站逐时降水量及雷达、探空资料,统计分析庆阳黄土高原地区短时强降水的时空分布、环境物理量及雷达回波特征。结果表明:(1)庆阳黄土高原北部和东南部是短时强降水高发区,北部环县和东南部正宁县是业务预报关注的重点区域。(2)短时强降水最早始于4月中旬,最晚止于10月中旬,集中发生在7-8月,7月中旬和8月中旬是两个高发时段,且"双峰型"日变化特征明显,主峰在17:00前后,次峰在09:00前后,16:00-18:00是不同量级短时强降水的高发时段。(3)短时强降水的水汽条件预警指标为700 hPa比湿不小于7 g·kg^-1且T-Td≤4℃,能量条件预警指标为CAPE≥100 J·kg^-1且CIN≤120 J·kg^-1,不稳定条件预警指标为△T7-5≥15℃且SI≤1℃,特殊高度层预警指标为-20℃和0℃层高度平均分别为8.6 km和5.1 km,冻结层厚度△H平均为3.4 km。(4)雷达特征量预警指标为回波强度超过38 dBZ,回波顶高和最强回波中心高度分别超过7.0、3.6 km,VIL高于20 kg·m^-2。经检验,这些预警指标可为庆阳黄土高原短时强降水的潜势预报和临近预警提供参考。

陇东黄土高原旱区短时强降水的时空分布特征及地形影响研究

利用陇东黄土高原旱区2013—2020年302个区域自动气象观测站逐小时降水数据、数字高程模型数据和欧洲中期天气预报中心ERA5再分析资料等,分析短时强降水时空分布特征及其与地形、地理因子的关系,并结合2021年一次极端短时强降水事件,总结地形的影响机制。结果表明:(1)陇东黄土高原旱区短时强降水主要集中在夏季,7月日数占比(35.9%)最多、极端性最强,8月次数占比(46.9%)最多、强度最强;雨强主要分布在22.0~31.0 mm·h^(-1),日变化呈多峰型特征,17:00(北京时,下同)至次日00:00最为活跃,次数占比为56.8%,且强度和极端性最强。(2)短时强降水次数和小时雨量极值空间分布极不均匀,前者东南多、西北少,且随着雨强增大骤减,高发区主要集中在河谷喇叭口地形区,而掌地也是30.0 mm·h^(-1)以上强降水高发区;后者中部小、东北与西南大,大值区主要分布在庆城东部—合水西部。(3)地理、地形因子对短时强降水次数影响显著,主要由地理位置贡献,而对极值无明显影响,地形强迫抬升并非是陇东黄土高原旱区短时强降水的主要影响机制。(4)山谷风环流及其诱发的地面中尺度辐合线是陇东黄土高原旱区河谷喇叭口地形区短时强降水形成的重要原因。

陇东冰雹天气特征分析及预报预警

利用2008-2013年常规观测资料、区域站和自动站资料以及灾情资料,对收集到符合标准的陇东地区53个冰雹个例进行了强对流天气诊断分析,建立了陇东冰雹天气概念模型,通过对物理量及雷达产品特征的分析,确立了预报指标,并利用2014年部分个例进行了效果检验。结果表明,700 h Pa与500 h Pa温差、K指数、SI指数、LI指数、θse500-θse700、-20℃及0℃高度层、06 km垂直风切变等物理量指标对陇东地区012 h冰雹的潜势预报提供了很好的参考;而回波强度、回波顶高、垂直液态水含量、45 d BZ强回波顶高度、H45d BZ-H0、最强回波对应的高度等雷达产品预报指标则对1230 min冰雹临近预报预警提供了定性甚至定量化的判据。

近35年甘肃庆阳黄土高原地带气候特征分析

通过研究全球气候变化下甘肃庆阳地区气候变化的特点,为黄土高原地带农业及经济的发展提供理论依据。研究利用庆阳市8站近35年的降水、气温、日照时数等气象资料,应用多种统计方法分析了庆阳黄土高原地带的区域气候特征及其变化规律。结果表明,甘肃庆阳黄土高原地带降水量季节分配不均,干湿季分明,强降水天气均出现在4—9月。中部和东南部年降水量呈减少趋势,西北部呈增多趋势;气温差异性则表现为山壑地区比平原和川区冬天气温低,夏天气温高,年平均气温呈升高趋势,且升高趋势冬季贡献显著;年日平均日照时数西北部和中部呈增多趋势,东南部则呈明显减少趋势,4—8月为日照时数高值区,且夏季比冬季日照时数多出约1 h。

庆阳市主要农业气象灾害特征分析及年景评估

根据庆阳市多年灾情数据,分析农业气象灾害的时空分布特征,采用受灾率及其标准化值,开展农业气象灾害分级及年景评估。结果表明,庆阳市主要农业气象灾害为冰雹、暴雨洪涝、干旱以及低温冻害,每年均受到不同程度的农业气象灾害影响;秋冬两季发生气象灾害次数较少,春、夏、秋初季次数相对较多,主要集中在4—9月,6—8月较为明显;干旱造成的农业灾害最为严重,其次为冰雹灾害,暴雨洪涝和低温冻害最轻;塬区农业气象灾害相对较少,受灾程度较轻,川道区天气现象复杂,受灾程度严重;冰雹灾害造成的农业致灾程度均在大灾及以下,暴雨洪涝、干旱以及低温冻害3种致灾程度极端性明显,年景评估中轻灾年出现频率最多。

超大厚度锻板拼接

大厚度板状工件拼接存在焊接填充量大、焊接内应力水平高、易导致开裂，焊接变形不易控制等技术难点。工程实践中采取了可行的工艺措施，取得了良好的效果，克服了上述困难，实现了超大厚度锻板的拼接。