广东“18.8”季风槽极端降水事件对流尺度集合预报分析

受季风槽影响,2018年8月30—31日华南地区出现一次极端暴雨过程,单日站点累计降水量达1056.7 mm,刷新了广东有历史纪录以来新的极值。对于此次极端降水事件,常用的业务模式包括欧洲中期天气预报中心全球模式(ECMWF)、日本气象厅谱模式(JMA)和中国气象局广东快速更新同化数值预报系统(CMA-GD),都低估了降水强度。利用深圳市气象局业务对流尺度集合预报系统分析了此次特大暴雨过程,结果表明:对流尺度集合预报系统对本次特大暴雨过程具有比较好的预报能力,概率匹配平均最大雨量达348.7 mm·(24 h)^(-1),集合平均的强降水中心和观测基本一致,观测极值附近区域发生大暴雨(≥150 mm)概率最大值达到80%。选取了较“好”和较“差”集合成员预报进行对比分析,发现较“好”成员预报的强降水中心位置和观测基本一致,而较“差”成员预报的降水中心位置则偏向福建地区。较“好”成员预报出莲花山南侧地面中尺度辐合线较长时间的维持和缓慢移动,导致强降水雨团在莲花山脉附近不断地触发和维持,同时地形的阻挡作用使得对流系统在地形附近区域持续维持,造成了罕见的特大暴雨;而较“差”成员辐合区位于莲花山以北,对流形成后向东、向北移动,最终导致强降水预报位置偏向福建地区。

土压平衡盾构双线掘进对饱和砂土层的变形影响研究

相对于其他地层,盾构在砂土地层中施工的风险更大,但目前关于砂土地层中盾构隧道施工引起的土体变形研究较少.以郑州市地铁轨道交通12号线胡庄站—龙子湖西站区间双线隧道为工程背景,针对盾构穿越典型细砂地层,对双线盾构隧道施工引起的土体变形开展数值模拟和现场实测研究.主要得到以下结论:①在细砂地层中,后行盾构隧道施工对先行盾构隧道引起的土体沉降存在叠加效应,且先行盾构隧道施工引起的土体沉降比后行盾构隧道施工引起的土体沉降大;②细砂地层中,土体沉降量在盾尾脱出期间变化最大,并且隧道拱顶上方土体埋深越深,土体沉降变化量越大;③数值模拟结果与实测结果的差值在4mm左右,误差在可控范围内,验证了所采用的数值模拟方法的正确性;④盾构隧道的线间距、盾构掘进速度和注浆层弹性模量对土体沉降的影响比较大,在实际施工中应重点关注这几个参数.研究成果可为类似地层条件下的盾构隧道施工提供科学参考.

基于深度学习和形态学的海底沙波谷线提取

为了提高基于侧扫声纳图像提取海底沙波谷线这种类别不均衡线状地物的精度,提出了一种深度学习与数学形态学相结合的方法。该方法采用Dice损失函数和添加批标准化(batch normalization, BN),对U型卷积神经网络模型(U-Net)进行改进;结合数学形态学中的闭运算和骨架法,对沙波谷线轮廓进行修复并提取线性特征;进一步将改进的U-Net模型与支持向量机(support vector machine, SVM)、随机森林(random forest, RF)、面向对象分类以及U-Net模型进行精度对比验证。结果表明:改进的U-Net模型能够解决类别不均衡的问题,实现沙波谷线的高精度提取,该方法对海底沙波的研究具有重要的科学与工程应用价值。

“5·22”广州西北气流控制下特大暴雨过程的中尺度特征分析

为提高对西北气流控制下暴雨过程的认识,以期为此类暴雨预报提供支撑,利用国家级自动站与区域加密自动站逐小时降水资料,FY-2G卫星和广州多普勒天气雷达探测等资料,采用中尺度分析技术与重要物理量参数计算等方法,分析“5·22”广州特大暴雨过程的中尺度特征。结果表明:降水主要发生在夜间至凌晨,短时强降水占日雨量的比均达75%,强对流性明显。暴雨过程由在西北气流控制下的下滑槽配合对流层低层的西南低空急流及其左侧南移进入广东的深厚低涡切变系统产生,中高层西北气流与低层暖平流形成上干冷、下暖湿的不稳定层结。在高温高湿环境下东北风与西南风形成的地面辐合线触发对流,夜间随着低空急流增强,地面辐合增幅,上升运动加剧。β中尺度对流云团合并加强,后向传播的对流单体在西北气流引导下形成列车效应,伴随着高降水效率的热带低质心暖云降水,导致珠三角强降水产生并持续,从而形成特大暴雨。

2022年3月30-31日青海省果洛南部大雪天气诊断

2022年3月30-31日,受高原槽东移南压影响,青海青南牧区出现了一次降雪天气过程,班玛、久治2站为大雪,班玛县知钦乡站为暴雪。文章利用高空、地面、各物理量场以及数值模式资料,对此次强降雪天气过程进行了诊断分析。结果表明,此次过程的高空影响系统有西太平洋副热带高压和西风脊,阻挡西风槽东移,西风槽引导冷空气南下,南支槽前西南气流将孟加拉湾的水汽向北输送,切变提供动力条件,暖式切变进行水汽的接力,降水区在高空急流入口右侧,加强上升运动;地面影响系统中地面冷高压是冷空气的来源,冷锋引导地面冷空气南下,提供动力条件,中尺度地面辐合线与地形配合,触发不稳定能量;高低空散度场配置为低层辐合、高层辐散,有利于强降雪的产生。充沛的水汽条件是造成此次强降雪天气过程的必要条件;有不稳定层结条件存在,为此次强降雪天气提供了有力的不稳定条件。分析总结结果可为今后类似大雪天气过程预测预报提供参考依据。

呼伦贝尔市2次强降水过程对比分析

利用常规观测资料、NCEP再分析资料,对呼伦贝尔市2022年7月4-9日和7月12-15日2次降水过程进行了对比分析,从大气环流背景和动力条件等方面探究了2次降水过程成因异同。结果表明:2次降水均呈现出降水持续时间长、范围广、强度大、局地性强的特点,其中4-9日过程影响系统为高空冷涡配合中低层低涡切变线,且系统较为垂直,地面为配合冷暖锋的地面气旋;而12-15日为高空冷槽影响,且中低层的低涡切变和中高层的冷槽有一定距离,即冷暖空气交汇面大,地面受气旋顶部倒槽影响。

实用堰后接梯形断面泄槽水面线计算方法探讨

梯形断面是泄槽最常用的断面形式之一,泄槽水面线计算对溢洪道设计具有重要意义。实用堰后接梯形断面泄槽起始水深及水面线计算须求解非常复杂的非线性方程,传统试算法计算过程繁琐,需要多次计算才能得到满足精度要求的结果。为解决实用堰后接梯形断面泄槽水面线计算的难题,构造坡降差方程,介绍了弦截法计算泄槽水面线的具体步骤,并对起始水深方程进行恒等变形,得出了起始水深的直接计算公式。实例表明,采用的计算方法可行,计算结果可靠,可为类似工程设计提供参考。

广州“5.7”高空槽后和“5.14”槽前大暴雨过程对比分析

利用常规观测资料和雷达资料,对广州2010年5月7日槽后大暴雨和2010年5月14日槽前大暴雨过程进行对比分析。结果表明:"5.7"大暴雨主要受500hPa高空槽后西北气流和850hPa切变线的共同作用,与典型的华南前汛期暴雨形势不同的是槽后冷空气叠加在低层暖湿气流上,对层结不稳定起到增幅作用;"5.14"大暴雨过程主要受高空槽前的西南气流、切变线和地面弱冷空气共同影响。两次大暴雨过程都是由带有超级单体的飑线引发的,前者飑线长度更长,强回波范围更大,超级单体更多,降水强度和累积降水量更大;飑线维持和发展的机制不同,前者通过补充合并两广交界处不断新生对流单体,后者则是通过吸收合并其移动前方沿近地层辐合带新生单体,得以维持和发展。

跨海峡隧道风化槽围岩衬砌防排水技术研究

采用钻爆法修建海底隧道必须采取有效措施预防塌方、涌水、突泥等地质灾害,海底隧道钻爆法施工时如何安全穿越断层破碎带是工程设计与施工的技术难点。结合厦门跨海峡隧道围岩的特点,研究钻爆法穿越断层破碎带的注浆加固、防排水技术,提出不同围岩条件下的隧道防排水和注浆设计方案。并根据实验室三轴试验结果得到强风化花岗岩渗透系数以及反演的围岩力学参数,分析风化槽隧道衬砌的外水压力分布特点和量值。研究成果为衬砌结构设计以及国内同类型隧道的衬砌防排水和衬砌支护技术设计提供可靠指导。

广东2005年“3·22”强飑线天气过程分析

利用地面常规及自动气象站观测、NCEP/NCAR 1°×1°再分析资料和多普勒雷达探测等资料,对2005年3月22日广东一次近年罕见的强飑线过程进行了天气动力学和中尺度的诊断分析,对伴随飑线的强风暴区天气系统配置、空间结构特征及其演变特征等作了深入的探讨,同时计算了强对流天气发生区域的有关物理量,从中发现了一些有意义的事实,以求为以后广东春季强对流天气的监测和预警提供一些有益的帮助。

高低压中心、槽线识别的初步试验

利用经过截取处理的欧亚范围的欧洲格点数据，通过运算转化为屏幕网格资料，采用逐点追踪方法绘制等压线，运用统计识别法和模糊识别技术，结合实测风场订正，对高低压中心和槽线进行分析识别。试验结果表明，计算机能基本准确的识别出高低压中心及槽线，且速度比人工快得多，从而可做为人工智能工作站的一个接口，并为天气图的客观化和自动化分析作了初步尝试。

海底沙波特征线的最优方向剖面自动识别方法

海底沙波是发育在近海陆架上的一种常见海底地貌类型,海底沙波特征与运动规律的研究具有重要的科学意义与工程应用价值,沙波脊线与谷线是表征海底沙波的最基本特征,也是精确描述沙波运动的基本参量。本文提出了一种基于复合数字水深模型的沙波特征线自动识别方法——最优方向剖面法,基于水深曲面归算得到最优剖面方向,再依据最优剖面方向求导并判定极值,自动提取沙波形态特征点,最终形成沙波脊线和谷线。以台湾浅滩复合型沙波为例进行对比实验研究,结果表明,该方法能基于不同分辨率的数字水深模型自动准确地提取海底沙波脊线与谷线,勿需设置阈值,地形自动化识别程度得到进一步提升,具有重要的实际应用价值。

高原低涡移出高原后持续活动的典型个例分析

利用1°×1°NCEP/NCAR再分析资料,选取500 hPa分别为西风槽、切变线和切变流场影响背景下、移出高原后维持48 h以上的3次典型高原低涡个例,分析了低涡维持期间500 hPa环境场、主要影响系统、涡度与温度平流、200 hPa形势场及垂直动力结构,并利用涡度方程对总涡源和各强迫项进行了诊断分析,结果表明:(1)西风槽影响时高原低涡移动路径受槽前西南气流引导,切变线影响时低涡沿切变线自西向东移动,切变流场影响时低涡移动主要受西太平洋副热带高压(下称西太副高)进退的影响,当西太副高出现明显西伸时,可导致低涡折向西退,3次个例均持续有正涡度平流和冷平流向涡区输送;(2)西风槽和切变线影响时南亚高压为东西带状分布,切变流场影响时南亚高压为北拱形;(3)高原低涡东移发展达到最强时,3次个例在200hPa均有低槽或低压叠加,从而形成深厚的正涡度柱;(4)500 hPa存在正涡度变率中心,低涡沿正涡度变率中心方向移动,高空槽和切变流场影响时正涡度变率主要来自水平输送项,切变线影响时主要来自辐合辐散项。

一次异常强渤海海效应暴雪的三维运动研究

2008年12月4～6日发生在渤海中东部及山东半岛地区的暴雪过程是一次异常强渤海海效应暴雪个例,利用中尺度数值模式RAMS4.4,以三维轨迹和物理量诊断分析相结合的方法研究了暴雪的三维运动结构及其演变特征。结果表明:(1)气块的三维轨迹分析揭示出各层冷空气进入渤海前后产生不同的运动路径,低层冷空气气块流经渤海时产生了上升运动,而中高层的气块基本不受影响,仍然维持原来的运动方向,表明暖海面对对流层低层冷空气的作用。(2)天气尺度系统产生的动力强迫与海效应两种作用相结合,是造成异常强降雪的重要原因。经向度大的高空槽发展、加深时,一方面槽前正涡度平流增强使得低空产生质量补偿辐合上升,为降雪提供了有利的动力条件;另一方面它引导冷空气向下向南爆发,造成海面上空温湿场垂直差异更大,形成较强的对流不稳定层结,海效应降雪增强,最强降雪就出现在高空槽影响期间。因此,高空槽是否过境可作为强降雪时段的预报着眼点。(3)对流层低层西北气流受到长白山南部及辽东半岛千山山脉的影响,转为东北风自渤海北部向南吹,在渤海与环境风场的西北风构成切变线,产生辐合上升运动,触发不稳定能量产生强降雪。在地面气压场上,相应的切变线表现为渤海至渤海海峡的等压线存在气旋性弯曲。该切变线是渤海海效应降雪的重要影响系统,其方向和位置决定了强降雪的落区及强度。(4)对流层中低层的垂直风向切变大小影响海效应降雪带的分布,垂直风向切变很小时使得低层热量和水汽汇合到狭窄的区域,有利于形成局地强降雪。

青藏高原上低槽与切变线动能收支的个例分析

本文通过对1982年7月25—28日低槽在高原上发展、南伸和1982年6月4—6日高原切变线活动过程动能收支的对比分析发现:这两种过程动能的主要来源是由有效位能转换为动能,且在低槽南伸发展和切变线维持时转换量最大;而此时位能水平通量辐散消耗动能最明显。它们的主要差异是:切变线活动区域平均动能比低槽的大;在切变线形成时能源项制造动能,而在低槽南伸发展时,能源项是消耗动能的。

20世纪90年代以来东北暴雨过程特征分析

使用1990～2005年全国730站日降水资料和NCEP格点分析资料对1990～2005年东北地区大暴雨过程进行了分类研究,探讨21世纪前后夏季东北暴雨的主要特征。按照东北地区日降雨量大于50 mm的站点数不少于5个的标准,统计出1990～2005年东北地区的69个暴雨个例(共90天)。在统计的基础上,进一步对造成大范围暴雨过程的天气形势进行分类研究。考虑阻塞高压、热带、副热带系统和西风带之间的相互关系,将暴雨过程的主要影响系统大致分为6类:(1)台风与西风带系统(西风槽、东北低涡)的远距离相互作用(20个,28.9%);(2)登陆台风(或南来低涡)北上与西风带系统(西风槽、东北低涡)相互作用(16个,23.2%);(3)台风直接暴雨(1个,1.5%);(4)低槽冷锋暴雨(16个,23.2%);(5)低空切变型暴雨(2个,2.9%);(6)东北低涡暴雨(14个,20.3%)。在所有个例中与台风有关的共有37个,超过一半,占总数53.6%。台风的远距离水汽输送或登陆台风北上与西风带系统相互作用是东北地区产生大暴雨或持续性大暴雨的重要环流条件。此外,东北低涡和西风槽前系统造成暴雨个例也比较多,也是东北地区大范围暴雨的重要影响系统,低槽冷锋暴雨和东北低涡暴雨也各分为4小类。低空切变暴雨的切变线一般在低层较为明显。上述分析表明,夏季东北地区暴雨过程种类繁多,情况较为复杂,且进入新世纪以来该区降雨过程较为活跃,值得深入研究。

2007年入梅期由横槽与低涡切变引发淮河流域强降水的诊断研究

采用对比分析、诊断和数值计算的方法,运用NCEP资料、常规观测资料、卫星云图资料和地面降水资料,对2007年6月19～20日发生在淮河干流及其以北地区一次特殊的降水过程(入梅期首场强降雨)进行研究。主要结论包括:(1)该年梅雨期降水和首场降水的特点及原因:梅雨期雨带位置偏北(位于淮河流域而非长江流域),并且在115°E的中部地区降雨量最大;入梅后的降雨首先产生在淮河干流上游的湖北、河南南部地区,随后雨区迅速北跳至淮河以北的山东南部地区。分析表明,在临近35°N和115°E区域,梅雨锋强烈,冷暖空气汇集,加之充沛的水汽输送和高低空急流耦合所激发的上升运动,共同导致了115°E的中部地区产生强烈降水和汛期的雨带偏北;19～20日淮河及其以北地区阻塞形势迅速调整,其后所产生的500hPa横槽对于首场强降水的维持起到了重要作用。低层涡旋系统沿着锋生带,在槽前气流的引导下向东北方向移动,致使雨带北跳。(2)首场降雨主要由横槽和切变线及其所引发的涡旋共同产生。高空横槽提供了较为活跃的冷空气,这种横槽形式在典型的梅雨期尚不多见,但亦值得关注。锋区和低层水汽叠加较好。上升运动的持续增强,使得不断有强降水时段出现并最终导致强降水产生。(3)该年入梅前后存在比较明显的气象信号变化(包括夏季风、副高脊线、阻塞、环流形势等),入梅期实质上是中高纬大气环流由非梅雨期特征向梅雨期特征的调整和过渡期。(4)在切变线诱生出低涡的过程中,动力作用比热力作用的影响更为显著。低涡生成后向东北方向移动,这一时期虽属梅雨起步阶段,未完全呈现典型梅雨暴雨的特征,但中尺度云团、雨团仍十分活跃。

沈阳地区1994年6～8月灾害性暴雨天气诊断分析

分析了沈阳地区１９９４年６～８月的降水量及其分布，结果表明，４次灾害性暴雨是由台风、高空切变线和冷锋锋区所造成的，从分析其降水的物理过程、天气过程发展演变，根据不同的降水过程及其原因将几次暴雨归纳为３种类型：台风暴雨、切变线暴雨和冷锋锋区暴雨．对各种暴雨进行分析研究可为今后预报暴雨天气提供新的线索和途径．

下穿隧道对既有地铁线路及周边环境影响研究

随着城市地下空间的开发,隧道交叠与穿越案例越来越多,隧道下穿既有线路时往往引发交汇段地表沉降叠加,对既有线路和周边建筑物的安全产生威胁,研究其影响可以有针对性地采取预先加固措施。通过数值模拟试验方法,研究发现当新建隧道下穿既有线路时,后者的衬砌对前者起到了预先加固作用,使得下穿隧道的拱顶沉降比未穿越段较小,但上部隧道的拱顶部位沉降显著加大有必要预先加固。此外先后两次施工的扰动会增大围岩塑性区体积,导致新旧隧道的塑性破坏区相互连通,使得穿越段上方地表的沉降槽仍然表现为显著增大。

“080527”湖北老河口短时暴雨的中尺度天气成因分析

以2008年5月27日发生在湖北老河口短时暴雨为例,利用NCEP再分析资料,开展中尺度天气系统诊断分析。结果表明:干线、500 hPa冷温度槽、冷切尾部辐合区和中低层湿区及地面风场辐合线等中尺度天气系统的活动与暴雨发生、发展密切相关。干空气自北向南、自上而下侵入湿区,具有典型的湖北干侵入暴雨特征。干侵入使干冷空气与暖湿空气汇合上升,同时激发冷切尾部辐合区中的正涡度柱沿假相当位温锋区向上发展,配合地面中尺度辐合线,增强对流上升运动。500 hPa冷温度槽活动及干侵入造成垂直方向上对流不稳定,冷式切变线尾部由于冷暖平流、干湿平流交汇构成水平方向不稳定区,不稳定区受露点锋生扰动,从而触发强对流天气。中低层深厚湿区的维持和水汽辐合为中尺度暴雨提供了水汽来源。