基于雷达资料4DVar的低层热动力反演系统及其在北京奥运期间的初步应用分析

在变分多普勒雷达分析系统(VDRAS)中,通过对雷达资料的质量控制和预处理、云尺度模式的暖雨参数化方案、中尺度初猜场的插值分析方法、循环同化的冷启动和热启动中尺度背景场的计算方案等进行改进,实现了VDRAS对低层动力和热力场的分析反演及其在北京奥运期间的实时应用。改进后的VDRAS利用四维变分(4DVar)同化技术和一个包含简化暖雨参数化方案的云尺度模式,对北京和天津2部S波段天气雷达资料进行12min间隔的快速更新循环同化分析,反演与对流风暴生消发展密切相关的低层热动力三维结构,包括水平风场、垂直速度、辐合辐散、扰动温度、扰动温度梯度等,以及它们的时间增量。通过对北京奥运期间2个风暴个例的实时反演结果的分析表明,VDRAS反演的动力场能够反映低层的水平辐合、垂直抬升、风暴出流及它们的变化特征,而热力场则能够反映与风暴相伴随的冷池结构及其变化、阵风锋的相对位置及强弱。VDRAS的反演结果符合风暴发展传播与冷池、阵风锋、辐合抬升之间关系的概念模型。利用边界层风廓线雷达、地面自动站及地基微波辐射仪的观测资料,对VDRAS实时反演结果的初步统计检验表明,反演的风场和温度场与观测比较接近,风场能够反映出与风暴密切相关的低层风的垂直切变特征,温度场则能够反映出由于风暴过程所导致的地面温度的剧烈变化。与风廓线观测相比,反演的低层风速偏弱,偏差和均方根误差分别在-1.5m/s和2.5m/s以内,而风向的偏差和均方根误差分别在20°和45°以内。与地基微波辐射仪观测相比,反演的低层温度偏低,偏差和均方根误差分别在-1.9℃和2.8℃以内。

多地球物理观测联合反演华南岩石圈温度和化学组分结构

华南块体位处中国大陆东南,对其深部结构的研究是深入认识中国东部构造及演化的基础.岩石圈的温度和化学组分结构是岩石圈结构研究的重要内容,对其的认识主要来自地球物理和地球化学两类研究.由于单一的地球物理或地球化学观测资料和方法存在其各自的局限性,需要开展综合多种地球物理资料,并结合地球化学、岩石学方法的岩石圈结构和性质的研究.文章综合利用华南地区地表地形、大地水准面高、地表大地热流数据、地震面波频散曲线等地球物理观测资料,通过热动力学模拟和概率密度反演的方法,研究该区三维岩石圈温度和化学组分结构.结果表明,华南东部的华夏块体和下扬子克拉通岩石圈较薄(<100km),相对起伏较小,岩石圈地幔以饱满型的橄榄岩为主,表明古老难熔的地幔岩石圈物质被新的物质所取代,古太平洋的平俯冲作用是导致华南东部岩石圈减薄的主要动力学机制,而热侵蚀作用在岩石圈减薄过程中占有重要地位.四川盆地内部岩石圈较厚(>200km),保留着厚而冷的克拉通岩石圈根,岩石圈地幔可能存在由于组分差异所导致的不连续面,其中下层饱满的岩石圈地幔要厚于上层难熔的岩石圈地幔,因而使得四川盆地及周边地区岩石圈地幔整体以饱满和过渡型橄榄岩为主.