冻土路基热收支状态尺度效应的显著性分析

基于最大融化深度、基底总吸热量、冻土融化潜热和热融蚀敏感系数四个指标,从高度效应、宽度效应、坡度效应和冻土年平均地温方面综合阐述了冻土路基热收支的尺度效应。同时基于统计学原理,对影响冻土路基热收支尺度效应的因素进行显著性分析,探究多因素交互作用的效应性。结果表明:路基高度对最大融化深度的影响最大,冻土年平均地温对基底总吸热量的影响最大,路基宽度和冻土年平均地温对冻土融化潜热量的影响最大,路基高度和路基宽度对冻土融化潜热量的影响最大。研究冻土路基热收支尺度效应,应综合考虑多因素之间的交互作用。

用估算热收支的方法评价热棒制冷效果

利用青藏铁路路基地质钻孔资料和地温资料,通过计算随地温变化的热收支、来自近地表的热量、来自深部的热量、以及冻土上限变化引起的相变热,来估算测温孔在水平方向的热收支.通过对比热棒路基、普通路基的右路肩孔以及天然孔水平热收支的差异,来描述热棒的工作效果.之后,对比了热棒路基左路肩孔(阳坡)和右路肩孔(阴坡)水平热收支的差异,并给出解释.最后,以热棒路基右路肩孔水平热收支为基础估算了整个路基的水平热收支,进而给出了单个热棒的平均"产冷量".

南海表层水温和海面热收支的年循环特征

本文利用３０年逐月ＣＯＡＤＳ资料得到的全年各月海洋气象诸要素气候平均资料，计算了各要素场和海面热收支４个分量年平均场和年振幅的空间分布；分析了南海表层水温和海面热量净收支在年循环中的关系；通过调和分析揭示了南海季节变化中年周期（１波）和半年周期（２波）信号的空间结构；从而初步解释了南海ＳＳＴ年循环中的增温、平衡和降温不同时期的变化规律。

北印度洋的经向热输送与热收支的季节与年际变化

探讨赤道以北印度洋的热量收支及变化机制。根据积分10年(1987～1996)的全球海洋模式(MOM 2 )资料,利用积分形式的热量平衡方程,系统地研究了北印度洋的经向热输送和热量收支的季节与年际变化。主要结论为:在季节尺度上,越赤道的经向热输送和赤道以北印度洋热含量变化有年循环特征,而海面净热通量呈现半年周期变化特点;在年际尺度上,热含量的变化主要由经向热输送的变化引起,其它项的影响较小;经向热输送集中在上5 0 0m ,尤其在15 0m以上;在总的经向热输送中,经向翻转环流的贡献起主要作用,涡动项的贡献比较小;某一纬度上经向热输送异常以及此纬度以北印度洋总的海面净热通量异常与此纬度上纬向积分的纬向风应力异常有很好的相关关系;还分析了10°N阿拉伯海和10°N孟加拉湾的经向热输送与越赤道的经向热输送的关系,以及海面净热通量各分量的变化特点。

北太平洋副热带中部模态水潜沉区的热收支——一个全球海洋模式数据的结果

使用一个全球海洋环流模式的18 a（1993-2010年）数据，对北太平洋副热带中部模态水（CMW）潜沉区混合层内热收支的空间分布状况及其季节和年际变率特征进行了分析，并重点讨论了热收支与太平洋年代际震荡（PDO）之间的相互关联。结果表明， CMW潜沉区的热收支是海表热力强迫与海洋动力过程之间的平衡。其中混合作用，特别是湍流扩散是海洋动力过程的主要分量，对该海区混合层内部的热量耗散起到关键的作用。该海区的热收支具有显著的季节变化信号，在春夏季与秋冬季存在明显的差异。热收支的年际变化与PDO的超前滞后相关性分析表明，该海区的混合层温度（MLT）具有显著的PDO信号，同时PDO与MLT两者随时间的变化信号（[]/P t？？与[]/T t？？）之间也有强相关性。[]/P t？？与海表热力强迫项（SEF）显著的相关性表明， SEF可能会对PDO信号的产生及变化过程产生重要的影响；[]/P t？？与夹卷项的高相关性则间接证明潜沉的 CMW的温度存在 PDO 信号；作为海洋动力过程的主体，扩散项和平流项均会对PDO信号变化做出滞后响应。本研究增进了对CMW潜沉区混合层内海水温度变化特征的认识。

高温不稳定多年冻土区保温护道路基热状况监测分析

基于高温不稳定多年冻土区保温护道路段地温监测数据,分析了天然场地及左右路肩下地温、年平均地层温度、热收支及多年冻土上限变化等,探讨了气候变暖及阴阳坡效应下路基不同位置不同深度热状态变化特性及其与天然场地的差异。结果表明:左右路肩阴阳坡效应显著,左路肩下多年冻土最大融化深度为右路肩的2倍,最大融化深度降低速率为右路肩的5倍,且左路肩下多年冻土上限下降速率为右路肩的1.5倍;右路肩处在阴坡且保温护道可能对其多年冻土维持稳定起到了一定积极作用,抬升了其人为冻土上限并减缓了上限下降速率。不同位置年平均地层温度均呈上升趋势,且增长速率随深度逐渐降低,然而左路肩的路基与天然场地交界面附近温度增长速率大于2.5 m深度处,表明此特殊位置土层在多因素作用下可能受到更强的热扰动影响。一般情况下,冻土吸热放热量均随深度降低逐渐减少,但多年冻土上限处在0℃等温线的特殊位置,可能出现吸热量突然增大的现象;多年冻土上限处由于深度较深,热收支增长速率已不受阴阳坡效应影响,该断面左路肩多年冻土上限处年平均热收支为右路肩的2.92倍,但其热收支增长速率几乎相等。

冻土路基热收支状态的尺度效应

为分析多年冻土区高速公路宽幅路基热稳定性,量化评价路基尺度变化对冻土路基热收支状态的影响,提出了路基的尺度效应概念,以描述因路基尺度变化而引发的路基热收支状态的变化;应用数值仿真模拟手段,对比分析了不同路基尺度下冻土路基的热量传输过程。研究结果表明:随路基宽度和高度的变化,路基热收支状态变化明显;在高温冻土区,宽幅路基的基底吸热量增大20%以上,路基下冻土融化潜热增大2.2倍以上,表现出更大的融沉风险;在低温冻土区,虽然宽幅路基基底吸热量变化不大,但热融蚀敏感系数明显增大,其面临的融沉风险不可忽视;与实测数据相比,提出的计算模型合理且可行。

黄河流域旱涝年地面热量收支变化特征

根据北京、郑州３年热量平衡观测资料，建立波文（Ｂｏｗｅｎ）比计算模式。并用此模式及辐射计算式等估计黄河流域８年５－８月地面月辐射收支、蒸发耗热、湍流热交换量和土壤热交换量，并比较分析旱涝年它们的差异以及随旱涝（用降水距平表示）的变化。

楚科奇海融冰期热收支的数值模拟

楚科奇海海冰剧烈变化对极地生态系统及碳循环过程具有重要影响.基于1/4°(经纬度)水平分辨率的北大西洋-北冰洋-北太平洋海洋-海冰耦合模式(简称NAPA1/4)在1994~2015年的模拟结果,本文估算了楚科奇海融冰期的热收支,并揭示了海(冰)面净热通量和太平洋入流热通量在楚科奇海融冰过程中的相对贡献.结果表明:楚科奇海融冰期间的海冰体积变化主要由热力过程调控的海冰融化导致,且冰底融化占优.在海冰快速融化的6~8月,海冰表、底融化速率的相对强度受海冰密集度影响存在空间差异,在密集度大于80%的海区,冰表融化占优,反之冰底融化速率远高于冰表.冰面净热通量是冰表融化的热驱动,平均约60%的冰面净热通量用于冰表融化.冰底融化消耗的热量则主要来自海面净热通量以及太平洋入流所携带的热量;融化初期和盛期,海面净热通量贡献占优;后期和末期则主要受太平洋入流热通量的影响,且该影响可持续作用至结冰早期,抑制冰底冻结速率.在整个融冰期,进入研究区域水体的总热输入中,约67%由太平洋入流贡献.总热输入中约58%的热量用于海水增温,冰底融化吸收的热量约占28%,向下游海区输运的热量仅占14%.年际变化的相关性分析表明,相对于融冰期海面净热通量,太平洋入流热通量对楚科奇海海冰面积年际变化的影响更为显著.

南海夏季风爆发前后海-气界面热交换特征

文中利用 2 0 0 0与 2 0 0 2年二次南海海 气通量观测资料和同期西沙站资料 ,研究了南海夏季风爆发前后海洋表面热收支变化特征。研究表明 :南海夏季风爆发前后 ,影响海面热收支变化的主要分量是净短波辐射通量和潜热通量 ,在季风爆发前后不同阶段 ,二个分量的变化有不同表现形式 ,但不论二者如何变化 ,季风爆发与活跃期 ,海面热收入减小或为净支出 ;季风爆发前及中断期间 ,海面热收入逐渐增加 ;由于大的热惯性 ,海温变化落后于海面热收支的变化 ,海温的这种滞后效应通过影响潜热通量调节海面热收支的变化 ,又反过来影响自身的变化 ,形成短期振荡过程 ,这种振荡过程与季风的活跃、中断过程相对应。

青藏铁路多年冻土区普通路基热状况监测分析

基于现场地温监测数据,选取年平均地温不同的监测断面对青藏铁路普通路基的热状况进行分析,包括多年冻土上限变化及其地温变化、下伏多年冻土温度变化、原天然地表附近热收支等方面.结果表明:在低温多年冻土区,路基下部多年冻土上限均有所提升,且新近形成的人为上限较为稳定,冷季时负温积累显著;路基下伏多年冻土总体热稳定性较好.而在高温多年冻土区,左(阳坡)路肩下部多年冻土上限多表现为下降,右(阴坡)路肩下部多年冻土上限有升有降,但是新近形成的上限均温度较高且有进一步升温的趋势;与天然场地地温相比,路基下部多年冻土均出现一定的升温.尤其在高温极不稳定多年冻土区,天然场地多年冻土自身处于吸热升温状态;路基修筑后,下部多年冻土已经出现了融化夹层及双向退化的情况,路基热稳定性较差.对于普通路基来说,由于青藏高原强烈的太阳辐射及青藏铁路总体走向原因,普通阴阳坡效应显著,左、右路肩下部多年冻土热稳定性差异较大.

青藏公路多年冻土路基内的热状况

基于青藏公路沿线2组地温观测孔5年的地温观测资料,定量分析了高温冻土区和低温冻土区路基内的热状况。结果表明:路基近地表地温明显高于对应天然地表下的地温,路基近地表经历的融化期长于对应天然地表,高温冻土区路基内已形成贯穿融化夹层;进入路基内活动层的热收支呈明显热积累状态;进入高温冻土区路基下伏多年冻土内的热收支处于持续不断的吸热状态,进入低温多年冻土区的热收支也呈现出吸热明显大于放热的周期性变化;高温冻土区接近0℃的地温及其持续不断的热积累是引起下伏多年冻土不断融化的主要原因,低温冻土区进入多年冻土的热积累暂时以增高地温耗热为主,随着地温的增高,低温冻土区也可能发生强烈的冻土融化。

青藏铁路粒径改良路基热状况分析

基于青藏铁路北麓河试验段粒径改良路基、普通路基、天然场地的地温监测资料,定量分析了3种方式下土层的热状况变化特征。结果表明:修筑有路基的吸热量大于天然场地的吸热量;粒径改良路基经历的融化期略长于天然场地,但远短于普通路基。从热收支状况来看,粒径改良路基放热强度大于吸热强度,总体呈现出放热状态,但同天然场地相比,热收支变化不甚突出。粒径改良路基有使路基表层热收支趋于天然状态的趋势,具有保护多年冻土的作用,是一种积极保护冻土的较好的措施。

ENSO事件下赤道中东太平洋海温场非对称性特征

利用1950—2020年冬季HadISST逐月海面温度(sea surface temperature, SST)资料、SODAv2.2.4逐月SST和三维海洋流速同化资料以及NCEP/NCAR 2 m高度上的逐月气温(surface air temperature, SAT)资料,使用非对称合成差分析方法、海洋混合层热量收支诊断方法等,探究El Ni1o事件和La Ni1a事件下造成赤道东太平洋(E区:110°W~80°W,10°S~10°N)、赤道中太平洋(C区:160°E~170°W,10°S~10°N)SST异常场显著不同非对称性特征的可能海洋动力过程,分析ENSO事件非对称强迫下2 m高度上SAT异常场的非对称空间响应。结果表明:E区El Ni1o事件的强度显著强于La Ni1a事件,C区则相反。非线性动力学加热作用对E区和C区El Ni1o年和La Ni1a年SST异常场的非对称分量都起到了正反馈作用,是造成这两个区域SST异常场产生正、负非对称分量的主导动力因子。埃克曼输送作用不利于E区SST异常场正非对称分量的形成,但有利于C区SST异常场负非对称分量的形成。平均流、纬向平流和温跃层的非对称正反馈作用阻碍了C区SST异常场负非对称分量的形成。2 m高度上SAT异常场的非对称分布与SST异常场的非对称分布较为一致,但SAT异常场正、负非对称分量的显著范围明显减小,部分区域的非对称结果不显著。

孟加拉湾南部冷池的极端事件及其机理初析

本研究利用多源卫星遥感数据对比分析了2018年和2015年孟加拉湾南部冷池的极端异常事件。孟加拉湾南部冷池早期出现在5月,8月和9月强度达到最大,10月开始减弱,随后逐渐消失。数据显示2018年和2015年冷池海表温度距平值分别为-0.55℃和0.43℃,是1993—2018年26年中冷池降温最强和最弱的年份。2018年孟加拉湾南部冷池风应力距平值为0.02 N/m2,而2015年距平值为-0.01 N/m2。2018年Ekman抽吸速度距平在冷池区域为正,2015年为负。经混合层热收支计算得到,造成冷池产生的主要原因是平流效应,且2018年与2015年的夏季(6—8月)降温平流项分别占49.2%和80.7%。冷池极端事件主要发生在6月,2018年6月冷池降温是2015年的2.76倍,并且海表净热通量项和平流项的异常对冷池极端事件的产生起了重要作用。

副热带北太平洋SST在ENSO冷暖位相转变中的作用

2015/2016年发生的极端El Ni?o事件,与1997/1998年El Ni?o事件具有可比拟的强度,但是2016年事件转变为弱La Ni?a,而1998年事件则为强La Ni?a。本文通过对比这两次极端El Ni?o事件,揭示其转变为不同强度La Ni?a事件的物理机制。混合层热收支分析的结果表明,在El Ni?o衰减年的4~11月,2016年平流反馈和温跃层反馈相对较弱,混合层温度衰减速率慢,其产生的主要原因是赤道中西太平洋的东风异常较弱。进一步分析表明,赤道中西太平洋的东风异常与副热带东北太平洋的海表温度异常(SSTA)有关,该地区的SST在1998年表现为冷异常,2016年为暖异常。副热带东北太平洋冷的SSTA有利于信风加强,从而加强中西太平洋的东风异常;而暖的SSTA使得赤道以北出现西南风异常,从而削弱中西太平洋的东风异常。此外,合成分析也表明,副热带东北太平洋SSTA与转变的La Ni?a的强度具有关联,El Ni?o转变为强La Ni?a的情况在位相转变期伴随着副热带北太平洋冷的SSTA,而El Ni?o转变为弱La Ni?a的情况没有明显的冷SSTA。

城市河流对城市热气候影响的研究进展

介绍河流与城市大气间的热与水分收支理论基础,从现场实测、模型试验和数值模拟研究等方面系统地归纳了近年来国内外关于城市河流对城市热气候影响的相关研究成果。指出由于目前相关研究还非常缺乏,导致不能为城市河流合理规划与利用提供理论支持。认为加大力度研究城市河流对城市热气候的影响,对于更好地发挥我国城市河流的生态功能潜力、合理开发利用城市河流资源、维持城市生态系统的可持续发展具有重要意义。

高温不稳定多年冻土区片块石路基热状态变化分析

基于高温不稳定多年冻土区长期温度数据,针对片块石路基温度变化、热收支、冻融循环特征进行了分析。结果表明,片块石层作为主动冷却措施的一种,增加了冷热空气的交换,减少了进入路堤的热量,有效地减少了热扰动对路基下路多年冻土热稳定性的不利影响,但观测期间路基中心下的最大融化深度有逐渐增大趋势,且热量在路基阳坡热收支远大于阴坡,右路肩热收支是左路肩的2.73倍,右坡脚热收支是左坡脚的2.29倍,这种热量差异引起路基阳坡下伏多年冻土升温大于阴坡,导致阳坡冻土上限发展速率明显大于阴坡。

一次春季冷空气过程中东海海域海气通量与界面热交换分析

利用船测资料分析一次冷空气过程中东海海域海气通量特征及海洋表面热收支变化特征。2017年5月5日20时—6日14时冷空气过境期间,动量通量平均值为0. 22 N·m^(-2)。感热和潜热通量的平均值分别为27. 17 W·m^(-2)和90. 25 W·m^(-2),是春季整个观测期间(2017年4月20日—5月26日)平均值的2. 8倍和1. 1倍。冷空气爆发当天,净热通量为-12. 73 W·m^(-2),海洋失热。白天海表面热收入58. 36 W·m^(-2),影响海面热收支变化的主要是净辐射通量和潜热通量。夜间海表面热支出156. 89 W·m^(-2),海洋作为热源向大气释放潜热99. 79 W·m^(-2),占海洋释放能量过程的63. 61%,向大气释放感热27. 11 W·m^(-2),占海表释放热量的17. 28%,海表面损失的热量主要以潜热的形式向大气传输。