富水深埋隧道围岩渗透扰动高度计算方法研究

针对深埋富水隧道排水过程对周边围岩渗流场扰动问题,首先,采用数值模拟方法,探明隧道排水条件下围岩渗流场分布规律,提出围岩渗流扰动高度概念;同时,采用控制变量法,明确不同因素(水头高度、围岩渗透系数、隧道排水率)条件下围岩渗流扰动高度变化规律;其次,采用数理拟合方法,给出围岩渗流扰动高度分段计算方法;最后,采用室内相似试验,对所提出计算方法的合理性进行验证。研究表明:1)隧道排水后会对围岩渗流场产生扰动,但渗流场扰动范围仅在隧道拱顶以上一定高度内存在,即围岩渗流扰动高度。2)围岩渗透系数、水头高度、隧道排水率均分别与围岩渗流扰动高度呈正相关关系,且3个因素的影响程度依次降低。3)当给定渗透系数与排水率时,围岩渗流扰动高度随水头高度变化规律呈明显2段式特征。当水头高度不大于临界水头高度时,围岩渗流扰动高度随水头高度的增大呈线性增大趋势;当水头高度大于临界水头高度时,围岩渗流扰动高度为定值,为临界围岩渗流扰动高度。4)给出围岩渗流扰动高度的数学计算表达式,并将采用所提计算方法的计算结果与室内试验结果进行对比,验证所提方法的正确性及合理性。

中国热浪事件的大气扰动结构及其稳定性分析

利用对流层至平流层大气变量的物理分解,本文发现400hPa上的天气尺度温度扰动正值和250hPa上的天气尺度高度扰动正值能够指示地面上的高温和热浪事件.理论和观测分析发现,当扰动静止波中心出现在40°N—45°N时,准静止波波长较长,影响范围大,持续时间久,容易在中国形成区域持续性热浪事件.在江南—华南、长江沿江及河套—华北的区域,干热浪事件静止波的稳定时间在6.5天以上.对流层大气天气尺度扰动波动在垂直方向具有倾斜特征,250hPa高度上,静止波稳定位置比地面热浪区域中心普遍偏北6～12个纬距.在低纬度(副热带高压带南侧),大气中向西北方向移动的天气尺度扰动,只有到达副高脊线以北的西风带后,才能形成静止波.

初始扰动对积云发生发展影响的数值模拟

利用完全弹性三维冰雹云模式,模拟研究了初始扰动对积云发生发展的影响。模拟结果表明,对流发生层结条件满足的情况下,不同初始扰动会导致云不同的发生发展。扰动中心位温偏差大小适当,仅增加扰动厚度或降低扰动中心高度均能使积云发展更快、强度更大;适当减小水平扰动半径能促使积云提前发展,但会导致对流强度减弱;而增大扰动中心位温偏差,不但能增加对流强度,还能促使积云提前发展。

中国热浪前期信号及其模式预报

在中国1979—2008年发生的87场区域干热浪事件中有83场区域干热浪事件可以在250hPa层高度扰动场上追踪到前期信号.高度扰动信号的移动方向可分为低纬向西和中纬向东传播的两类,前期信号平均出现的时间为7天.中国南方热浪的前期信号,一部分(19%)来自低纬西北太平洋,平均提前4.6天,而大部分(81%)的前期信号来自欧洲和中国西北地区,可提前2—15天,这些信号沿中纬度自西向东移动到达100°E—110°E和40°N附近地区.中心位置发生在北方的区域干热浪事件,前期扰动信号都来自欧亚中高纬度.统计得到,250hPa层的高度扰动达到120gpm与地面出现区域干热浪相对应的次数占41%.降低区域干热浪的定义标准,高度扰动作为前期信号的正确率会得到提高.在分析2003年中国夏季江南—华南大范围持续热浪事件的基础上,用欧洲中期天气预报中心的模式产品,对这次热浪500hPa高度场做物理分解,结果发现模式对高度扰动的预报具有提前1—7天的预示能力.

中国冬半年区域持续性低温事件的前期信号

大气变量物理分解的方法应用于寻找中国区域持续性低温事件的前期信号。1960～2008年的冬半年期间,总数115次强的区域持续性低温事件的对流层低层出现了天气尺度温度的负值扰动,而在对流层中高层至平流层出现了天气尺度位势高度的负值扰动。其中,112次事件分别在850hPa和300hPa上出现了温度扰动负值中心和位势高度扰动负值中心。追踪850hPa层的温度扰动能够提前5～9天预示中国区域持续性低温事件的出现。

大气变量物理分解法在极端温度事件前期信号提取中的应用

观测的高空大气位势高度和温度可以应用物理分解的思路估算出纬圈平均的对称气候态、非对称气候态、纬圈平均的瞬变对称扰动和非对称扰动等四个分量。本文用美国NCEP/NCAR再分析资料分解出的非对称高度扰动和温度扰动可以作为发生在华北的2005年6月区域热浪和12月区域低温事件的早期信号。结果得到:地面区域极端气温事件是对流层和平流层大气扰动在地面的表现。这次热浪最强日对流层上部(250 hPa)正的高度扰动和对流层低层(850 hPa)正的温度扰动是在7d前从欧洲传播而来的,而这次低温最强日对流层上部(300 hPa)负的高度扰动和对流层低层(850 hPa)负的温度扰动也是在13 d前从欧洲传播而来的。物理分解后的瞬变扰动天气图是地面热浪和低温事件预报的一种可用工具。