2019年8月16日沈阳极端降水事件的低空γ中尺度涡旋观测特征和机理分析

2019年8月16日沈阳市区受伴有低空γ中尺度涡旋的强对流系统影响,发生了1951年有观测记录以来的最大小时降水(102 mm)。为了提高对此类涡旋所致强降水天气的认识和预报能力,综合利用多源观测和ERA5再分析资料,对此次过程中低空γ中尺度涡旋的观测特征、形成原因和对强降水的影响机制开展研究。此次过程期间,500 hPa沈阳位于东北冷涡东南侧,850 hPa以下低空位于“利奇马”台风残涡西侧的偏北气流水汽输送带内,16日午后沈阳市区具有低层大气气温廓线接近干绝热递减率、较低抬升凝结高度和逐渐加强的风垂直切变等环境条件特征;风廓线雷达资料显示降水前0—6 km风矢量差最大达17 m/s,有利于较浅薄中尺度涡旋对发生。16时前后,沈阳市区内γ中尺度辐合风场首先触发局地风暴,随后有对流风暴群移入沈阳,在局地风暴具有反气旋式旋转处合并。合并风暴在初期产生强降水后,回波顶降低、降水强度减小,低空出现了生命期约30 min的γ中尺度涡旋对,更是出现罕见的具有辐合特征的反气旋式涡旋加强的现象,伴有低空涡旋的风暴再次加强并导致后期更强的降水。相比中国中气旋统计特征,本次低空浅薄涡旋生命期较短、尺度小、移速慢,产生了非常强的垂直涡度,但涡旋厚度小于中气旋。涡旋出现后所有5 min降水量超过10 mm的自动气象站均出现在中尺度涡旋对之间的区域,更是导致了自从1951年沈阳有观测记录以来的最大小时降水量。涡旋的旋转强度、伸展高度以及两个涡旋之间的距离表征了强降水的强度和范围。本次过程中的合并风暴具有暖云低质心回波特征,前期局地风暴降水使得近地面空气湿度升高、减弱了蒸发作用,使得后期降水具有更高效率,配合低空涡旋在近地面形成上升气流同时促进雨滴增长和碰并过程,进而增强雨强;强烈旋转的涡旋造成近地面强上升气流,有利于风暴再次发展,进而使得降水持续更长时间。低空反气旋式涡旋生成加强的原因是:冷涡风暴低空准线状的出流边界形成由北指向南的水平涡管,在降水初期下沉气流向下的扭曲作用下,近地面生成初始涡旋对;由于环境风切变矢量随高度逆时针旋转,更有利于反气旋式涡旋加强,合并后风暴内的强上升气流的拉伸作用也进一步加强了反气旋。最后给出了本次低空γ中尺度涡旋的形成机制和导致暴雨的物理模型。

pH值对介孔TiO_2吸附水中低质量浓度As(Ⅲ)的影响研究

研究了pH值对无定型介孔TiO2表面吸附速率的影响。水中低质量浓度的As(Ⅲ)在介孔TiO2表面的吸附速率可以用表面配合模型来模拟和计算,pH值可通过影响H3AsO3的各级离解形态和TiO2的表面羟基化程度进而影响吸附速率(k)和最大吸附量(Qm)。H3AsO3的各种形态在TiO2羟基化/质子化表面(Ti—OH2+、Ti—OH)的吸附速率常数可以通过非线性回归计算得到。结果表明,在近中性的pH值下(pH=6.3～8.0),表观吸附速率常数为0.034 6～0.037 2L/(mg.min),吸附速率大;在较高或较低的pH值条件下,吸附速率显著降低。当pH值为3.04时,其吸附速率k为0.015 7L/(mg.min);当pH值为9.96时,其吸附速率k为0.017 1 L/(mg.min)。最大吸附速率出现在pH值为8.0左右,而最大吸附容量发生在pH值为9.26左右,与H3AsO3的pKa1(9.22)在数值上非常接近。动力学方程计算得到的Qm为4.415mg/g(pH=9.26),而Langmuir吸附等温式和Dubinin-Radushkevich(D-R)吸附等温式(pH=9.03)计算得到的Qm分别为4.79mg/g和4.57 mg/g,不同方法的计算结果比较接近。由于地下水多为弱碱性环境,最大吸附速率和吸附容量均发生在弱碱性条件下对吸附除砷是有利的。

不同种植年限转基因抗虫棉对土壤中小型节肢动物的影响

2007-2008年,在分别于1999年、2002年和2006年种植Cry1Ac基因抗虫棉的棉田中,于棉花的苗期、蕾期、花铃期和吐絮期采集土壤样品,采用改良的Tullgren法收集土壤中的中小型节肢动物,以监测长期种植转基因抗虫棉对土壤节肢动物群落的影响。2年8次采样共获得12类中小型节肢动物,隶属于节肢动物门中的7纲10目,其中弹尾目、蜱螨目、蜘蛛目为本地区棉田中的优势类群,综合纲、双翅目、半翅目、双尾目、鞘翅目和同翅目为常见类群。广义线性混合模型分析结果表明,随着转基因抗虫棉种植年限的增加,各转基因抗虫棉田中的土壤主要类群中小型节肢动物的个体密度和多样性指数没有产生显著性差异,但是随着采样时期的不同各棉田土壤主要中小型节肢动物的个体密度和群落多样性指数均呈显著性季节变化。主成分分析表明,弹尾目、蜘蛛目、蜱螨目的得分值较高,可作为本地区未来转基因抗虫棉环境影响监测的重要指标生物。

贵阳一次强对流降水过程的诊断分析

用客观诊断分析方法对 2 0 0 3年 5月 1 5日 2 0时贵阳龙洞堡机场出现的一次由中 α尺度对流系统引起的强降水过程进行分析 ,得到贵州中 α尺度对流系统发生前期的大尺度环境条件和物理条件 ,对今后的预报分析工作有一些启示意义。

环境侵蚀下水泥土的强度及细观破裂过程分析

研究了环境侵蚀下水泥土的细观破裂行为,利用中国科学院武汉岩土力学研究所的岩石破裂过程细观力学试验系统,对在各种侵蚀环境中侵蚀一定时间的水泥土细观试件进行了一系列破裂过程试验,实时观察并用显微数码摄像系统记录了水泥土试件的细观破裂全过程,得到了水泥土的应力-应变关系曲线及其对应显微图像。研究结果表明,环境侵蚀后水泥土的细观破坏特征主要有两类,即弹塑性破坏和脆性破坏。细观试验是研究环境侵蚀下水泥土破坏过程的有效手段。

2005年6月华南特大连续性暴雨的环境条件和中尺度扰动分析

利用常规观测站、地面加密站资料、卫星红外云图TBB和NCEP再分析资料,对2005年6月19—24日发生在广东的特大连续性暴雨过程进行了分析。天气分析表明:高空南亚高压前部的强辐散场,500hPa河套阻塞高压以及低层低涡切变线横卧在江淮一带、低空急流源源不断地向华南输送暖湿气流的这种大尺度环流形势和相应的大范围动力热力及水汽条件,决定了暴雨的多发时期和持续性;区域暴雨多发期内5次强降水的具体发生和间歇,则与暴雨区大气动力、热力及水汽条件的5个α中尺度时间变化与震荡密切联系并受其影响;暴雨区动力条件的α中尺度时间变化与特定的大尺度环流背景下高低空急流的演变有密切的关系。降水的中尺度特征分析表明:暴雨过程中5场暴雨的发展和间歇对应5个α中尺度系统的发展和减弱,暴雨是由19个β中尺度系统直接造成19个β中尺度大雨团形成。进一步分析表明:强降水主要发生在地面静止锋和锋前暖区的中尺度切变线(或中尺度辐合线)和中尺度涡旋或中尺度辐合中心附近,中尺度涡旋内的降水是由飑线上γ中尺度对流单体形成的"列车效应"产生的,而中尺度切变线附近的降水则是飑线的发展合并加强产生的。发生在冷式切变线附近的强降水移动速度较快,发生在暖式切变线附近的强降水移动缓慢,发生在辐合中心的强降水在原地发展达最强后随辐合中心转为切变线减弱或直接在原地减弱消失而结束。

沈阳地区强对流天气潜势预报环境参数特征分析

利用常规探空观测和WRF分析场等资料,分析了2005—2014年沈阳地区强对流天气的气候背景特征、演变规律及日变化特征等,将强对流天气划分为冰雹、雷暴大风(≥17.2 m·s-1)、短时强降水(≥20 mm·h-1)和混合型4种类型;并分析探空资料在强对流天气潜势预报中的作用,着重探讨14时(02时)探空资料对沈阳地区强对流天气短时临近潜势预报的作用。结果表明:2005—2014年沈阳地区4种强对流天气中,以短时强降水天气发生次数最多,其次为雷暴大风天气,冰雹天气的发生次数最少,多数强对流天气发生在午后至傍晚。由合成T-Log P图的温湿廓线可知,沈阳地区短时强降水天气发生时中低层存在显著湿区,与雷暴大风和冰雹为主的强对流天气温湿廓线明显不同,多数合成T-Log P图的显著特点为中层大气干燥。冰雹型强对流天气的0℃层和-20℃层高度明显低于其他强对流天气类型的高度;冰雹型强对流天气T700-T500和T850-T500显著大于短时强降水型及雷暴大风型强对流天气,且T850-T500的指示意义更好;4种强对流天气类型平均SI均出现了正值,说明SI失去了不稳定性的指示意义;短时强降水天气的K指数明显高于冰雹天气;雷暴大风天气发生时对流有效位能明显小于其他强对流天气类型。可见,WRF中尺度模式中的T-Log P预报图对沈阳地区强对流天气的预报具有一定的指导意义。

关于新形势下我国自然资源资产管理制度建设的思考

作为生态文明制度体系及国家安全体系的重要组成部分,自然资源资产管理制度建设具有重要意义。当前我国面临政府职能转向"有限政府"、生态文明建设全面部署、自然资源国家所有权的物权化趋势日益彰显、经济发展"新常态"逐渐明确及资源安全需求日益迫切等系列新形势,以此为背景,本文系统梳理了我国自然资源资产管理的概况及其范围、内涵与特征,在分析我国自然资源资产管理存在的问题及面临的挑战基础上,提出了完善我国自然资源资产管理制度的五条建议。

中生代以来东亚洋陆汇聚带多圈层动力下的中国海及邻区构造演化及资源环境效应

中国东部中—新生代构造活动主要受太平洋板块和菲律宾板块与欧亚板块相互作用的控制。近年来,地球系统多圈层构造观的提出为深入理解东亚洋陆汇聚系统各圈层之间的相互作用提供了新的思维。本文以地球系统多圈层构造观为指导,依托1∶100万海洋区域地质调查实际资料与成果,在东亚大陆边缘多圈层动力系统的框架内,对中国海域及邻区的地质构造进行了总结,初步形成了以“一个边缘、两次消减、三期伸展、分层控制”为核心的“东亚洋陆汇聚边缘多圈层相互作用”理论模式,并进一步提出新的构造单元划分方案。本文首次将大洋板块与大陆边缘稳定地块之间的区域,划分为“东亚大陆边缘汇聚带”这一独立的一级构造单元,按照构造演化的差异,以台湾岛界大致可以分为北部的日本—琉球段和南部的菲律宾段。“东亚大陆边缘汇聚带”以全新视角诠释了中—新生代以来在西太平洋俯冲汇聚系统下,东亚大陆发生的多期次地质构造事件的深部板块动力学过程,特别是在菲律宾海板块俯冲背景下,形成了中国海域东部带状变化、南部环状变化的地貌特征。海域地貌格局进一步控制了东部海域“大江大河—大三角洲—陆源碎屑—条带状”和南部海域“短源河流-高角度陆坡-混合物源-环状分布”的沉积分异模式。

中国龙卷研究进展

近年来,中国几个EF3级以上强龙卷导致了严重人员伤亡和重大经济损失。龙卷尺度非常小,发生频率非常低。中国虽然目前尚不具备业务预报龙卷能力,但随着新一代天气雷达及自动气象站的观测网、现场调查和数值模式的发展,龙卷研究取得了显著进展,对中国龙卷时空分布气候特征和有利的天气背景以及环境条件已有较为全面的了解,也认识到不同天气背景下有利于龙卷产生的环境条件不尽相同。龙卷风灾现场调查流程和分析技术已经较为完备,2016年江苏阜宁EF4级龙卷等多个强龙卷都得到了详细规范的现场调查和分析,为减灾防灾提供了重要数据。对孕生龙卷的超级单体风暴中小尺度特征取得了较为深入的认识,如不太强的地面冷池、中气旋底高通常低于1 km、强度与龙卷强度正相关、倾斜、龙卷碎片特征、下沉反射率因子核和部分龙卷的多涡旋特征等。使用精细云模式成功对江苏阜宁和北京通州龙卷分别进行了理想模拟,且使用WRF(Weather Research and Forecasting)模式成功模拟出了 2005年台风麦莎对流眼墙中的龙卷尺度涡旋和2016年阜宁龙卷的多涡旋结构。未来,仍然需要在龙卷探测技术、龙卷对流风暴精细地面要素分布和结构特征、龙卷涡旋和闪电活动特征等方面进行深入研究,更需要通过更高时空分辨率观测资料分析和极高分辨率的数值模拟获取龙卷发展的关键因素和机理,从而为提升龙卷的预报预警能力提供更为坚实的科学基础。

四(4-氯苯基)卟啉分光光度法测定微量铅(Ⅱ)

研究了四(4-氯苯基)卟啉与微量铅(Ⅱ)的显色反应,探讨了显色剂、硼砂-氢氧化钠,表面活性剂Tween-80等的用量以及反应时间对配合物的生成以及稳定性的影响。结果表明,在pH=10的硼砂-氢氧化钠缓冲溶液及Tween-80微乳液中,铅(Ⅱ)与四(4-氯苯基)卟啉形成1∶1的稳定配合物。配合物的最大吸收位于466nm波长处,表观摩尔吸光系数ε=2.5×105L.mol-1.cm-1,铅(Ⅱ)浓度在160μg.L-1范围内符合比耳定律。方法用于环境水样中铅的测定,获得较好的结果。

黄土高原复杂地形区两次冰雹天气过程对比分析

利用气象观测资料、多普勒天气雷达资料以及ERA5逐小时再分析资料,对2020年5月30日和31日甘肃通渭大冰雹天气过程进行对比分析。结果表明:(1)30日为干冰雹过程,而31日是混合型强对流湿冰雹过程;(2)2次过程都在同一低槽发展东移过程中产生,700 hPa影响系统的差别导致中低层水汽和能量条件不同,是2次过程出现干、湿冰雹的主要原因;(3)物理量诊断表明,31日过程能量高,水汽条件好,热力不稳定和对流不稳定度都比30日过程强,因此冰雹直径更大、降水强度更强;(4)在雷达反射率因子图上,2次过程在回波强度、回波面积及垂直结构等方面有明显差异,这对于强对流临近预警的分类识别有较大帮助。

“艾云尼”台风龙卷天气过程分析

利用常规观测、地面自动气象站、多普勒天气雷达、现场灾调及互联网视频等资料,对2018年6月8日发生在广东省佛山市南海区大沥镇的1804号“艾云尼”台风龙卷天气过程进行分析。结果表明:龙卷发生在台风“艾云尼”登陆后前进方向的右后侧,强度为EF1级。高层辐散抽吸、中低空强劲的东南风急流叠加和地面中尺度辐合线的抬升触发作用是其有利的环流背景。对流参数表现为弱的对流有效位能和对流抑制能量、强低层风垂直切变、低抬升凝结高度和大的风暴相对螺旋度。产生龙卷的风暴为低质心微超级单体风暴,龙卷出现在钩状回波的弱回波区内。速度图上中气旋提前龙卷约30 min,临近龙卷发生时中气旋旋转速度增至最强,尺度缩小,底高降至最低,对龙卷预警有一定指示作用。