在降雨量极少的条件下日本琵琶湖北湖主要环境因子的动态变化和机理的研究(Ⅰ)

琵琶湖是日本第一大淡水湖,20世纪60年代以来,由于经济的发展,湖水水质逐步变坏.1977年湖的北部出现赤潮,1983年湖的南部出现了湖泊富营养化的产物微囊藻.多年来,在深水区湖水温度分层情况下,叶绿素α或浮游植物主要分布在湖的表层.但在1 994年夏季降雨量极少的情况下,在深水区叶绿素α或浮游植物主要分布在温跃层的附近,这种现象在琵琶湖是罕见的.分析发现叶绿素的峰值在湖水温度分层时出现在温跃层的上部,而且底边界层同时出现了低溶氧和高浊度的现象.叶绿素α和溶氧、浊度的对应关系表明温跃层是一光合成活跃的区间.本文通过流体力学方程计算,结果表明随着温度的降低,粘滞力就会增加,在温跃层出现了随水深增加,粘滞力急剧增大的情况.由此可见颗粒物在温跃层顶的上部沉降速度比温跃层内快,因此颗粒物高浓度出现在温跃层内.计算结果同时发现,在水深10～20 m(对应于温跃层),分子扩散系数最小,一旦颗粒物进入这一区间就不易扩散出去.由于温跃层是一分子扩散系数小、粘滞力高的区间,所以温跃层是颗粒物和营养盐的富集区,出现了藻类和叶绿素浓度的峰值.     

在降雨量极少的条件下日本琵琶湖的环境因子的分布(英文)

琵琶湖是日本第一大淡水湖,20世纪60年代以来,由于经济的发展,湖水水质逐步变坏。1977年湖的北部出现赤潮,1983年湖的南部出现了湖泊富营养化的产物微囊藻。多年来,在深水区湖水温度分层情况下,叶绿素a或浮游植物主要分布在湖的表层(Tezuka,1984)。但在1994年夏季,降雨量极少的情况下,在深水区叶绿素a或浮游植物主要分布在温跃层附近,这种现象在琵琶湖是罕见的(Nakanishi,1995)。最近,琵琶湖北湖的藻类爆发显著增加了溶氧的消耗,导致了湖底层溶氧的减少。如果湖底层溶氧持续减少,底泥储存的磷就会释放到湖水中,从而加快湖泊富营养化的进程。本文分析了琵琶湖南北10个点1994年4月至1995年3月每月1次的常规观测资料,深入剖析了全湖物理化学参数的时空分布,不仅发现叶绿素的峰值在湖水温度分层时出现在温跃层的上部,而且湖底边界层同时出现了低溶氧和高浊度的现象。分析认为绿素a和溶氧、浊度的对应关系表明温跃层是一光合成活跃的区间。     

近场地震作用下库区深水钢筋混凝土高墩地震易损性分析∗

为研究近场地震作用下库区深水钢筋混凝土高墩的概率损伤特性,以90 m高的矩形空心薄壁钢筋混凝土深水高墩为研究对象,综合考虑桥墩设计参数和近场地震动的随机性,基于OpenSees软件建立深水高墩有限元模型,开展不同水深的7种工况(水深:0、15、30、45、60、75、90 m)下,顺桥向和横桥向近场地震激励的增量动力非线性分析。以截面临界曲率值为损伤指标,研究深水高墩的易损性。结果表明:各工况下,轻微损伤、中等损伤和严重损伤阶段的损伤概率均随地震波峰值加速度的增加而增大,并且当峰值加速度达到1.0g时损伤概率达到最大,而完全损伤阶段的损伤概率则在峰值加速度为0.5g时出现峰值点;近场地震顺桥向激励时,墩身中上部和墩底区域均较容易损伤,而横桥向激励时仅墩底区域较容易损伤;当水深超过45 m后,高墩最大损伤概率变化不大且截面曲率概率需求基本一致,45 m水深为深水高墩显著水深。因此,应重点分析水深达到高墩高度一半时深水高墩的损伤情况。     

新疆叶尔羌河突发洪水规律研究

叶尔羌河灾害性突发洪水系由冰川阻塞湖泄洪所致。通过三年野外考察(1985～1987年)和详尽分析洪水的特点、分布及成因,归结叶尔羌河灾害性洪水发生规律如下:①大部分是由叶尔羌河上源的克亚吉尔特索湖迅速排水所致。②洪水多出现在8月底至9月中旬,迟於年内最高气温出现日期;洪水多出现在≥5℃积温的峰值年份,和夏季(6～8月)600hPa高空气温的峰值时期。③实测克亚吉尔特索湖岸边有134条湖水侵蚀-堆积线,它们深刻地反映了该冰川湖的演变过程。冰川湖突发洪水则随着冰川退缩、冰湖缩小而减弱。     

基于改进RABT升温曲线分析受火地铁隧道管片温度场

既有耐火试验标准升温曲线用于模拟地铁区间隧道火灾场景存在局限性。提出了改进RABT(IRABT)标准升温曲线模型,该模型基于既有耐火试验标准升温曲线,同时考虑了地铁区间隧道火灾的峰值温度、受火持时与升温速率等特征,且包含线性降温段,可设置降温时点,以描述实际火灾场景。采用结构抗火有限元分析软件SAFIR,对1/3缩尺地铁隧道管片的耐火试验进行了IRABT标准升温曲线下的数值模拟,获得了5种不同火灾工况下管片温度变化及截面温度场分布,所对应的IRABT模型分别为:峰值温度700℃与800℃,降温时刻为60min;峰值温度900℃,降温时刻分别为60、45、30min。模拟结果表明,进入降温阶段后,管片受火面20mm以上区域,温升仍将持续,且距离受火面越远,温升持续时间越长;距离受火面90mm以上至管片顶部,已没有明显降温段出现,该区域始终保持升温趋稳状态。降温开始30min后,受火面温度开始低于紧邻的管片内温度;受火试验结束的180min时刻,整个管片内部温度场峰值出现在距受火面40~60mm范围内。同一升温曲线降温时点越迟,则管片近受火面及顶面区域的最终温度越高。因此,对于实际地铁区间隧道火灾,应尽量在升温初期对火势加以有效控制,避免进入恒温传热阶段,可减轻管片混凝土传热破坏程度。该分析结果可为研究地铁隧道衬砌结构受火性能退化提供参考。     

考虑流固强耦合效应的深水桥墩地震反应分析

基于任意拉格朗日-欧拉(Aribitrary Lagrange-Euler,ALE)描述的Navier-Stokes方程,建立了考虑流固强耦合效应(Fluid-structure interaction,FSI)的深水桥墩地震反应分析整体有限元模型,分析了流固强耦合效应对桥墩墩身相对位移、剪力和弯矩反应的影响,讨论了不同水位下的流固耦合效应及其影响。算例结果表明:流固强耦合效应将使墩身位移和内力反应明显增大,增大幅度与输入地震波的频谱特性存在相关性;输入地震波的位移峰值越大,流固耦合效应对位移反应的影响越大,对内力反应的影响越小;水位对深水桥墩内力反应的影响较对位移的影响显著。     

“水怪”探秘

正水怪,是人们对那些生长在湖水里的未知神秘生物的称呼,无论是英国的尼斯湖,还是我国的青海湖、新疆喀纳斯湖都曾有过报道。细心的人总结下就会发现,那些引发人们猜测并一传十、十传百、越传越神秘的所谓水怪都有两个基本的共性:第一,通常都出现在封闭的湖泊中;第二,没有确切的照片或影像资料,更不用说抓到真实的怪物。     

考虑含水率影响的花岗岩残积土边坡地震响应分析∗

基于室内直剪试验,得到不同含水率下花岗岩残积土的强度参数,并采用有限差分软件研究了花岗岩残积土边坡在不同含水率(13%、17%、21%、25%)和地震加速度峰值(0.05g、0.1g、0.2g、0.4g)下的位移场、加速度场和锚杆轴力变化规律。结果表明:在EL波作用下,边坡水平位移主要集中在残积土层内。含水率越高、地震峰值加速度越大,同一位置处坡体水平位移越大;PGA放大系数随着坡高的增加而增大,且表现为趋表放大效应。含水率越高、地震峰值加速度越小,同一位置处PGA放大系数越大;预应力锚杆最大轴力位于锚头处,且轴力沿自由段变化较小,而在内锚段由始端向末端逐渐减小。含水率越高、地震峰值加速度越大,同一位置处锚杆轴力越大。当地震加速度峰值较小时(PGA=0.05g),坡脚处锚杆轴力最大,当地震加速度峰值较大时(PGA=0.4g),坡顶处锚杆轴力最大。     

循环荷载作用下三明治形加筋土挡墙的模型试验与数值模拟∗

为研究循环荷载作用下三明治形加筋土挡墙的受力特性,进行了一系列砂土加筋土挡墙和三明治形加筋土挡墙的动加载室内模型试验.针对不同的加载特征,分析加筋土挡墙的变形和应力响应.采用FLAC3D建立三明治形加筋土挡墙的数值计算模型,通过与模型试验的对比,验证了计算模型的可靠性,分析了循环荷载下挡墙的变形、加速度和潜在破裂面.研究结果表明:三明治形加筋土挡墙变形与竖向土压力随荷载幅值、荷载频率和激振器个数的增加而增大;荷载对土压力的影响随距振源距离的增大而减小;相同加载条件下,三明治形挡墙的顶部沉降更大;随着挡墙高度的增加,土压力的振动幅值逐渐增大,土压力峰值减小;挡墙沉降并非成层均匀沉降,内部分层沉降出现双峰值;随墙高减小加速度衰减,加速度峰值在挡墙上部的平均衰减率最大;三明治形加筋土挡墙与砂土加筋土挡墙破裂面位置相近.地面交通荷载引起的振动对挡墙结构产生不利影响是加筋挡墙的研究重点.     

高温下石灰岩膨胀特性和力学特性的试验研究

利用自行研制的岩石高温装置和RMT-150C岩石力学试验机,对石灰岩试件在200~700°C高温双向约束条件下的膨胀特性和力学特性进行了试验研究。结果表明:升温过程中,随着温度的升高,石灰岩试件两个约束方向的膨胀应力在600°C前逐渐增加,600°C或650°C以后出现减小现象;石灰岩垂直层理方向的热膨胀应力大于平行层理方向的热膨胀应力。恒温过程中,600°C以前的试件两方向膨胀应力曲线都随时间延长呈平稳上升,但曲线斜率远远小于升温过程;恒温一定时间后,膨胀应力趋于该温度的一个稳定值。700°C恒温结束后,石灰岩两方向的膨胀应力小于恒温前的值,说明到一定温度后石灰岩已膨胀到极限。在试验温度范围内,石灰岩峰值应力随温度升高而降低,700°C时,峰值强度值比常温下降低了58.92%,说明高温对岩石的强度会产生明显的弱化作用。石灰岩峰值应变随温度升高先增加后减少,500°C前峰值应变增加,之后逐渐减小。由于受约束条件限制,在过高温度后,石灰岩内部裂隙部分闭合,空隙数量减少,致使一定温度后其热膨胀应力和峰值应变可能减小,但具体原因有待进一步研究。     

秦淮河流域中游地区两变量洪水风险分析

秦淮河流域地处长江下游,其中游地区主要位于南京市江宁区境内,受汛期强降雨、上游洪峰以及下游长江水位顶托影响,洪水灾害频繁。针对秦淮河流域中游地区暴雨洪水影响因素众多的特点,利用二维Gumbel模型,开展了基于暴雨与洪水水位两变量的洪水风险分析。结果显示,与单变量极值分布相比,两变量极值分布综合考虑了暴雨和洪水的不同频率特征,能够较为全面地分析水文极值事件的统计规律,从而使洪水风险分析更加符合实际情况。     

低温胁迫对番茄光合特性及抗氧化酶活性的影响

根据番茄对低温的反应,于2010年10月-2011年3月间,设计了人工控制试验系统以研究低温胁迫(5℃,7℃,9℃,11℃)对设施番茄光合色素含量、最大光合速率、叶绿素荧光参数、抗氧化酶活性的影响,为设施番茄低温致灾气象指标的确定提供依据。结果表明:不同低温胁迫下叶绿素a,Chla/Chlb和最大光合速率均存在不同程度的降低,而叶绿素b和类胡萝卜素含量则有所升高。低温5℃处理3 d和7℃处理4 d后番茄最大光合速率均为负值,经过25℃恢复5 d后仍无显著升高;低温9℃、11℃胁迫下番茄最大光合速率随处理天数的增加而降低,且经过5 d的恢复处理后最大光合速率可以基本恢复至正常水平。叶绿素荧光参数分析表明,低温胁迫降低了PSII的原始光能转换效率和潜在活性,番茄的Fv/Fm,qP,ETR均显著降低,且随胁迫温度和胁迫时间的不同,Fv/Fm,qP,ETR的变化程度有所不同。不同低温胁迫使得番茄SOD,POD,CAT,MDA酶的活性均有不同程度升高,且温度越低,处理时间越长,升高幅度越大。因此,低温5℃处理3 d或者低温7℃处理4 d是番茄发生严重冷害的临界指标,该研究结果可为作物低温灾害防御及气象灾害预警提供参考。     

一次低纬高原暖区暴雨对流系统演变及边界层触发

利用高空和地面区域站、FY2G卫星TBB、昆明C波段多普勒雷达、闪电观测资料和NCEP/NCAR1°×1°再分析资料,分析了2017年7月12-13日云南副高外围暖区暴雨对流系统演变特征及边界层触发成因。结果表明,滇东中部和滇中中部暴雨,12日08:00以锋面降水为主,14:00后以暖区降水为主;环境场具有弱垂直风切变,湿层深厚,暖云厚度大,抬升凝结高度低等特征,利于降水持续及强降水触发,但昆明对流有效位能111.6~217.3 J/kg,暴雨对流性较弱;降水具有低质心对流结构,属于暖云性质,降水粒子以液态为主,伴有稀疏负闪;暴雨中心降水有3次波动,其中白邑初始对流的产生,是由于其西北侧山脉附近对流降水形成冷池,山脚地形性辐合线加强南移,此后在深厚偏南气流引导下,不断有25~30 dbz回波以1~5.1 m/s的速度经过白邑,形成列车效应,加之冷池作用下,地面辐合线再次加强影响白邑,形成午后降水峰值,夜间降水峰值的形成仅与偏南气流脉动有关,而格里三次降水波动,均是偏南气流脉动下形成列车效应,加之地面伴有中尺度气旋活动。     

内蒙古沙尘气溶胶浓度及其输送特性——朱日和春季情形的个例研究

利用WPS宽范围粒径谱仪对朱日和春季0.01～10μm的沙尘气溶胶观测资料,以及20m梯度塔气象要素资料,对沙尘天气日和非沙尘天气日的气溶胶浓度、谱分布以及输送特性进行了个例研究.结果表明:沙尘气溶胶浓度有明显的日变化特征,不同粒径段粒子的变化特征有所不同;沙尘气溶胶浓度在沙尘天气和非沙尘天气存在较大差别,粒径越大,这种差别越明显;气象要素对沙尘气溶胶浓度的分布有较大的影响,风速、气温、相对湿度与不同粒径段粒子的相关性不同;沙尘暴过程对不同粒径段粒子的输送特性不同,不同粒径段对应的输送距离和输送量有较大差别.     

渭河上游两次致洪暴雨过程的对比分析

对渭河支流上游两次致洪暴雨过程进行了对比分析,结果表明:在泾河上游,两次大暴雨的落区相差在100km以内;两次暴雨过程均给当地和渭河下游造成了严重的洪涝灾害;洪水过程的洪峰特点分别属于缓型洪水和陡型洪水;500hPa天气分型虽然一次为西南气流型,一次为西风槽型,但700hPa的直接影响系统基本相同.物理量诊断对比分析表明:在暴雨出现前12h,低层辐合、高层辐散的垂直结构已基本形成,到暴雨出现临近辐合辐散迅速加强,为暴雨形成和维持提供了非常有利的动力条件.     

三峡水库上游流域大洪峰暴雨天气系统分析

选择三峡水库入库流量代表洪水强度,以长江上游组成宜昌洪水来源的岷沱江、嘉陵江、乌江、宜宾-重庆、重庆-万州、万州-宜昌为主要流域;把出现历史前3名大洪峰的1981年、1998年和2010年汛期作为切入点,针对直接诱发3次大洪峰的暴雨过程,利用长江上游六大流域实况面雨量、宜昌流量和水位,以及NCEP数值产品的客观分析等资料,采用天气分析、波谱分析方法,分析了对流层中低层主要天气系统,以及200 hPa南亚高压和地面冷空气的情况。指出了3次大洪峰暴雨的环流特征、风场特征、超长波和长波特征等,为三峡水库气象保障服务提供了洪峰暴雨的天气背景。     

岷江上游泥石流灾害特征分析

岷江上游地区地质条件复杂,新构造运动强烈,地震活跃,地形起伏巨大,降水季节分配不均,对泥石流发育极为有利;而长期不合理的人类经济活动如过度采伐森林、毁林开荒、陡坡耕作、不合理弃渣等则对生态环境造成强烈破坏,加剧了泥石流灾害的发生,使岷江上游成为我国泥石流活动比较强烈及灾害比较严重的地区之一.研究该地区泥石流灾害,掌握其特征是防灾减灾所必需,对促进岷江上游地区社会经济发展和西部大开发具有重要意义.     

汤逊湖水体叶绿素浓度遥感估测研究

内陆水体叶绿素浓度遥感监测的各种经验模型在模型的方法和参数上都有一定的时空限制。为了实现武汉汤逊湖叶绿素浓度的遥感监测,利用同步实测的光谱数据和水质数据进行了该湖泊叶绿素浓度的遥感定量反演研究。首先分析了汤逊湖水体的反射率光谱曲线;其次通过相关分析的方法,发现了汤逊湖水体反射率在单波段法、一阶微分法和比值法建模中的最优波段或组合,并进行了一元线性建模;最后对3种模型的反演精度进行了比较分析。结果表明,对于汤逊湖叶绿素浓度遥感反演,一阶微分法和比值法优于单波段法,一阶微分法的最优波段在446.9 nm附近,比值法的最优波段组合为R861.1/R865.7,二者回归R2都在0.86以上。本项研究可为汤逊湖叶绿素浓度的遥感估测提供了参考。