西太平洋暖池1990s中期的年代际扩张对夏季登陆中国台风的影响

应用美国联合预警中心(Joint Typhoon Warning Center,JTWC)的台风最佳路径资料、美国国家海洋大气局(National Oceanic and Atmospheric Administration,NOAA)的扩展海表面温度资料以及美国国家环境预报中心(National Centers for Environmental Prediction,NCEP)和美国国家大气科学研究中心(National Center for Atmospheric Research,NCAR)的大气环流场资料,研究了20世纪90年代西太平洋暖池(简称暖池)年代际扩张对西北太平洋台风和登陆中国沿岸台风的影响。研究发现,相比于暖池扩张前期(1965—1992),后期(1993—2013)台风生成在西北太平洋中部区域(10°—20°N,135°—145°E)显著减弱,在10°—20°N,145°—160°E区域和南海北部区域则表现出增多的特点。台风移动路径变异特征呈现为移动进入南海和登陆中国东部沿岸的西行和西北行路径减少,登陆日本的转向型路径增多,同时登陆我国海南岛和东南部沿岸的台风增多。进一步探查这种影响的可能原因发现,与暖池扩张密切相关的太平洋年代际变化引起的纬向环流的变异是西北太平洋中部台风生成减少的主要原因;而南海北部台风生成增多则归因于南海区域局地环流特征的变异。同时,南海北部台风生成增多是登陆我国海南岛和东南沿岸台风增多的主要决定因素。     

弧形海岸裂流的数值模拟研究

弧形海岸波浪产生的裂流严重危害人类活动，但是目前对其特征缺乏充分认识。本文对Haller物理模型实验和三亚大东海的数值模拟表明FUNWAVE模式具有较好的裂流模拟能力。基于该模式进行了多种弧形海岸条件的裂流数值模拟，给出裂流的一些特征：（1）海岸弯曲度增大，裂流增强；（2）海岸坡度对裂流有比较大的影响，太陡或太平缓的海岸不利于形成裂流；（3）海岸尺寸减小，裂流减弱；（4）波高和波周期增大，裂流增强，但是对于某些海岸而言，0.4m波高可能就存在危害比较大的裂流。     

斜坡平台波浪破碎数值模拟

波浪在斜坡地形上破碎,破波后稳定波高多采用物理模型试验方法进行研究,利用近岸波浪传播变形的抛物型缓坡方程和波能流平衡方程,导出了适用于斜坡上波浪破碎的数值模拟方法。首先根据波能流平衡方程和缓坡方程基本型式分析波浪在破波带内的波能变化和衰减率,推导了波浪传播模型中波能衰减因子和破波能量流衰减因子之间的关系;其次,利用陡坡地形上的高阶抛物型缓坡方程建立了波浪传播和波浪破碎数学模型;最后,根据物理模型试验实测数据对数值模拟的效果进行验证。数值计算与试验资料比较表明,该模型可以较好地模拟斜坡地形的波浪传播波高变化。     

空间链接器式多维通用饱和-非饱和流模型研究

多维饱和-非饱和流方程离散后生成的系数矩阵中常存在零系数，这将影响求解过程中的存储空间和计算效率。合理的系数矩阵优化方法既能保证模拟精度，又能提高模型在大规模网格单元中的计算效率及通用性。文章在多维饱和-非饱和流有限差分法基础上，预先记录不同方向上有效单元间的连接关系，避免了零系数的计算和存储，并结合矩阵标识法建立了空间链接器式多维通用饱和-非饱和流模型。通过模拟地下水位起涨、渗流面排水等四个经典案例及田间三场长历时小雨入渗过程，验证了该模型的模拟精度及计算效率。对比结果表明:该模型在多维度、不同边界条件（包括天然降雨、渗流面等）下的模拟精度与Hydrus、VSF等成熟软件相当，计算效率略低于Hydrus软件。田间模拟结果表明:VG模型中的参数n敏感性最强，需优先率定；因模型中尚未考虑大孔隙流影响，各层土壤水分响应时间滞后于实测过程；三场降雨计算时段末期，超过80%的入渗水量仍滞蓄在表层40 cm的土壤中，仅有约4%~12%的水量已转化为潜水。本文模型有望成为传统多维饱和-非饱和流模型的重要补充。     

管道流模型参数敏感性分析及其在许家沟泉域的应用

在岩溶含水系统中，作为主要排水通道的管道对泉流量动态具有一定的控制作用，而管道特征参数对流量变化亦有影响。为确定管道各参数的影响，前人以管道发育的岩溶水系统为研究对象，进行了短时间序列泉流量响应的分析探讨，而对岩溶管道不十分发育的岩溶水系统的研究较薄弱。为此，本研究结合北方岩溶水系统的发育特征，借助CFP管道流模型对管道各参数对岩溶系统流量和流态的影响程度及各参数的敏感性进行了分析，而后基于河南鹤壁许家沟泉域岩溶水文地质特征构建了泉域的MODFLOW-CFP模型，对泉域岩溶地下水渗流进行了模拟，并对不同降水保证率下的泉流量进行了预测。结果表明:管道流量与管壁渗透系数、管道坡度和管径呈正相关，而随弯曲度和埋深的增加管道流量呈先增大后减小的趋势。管壁粗糙度对流量的影响较小，且呈现出一定的波动性，尤其是当管壁粗糙度较小时，波动比较明显。经敏感性分析发现，管壁渗透系数和埋深的敏感性最高，其次为弯曲度和管道坡度，而管道直径和管壁粗糙度敏感性最低。许家沟泉域在25%降水保证率下，年最大泉流量为0.45 m3/s，平均泉流量为0.36 m3/s；在75%降水保证率下，年最大泉流量为0.41 m3/s，平均泉流量为0.31 m3/s，与实际情况吻合。该法可为我国北方岩溶区水资源评价及泉域水资源开发保护提供借鉴。     

基于FLAC3D数值模拟的清徐地裂缝与交城断裂成因关系研究

基于断裂力学理论，应用FLAC3D数值模拟方法对交城断裂活动时附近土体的变形特征进行模拟计算。计算结果表明:断层活动带动上覆土层差异沉降及应力场变化，当断层错动量达到一定程度，断层附近出现拉应力区，土体在拉张应力和自身重力作用下产生垂直差异形变，从而产生地裂缝。将数值模拟结果与方山探槽揭示的地裂缝剖面特征进行对比，二者结果相互印证，说明清徐地裂缝是交城断裂活动的结果，二者具有明显的对应关系，地裂缝为构造成因裂缝。数值模拟结果为研究断裂和地裂缝成因关系提供了佐证。     

内衬式高压储气库群布局参数优化及稳定性分析

内衬式岩洞高压储气库兼具抽取率高、循环能力强，且能承受更高的内压力等优点，克服了传统压缩空气储能系统的诸多缺陷，是一种应用前景广阔的储能方式。论文以洞室埋深、内径和间距等3个最主要的储气库布局参数为影响因素，采用ABAQUS有限元软件基于正交试验设计模拟工况，以关键点的位移和塑性区面积作为评价指标，通过单因素试验研究了洞室间距、埋深及内径对围岩变形和稳定性的影响规律，提出了洞室群优化布局建议。研究表明:洞室埋深是影响储气库围岩变形和塑性区面积的最显著因素，其次为洞距和洞径；随着埋深的增大洞室围岩塑性区的发育区域得到有效的抑制，且塑性区主要分布于洞室顶部；增大洞距可有效削弱高内压对围岩的启裂效应；衬砌的最大拉应力主要分布在结构的顶部和底部，增大埋深或减小高径比都有助于提高衬砌的稳定性；综合分析表明储气库群的最优布局方案为埋深400 m、内径42 m、间距60 m。研究成果为内衬式高压储气库群的优化布局和稳定性评价提供了参考依据。     

中国陆相油页岩含油率与总有机碳的响应机理

为了建立稳定可靠的利用油页岩总有机碳预测含油率的模型，揭示中国陆相不同成因类型油页岩含油率与总有机碳的内在关系极其重要。通过不同类型盆地油页岩钻井取心测试的关键参数，结合沉积学、有机地球化学、热模拟等学科技术，探讨油页岩含油率与总有机碳的响应机理。结果表明：不同盆地类型与沉积背景下发育的油页岩含油率与总有机碳质量分数均呈现良好的正相关性（R²=0.81~0.97）；中国陆相油页岩的成因类型进一步划分为5种类型，制约着含油率与总有机碳的内在关系；油页岩的升温加热模拟呈现3个失重阶段（温度<150、300~550、600~750℃），明确了含油率与总有机碳参数的物理意义；相同类型盆地与沉积背景下形成的油页岩具有相近的母质生源组合，从而具有大致相当的再生烃效率。中国陆相油页岩成因类型的细划、含油率与总有机碳物理意义的明确、油页岩再生烃能力的分析，有助于理解中国陆相油页岩含油率与总有机碳的内在响应关系。     

西北太平洋上层海洋对连续多个台风的响应

【目的】研究Merantia、Malaks、Megi、Chaba4个连续台风引起上层海洋的响应。【方法】基于遥感和再分析数据,分析台风前海洋环境、台风做功(W)、强迫时间(tf)、降水等要素分布特征,探讨上层海洋稳定度、上升流、湍流混合动力机制如何影响中尺度涡区域的海表温度(SST)、浮游植物繁殖程度,引入动力学参数S判断海洋内部上升流和混合重要性。【结果和结论】冷涡(CE)区域海洋表层降温(SSC)(3.5℃)和叶绿素a(Chl-a)质量浓度(0.5mg/m3)对于台风响应比暖涡(AE)区更为剧烈,与其内部热力学结构有关,出现在Megi过境CE区,主要原因是海洋本身CE特征、强上升流(EPV)=2.5×10-4 m/s,S<1,台风向海洋输入巨大的能量(W>80 kJ)引起剧烈的混合夹卷、强降雨,导致海水迅速重新层化、逐渐加强的非线性CE有更强的封闭性,这些机制的共同作用将底层(营养盐跃层100m以下)富含营养盐的冷水输送到上层;Malaks过境CE(124.9°E,22.3°N)缺乏强上升流(EPV=5×10-5 m/s),以湍流混合为主(S>1);Merantia使CE区域表现下沉流(EPV<0),SSC主要是湍流混合的作用(W>25kJ),Chl-a浓度增长到0.27mg/m3。AE热力学结构比较稳定,连续台风导致SSC<2℃,Chl-a增加仅200%,Merantia、Malaks过境AE(125.1°E,20.6°N)分别以强上升流(S<1)和湍流混合(S>1)为主,混合层厚度约80 m,同时AE周围无强障碍带,易与周围水体交换,Chl-a浓度微弱增加。     

湍流度随高度的变化及其对城市宏观地形的依赖

分别构建广州主建成区垂直比例尺为1﹕2 000、1﹕1 000和1﹕500的3个建筑物模型，利用大型边界层风洞，在西北和东南两风向下，基于中性流模拟分析了复杂城市地形下湍流度随高度的变化及其对宏观地形的依赖。结果表明：风廓线指数α与不同高度的湍流度之间的关系密切，利用现有模型，根据4类粗糙度边界层和不同垂直比例尺，可确定相应的湍流度随高度变化模型的主要系数，预测精度高。城市地形下最大湍流度面发育在0~0.2 h之间狭窄的范围内。用湍流度形态指数β来表征湍流度随高度的变化，无论城市屋脊还是平坦地形，随着风程区的延伸，廓线的指数α升高，湍流度形态指数β降低。表明同一高度湍流度值具有由迎风区、丘顶区向背风区增高，沿风程逐渐增大的规律，对地形部位和风程的依赖性强，与来流翻越简单地形时的特征一致。