极地冰钻关键技术研究进展

极地冰钻技术是获取冰芯，研究冰盖-冰架-海洋相互作用，以及获取极地冰下基岩与冰下水环境样品，开展冰下环境探测的重要手段。目前极地冰钻技术的难点与前沿主要包括深冰芯钻探、冰架热水钻、冰下基岩钻和冰下水环境采样与观测技术。本文针对以上4个极地冰钻关键技术，对国内外相关技术的研究进展与项目开展情况进行了总结与梳理。综合来看，虽然我国开展极地钻探技术研究起步较晚，但随着我国极地战略不断推进，我国的极地冰钻关键技术与装备的研究正持续向着赶超极地钻探强国方向迈进，这必将为我国的极地科学研究提供强有力的技术支撑。     

西藏羌北高原多格错仁盐湖中更新世晚期以来的环境演化记录

通过对西藏藏北高原多格错仁盐湖湖岸3101cm高度剖面进行地形地貌、地层沉积特征、矿物学特征及粒度、频率磁化率等气候环境变化指标的分析研究发现，整个剖面反映出大致6个较大的气候变化过程：233. 3kaBP～223. 5kaBP气候波动较大，总体趋势气候趋于干冷，期间出现过两次较温暖气候，之后气候逐渐变冷；在223. 5kaBP～213. 6kaBP总体变化为气温大幅度上升，但在期间有一次较大的相对冷干过程；213. 6kaBP～170kaBP之间总体变化气候趋于变冷，中间有2次明显的气候变暖湿过程及两次冷干过程；170kaBP～117. 1kaBP气候转为明显湿热；117. 1kaBP～75. 6kaBP气候变化趋势明显降低；75. 6kaBP～56. 7kaBP气候又明显上升达到湿热状态。以上气候波动规律与极地冰芯记录及深海氧同位素记录的古气候波动规律有很好的一致性，同时本盐湖区与柴达木盆地察尔汗盐湖区的CH0310钻孔及青海湖南岸二郎剑阶地的 QH 86钻孔所揭示的中更新世晚期以来的气候变化的分析对比，发现西藏羌北的多格错仁盐湖区与青海的察尔汗盐湖区及青海湖湖区在更新世中晚期以来的气候环境变迁存在极好的可比性，说明青藏高原的气候演化在中晚更新世以来基本具有一致性，在时间上的微小超前与滞后具有区域上的细微变化，说明气候变迁在不同的区域又具有各自的独特性。     

不同固有频率比条件下圆柱双自由度涡激振动特性的数值研究

采用RANS方法,结合SST k-ω湍流模型,对不同顺流向与横顺流向固有频率的比值(即固有频率比,fnx/fny)条件下低质量比圆柱体的双自由度涡激振动进行了二维数值模拟。圆柱体的质量比为2.6,雷诺数范围为2 500~18 750,相应的约化速度范围为2~15,包括了经典试验中出现的整个锁定范围。通过研究发现,固有频率比是影响振动特性的重要参数,随着固有频率比的增加,响应幅值逐渐降低且向更高的约化速度偏移;在低约化速度范围内,固有频率比对顺流向和横流向振动之间的相位差以及升力频率有较大影响,从而得到各种不同偏向的8字形轨迹;最后对不同固有频率比条件下的尾涡模式进行了讨论,给出了对应不同约化速度时的尾涡模式。     

极地低压对费拉姆海峡大西洋入流水天气尺度变化的影响

The Atlantic inflow in the Fram Strait(78°50′N) has synoptic scale variability based on an array of moorings over the period of 1998–2010. The synoptic scale variability of Atlantic inflow, whose significant cycle is 3–16 d, occurs mainly in winter and spring(from January to April) and is related with polar lows in the Barents Sea. On the synoptic scale, the enhancement(weakening) of Atlantic inflow in the Fram Strait is accompanied by less(more)polar lows in the Barents Sea. Wind stress curl induced by polar lows in the Barents Sea causes Ekman-transport,leads to decrease of sea surface height in the Barents Sea, due to geostrophic adjustment, further induces a cyclonic circulation anomaly around the Barents Sea, and causes the weakening of the Atlantic inflow in the Fram Strait. Our results highlight the importance of polar lows in forcing the Atlantic inflow in the Fram Strait and can help us to further understand the effect of Atlantic warm water on the change of the Arctic Ocean.     

The Roles of Barotropic Instability and the Beta Effect in the Eyewall Evolution of Tropical Cyclones

Diabatic heating by convection in the eyewall often produces an annular region of high potential vorticity (PV) around the relatively low PV eye in a strong tropical cyclone (TC). Such a PV ring is barotropically unstable and can encourage the exponential growth of PV waves. In this study, such instability and the subsequent nonlinear evolution of three TC-like vortices having PV rings with different degrees of hollowness on an f-plane are first examined using an unforced, inviscid shallow-water-equation model. Results show that the simulated eyewalls evolve similarly to those in the nondivergent barotropic model. It is also found that the polygonal eyewall structure can be decomposed into vortex Rossby waves (VRWs) of different wavenumbers with different amplitudes, allowing for wave-wave interactions to produce complicated behaviors of mesovortices in the TC eyewall. The same set of PV rings has been examined on a beta-plane. Although the beta effect has been rendered unimportant to the eyewall evolution due to the relatively small scale of the inner-core circulation, this study shows that the beta effect may erode the coherent structure of mesovortices in the eyewall of an initially hollow PV-ring vortex. Mesovortices modeled on the beta-plane with a greater beta parameter tend to experience an earlier breakdown and enhanced radial gradients of the basic-state (azimuthally mean) angular velocity, followed by wave-wave, wave-flow interactions, leading to earlier merger and axisymmetrization processes. This result implies that the beta effect could be one of the forcings that shorten the lifetime of quasi-steady mesovortices in the eyewall of real TCs.     

Comparison of two types of persistent heavy rainfall events during sixteen warm seasons in the Sichuan Basin

本文筛选出四川盆地西部(盆西型)和盆地东部(盆东型)持续性暴雨个例,深入对比两类持续性暴雨的大气环流特征和直接造成持续性暴雨的西南低涡维持的机理.四川盆地的短波槽和西太平洋副热带高压的配置有利于持续性暴雨的维持,盆东型的降水强度较盆西型个例强,高空急流位置偏南,南亚高压的强度更强,高层辐散更强,对流层中层副热带高压偏东偏南.盆西型的水汽输送主要来自南海,而盆东型的水汽输送主要来自南海和孟加拉湾.合成涡度收支的结果表明散度项是两类持续暴雨中西南涡维持的主要原因,但盆西型中,垂直平流的作用更强.     

一次自上向下发展的高原涡的多尺度动力学分析

高原涡作为经常给我国带来暴雨等灾害的天气系统,其形成一般认为是通过感热和潜热自下而上激发的,然而,2013年5月下旬发生的一次引发其下游灾害性强降水的高原涡却是由对流层高层天气尺度低涡诱发的。为此,基于新发展的多尺度子空间变换和多尺度能量涡度方法以及ERA5再分析资料对其动力学过程进行了详尽的探讨,先将原始场重构到三个尺度子空间,即背景环流尺度子空间、天气尺度子空间和高频尺度子空间,重构场上首次显示此次过程生成于青藏高原西北侧,其成因为对流层高层基本气流尺度向天气尺度的跨尺度动能正则传输,即正压失稳,并且表现为从高层向下。在发展阶段,其能量最终来源为基本气流向天气尺度的有效位能传输和非绝热加热,然而这些过程只发生于涡旋低层的西侧。进一步分析发现,天气尺度内存在一个能量再分配“路径”:首先,低层西侧获得的有效位能转换为动能,西侧垂直的气压梯度力做功将低层获得动能向高层分配;在高层,水平的气压梯度力做功进而将西侧获得的动能向东侧分配;东侧垂直的气压梯度力做功再将动能向低层分配;至此,低层西侧获得的能量被分配到整个涡旋空间中,使得涡旋能够均匀发展。     

单多普勒雷达反演涡旋风场方法分析

由于单雷达在探测台风临近、登陆时仍具有双部或多部雷达难以具备的优势,目前利用单多普勒雷达反演涡旋风场的方法并不多见,本文对能够反演涡旋风场的3种方法NIVAP(自然坐标系的积分VAP方法)、EVAPTC(反演热带气旋的EVAP方法)、GBVTD(地基速度追踪法)进行了比较,分别从每种方法的假设条件和数学方法以及结果精度来比较3种方法对涡旋风场的适用性。利用中尺度气旋Rankine模式模拟了纯涡旋性气旋、只有环境风场时、环境风场和辐合(辐散)同时存在时的径向速度场及风场,比较了各种情况下的反演风场和模拟风场的相似系数。在对模拟风场比较之后,选取了2014年"威马逊"台风登陆前1h、登陆时及登陆后1h的3个实测雷达资料,对比分析了3种方法反演实测资料的风场特征,3种方法中EVAPTC方法最好,GBVTD方法在应用中有一定的限制,NIVAP方法较差。     

阻塞形势下内蒙古东南部地区一次冷涡暴雨过程水汽特征分析

使用常规观测资料、FY-2G卫星及1°×1°的NCEP再分析资料,对2017年7月6—7日内蒙古东南部地区一次冷涡暴雨天气过程进行分析。结果表明:在稳定的"一槽一脊"型环流背景下,阻塞高压稳定维持,西风槽东移受阻移动缓慢,加深为涡,暴雨发生在冷涡发展加强阶段;低空急流建立,一方面形成偏南水汽输送,为暴雨提供源源不断的水汽,水汽收支主要集中在700 hPa以下,暴雨发生前水汽净收入明显增大,南、北边界水汽贡献率大;另一方面,偏南暖湿气流的输送使不稳定层结建立,能量在暴雨区积聚,偏南低空急流与高空急流耦合,又为暴雨发生提供了动力条件;暴雨发生前后湿度场变化显著,大气可降水量最大达到55—60 kg·m^-2,且暴雨发生前增幅显著,增幅近2倍。暴雨区700 hPa (850 hPa)上比湿不低于7 g·kg^-1(12 g·kg^-1),强降水出现在水汽图上白亮区断裂消失后,高层比湿峰值附近和相当黑体温度<230 K为强降水高发区。     

极地地区北斗三号单点定位精度分析

为分析BDS-3在极地地区的定位精度,选取两极地区10个MGEX站连续7 d的观测数据进行SPP和PPP实验。结果表明,BDS-3在两极地区可见卫星数及PDOP基本一致,平均可见卫星数约为9颗,PDOP约为2.3。BDS-3各频点间定位精度相差不大,南极地区SPP定位精度略优于北极,特别是U方向。北极地区E、N、U方向定位精度分别优于1 m、1 m和5 m,南极地区E、N、U方向定位精度分别优于1 m、1 m和2 m。BDS-3在两极地区PPP定位精度相当,与GPS定位精度基本一致,各频点组合定位精度在E、N、U方向均优于2 cm。