A three-dimensional variational data assimilation system for a size-resolved aerosol model: Implementation and application for particulate matter and gaseous pollutant forecasts across China     

Wang  Daichun  You  Wei  Zang  Zengliang  Pan  Xiaobin  He  Hongrang  Liang  Yanfei 《中国科学:地球科学(英文版)》2020,63(9):1366-1380

A three-dimensional variational(3DVAR) data assimilation(DA) system is presented here based on a size-resolved sectional aerosol model, the Model for Simulating Aerosol Interactions and Chemistry(MOSAIC) within the Weather Research and Forecasting model coupled to Chemistry(WRF-Chem) model. The use of this approach means that both gaseous pollutants such as SO_2, NO_2, CO, and O_3 as well as particulate matter(PM_(2.5), PM_(10)) observational data can be assimilated simultaneously.Two one-month parallel simulation experiments were conducted, one with the assimilation of surface hourly concentration observations of the above six pollutants released by the China National Environmental Monitoring Centre(CNEMC) and one without assimilation in order to verify the impact of assimilation on initial chemical fields and subsequent forecasts. Results show that, in the first place, use of the DA system can provide a more accurate model initial field. The root-mean-square error of PM_(2.5), PM_(10), SO_2, NO_2, CO, and O_3 mass concentrations in analysis field fell by 29.27 μg m~(-3)(53.5%), 34.5 μg m~(-3)(50.9%),30.36 μg m~(-3)(64.2%), 8.91 μg m~(-3)(39.5%), 0.46 mg m~(-3)(47.4%), and 15.11 μg m~(-3)(51.0%), respectively, compared to a background field without assimilation. At the same time, mean fraction error was reduced by 42.6%, 53.1%, 45.2%, 43.1%,69.9%, and 48.8%, respectively, while the correlation coefficient increased by 0.51, 0.55, 0.48, 0.38, 0.47, 0.65, respectively.Secondly, the results of this analysis reveal variable benefits from assimilation on different pollutants. DA significantly improves PM_(2.5), PM_(10), and CO forecasts leading to positive effects that last more than 48 h. The positive effects of DA on SO_2 and O_3 forecasts last up to 8 h but that remains relatively poor for NO_2 forecasts. Thirdly, the influence of assimilation varies in different areas. It is possible that the positive effects of DA on PM_(2.5) and PM_(10) forecasts can last more than 48 h across most regions of China. Indeed, DA significantly improves SO_2 forecasts within 48 h over north China, and much longer CO assimilation benefits(48 h) are found in most regions apart from north and east China and across the Sichuan Basin. DA is able to improve O_3 forecasts within 48 h across China with the exception of southwest and northwest regions and the O_3 DA benefits in southern China are more evident, while from a spatial distribution perspective, NO_2 DA benefits remain relatively poor.  相似文献   

近六百年来长江三角洲地区城镇空间与城镇体系格局演变分析     

覃丽君  金晓斌  蒋宇超  薛樵风  成一农  龙瀛  杨绪红  周寅康 《地理研究》2019,38(5):1045-1062

基于历史文献、古地图和现代遥感数据,引入历史学古代城镇形态复原方法,复原（提取）明代以来长江三角洲地区113座城镇7个时间断面（1461年、1820年、1930年、1970年、1980年、2000年和2010年）下的城镇边界,采用扩张速率、扩张效率、首位度指数和位序-规模法则,分析了近六百年来区域城镇空间与城镇体系等级规模演变格局。取得以下研究结果：\mathrm{①}研究时段内,区内城镇用地总规模由205.98 km²增加到6442.19 km²,扩大了31.27倍;城镇扩张经历了萌芽阶段（明清时期）、起步阶段（民国至改革开放前夕）、成长阶段（改革开放至2000年）和加速阶段（2000—2010年）,城镇扩张速率不断加快,但扩张效率有待提升;\mathrm{②}在城镇等级规模空间格局上,明清时期南京与苏州为区内的一级城镇,民国后,上海逐渐取代其地位,从五级城镇发展成为区域核心城镇,四级以上城镇主要集中在长江干流沿岸和太湖流域,五级以下城镇大多集中在安徽;城镇体系呈首位型分布,城镇首位度较高,且改革开放后的城镇首位度较明清与民国时期要高,不同等级规模城镇之间差距扩大,大城镇优势较强。近30年,长江沿岸城镇发展加速,苏锡常都市圈、南京都市圈等逐渐形成并快速发展。  相似文献   

Bottom water temperature measurements in the South China Sea,eastern Indian Ocean and western Pacific Ocean     

YANG Xiaoqiu  SHI Xiaobin  ZHAO Junfeng  YU Chuanhai  GAO Hongfang  CHEN Aihua  LU Yuanzheng  CEN Xianrong  LIN Weiren  ZENG Xin  XU Hehua  REN Ziqiang  ZHOU Shengqi  XU Ziying  SUN Jinlong  KAMIYA Nana  LIN Jian 《热带海洋学报》2018,(5)

文章报道了一批新的海底底水温度(BWT)数据,其中南海(SCS)158个站位、东印度洋(EIO)30个站位及西太平洋(WPO)37个站位。基于这批新的BWT数据,获得南海和西太平洋海域底水温度与水深经验关系,可为地球物理和物理海洋提供准确、可靠的海底温度边界。这将有助于海底油气资源调查与评估。同时,这批实测数据表明:1)水深超过3500m的海域,其底水温度在南海约为2.47℃,比东印度洋(～1.34℃)和西太平洋(～1.60℃)稍微偏高。这与大洋传送带模式所预测的情况比较吻合。该模式认为:低温高盐的海水,从北大西洋格陵兰岛和冰岛附近海域下沉到深层,然后向南流动,再与南极洲周围海域的低温高盐海水一同向北进入印度洋和太平洋。而南海是一个相对比较封闭的热带边缘海,其内部海水与印度洋和菲律宾海交换有限,导致海水温度整体高于印度洋和太平洋。2)台西南盆地水深在2700～3000m的部分站位,其底水温高达约3.00℃,明显高于其周边同水深海域底水温度(平均值约为2.33℃)。这可能是台西南盆地海底水热活动导致的结果。3)在东印度洋和西太平洋水深超过4800m海域,底水温度随着水压增大稍有升高,其升高率分别为10.6mK·MPa~(-1)和12.0mK·MPa~(-1)。这与理论估算的深层底水绝热压力温度梯度范围较为吻合。这也意味着东印度洋和西太平洋深层底水,主要由绝热自压作用导致其温度随着深度的增大而升高。  相似文献   

Temporal evolution of the focal mechanism consistency of the 2021 Yangbi MS 6.4 earthquake sequence in Yunnan     

Xiaobin Li  Mingpei Jin  Ya Huang  Wenjian Cha  Jun Wang  Sihai Li 《地震研究进展（英文）》2022,2(2):100061

Using the Cut And Paste (CAP) method, we invert the focal mechanism of 38 moderate earthquakes (M_S ≥ 3.0) recorded by Yunnan seismic network and analyze the corresponding focal mechanism consistency based on the minimum spatial rotation angle. Our results indicate that the M_S 6.4 mainshock is induced by a lateral strike slip fault (with a rake angle of ～ ?165°) and a little normal-faulting component event along a nearly vertical plane (dipping angle～ 79° and strike ～138°). Combining our results with high resolution catalog, we argue that the seismogenic fault of this earthquake sequence is a secondary fault western to the major Weixi-Qiaohou-Weishan fault. The focal mechanism evolution can be divided into three periods. During the first period, the foreshock sequence, the focal mechanism consistency is the highest (KA<36°); during the second period which is shortly after the mainshock, the focal mechanism shows strong variation with KA ranging from 8° to 110°; during the third period, the seismicity becomes weak and the focal mechanism of the earthquakes becomes more consistent than the second period (18°<KA<73°). We suggest that the KA, to some extent, represents the coherence between local tectonic stress regime and the stress state of each individual earthquake. Furthermore, high focal mechanism consistency and high linearity of seismic distribution may serve as indicators for the identification of foreshock sequence.  相似文献   

甘肃通渭“9·14”常河滑坡成因机理     

王浩杰  孙萍  韩帅  张帅  李晓斌  王涛  辛鹏  郭强 《现代地质》2021,35(3):732-743

2019年9月14日11时,受多日降雨影响,甘肃省定西市通渭县常家河镇小庄村发生大规模黄土滑坡,体积约800万m³。滑坡造成部分农田、公路及阳坡大桥损毁,直接经济损失约2 347.2万元。在对滑坡现场进行大量地面调查的基础上,通过无人机航拍、现场测绘、走访调查和数值模拟等手段对滑坡的变形破坏特征进行了分析,并在此基础上探讨了其成因机制。结果表明:斜坡体是在震裂、蠕变、软化、水动力等多种条件下按照一定的先后顺序由稳态逐步演化至失稳;该滑坡的失稳演化过程和灾变机制可以概括为原始斜坡(黄土、泥岩二元层状结构)-地震触发(滑坡堆积体、坡体震裂损伤)-蠕变弱化(层间剪切带、裂缝和落水洞扩展)-降雨激发(滑带软化、泥化,水压力作用)-失稳滑动(滑面贯通)5个阶段;由于长期的蠕变和雨水的渗透冲蚀,坡体上的落水洞和地下暗河十分发育,且是控制本次滑坡边界的关键因素;滑坡后缘和前缘变形剧烈,中部变形相对稍弱,推断该滑坡为受地形及地下水作用控制明显的牵引-推移式复合滑坡。  相似文献   

甘肃天水地区强降雨诱发黄土-泥岩滑坡机理实验研究     

韩帅  孙萍  李荣建  张瑾  李晓斌  祝恩珍 《现代地质》2021,35(3):720-731

在甘肃天水地区每年由降雨诱发的黄土-泥岩滑坡灾害事故很多,给当地人民生命财产造成巨大损失。为探索该类斜坡的滑动破坏过程与机理,在野外地质调查、工程地质钻探及岩土体力学测试的基础上,通过室内大型物理模型实验,研究“上部黄土+下部泥岩”二元结构类型斜坡在强降雨作用下的动态变形演化过程,揭示该类斜坡的破坏机理和破坏模式。结果表明:强降雨作用下斜坡变形破坏以滑动破坏为主,水分的作用主要表现为增加土体自重、引起土体强度降低、降低结构面的抗滑力、产生孔隙水压力及降低有效应力等几个方面,斜坡的破坏模式则主要表现为坡肩侵蚀→微裂隙产生、发展、贯通→斜坡局部滑动破坏→斜坡整体滑动破坏。研究结果对天水地区该类滑坡的早期识别有重要的参考意义,可为该类滑坡的防灾减灾提供科学依据。  相似文献   

华北平原与大同盆地原生高碘地下水赋存主控因素的异同          下载免费PDF全文

王雨婷  李俊霞  薛肖斌  田小伟  迟秀成 《地球科学》2021,46(1):308-320

原生高碘地下水在我国有广泛分布,为查明不同区域地下水碘赋存机理的异同,通过选取我国大同盆地以及华北平原为代表性区域,完成区域地下水样品系统性采集及水化学、碘形态测试工作,对区域地下水水环境及其演化特征完成详细刻画.结果表明:大同盆地地下水总碘含量为2.86~1 286 μg/L,华北平原地下水总碘含量为2.40~1 106 μg/L,分别约有50.0%及49.5%地下水碘含量超过（GB19380- 2016）《水源性高碘地区和高碘病区的划定》中界定的100 μg/L国家标准.地下水水环境特征表明,在大同盆地,第四纪河湖相沉积所形成的,富含有机质、偏碱性、还原性、Na-HCO₃型水环境,利于赋存于固相介质上的碘以碘离子的形式进入地下水中,沿地下水流向,富集于盆地中心排泄区;在华北平原,由第四纪6次海侵形成的冲湖积、海积松散沉积物中富含Na、Cl、I等元素,其偏碱性、还原性、Na-Cl型水环境及低水力坡度的平缓地形利于赋存在固相介质上的碘以碘离子的形式进入地下水,沿地下水流向富集于沿海排泄区.控制两个地区高碘地下水形成的相同因素是偏碱性及偏还原的地下水环境,且该环境下碘的主要赋存形态均为碘离子,但大同盆地高碘地下水形成主要受富有机质环境影响,而华北平原高碘地下水形成的主要受富碘的海相沉积控制.   相似文献   

飞机积冰预报算法对比及其集成预报模型研究     

卞双双  何宏让  安豪  潘晓滨  张云 《气象》2019,45(10):1352-1362

以人工增雨作业获取的飞机积冰实例资料为基础,利用WRF模式对51次飞机积冰过程进行数值模拟,对比分析了常用七种积冰预报算法对积冰潜势区和强度的预报效果,进而采用评分权重集成法建立了飞机积冰强度集成预报模型,并检验了其预报效果。结果表明:(1)假霜点温度经验法对2002年4月4日积冰个例的预报效果与实况一致,而其他积冰算法预报效果均与实况相差较大;(2)对51次飞机积冰预报效果进行统计检验发现,假霜点温度经验法的预报效果最好,积冰强度预报准确率为72.55%,其次是RAOB法,IC指数法和I积冰指数法次之,改进的IC指数法预报准确率最差,只有19.61%;(3)对比不同积冰算法建立的集成预报模型的预报效果发现,选用IC指数法、假霜点温度经验法、RAOB法进行集成预报时,预报准确率最高,且漏报率、偏弱率及偏强率均能控制在10%以内,比单一预报算法中的最高预报准确率提高了8%,且漏报率降低了4%,偏强率降低了8%。  相似文献   

顾及水陆差异的高分五号影像条带去除     

皮原征  储栋  管小彬  沈焕锋 《遥感学报》2020,24(4):360-367

高分五号搭载的可见光短波红外高光谱相机,能获取精细的地物光谱信息,具有十分广泛的应用前景。但高光谱卫星遥感数据往往无法避免条带噪声的干扰,进行条带去除是数据预处理中不可缺少的步骤。传统方法往往对地物的异质性与丰富的细节纹理考虑不足,导致条带不能被彻底地消除。为此,本文提出了一种顾及水陆差异的影像条带去除方法,采用水体与陆地区别统计的策略,解决条带噪声在异质区域的统计特征差异问题,并结合优化统计和一维变分滤波技术实现水陆区域参考统计特征的精确估计,最终基于矩匹配方法分别实现条带去除。实验结果表明:无论是真实实验还是模拟实验,本文提出的算法相较于传统条带去除算法,能更加稳健地去除数据条带噪声,还原地表真实辐射信息;在模拟实验中,本文算法处理结果的峰值信噪比(PSNR)达到46.58,且平均绝对误差(MAE)仅有11.56,均明显优于用于比较的3种传统算法,且算法执行效率也具备优势,能够更好地适用于高分五号大数据量的处理需求。  相似文献   

黄骅坳陷港中复杂断块油气田富油砂体分布模式研究     

吴小斌  侯加根  王大兴  滑双君  李树庆  吴辉 《新疆地质》2015,(1):112-116

滩坝砂是港中复杂断块油田沙一段重要储集层,滩砂和坝砂在砂体厚度及后期产能方面差异明显。为揭示港中油田富油砂体复杂的分布特征及控油模式,从动静态资料入手,逐次重点分析区内砂体、有效储层、油砂体的纵横向分布变化,引入并界定港中油田富油砂体概念、标准。研究认为,港中油田滩坝砂富油砂体具地质储量大,单井日产高,原始地层压力高、稳产时间长的特点。纵向上主要分布在板3油组和滨Ⅰ油组等5个主力单砂层,平面上主要分布在南四断块、北三断块。探讨了复杂断块油气田富油砂体分布受控因素及分布模式,指出沉积相控、成岩控油、断层控油、微构造控油及构造-岩性控油是港中油田滩坝砂油气富集5种主要控油模式。  相似文献