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深长隧道突水突泥重大灾害致灾机理及预测预警与控制理论研究进展

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中国基础科学 2017年第3期19卷 27-43,F0002,F0003页

作者：李术才李晓昭靖洪文杨小礼戎晓力陈卫忠山东大学岩土与结构工程研究中心济南250061 南京大学地球科学与工程学院南京210093 中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室徐州221008 中南大学土木建筑学院长沙410075 解放军理工大学爆炸冲击防灾减灾国家重点实验室南京210007 中国科学院武汉岩土力学研究所武汉430071

我国已是世界上隧道建设规模与难度最大的国家,由于深长隧道在施工前期难以全部查清沿线不良地质情况,导致施工过程中往往遭遇突水突泥等重大地质灾害,严重影响了隧道工程建设安全。针对这一重大灾害的防治,由山东大学领衔的973计划项目... 详细信息

我国已是世界上隧道建设规模与难度最大的国家,由于深长隧道在施工前期难以全部查清沿线不良地质情况,导致施工过程中往往遭遇突水突泥等重大地质灾害,严重影响了隧道工程建设安全。针对这一重大灾害的防治,由山东大学领衔的973计划项目"深长隧道突水突泥重大灾害致灾机理及预测预警与控制理论"近5年取得了重要的研究进展,主要包括:突水突泥致灾构造及其地质判别方法、灾害源超前预报方法与定量识别理论、灾变演化机理、多元信息特征与综合预测理论、灾害动态风险评估及预警理论和灾害控制理论与协同治理技术等方面。研究成果已成功应用于我国10余座典型深长隧道工程中突水突泥灾害源的超前预报、灾害防控理论和技术的进步,极大地推动了我国隧道工程建设。

关键词：深长隧道突水突泥超前预报致灾机理预测预警协同治理

中国物理海洋学研究70年：发展历程、学术成就概览

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海洋学报 2019年第10期41卷 23-64页

作者：魏泽勋郑全安杨永增刘克修徐腾飞王凡胡石建谢玲玲李元龙杜岩周磊林霄沛胡建宇朱建荣李均益张正光侯一筠刘泽田纪伟黄晓冬管玉平刘志宇杨庆轩赵玮宋振亚刘海龙董昌明于卫东连涛陈朝晖史久新雷瑞波刘煜于福江尹宝树陈戈王岩峰李整林熊学军汪嘉宁李晓峰王永刚自然资源部第一海洋研究所山东青岛266061 马里兰大学马里兰州学院市20742 国家海洋信息中心天津300171 中国科学院海洋研究所山东青岛266071 广东海洋大学广东湛江524088 中国科学院南海海洋研究所广东广州510301 上海交通大学上海200030 中国海洋大学山东青岛266100 厦门大学福建厦门361005 华东师范大学上海200241 中国科学院大气物理研究所北京100029 南京信息工程大学江苏南京210044 国家海洋环境预报中心北京100081 自然资源部第二海洋研究所浙江杭州310012 中国极地研究中心上海200136 中国科学院声学研究所北京100190 中国科学院大学北京100049

本文概略评述新中国成立70年来物理海洋学各分支研究领域的发展历程和若干学术成就。中国物理海洋学研究起步于海浪、潮汐、近海环流与水团,以及以风暴潮为主的海洋气象灾害的研究。随着国力的增强,研究领域不断拓展,涌现了大量具有广... 详细信息

本文概略评述新中国成立70年来物理海洋学各分支研究领域的发展历程和若干学术成就。中国物理海洋学研究起步于海浪、潮汐、近海环流与水团,以及以风暴潮为主的海洋气象灾害的研究。随着国力的增强,研究领域不断拓展,涌现了大量具有广泛影响力的研究成果,其中包括:提出了被国际广泛采用的“普遍风浪谱”和“涌浪谱”,发展了第三代海浪数值模式;提出了“准调和分析方法”和“潮汐潮流永久预报”等潮汐潮流的分析和预报方法;发现并命名了“棉兰老潜流”,揭示了东海黑潮的多核结构及其多尺度变异机理等,系统描述了太平洋西边界流系;提出了印度尼西亚贯穿流的南海分支(或称南海贯穿流);不断完善了中国近海陆架环流系统,在南海环流、黑潮及其分支、台湾暖流、闽浙沿岸流、黄海冷水团环流、黄海暖流、渤海环流,以及陆架波方面均取得了深刻的认识;从大气桥和海洋桥两个方面对太平洋–印度洋–大西洋洋际相互作用进行了系统的总结;发展了浅海水团的研究方法,基本摸清了中国近海水团的分布和消长特征与机制,在大洋和极地水团分布及运动研究方面也做出了重要贡献;阐明了南海中尺度涡的宏观特征和生成机制,揭示了中尺度涡的三维结构,定量评估了其全球物质与能量输运能力;基本摸清了中国近海海洋锋的空间分布和季节变化特征,提出了地形、正压不稳定和斜压不稳定等锋面动力学机制;构建了“南海内波潜标观测网”,实现了对内波生成–演变–消亡全过程机理的系统认识;发展了湍流的剪切不稳定理论,提出了海流“边缘不稳定”的概念,开发了海洋湍流模式,提出了湍流混合参数化的新方法等;在海洋内部混合机制和能量来源方面取得了新的认识,并阐述了混合对海洋深层环流、营养物质输运等过程的影响;研发了全球浪–潮–流耦合模式,推出一系列海洋与气候模式;发展了可同化主要海洋观测数据的海洋数据同化系统和用于ENSO预报的耦合同化系统;建立了达到国际水准的非地转(水槽/水池)和地转(旋转平台)物理模型实验平台;发展了ENSO预报的误差分析方法,建立了海洋和气候系统年代际变化的理论体系,揭示了中深层海洋对全球气候变化的响应;初步建成了中国近海海洋观测网;持续开展南北极调查研究;建立了台风、风暴潮、巨浪和海啸的业务化预报系统,为中国气象减灾提供保障;突破了国外的海洋技术封锁,研发了万米水深的深水水听器和海洋光学特性系列测量仪器;建立了溢油、危险化学品漂移扩散等预测模型,为伴随海洋资源开发所带来的风险事故的应急处理和预警预报提供科学支撑。文中引用的大量学术成果文献(每位第一作者优选不超过3篇)显示,经过70年的发展,中国物理海洋学研究培养了一支实力雄厚的科研队伍,这是最宝贵的成果。这支队伍必将成为中国物理海洋学研究攀登新高峰的主力军。

关键词：物理海洋学海浪潮汐海平面大洋环流水团陆架与边缘海环流海洋中尺度过程湍流与混合数值模拟与数据同化实验室模拟大洋与气候海冰与极地考察海洋气象与灾害海洋物理学海洋环境

基于ECMWF模式的武汉市冬季高空气温订正预报研究

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湖北农业科学 2023年第S1期62卷 90-94,99页

作者：王瑞丽马鹤翟程攀李武阶刘火胜刘佩廷武汉市气象局武汉430040 中国气象局武汉暴雨研究所武汉430205 中国人民解放军94782部队杭州310021

基于2016—2018年冬季武汉站1000、925、850、700、500 hPa的探空气温和ECMWF的72 h气温预报数据,分析了武汉站的高空气温预报误差,使用多元线性回归方法建立了预报误差订正方程。研究发现,ECMWF模式对于各层气温的预报平均偏高0.54℃,1... 详细信息

基于2016—2018年冬季武汉站1000、925、850、700、500 hPa的探空气温和ECMWF的72 h气温预报数据,分析了武汉站的高空气温预报误差,使用多元线性回归方法建立了预报误差订正方程。研究发现,ECMWF模式对于各层气温的预报平均偏高0.54℃,1000~850 hPa平均预报误差随着高度增大,850 hPa上误差最大,高达0.77℃,预报偏高1.0℃以上的频次超过总数的1/3,850 hPa以上气温预报误差随着高度降低,500 hPa的预报误差最小。模式预报时效越长,高空气温预报误差越大,72 h时效平均预报误差高达0.80℃。基于ECMWF模式预报误差与850 hPa气温的相关关系,选取了两个订正预报因子,分别为22°N、112°E与33°N、112°E的温差及28°N、116°E与34°N、116°E的纬向风之差,并分层建立了气温预报误差订正方程。最后,对预报方程进行了检验,发现订正后各层气温误差均显著降低,误差平均降低了86.4%。

关键词：高空气温模式误差订正多云线性回归 ECMWF模式冬季武汉市

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基于SCAM-LSTM的雷达回波外推方法

信息技术与信息化 2024年第11期 101-104页

作者：张望安徽建筑大学电子与信息工程学院安徽合肥230601

雷达回波外推对于气象预报和灾害预警具有重要意义。为了提升预测模型的性能,提出一种新型的雷达回波外推模型——SCAM-LSTM,通过将时空协同注意机制引入长短期记忆网络,增强对时空特征的捕捉能力。时空协同注意机制通过精确编码通道关... 详细信息

雷达回波外推对于气象预报和灾害预警具有重要意义。为了提升预测模型的性能,提出一种新型的雷达回波外推模型——SCAM-LSTM,通过将时空协同注意机制引入长短期记忆网络,增强对时空特征的捕捉能力。时空协同注意机制通过精确编码通道关系和长期依赖关系,分解全局池化为一维特征编码操作,使模型能够在水平和垂直两个方向上分别聚合特征。实验结果表明,SCAM-LSTM在评估指标(如critical success index(CSI)和Heidke skill score(HSS))上均表现出色,预测的雷达回波图像与真实观测图像高度一致,尤其在复杂气象环境中表现卓越,显示出较高的鲁棒性和准确性。

关键词：长短期记忆网络降水预报雷达回波外推时空协同注意机制神经网络

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变化环境下流域超标准洪水综合应对研究

人民长江 2021年第4期52卷 12-21页

作者：黄艳李昌文李安强郝振纯闵要武任明磊水利部长江水利委员会湖北武汉430010 长江勘测规划设计研究有限责任公司湖北武汉430010 河海大学水文水资源与水利工程科学国家重点实验室江苏南京210098 长江水利委员会水文局湖北武汉430010 中国水利水电科学研究院北京100038

我国流域超标准洪水应对问题突出,在气候变化、人类活动等变化环境影响下,面临规律重新认知、技术亟需提升和措施体系亟待完善等重大挑战,其难度和复杂程度世界少有,相关研究成果距应用需求仍有较大差距。针对流域超标准洪水综合应对研... 详细信息

我国流域超标准洪水应对问题突出,在气候变化、人类活动等变化环境影响下,面临规律重新认知、技术亟需提升和措施体系亟待完善等重大挑战,其难度和复杂程度世界少有,相关研究成果距应用需求仍有较大差距。针对流域超标准洪水综合应对研究这一国家重大需求,拟融合多学科理论与前沿技术,采取理论与试验、物模与数模、技术集成与示范应用相结合的手段,开展变化环境下流域水文气象极端事件演变规律及超标准洪水致灾机理、暴雨洪水立体监测与精细预报预警、流域超标准洪水灾害动态评估、调度与风险调控、综合应急措施、调度决策支持系统集成与示范应用等方面的系统研究工作。力求破解气候变化及人类活动影响下的流域超标准洪水演变规律与致灾机理研究难题,构建流域超标准洪水风险管理理论体系,突破流域超标准洪水立体监测-预报预警-灾害评估-风险调控-应急处置-决策支持关键技术瓶颈,形成流域超标准洪水综合应对的技术体系和成套解决方案,研发强适配性的多场景协同超标准洪水调度决策支持系统,并进行示范应用,以提升中国流域超标准洪水应对水平,保障国家防洪安全。

关键词：流域超标准洪水致灾机理监测预报预警风险评估与调控综合应急措施决策支持系统

中国区域ERA5-ZTD/PWV精度评估与台风事件响应研究

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灾害学 2024年第1期39卷 23-28页

作者：连达军何琦敏李黎富尔江张克非苏州科技大学地理科学与测绘工程学院江苏苏州215009 苏州科技大学北斗导航与环境感知研究中心江苏苏州215009 北星空间信息技术研究院(南京)有限公司江苏南京211800 中国矿业大学环境与测绘学院江苏徐州221116

再分析数据能够提供多种历史气象数据同化产品,为了评估欧洲中期天气预报中心的最新一代ERA5再分析数据集估计的天顶对流层延迟(Zenith Tropospheric Delay,ZTD)和大气可降水量(Precipitable Water Vapor,PWV)产品在中国区域的精度,利用... 详细信息

再分析数据能够提供多种历史气象数据同化产品,为了评估欧洲中期天气预报中心的最新一代ERA5再分析数据集估计的天顶对流层延迟(Zenith Tropospheric Delay,ZTD)和大气可降水量(Precipitable Water Vapor,PWV)产品在中国区域的精度,利用2017—2019年中国区域内14个全球导航卫星系统地面监测站和89个探空站反演的ZTD和PWV数据分别对ERA5-ZTD和ERA5-PWV精度进行了评估。结果表明,除青藏地区的站点外,ERA5-ZTD的精度分布较为均匀,平均Bias、RMSE和STD分别为-6.3 mm、19.3 mm和17.5 mm;ERA5-PWV的精度分布呈现西部内陆高和东南沿海低的趋势,平均Bias、RMSE和STD分别为0.3 mm,2.9 mm和2.7 mm。此外,在研究2019年“利奇马”台风期间ZTD和PWV的时空分布中,提出了使用水汽到达时间差的方法定量估计台风的水汽移动速度。得到台风期间ZTD和PWV具有相同的空间分布规律,且移动方向与台风的移动路径方向是一致的,估计的水汽平均移动速度为12.4 km/h,与台风的平均移动速度16.1 km/h非常接近。因此,ERA5-ZTD/PWV在中国区域内具有较高的精度,ZTD和PWV可作为重要气象因子为台风的预警预报研究提供重要参考。

关键词： ERA5 全球导航卫星系统对流层延迟水汽台风

基于气象雷达反演和云图外推法的临近期降雨预报方法研究

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水利水电技术（中英文） 2022年第5期53卷 13-21页

作者：邸苏闯李卓蔓刘玉潘兴瑶郑琪任黎李永坤薛志春北京市水科学技术研究院北京100048 北京市非常规水资源开发利用与节水工程技术研究中心北京100048 河海大学水文水资源学院江苏南京210098 中国科学院空天信息创新研究院北京100094

开展精准化临近期降水预报是开展实时洪涝预测预警的基础。传统的临近期降水预报一般基于气候模式进行数值预报,计算时间较长、空间分辨率低,预报精度仅为15%~20%,难以满足洪涝灾害预测预警需求。为快速、高精度、高空间分辨率预报降水... 详细信息

开展精准化临近期降水预报是开展实时洪涝预测预警的基础。传统的临近期降水预报一般基于气候模式进行数值预报,计算时间较长、空间分辨率低,预报精度仅为15%~20%,难以满足洪涝灾害预测预警需求。为快速、高精度、高空间分辨率预报降水过程,本研究提出了一种基于气象雷达反演和云图外推法的临近期降雨预报方法。主要包括:(1)采用金字塔光流法(Pyramid Lucas Kanade Optical Flow,简称LK光流法)进行云的运动矢量计算,根据运动矢量计算云团的运移位置;(2)提出基于回波强度和梯度特征的云层类型自动识别方法;(3)利用回波反射率与降水强度间的关系进行临近期降水量的反演及预报;(4)对预报结果进行落区精度评估和量级精度评估。2019-2020年四场降水实验研究结果表明:该方法可以实现0~1 h近实时1km高空间分辨率预测,而且预测期内的降水落区预测精度较高,平均精度可达60%;对落区内雨量站的量级精度进行对比分析得出四场降水的偏差BIAS分别为0.23 mm、3.56 mm、-7.12 mm、-5.15 mm,均方根误差RMSE分别为5.09 mm、8.45 mm、21.23 mm、14.63 mm,四场降水的相对误差绝对值均值为37.21%。预测精度均随时间增加呈下降趋势,下降程度与降水系统特征密切相关。总体来说,该方法对大范围高强度的降水预测精度较高,可为实时洪涝过程模拟分析提供重要支撑。

关键词：气象雷达云图外推法临近期降雨预报精度分析

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冰灾对输电线故障率影响的时空评估

电力系统自动化 2013年第18期37卷 32-41,98页

作者：谢云云薛禹胜文福拴董朝阳赵俊华南京理工大学自动化学院江苏省南京市210094 南瑞集团公司(国网电力科学研究院) 江苏省南京市210003 Centre for Intelligent Electricity Networks The University of NewcastleNSW 2308澳大利亚浙江大学电气工程学院浙江省杭州市310027 School of Electrical and Information Engineering The University SydneyNSW 2006澳大利亚

将冰灾造成停电灾难的问题解耦为:从冰雪到冻雨,从冻雨到覆冰,从覆冰到电网故障,从相继故障到大停电的过程。冻雨影响输电线故障率的途径涉及冻雨形成的气象规律;线路覆冰的热学规律;断线倒塔的力学规律。归纳在线评估冻雨风险所需信息... 详细信息

将冰灾造成停电灾难的问题解耦为:从冰雪到冻雨,从冻雨到覆冰,从覆冰到电网故障,从相继故障到大停电的过程。冻雨影响输电线故障率的途径涉及冻雨形成的气象规律;线路覆冰的热学规律;断线倒塔的力学规律。归纳在线评估冻雨风险所需信息,根据气象预报信息和微地形信息计算输电线覆冰厚度,根据线路实测信息在线评估输电线故障率的变化,修改安全分析软件所依据的预想事故集。根据潮流转移的电气规律及系统崩溃的动力学规律,建立冰灾停电风险的早期预警模型。

关键词：自然灾害冻雨覆冰故障率在线安全评估风险预警

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中国跨境河流灾害预警应急协同管理机制构思

中国人口·资源与环境 2023年第12期33卷 208-217页

作者：吴凤平王瑞方季英雯河海大学商学院江苏南京211100

水资源灾害联合防治是国际河流冲突预防与合作的重要内容,也是促进水资源问题“去安全化”,推动流域水安全环境构建的重要手段。该研究以中国典型跨境河流伊犁河和澜沧江-湄公河为分析对象,从水资源灾害预警应急合作的广度、深度、紧密... 详细信息

水资源灾害联合防治是国际河流冲突预防与合作的重要内容,也是促进水资源问题“去安全化”,推动流域水安全环境构建的重要手段。该研究以中国典型跨境河流伊犁河和澜沧江-湄公河为分析对象,从水资源灾害预警应急合作的广度、深度、紧密度3个维度,透视中国跨境河流在水资源灾害预警、灾害应急管理方面存在的主要问题:①缺乏水资源灾害协同管理机制,尚未形成集数据共享、灾害预报、抗灾决策、信息发布等过程于一体的桥接平台。②缺乏水资源信息披露制度,信息共享程度依然偏低。③缺乏流域水资源合作专项基金,流域内水资源项目合作资金尚存在散、小、断的现象。据此,本研究构建了跨境河流灾害预警应急协同管理的四项原则:信息共享原则、平等协商原则、不造成重大损害原则、整体规划原则。提出了构建跨境河流灾害预警应急协同管理机制:建立流域水资源合作专项基金、建立灾害信息共享系统、建立灾害风险评估系统、建立灾害应急管理决策系统,将信息共享、风险评估、管理决策等程序有效整合到一个桥接平台,以保证信息传递的流畅性。该研究从水利工程共建、技术援助、利益补偿、法制建设、基金设立、灾害保险等方面提出了保障协同管理机制有效运行的主要措施。该研究提出的灾害预警应急协同管理机制不仅可以弥补中国跨境河流现有管理机制框架的不足,也可以为其他跨境河流实施灾害预警应急管理提供借鉴。

关键词：跨境河流灾害预警管理灾害应急管理水资源安全协同管理机制