湍流度随高度的变化及其对城市宏观地形的依赖     

李大全  孙武  欧阳睿康  黄盛  高梦媛  李庆祥  黄启明 《热带地理》2019,39(3):365-376

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。  相似文献   

大功率高频电波加热电离层的非线性物理过程          下载免费PDF全文

周晨  王翔  刘默然  倪彬彬  赵正予 《地球物理学报》2018,61(11):4323-4336

地基大功率电波加热电离层是通过地基大功率短波发射机向电离层发射无线电波，通过波-粒和波-波的相互作用将无线电波的能量注入电离层.通过这种有目的可操控的方式改变电离层电子密度和温度的分布，可以深入研究电离层中等离子体能量和物质的非线性演化过程，特别是电离层电子的非平衡态分布和加速问题.本文通过对电离层加热中几个比较重要物理过程的评述，对过去20年来我国研究学者在这一研究方向上取得的重要进展进行了介绍.  相似文献   

考虑转捩影响的潮流能水轮机翼型水动力学性能数值模拟     

袁鹏  陈超  王树杰  谭俊哲  司先才 《中国海洋大学学报(自然科学版)》2020,50(5)

为了更准确地模拟潮流能水轮机的水动力学性能并研究边界层转捩对水轮机翼型水动力学特性的影响,本文采用κ-ε湍流模型以及γ-Re_θ转捩模型对水轮机翼型水动力学性能进行了考虑转捩的数值模拟。在进行转捩模拟时通过CFD软件的UDF接口将转捩经验关系式导入求解器中,在-5°～25°攻角范围内对水轮机翼型的水动力学性能进行了数值模拟。比较湍流模拟与转捩模拟下水轮机翼型的升阻力系数以及流场特征,结果表明:对水轮机翼型水动力学性能进行全湍流模拟时在小攻角范围内忽略了转捩前的层流状态,导致湍流模拟所得到的升力系数小于使用γ-Re_θ转捩模型的转捩模拟所得的升力系数;阻力系数则大于转捩模拟所得的结果;相比于全湍流模拟,转捩模拟时会更早的进入深失速状态。  相似文献   

藏南羊卓雍错湖面大气湍流特征观测分析   总被引：2，自引：1，他引：1  

沈鹏珂  张雪芹 《湖泊科学》2019,31(1):243-255

湍流运动是大气边界层的本质特征，是地表与大气之间能量和物质交换的主要方式.本文利用2016和2017年4-10月藏南羊卓雍错湖泊涡动观测资料，分析了湖面大气湍流方差和湍流特征量的统计和变化特征.结果表明：（1）不稳定层结下，三维风速分量和超声虚温、水汽密度、CO₂密度的无量纲标准差随稳定度变化符合Monin-Obukhov相似理论的"1/3"或"-1/3"次幂律，垂直风速的拟合效果最好；稳定层结下，除CO₂密度无量纲标准差与稳定度无明显关系外，其他量基本上满足相似性规律；中性条件下，以上物理量的无量纲标准差分别趋近常数：3.57、3.93、0.77、20.91、6.35和11.96.（2）水平方向平均湍流强度（0.60和0.58）大于垂直方向（0.13），三维方向湍流强度与平均风速的变化呈显著负相关，相关系数分别为-0.39、-0.42和-0.34.（3）湖面湍流动能随风速呈线性增长，增长率达0.45 m/s；近中性层结时湍流动能最大，层结越稳定或不稳定湍流动能均减小.（4）湖泊下午到傍晚动量输送较强，13：00-22：30时间段平均动量通量达0.091 kg/（m·s²）；热量输送以潜热为主，潜热通量日平均值（77.3 W/m²）是感热通量（14.6 W/m²）的5.3倍，感热和潜热通量日变化峰值分别出现在5：30（22.4 W/m²）和16：00（106.6 W/m²）.  相似文献   

数据填补及能量闭合对半干旱区生态系统年净碳交换的影响     

杜群  刘辉志  冯健武  王雷 《中国科学:地球科学》2014,(5):989-1001

基于半干旱区2种不同下垫面(草地和旱作农田)2005和2008年涡动相关法取得的通量资料,分析了数据填补、能量收支闭合率以及摩擦风速(u*)阈值等对生态系统年净碳交换的影响.通过加入4种不同长度的人工空缺(空缺长度从0.5 h~12 d),比较了平均日变化法(MDV)、边缘分布抽样法(MDS)和非线性回归法等6种填补方法的填补效果.结果表明,MDS的整体表现最好,特别是对长空缺的填补效果优于其他方法,估算的年NEE偏差在5 g C m-2 a-1以内.非线性回归法估算的夜间NEE具有较大的正偏差,表明非线性回归法估算的夜间生态系统呼吸偏高.4种非线性回归法估算的年NEE偏差在8.0~30.8g C m-2 a-1.由于在半干旱区土壤含水量是生态系统碳交换的重要限制因子,非线性回归法中综合考虑土壤温度和土壤含水量影响的Non_linear3和Non_linear4表现较好.MDV对白天NEE空缺的填补优于夜间,估算的年NEE偏差在-2.6~-13.4 g C m-2 a-1.总体上,数据填补的精确度受下垫面类型、空缺长度以及空缺出现时间(白天、晚上)影响.2个观测站点的能量收支闭合率在80%左右.能量收支闭合率受湍流强度影响显著;当夜间摩擦风速较低时,湍流混合不充分,能量收支闭合率也较低.生态系统在某个风向的累积通量印痕较大时,有效能量和湍流通量源区的不匹配造成这一风向上的能量收支闭合率也较低.通过假设能量收支不闭合全部由感热通量和潜热通量的低估引起,评估了能量闭合订正对生态系统CO2通量的影响.结果表明经过订正后的草地、农田的年净碳交换量平均增加近10 g C m-2 a-1.此外当u*阈值从0.1增加到0.2 m s-1,年净碳交换平均增加37.5 g C m-2 a-1,这表明u*阈值的设定对生态系统的年净碳交换影响较大.  相似文献   

内蒙古东北部地区一次极端降雪过程的水汽输送特征     

王慧清  付亚男  孟雪峰 《干旱气象》2019,(2):277-287

利用内蒙古呼伦贝尔市常规观测资料和GDAS、NCEP/NCAR再分析资料,采用欧拉方法分析了2016年春季内蒙古东北部地区一次极端暴雪过程的水汽输送及收支特征,利用HYSPLIT模式和聚类分析模拟计算了此次暴雪天气过程的水汽源地、主要水汽输送通道及其对水汽输送的贡献,并与传统的欧拉方法结果进行对比。结果表明:(1)有3支不同源地的水汽流在内蒙古东北部地区交汇,对呼伦贝尔地区暴雪的发生与维持有重要影响;(2)经向和纬向输送为此次暴雪天气的发生提供了充足的水汽,暴雪区水汽主要源于中高层的南边界和随西风气流的西边界;(3)利用HYSPLIT模式模拟发现,在此次暴雪天气过程中水汽主要来源于新地岛以西洋面、日本海以及巴尔喀什湖,且三者贡献率大致相当。  相似文献   

一次梅雨暴雨的动能谱特征分析及收支诊断     

尹韩笑  张立凤  王羱  张明阳  余世旺 《大气科学》2019,43(5):1143-1157

利用WRF模式和NCEP再分析资料,对一次梅雨暴雨个例进行了数值模拟,基于高分辨率的模拟结果计算了水平动能谱、涡旋动能谱及辐散动能谱,诊断了动能收支谱方程。结果表明:在暴雨发展阶段,各个高度上都有中尺度动能增长,其显著增加始于中尺度低端,这导致了在中尺度波段出现谱转折特征,但在不同高度转折尺度不同;对流层高层涡旋动能大于辐散动能,平流层低层反之;不同降水阶段、不同高度和不同尺度上动能的来源不同,对流层高层,中尺度动能倾向由非线性项和气压项贡献;平流层低层,气压项的作用更为明显。  相似文献   

两个相似路径台风残余造成局地特大暴雨的成因机制和能量收支对比分析     

潘劲松  周玲丽  陆玮  罗玲  翟国庆 《大气科学》2019,43(6):1399-1412

本文利用ERA-Interim 0.5°×0.5°再分析资料、自动站小时和分钟加密资料、风云2G（FY-2G）卫星红外云图及多普勒雷达和风廓线雷达资料对2015年路径高度相似的“苏迪罗”和“杜鹃”台风在浙江沿海引发的局地特大暴雨进行对比分析。这两次降水过程都是在台风减弱为热带低压甚至残压并深入内陆远离浙江沿海后发生的。结果表明,“苏迪罗”降水过程是由低层强东南和偏南急流长时间辐合加上有利地形共同作用导致的;经向环流背景下来自季风持续的水汽输送有利于“苏迪罗”维持较长的生命史和稳定的降水。“杜鹃”残压特大暴雨的触发系统则是高纬地面冷高压底部的东东北出流南下与“杜鹃”北象限的东东南风交汇形成的中尺度倒槽;纬向环流和强盛副热带高压造成的弱引导气流及夏季风南撤和低涡卷挟造成的水汽通道断裂是“杜鹃”登陆后快速减弱为残压和降水维持时间较短的原因。两次台风降水过程中均无外部动能输送和来自有效位能的动能转换。动能收支的主要影响因子为中低层局地次网格运动间的能量转换、旋转风和散度风效应及下垫面的摩擦耗散。所以,虽然“杜鹃”的对流有效位能很小,但仍可造成强对流和特大暴雨。此外,降水过程中释放的凝结潜热造成的局地非绝热加热使气柱中显热能大量累积,促使地面中小尺度涡旋和倒槽不断加深,造成降水的增幅。  相似文献   

GRAPES全球集合预报系统模式扰动随机动能补偿方案初步探究   总被引：10，自引：5，他引：5       下载免费PDF全文

彭飞  李晓莉  陈静  李红祺 《气象学报》2019,77(2):180-195

为了体现次网格尺度能量升尺度转换过程中存在的不确定性, 文中将随机动能补偿(Stochastic Kinetic Energy Backscatter, SKEB)方案应用于GRAPES(Global/Regional Assimilation and Prediction System)全球集合预报系统(GRAPES-GEPS), 以更好地表征模式误差并且增大集合离散度。使用的SKEB方案基于具有一定时、空相关特征的随机型以及由数值扩散导致的局地动能耗散率来构造随机流函数强迫。并根据流函数与水平风速旋转分量的关系, 将SKEB方案中的流函数强迫转化为适用于GRAPES全球模式的水平风速扰动。结果表明, SKEB方案的使用一方面能够提高GRAPES对大气动能谱的模拟能力; 另一方面能够改善GRAPES-GEPS的集合离散度与集合平均误差的关系, 增加了集合离散度, 并在一定程度上减小了集合平均误差, 尤其是在热带地区这种改进更为显著。而且该方案使得热带地区连续分级概率评分(CRPS评分)显著减小。就降水预报而言, 从Brier评分与相对作用特征面积(AROC, Area under the Relative Operating Characteristics)的结果来看, SKEB方案有助于改善中国地区小雨[0.1 mm, 10 mm)、中雨[10 mm, 25 mm)与大雨[25 mm, 50 mm)量级降水的概率预报技巧, 而对暴雨[50 mm, ∞)量级降水预报技巧影响很小(24 h降水量)。总体上, 模式扰动随机动能补偿方案提高了GRAPES-GEPS的概率预报技巧。   相似文献   

辽宁绥中地区海陆风的多普勒测风激光雷达观测与特征提取          下载免费PDF全文

李珍妮  宋小全  马秋杰  吴松华  王箫鹏  李荣忠 《山东气象》2019,39(4):52-60

2019年3月,利用相干多普勒测风激光雷达首次在辽东湾西部绥中地区进行了风廓线测量试验。根据研究区域海岸线走向采用风向的十六分位法定义局地海风和陆风,分析和提取海陆风特征验证了多普勒测风激光雷达在春季季风间断期间观测海陆风的可行性,并计算和分析了大气边界层湍流能量的变化以及回流水平变化等特性。结果表明：1）绥中地区春季存在明显的海陆风环流特征,测风激光雷达观测海陆风出现的时间与地面自动气象站观测的数据较为一致,符合海陆风日的定义。2）海陆风日发生时,水平局地回流指数（RF）较小,1.2 km以下的RF值小于0.5,使得污染物循环累积,较易形成雾霾天气;但是海风时大气边界层的高度可达1 km以上,有利于低层大气污染物向高层扩散,减轻低层大气污染。研究结果为该地边界层参数化方案的设计和污染的防治提供了参考依据。  相似文献