森林冠层上湍流尺度、耗散率和湍流结构参数

利用新型三维超声风速/温度仪,在中国东北长白山原始森林冠层以上观测的湍流资料,计算并分析了森林冠层上的湍涡特征长度尺度、湍流动量和热量耗散率、湍流动量和热量结构参数的特征.结果表明:湍流动量湍涡特征长度尺度与稳定度参数Z/L成正相关;湍流热量特征长度尺度与稳定度参数Z/L在不稳定层结时,成正相关,在稳定层结时近似成负相关;在不稳定和稳定层结大气中,利用湍流谱方法和利用风速垂直分量方差、温度脉动方差和Richardson数计算的湍流动量、热量耗散率和湍流动量、热量结构参数有较好的一致性;无量纲湍流结构参数C2vz2/3σ- 2w和C2Tz2/3σ-2T是Richardson数的函数;湍流热力结构参数 C2T与感热通量 w′T′具有较好的线性关系.     

森林冠层上湍流尺度、耗散率和湍流结构参数

利用新型三维超声风速／温度仪，在中国东北长白山原始森林冠层以上观测的湍流资料，计算并分析了森林冠层上的湍涡特征长度尺度、湍流动量和热量耗散率、湍流动量和热量结构参数的特征。结果表明：湍流动量湍涡特征长度尺度与稳定度参数Z／L成正相关；湍流热量特征长度尺度与稳定度参数Z／L在不稳定层结时，成正相关，在稳定层结时近似成负相关；在不稳定和稳定层结大气中，利用湍流谱方法和利用风速垂直分量方差、温度脉动方差和Richardson数计算湍流动量、热量耗散率和湍流动量、热量结构参数有较好的一致性；无量纲湍流结构参数Cv^2z^2/3σω^-2和CT^2z^2/3σT^-2是Richardson数的函数；湍流热力结构参数CT^2与感热通量——↑ω′T′具有较好的线性关系。     

复杂地形湍流观测特征及通量代表性分析

利用2006年湖南小墨山地区冬夏两个采样时段的湍流观测数据,对当地湍流发展混合或扰动情况进行讨论。整体湍流特征量σu,w/u*观测值与相似性函数计算值差别较大,且与来流方向无明显关系,表明当地湍流受扰动强、发展混合差。结合印痕计算进行的湍流通量观测空间代表性分析发现,当地观测结果主要代表测点周边山地和平原两种地形的情况。冬季印痕主要分布于北方平原地区,山地影响平均仅为21%,而夏季的印痕源区主要为南方的山地,约占54%。     

PM2.5浓度湍流特征和通量获取的实验研究

利用PM_2.5质量浓度测量仪E-Sampler的1 Hz高频采样功能, 采用涡动相关法, 计算山东省德州大气环境实验站2018年12月27日至2019年1月7日多次污染事件的PM_2.5浓度脉动和湍流通量, 探讨PM_2.5浓度湍流特征。结果表明, 实验观测期间PM_2.5浓度湍流通量均值为0.026 μg/(m²·s); 不同污染过程中PM_2.5浓度湍流通量传输方向不同, 表明不同污染过程的污染源汇属性不同。随着湍流统计特征量(如湍流动能、水平风速标准差、垂直风速标准差、水平风速、动量通量和感热通量)增大, PM_2.5湍流垂直通量呈现指数型减小的趋势, 即先急剧减小, 然后随各变量的增长变化不大。随着PM_2.5浓度增大, 其湍流通量绝对值呈现增加趋势, 因此PM_2.5浓度湍流通量的大小与PM_2.5浓度和湍流强弱有关。不稳定条件下, PM_2.5浓度归一化标准差与稳定度参数ζ = z/L 遵循-1/3幂次关系, 即 σ_c/C_* = 6.7(-ζ)^-1/3; 稳定条件下, 实验结果相对离散。另外, PM_2.5浓度脉动方差谱曲线在高频段满足-2/3幂指数率, PM_2.5浓度脉动与垂直速度脉动的协方差谱曲线在高频段满足-4/3幂指数率。研究结果表明, 利用E-Sampler的PM_2.5浓度1 Hz高频采样功能可以得到连续且有效的PM_2.5浓度湍流通量。     

松弛涡旋累积法获取甲烷湍流通量的实验研究

基于2015年11月至2016年11月华东地区农田下垫面大气湍流和大气环境观测实验资料, 采用松弛涡旋累积法(REA)获取农田下垫面甲烷(CH₄)湍流通量, 并与涡动相关法(EC)获取的甲烷通量进行对比验证。观测期内, REA法获取的温度、水汽、二氧化碳和甲烷湍流通量的经验系数分别为0.59, 0.59, 0.59和0.58。经验系数b的中位数随归一化采样阈值H_REA的增大而减小, H_REA=0.8时各物理量的b值离散性最小。以温度T作为代理变量, 用REA法获取的CH₄湍流通量与EC法的结果具有较好的一致性, 说明REA法适用于获取CH₄湍流通量。     

珠海城郊草地通量源区分析

运用FSAM(Flux Source Area Model)模型对中山大学珠海校区综合气象观测场内涡度观测塔不同稳定度、不同时间尺度的通量源区进行分析。结果表明:(1)研究区盛行东南风,东南方向的通量数据占48.36%。(2)在90%贡献水平下,不同大气稳定度的通量源区变化范围各不相同。大气处于稳定状态下的通量源区范围较不稳定状态下大,其通量源区距观测塔最远距离可达155 m。(3)不同季节通量源区的大小也存在明显变化。当大气稳定时通量源区的大小关系为:冬秋春夏;而在大气不稳定的条件下,春、秋季节通量源区大小没有明显区别。(4)白天通量源区范围较夜间小,在12:00时观测塔所能观测到的最远距离最小,为31 m。此外,不同下垫面、不同观测高度、不同通量贡献水平(P)等都会影响通量源区的大小。由FSAM模型基本可以较准确反映珠海城郊草地的通量源区大小。     

城市不同下垫面湍流通量的观测和分析

利用榆中县2011年10月2-15日外场实验的湍流观测资料,结合天气背景,对比分析了城市同一区域内不同下垫面的动量通量、感热通量、潜热通量和CO2通量的差异特征.结果表明:草地下垫面和混凝土下垫面之间动量通量的差异较小;混凝土下垫面的感热通量整体大于草地下垫面,且在日间差异较大,差异的最大值达109.29 W/m2;草地下垫面的潜热通量在日间明显大于混凝土下垫面,差异的最大值达153.8 W/m2,夜间两下垫面潜热通量差异较小;CO2通量在排放源附近较大.     

半干旱区近地层动量热通量计算

利用兰州大学半干旱气候与环境观测站2006年12月-2007年2月铁塔观测所得的7层风、温、湿资料,采用梯度法计算了摩擦速度、摩擦温度、湍流动量通量和感热通量,并将2007年2月的通量计算值与开路涡度协方差系统观测值进行比较.结果表明:动量通昔和感热通量与稳定度有密切关系.均随稳定度的增加而减小.动量通量和感热通量均有明显的日变化,中午时段最大,夜晚最小.动量通昔无论在何种稳定度条件下均是由上向下输送;感热通量白天均是由下向上输送,夜间均是由上向下输送.在冬季,动量通量和感热通量的月平均值都是在12月最小,在2月最大,且动量通量的月平均值远小于感热通量的.2月的动量通昔散布图斜率为1.096,相关系数R为0.761;感热通量散布图斜率为1.015,相关系数R为0.957.     

均匀剪切稳定分层流动中湍流特性的数值研究

采用大涡模拟的方法,研究了均匀剪切稳定分层流动.主要对不同梯度Richardson数下湍流动量和标量输运特性进行分析研究.结果表明:随着梯度Richardson数的增大,湍流动能减小,湍流势能增大；垂向热通量和雷诺应力减弱,流向热通量增强；并且在强分层情况下,存在动量和热量的逆梯度输运现象.     

扰动近地层湍流互谱特征研究

运用国际能量平衡实验(EBEX-2000)的湍流、净辐射和温度梯度资料, 对近地层8.7 m和2.7 m两个高度的湍流互谱结构、温度廓线和湍流通量的特征进行了分析, 重点研究了逐块灌溉所致的扰动近地层内大涡与局地湍流的相互作用以及大涡对地表通量的影响。研究结果显示, 低频湍流互谱的峰值频率在两个高度趋于一致, 基本遵循外层标度律(OLS)模型; 高频湍流符合局地各向同性湍流理论。由于大涡的影响, 湍流互谱低频能量显著增强, 且该增强作用在8.7 m高度比2.7 m高度更为突出。湍流谱的低频部分出现多峰值, 峰值频率对应的涡旋尺度与热力非均匀性的尺度有较好的对应关系, 主要的3个涡旋尺度分别为800, 400和200 m。大尺度涡旋扰动对局地湍流的影响: 上层大于下层, 不稳定时大于稳定时。     

滇西高原一次强降水过程的雷达产品分析

利用新一代多普勒雷达产品和地面加密自动站等资料,对2013年8月11—12日发生在滇西高原的一次强降水过程进行分析.结果表明,此次过程是500 hPa青藏高压和副热带高压之间的两高辐合区及700 hPa西南气流影响造成;雷达图上,以层状云降水回波为主的混合降水回波,强度未超过40 dBz;雷达径向速度场存在暖平流加辐合的风场特征;低层长时间持续西南气流以及对流层中上层冷空气的入侵与强降水过程的发生及维持密切相关;利用改善的EVAD方法计算出的散度场和垂直速度场在强降水发生发展的不同时期分布不同,对降水的增强和维持有较好的指示意义.     

太阳系行星质量分布的内在规律及其成因分析

通过计算和分析发现太阳系8大行星质量分布具有内在规律:行星质量取值不是任意的,而是一些特定的数值,每个行星质量由1个或2个基本质量之和构成,基本质量取值符合233律.利用前期提出的理论对此进行了解释,认为该规律与万有引力和质量的起源有关.因为万有引力起源于大尺度微子微团的运动,其引力质量等于微子微团最大速度与广义粒子半径的乘积,在最大速度相同的情况下,微团在向内逐级嵌套过程中,相邻层次的半径具有2倍或3倍的关系,在半屏蔽的情况下形成了行星质量分布的233律.利用233律估算得到行星质量与实测符合得很好,但也存在小量误差,原因在于行星周围微子微团存在密度和压力,所产生的斥力削弱了万有引力,使得测量值略小于估算值.金星和天王星存在较大相对误差的原因就在于其周围微子微团的密度过大,也是行星存在逆向自转和金星转速极慢的原因.通过分析提出了行星形成的分裂说,认为所有行星都起源于同一母行星,该行星分裂成母木星和母土星,之后2颗行星进一步分裂,形成了4颗土系行星和4颗木系行星.     

一次暴雨过程局地水汽和热力动力条件的综合观测分析

应用多种非常规探测资料对2010年7月18日和19日大理发生的暴雨天气过程进行了分析,结果表明:GPS探测的大气可降水量对降水的发生具有较好的指示意义,大气可降水量的急剧增(减)过程,预示着降水即将出现(消亡);辐射和湍流通量在暴雨发生前,存在明显变化;风廓线雷达的水平风和垂直风在暴雨过程中有很好的指示意义.     

基于地面气象要素的贵州省大气可降水量研究

利用贵州省内的高空探测数据与地面气象要素观测数据,建立起贵州境内大气可降水量的经验计算公式.通过计算公式本身及其与其他经验公式的误差值,得出贵州境内本地经验公式计算值与探空反演值之间的误差值低于其他公式,贵阳站的年平均绝对误差为4.62 mm,威宁为3.15 mm.510月间2种计算方法的相对误差均较小（1%～6%）;112月的误差值相对偏大.贵州省内年平均大气可降水量值自1989年起到1998年呈增多的趋势,1998年开始逐渐减少,2004年起持续低于多年平均值.月际变化呈单峰型,夏季（68月）的大气可降水量值占了全年的39%.受贵州省内地形和水汽来源的影响,贵州省内大气可降水量的总体分布特征为西部、中部较低,南部边缘和东部地区较高.     

气候变化对云南省水资源影响研究进展综述

全球变暖为主要特征的气候变化已给全球水资源造成了巨大影响,气候变化对水资源的影响受到了国内外专家学者和各级领导的高度重视.简单回顾了国内外相关研究进展历程,着重论述了云南省观测到的气候变化事实,及气候变化对云南省河川径流量、河流泥沙、冰川和极端水文事件的影响,通过研究进展的综述,指出目前气候变化对云南省水资源研究中存在的问题,提出未来的研究方向,为气候变化下水资源适应性管理策略研究奠定基础.     

华东地区气候舒适度精细化估算及其分布特征研究

结合19642013年华东区域常规气象站气象观测资料与数字高程模型DEM(Digital Elevation Model),利用黄金分割舒适度指数计算方法,在GIS平台上对起伏地形下华东区域气候舒适度进行精细化空间估算,并分析其在该区域的时空分布特征,其结果可为区域气候资源开发利用提供参考.结果表明:气候舒适度在空间上其等级分布趋势为由低纬到高纬、由低海拔到高海拔、由近海到内陆而逐渐降低;在时间上春季4、5月和秋季9、10月最为舒适;从各省份来看,气候舒适度等级年内变化差异从大到小依次是山东、江苏、安徽、上海、浙江、江西和福建.气候舒适期为4个月的区域面积最大,总面积30.61万km2.     

明渠水流-水质模型的格子Boltzmann方法

建立了一个明渠水流-水质的格子Boltzmann模型(LBM),经过Chapman-Enskog展开可以得出守恒形式的二维明渠浅水动力学方程组和对流扩散方程。对于浓度场,针对各向异性的紊动扩散系数提出改进的简化LBM模型,即松弛时间在纵向和横向不一致以及平衡分布函数不含流速的二阶项,更符合宏观方程。数值模拟了污染物的非对称扩散稳态和对流扩散输送的二维稳态问题,并与理论解进行了对比,相对误差在3%以下。对于二维恒定流下事故瞬时排放污染物的动态扩散输送问题,结果较好的反映了下游取水口处浓度增值随时间变化的高斯分布,和一阶迎风有限体积通量向量分裂法(FVS)的计算结果对比相对误差不大于1.8%。本模型具有很好的并行计算性能,在环境污染模拟与预测的数值计算领域有着广阔的发展前景。     

入滇池河流柴河、宝象河与盘龙江浮游藻类多样性调查及其水质监测研究

通过对入滇池河流柴河、宝象河与盘龙江从上游到下游河段的24个样点水样水质理化指标测定与浮游藻类研究,利用生物指示法(藻类种属数、藻类密度等)与生物多样性指数法(Maglarf、Shanon-wiener、Simpson多样性指数)对3条入滇池河流进行水质监测分析.结果显示河流各样点浮游藻类多样性与各项理化指标数值没有出现从上游到下游由低到高的顺序变化.各样点理化监测指标TP值达到0.1 mg/L且TN值达到0.8 mg/L,浮游藻类能够被检出.检出藻类的10个水样中,藻类频度大于12.5%的浮游植物主要有硅藻、绿藻、蓝藻与裸藻植物,其中硅藻植物最多,频度最高包括硅藻门的舟形藻Navicula、针杆藻Synedra、小环藻Cyclotella,绿藻门的栅藻Scenedesmus、纤维藻Ankistrodesmus、新月藻Closterium较高,裸藻门的裸藻Euglena较高,蓝藻门的微囊藻Microcystis等较高.3条河的共有藻类有舟形藻Navicula、栅藻Scenedesmus、纤维藻Ankistrodesmus、裸藻Euglena、小环藻Cyclotella,多为富营养化水体指示种.3条河流中盘龙江各样点浮游藻类检出率33.3%最低,宝象河检出率50%,柴河80%最高,宝象河与柴河水样中藻量也高于盘龙江水样,盘龙江水质在近年治理后明显改善.作者认为,在河流水质监测中,浮游藻类的检出率可在一定程度上动态反映河流整体水质状况;生物多样性香农指数比其他指数在较少样本情况下,具有更好的河流水质监测识别度.