利用CloudSat和MODIS数据研究气溶胶对层积云的影响

利用CloudSat的云雷达数据研究了太平洋东部副热带地区的层积云微物理特性。结果显示, CloudSat反演的云滴数浓度在垂直方向变化很小。结合CloudSat的云雷达数据和MODIS的气溶胶数据, 研究了气溶胶对层积云的微物理特性和液态水路径的影响。结果表明: 对于相同的液态水路径, 气溶胶增加可以使得云滴的尺度减小, 但总体上对云滴尺度的影响并不显著; 由于云中液态水路径本身变化极大, 导致气溶胶对液态水路径的影响很难和云中液态水路径本身的变化分离开。此外还发现: CloudSat反演的层积云液态水路径比MODIS反演的液态水路径偏高; 层积云内液态水路径的不均一性比环境气溶胶光学厚度的不均一性大。     

浅积云中微物理特性的垂直分布对短波辐射的影响

使用大涡模拟模式获得浅积云的液态水含量和云滴有效半径的垂直廓线, 结果显示云的液态水含量和云滴有效半径均随高度的增加而增加( 垂直非均一) 。使用辐射传输模式 SBDART 研究了浅积云中微物理特性的垂直廓线对短波辐射的影响, 以及液态水路径相同时, 垂直非均一云和垂直均一云的短波辐射强迫的差异, 结果表明微物理特性的垂直廓线对云的辐射特性有很大影响。当垂直均一云的云滴有效半径约为垂直非均一云在云顶处的云滴有效半径的76% ～90% 时, 两种类型云的短波辐射强迫相当。结果说明在气候模式中对云的辐射传输特性进行参数化时, 如果假定云是垂直均一的, 则采用的云滴有效半径应该大致为实际观测的云顶云滴有效半径的76% ～90% 。对于浅积云的研究结果与以往对于层状云的研究结果一致。     

特殊地形下对WRF模式积云参数化的研究应用

以发生在地形复杂的四川地区2012年07月03日暴雨为个例,从环流形势、水汽通量和云微物理量3方面具体研究WRFV3.3版本模式7种积云方案对暴雨模拟的效果,结果表明:BMJ方案和KF方案模拟降水效果好于GD和G3D方案,TS评分表明BMJ方案和KF方案得分要远远高于其它方案,GD和G3d方案得分最低.云水混合比与雨水混合比的含量高低直接影响模式预报降水量强度,高层大气模拟值的大小对降水量预报起着主要作用.除KF方案以外,其它积云方案模拟的云水混合比发展要早于雨水混合比,随后两者几乎同步发展,云水混合比和雨水混合比值迅速增长后,降水落区和降水范围迅速扩大.最终结果表明在四川地区利用WRF模拟暴雨,积云参数化方案考虑使用KF和BMJ方案,不使用GD和G3d方案.     

浙南山区小流域WRF模式参数化方案对比与优化组合

准确的降水预报对好溪流域防洪减灾具有重要意义。本研究选取好溪流域典型降水场次,基于WRF（Weather Research and Forecasting）模式,开展云微物理过程参数化方案和积云对流参数化方案敏感性分析,优选适用于好溪流域的物理过程参数化组合方案,提高好溪流域降水预报精度。研究结果表明：云微物理过程和积云对流参数化过程的方案选择及组合对降水预报影响显著,然而没有某一种组合方案的模拟效果对于所有场次的降水都是最佳的;综合考虑所有的典型降水场次,当云微物理参数化方案选择Lin（Purdue Lin）方案、积云对流过程参数化方案选择KF（Kain-Fritsch）方案时,降水预报精度最高。     

A method for distinguishing and linking turbulent entrainment mixing and collision-coalescence in stratocumulus clouds

This paper presents a method to distinguish and link inhomogeneous mixing with subsequent ascent and collision-coalescence. Three stratocumulus clouds analyzed were collected over the U.S. Department of Energy’s Atmospheric Radiation Measurement Southern Great Plains site during the March 2000 cloud Intensive Observation Period. The criteria are presented to distinguish the two processes. Inhomogeneous mixing with subsequent ascent is identified if cloud along an aircraft horizontal leg is non-drizzling and the relationship between cloud volume-mean radius and liquid water content is negative; in contrast, drizzling and positive relationship between the above two properties are the criteria for collision-coalescence. To link the two processes, threshold function, the possibility of occurrence of collision-coalescence, is employed; the big droplets generated during the inhomogeneous mixing with subsequent ascent increase the threshold function, initiates collision-coalescence and produces drizzle drops. To the authors’ knowledge, this is the first study on distinguishing and linking inhomogeneous mixing with subsequent ascent and collision-coalescence based on observational data.     

油田三次采油中静态混合器的优选

文中选择了三种静态混合器,对它们的降解和混合进行了实验研究,得到了在不同的流速下,三种元件对质量分数为0.5%聚丙烯酰胺溶液的黏度降低率,不同浓度下三种元件压降与雷诺数的关系,以及在工业流速下(0.5m/s) ,压降与元件个数关系式(3^#元件),实际元件数与每组元件个数关系 (3^# 元件)。结果表明:三种混合元件降解和混合性能都达到了生产要求,2^#和3^#元件优于1^#元件。     

Parameterization for narrow band shortwave optical properties of water clouds

Based on the drop size distribution models built from the observational data of microphysical properties of water clouds, the relationships between the optical properties and microphysical characteristics of water clouds have been investigated, and some different parameterization schemes of cloud optical properties have been analyzed. It is found that with the parameterization scheme, in addition to the equivalent radius, also including the mean radius of cloud droplet size distribution, the role of small cloud drops might be able to be considered more properly and better accuracies of parameterization calculation of cloud optical properties can be obtained, compared with that of using only the equivalent radius as parameter.     

中尺度模式湍流参数化的比较研究

在中尺度区域模式MM4的基础上对其中的湍流参数化方法作了改进,尝试用非局地闭合方法代替局地 K 闭合处理湍流扩散问题,分别以原MM4中有云和无云的水份处理方案作为控制方案。比较的结果证明,非局地方法若要应用于实际预报,还需要作较大的改进,主要是针对决定过渡矩阵的非局地混合潜势。目前的过渡矩阵表达方式使物理量在空间的分布不合理地过于均匀,造成了降水量的减少。     

一次层状云人工增雨过程的数值模拟研究

模拟分析了河南南阳一次层状云人工增雨过程的自然云和催化云的微物理过程.结果表明自然云内冰晶含量很少,冰相过程不活跃,消耗水汽较少,大滴形成较为困难,降水效率低,降水强度出现过2次峰值.通过对自然云的模拟分析可以得出合适的催化部位,一般在过冷水含量较大,温度较低,云稳定维持阶段(模拟第52分)开始播撒,催化位置为(18 ...     

高温气冷实验堆堆底流道的热混合性能

高温气冷实验堆（ＨＴＲ－１０）堆底流道结构的作用之一是使径向温度分布不均匀的堆芯出口冷却剂得到足够的热混合。在相似模型上进行的试验研究表明，在对应ＨＴＲ－１０正常运行时的冷热气进口流量比为１：０．７４６情况下，堆底流道结构能使冷却剂的温度混合程度和均匀程度分别达９４％和９８．４％以上，再流过热气导管后，即到达热交换器之前，这两个值分别达到９８％和９９．６％。在稍作简化的模型上进行的试验表明，进口流量比对流道的热混合性能影响不大，在进口热冷流量比为０．５～２范围内所得到的温度混合程度在流量比为１时有最大值并在两侧显示出一定对称性的分布，其值在９１％～９５％之间。     

Water activity as the determinant for homogeneous ice nucleation in aqueous solutions

The unique properties of water in the supercooled (metastable) state are not fully understood. In particular, the effects of solutes and mechanical pressure on the kinetics of the liquid-to-solid phase transition of supercooled water and aqueous solutions to ice have remained unresolved. Here we show from experimental data that the homogeneous nucleation of ice from supercooled aqueous solutions is independent of the nature of the solute, but depends only on the water activity of the solution--that is, the ratio between the water vapour pressures of the solution and of pure water under the same conditions. In addition, we show that the presence of solutes and the application of pressure have a very similar effect on ice nucleation. We present a thermodynamic theory for homogeneous ice nucleation, which expresses the nucleation rate coefficient as a function of water activity and pressure. Recent observations from clouds containing ice are in good agreement with our theory and our results should help to overcome one of the main weaknesses of numerical models of the atmosphere, the formulation of cloud processes.     

部分水深平均二维计算模型的研究

通过研究天然河流中瞬时源排放近区垂向混合规律,建立了部分水深平均二维计算模型,推导得出瞬时点源垂向均匀混合的纵向距离及垂向部分混合水深的理论表达式,并建立线源排放垂向均匀混合的给 距离及垂向部分混合水深的函数关系,把上述成果引入了部分水深平均二维计算模型,将其应用于长江口段罗丹明示踪剂瞬时源排放浓度场的计算中,计算结果与现场趾监测资料及全场水深平均二维模型的计算值进行比较,可看出部分水深平均模型计算值与实测值证较好,而全水深平均模型的计算值在近排口范围内与实测值相关较大。     

由混合序列生成的线性过程加权和的极限定理

假设线性过程Xt=∑〖DD(〗∞〖〗j=0〖DD)〗ajξt-j, t≥1, 其中{ξt,t∈Z}为一零均值的混合序列, {aj, j≥0}为一实数序列, 满足∑〖DD(〗∞〖〗j=0〖DD)〗j〖JB(|〗aj〖JB)|〗<∞, {ani,1≤i≤n,n≥1}为一实值的三角阵列, 在适当的假设条件下, 利用混合序列的中心极限定理及相应的概率不等式, 证明了由混合序列生成线性过程加权和的极限定理.     

由强混合序列生成的移动平均过程的矩完全收敛性

设{Yi,-∞i∞}为一同分布的强混合随机变量序列,{ai,-∞i∞}为一绝对可和的实数序列.利用强混合序列的矩不等式及缓变函数的性质,在适当的条件下得到了由强混合序列生成的移动平均过程的矩完全收敛性和强大数定律.     

含滩地交汇河道水动力特性与掺混特征数值模拟

为研究滩地对河道交汇区水动力特性以及物质输移的影响，建立了含滩地河道交汇区的三维水动力-污染物耦合数值模型，模拟并分析了不同高度和宽度的滩地对交汇区水流结构及污染物横向掺混的影响。研究结果表明：支汊滩地引起的侧向入流垂向动量重分布，对交汇区的双螺旋流结构，污染物横向扩散范围以及掺混层的位置、形态特征和宽度等均有显著影响；支流侧二次流强度和范围随着滩地高度的增加而增大，滩地展宽使支流侧二次流向左岸偏移、强度增大；污染物混合程度与二次流密切相关，二次流的强度、位置和范围均对物质掺混速率有重要的影响，二次流的强度越高、范围越大、位置越接近掺混层，污染物掺混速率越快。     

U-Mo微球与Al粉的混合工艺研究

采用垂直行星分罐式混料机进行U-Mo微球与Al粉混合,系统研究了混合时间、混合转速和料罐填充率对物料混合度的影响,并设计正交试验分析三因素对物料混合度的影响程度.采用变异系数法和体视显微镜分析了混合物料的混合度和微观形貌.结果表明,最佳混合工艺参数为:混合时间90min、混合转速30r/min和料罐填充率30%,其物料混合度为93.6%;三种混合因素对混合度的影响程度为:混合时间料罐填充率混合转速.     

钝体回流区二次风掺混实验研究

针对装有钝体燃烧器的燃煤粉锅炉，就其二次风对一次风喷口内回流区的掺混影响进行了一系列冷态实验研究．结果表明，二次风对回流区的影响主要表现在：限制了大空间卷吸进来的质量，加强了一次风内回流作用，使一次风主流轴线向内弯曲，使回流区缩短，同时对回流区尾部产生一定的掺混影响．这些影响的强弱程度与喷口间的相对距离和二次风的流速有关．研究结果将对实际煤粉锅炉一、二次风喷口距离和一次风量的选择有一定参考价值．     

Deep convective clouds with sustained supercooled liquid water down to -37.5 degrees C

In cirrus and orographic wave clouds, highly supercooled water has been observed in small quantities (less than 0.15 g m(-3)). This high degree of supercooling was attributed to the small droplet size and the lack of ice nuclei at the heights of these clouds. For deep convective clouds, which have much larger droplets near their tops and which take in aerosols from near the ground, no such measurements have hitherto been reported. However, satellite data suggest that highly supercooled water (down to -38 degrees C) frequently occurs in vigorous continental convective storms. Here we report in situ measurements in deep convective clouds from an aircraft, showing that most of the condensed water remains liquid down to -37.5 degrees C. The droplets reach a median volume diameter of 17 microm and amount to 1.8 gm(-3), one order of magnitude more than previously reported. At slightly colder temperatures only ice was found, suggesting homogeneous freezing. Because of the poor knowledge of mixed-phase cloud processes, the simulation of clouds using numerical models is difficult at present. Our observations will help to understand these cloud processes, such as rainfall, hail, and cloud electrification, together with their implications for the climate system.     

基坑开挖变形的颗粒流数值模拟

采用基于散体介质特性建立的颗粒流细观力学数值方法,通过二次开发对重力式搅拌桩围护基坑的开挖过程和宏细观力学响应进行了研究.结合具体工程,基于相似理论建立了基坑的数值模型,通过双轴试验确定了土的细观力学参数,将土体细观结构特征和宏观力学响应联系起来,重点分析了开挖过程中基坑外土体沉降、基坑内土体隆起及围护桩水平位移等变化规律,模拟结果与实测结果具有较好的一致性,初步验证了用颗粒流方法模拟基坑开挖的可行性,也为从微细观角度研究围护结构和土相互作用机理提供了新的途径.