斜压大气中尺度半平衡和准平衡动力学模式

分析了中尺度大气运动的物理特征,指出非平衡强迫运动是引起中尺度重要天气演变的根本原因。中尺度动力学方程组是中尺度动力学理论研究的基础,因此,结合中尺度大气运动的基本特征,依据严格的尺度分析理论和摄动理论,简化基于流体力学和热力学的大气动力学方程组,使之能够恰当地描述出中尺度运动的基本特征,对于中尺度动力学的发展是极为必要的。基于非线性平衡方程所得到半平衡模式和准平衡模式分别与半地转模式和准地转模式极为相似,它们可以较精确地描述中尺度大气运动的基本特征,因而,可作为中尺度动力学研究的理论基础。将准平衡动力学模式应用于中尺度涡旋系统的研究,结论表明中尺度平衡涡旋系统主要是受梯度风控制,其流场和气压场的发展演变则由一个演化方程来描写,获得了较为理想的结果。     

北方地区春冬季雾天边界层结构及其演变规律的对比研究

利用1999年北京南郊开展的大气边界层实验资料,对比分析了春冬两季雾天气过程中大气边界层风速、温度和湿度廓线结构及其伴随雾生消过程的演变规律,揭示了雾的生消与风速极值、夜间逆温层厚度等气象要素的关系规律,讨论了雾的生消对大气边界层演变过程的影响。结果可为提高雾天气预测和人工影响雾天气提供基础。     

大气波动不稳定与林区降水分布(Ⅰ)

<正>本文从描述大气运动的涡度方程出发,用参数展开法求得二维平面运动的波动解。指出在气流受到森林或林区山地的阻挡时,在林区中心线两侧,可以形成不同类型的水平气流切变,这种气流切变通过产生波动不稳定能量而造成了林区降水的特殊分布。当基本气流为西风气流时,平地林区中心线北侧降水量明显大于南侧;对于山地林区,这种因气流切变造成的波动不稳定能量使得偏北坡降水日数增多,甚至多于水气含量较充沛的偏南坡。用我国小兴安岭林区和长白山林区的降水资料分别作为平地和山地的代表,对上述理论结果作了验证,得出了令人满意的结果。     

天津地区雾天不同高度湍流输送特征的实验研究

利用天津 255 米气象塔层大气边界层观测资料, 分析雾日各气象要素的特征, 研究湍流输送规律。结果表明: 雾前, 大气湿度较大, 逆温层高度约为 100 m, 辐射雾发生前的逆温强于平流雾; 雾中, 逆温层持续变强、增厚; 雾后, 逆温层出现抬升, 大气呈近中性偏不稳定的层结特征。辐射雾过程的逆温现象比平流雾明显; 辐射雾雾顶较低, 平流雾较高; 辐射雾的消散主要受温度影响, 平流雾主要受风速影响。雾天气过程改变了大气层结结构, 夜间可能呈现不稳定层结状态; 雾前和雾中不同高度的湍流垂直输送微弱, 雾过程后期的水平输送突然增强。辐射雾雾前不同高度的平均动能数值较小, 雾中呈增大趋势, 雾消散阶段逐渐增大, 湍流动能的增大是影响辐射雾消散的重要因素。雾前不同高度平均动能与湍流动能比值的突然增大可能是雾发生的湍流信号之一, 比值剧增之后降至雾前水平则为雾消散的信号。     

山谷环流的二维数值模拟

建立一个采用地形跟随坐标系,能适用于复杂地形的边界层数值模拟的二维静力平衡大气模式．模式只需要单点探空资料及高层地转风资料作为初始条件．利用该模式对祁连山引起的山谷风环流进行模拟研究,试验结果表明在早晨有较强的下坡风,厚度为１０００ｍ;而在下午表现为谷风,厚度为８００ｍ．     

非等温湍流射流中脉动量的耗散规律

本文利用具有高频响应的恒温热线和恒流冷线的组合探头对非等温湍流圆形射流中的湍流脉动动能和脉动温度的耗散率(ε,ε_θ)及其分布规律进行了测量.结果证实了由满足自模条件导出的Taylor微尺度和湍动能耗散率在射流中心线上的变化关系是成立的.推导了中心线上湍流温度耗散率的表达式并得到了较好的结果.     

平流雾过程湍流微结构与能量输送的分析研究

利用天津255m气象塔大气边界层实验资料, 分析了2006 年2 月一次平流雾过程湍流微结构及能量输送的演变特征, 并结合冷锋过境、晴朗小风及轻雾等天气条件, 讨论了雾过程中湍流动能特征。得到:雾中各向风速能谱密度峰值频率偏于高频段, 雾前和雾后风速能谱峰值频率偏向于低频段; 与速度能谱相比较, 雾形成前期, 温度谱峰值频率的变化大于速度谱; 雾消散期间, 温度谱峰值频率比速度谱峰值频率更偏向于低频; 雾过程中, 平均动能较小, 但湍流扰动活跃, 湍流动量输送以垂直方向为主; 平均动能和湍流动能在雾前 出现异常增强, 这可能是平流雾的启动信号。     

崩塌滚石消能桩结构设计计算方法

提出了一种利用桩-土材料的弹塑性性质,将崩塌滚石的冲击动能转化为土体和桩体的弹塑性变形,从而降低崩塌滚石运动速度,拦截滚石的消能桩结构.基于能量守恒定律和弹性地基梁法,推导了消能桩系统在滚石冲击作用下的变形计算公式.对于消能桩的设计,根据勘察资料获取滚石的粒径、下落高度并考虑坡面条件等因素可以估算其运动动能,采用推导公式可计算出消能桩在给定控制变形量条件下的耗能量,从而可以确定消能桩的设计.通过两个崩塌滚石实例对计算模型的运用进行说明,实例计算结果也表明了计算模型具有较好的实用性.     

暴雨中尺度环境场的总动能收支

利用一套分辨率较高的中尺度实验观测资料,对一次暴雨过程的中尺度环境场进行了总动能平衡的诊断研究,讨论了对流活跃和非活跃两个时期动能平衡过程的差异．结果表明,暴雨的能量过程很活跃,非地转运动的绝热耗损和动能的向外界辐散是暴雨过程的主要能汇,而次网格尺度向网格尺度的运动动能转换,是环境场动能的主要能源;暴雨区对流层高层的能量过程比低层活跃,高层急流对环境场动能平衡过程有很大作用．比较对流活跃和非活跃２个时次的动能平衡过程发现,暴雨过程的动能平衡与对流强度变化有联系,２个不同时段的动能平衡过程有差异,尤其在中层这种差异更明显．     

基于边界层理论的建筑结构风致内压理论研究

由于单一开洞建筑结构风致内压是由黏性有旋的湍流流体引起的,伯努利方程显然不能完全适用于此种情况,因此采用边界层微分方程并结合湍流的半经验理论——混合长度理论——重新推导了风致内压控制方程,定义了新的能量损失系数及其具体表达式.采用标准四阶四段龙格-库塔数值计算方法求解内压控制方程,分析了能量损失系数对新方程计算结果的影响,并与经验公式的计算结果进行对比.研究结果表明,内压的能量耗散是由湍流扩散项引起的,进一步明确了洞口能量耗散的物理意义.