登陆台风中的中尺度对流系统的数值研究

应用Penn State/NCAR高分辨率中尺度模式MM5,成功模拟出1996-08-03 到 05 Herb(1996)台风登陆后,发生在河北及周边地区台风低压暴雨中的两个连续发展的中α尺度对流系统的演变和结构,它们与降水量实况有很好地对应。由此根据模式输出结果分析了这两个中尺度对流系统(MCS)的中尺度结构和特点,最后给出了登陆台风低压暴雨的MCS结构模型;在MCS成熟期,低层大尺度的低空急流(LLJ)中出现中尺度扰动,即中尺度低空急流(mLLJ), mLLJ的左前方产生强辐合和上升运动,在上升气流的高空出流区域产生中尺度高空急流(mULJ),这种mULJ在常规观测资料中被验证。mULJ的右后方有强辐散发生。     

2007年夏季河套地区两次区域性大暴雨过程模拟分析

以2007年夏季发生在河套地区的两次大暴雨天气过程为对象,利用MM5中尺度数值预报模式对其发生发展过程进行数值模拟,通过与实况对比,表明模式对暴雨落区的模拟是成功,然后利用模式输出结果对暴雨形成机制在影响天气系统、水汽输送、不稳定层结和动力条件等方面进行了诊断分析。结果表明,两次大暴雨都发生中高纬十分稳定的环流形势下,在第一次暴雨过程中,西北涡和低空西南急流是其主要影响系统,低涡东侧的辐合和低层暖湿气流为暴雨的发生提供了良好的动力和水汽条件;在第二次暴雨过程中,500hPa切变线为其主要影响系统,高层强烈的抽吸作用为暴雨区提供了强劲的上升运动,弱冷空气与低层暖湿气流之间形成强烈位势不稳定为暴雨的发生发展提供有利的条件。第一次暴雨过程中一直有高通量水汽输入,水汽由来自孟加拉湾和南海的两股偏南气流合并而成;第二次暴雨过程的水汽有台风"帕布"东北侧的偏东气流输送。与第一次暴雨过程无冷空气作用不同,第二次暴雨过程中由于有弱冷空气侵入触发了不稳定能量释放,更有利于暴雨的产生和形成。低层螺旋度正值区与未来12～18h暴雨落区有较好的对应关系,暴雨区高层为螺旋度负值区,螺旋度这种高低层耦合是触发和维持暴雨的动力机制。     

与低空急流相伴的暴雨天气诊断分析

 对1998年5月～2002年5月7例与低空急流相伴的云南全省性暴雨过程进行了合成诊断分析.结果表明:临近暴雨发生时,西南低空急流的形成应是云南暴雨产生的主要原因,暴雨天气通常出现在低空急流北侧风矢呈气旋性弯曲、风速递减的梯度十分明显的区域内;低空急流对于水汽和能量的输送起非常重要的作用,它一方面为暴雨的产生提供了所需要的大量水汽,另一方面又使得暴雨区低层大气增湿增暖,从而引起对流不稳定加强,为暴雨的发生提供大量的不稳定能量.湿位涡分析表明,暴雨发生前,冷暖空气在云南交汇,使大气温湿结构发生变化,θ_e等值面坡度加大,当低空急流移向对流不稳定区时,便有气旋性涡度剧烈发展,导致暴雨天气的发生.     

中国暴雨时期热带低空急流与高空急流的特征

在1971—1983年之间,长江中上游出现56次暴雨,据此,求出暴雨的日雨量与24小时前印度季风区各站850hPa和200hPa纬向风的相关系数分布图,得出暴雨与南亚低空急流和高空急流存在着很高的相关关系。进而对其中3次暴雨过程低空和高空流场及空间结构进行了分析,其形势十分相似。暴雨期间,索马里低空急流和阿拉伯海高空东风急流强而稳定,高低空散度场也较强。沿经圈剖面的季风环流圈、哈得来环流圈和中纬度环流圈都十分显著。当低空和高空急流减弱时,暴雨也明显减弱。     

一次低空急流影响下滇西地区冬季强降水天气分析

利用常规观测资料和大理边界层风廓线资料,对2008年1月26～27日低空急流影响下滇西地区冬季强降水天气进行分析.结果表明:南支槽是主要影响系统,槽前的西南低空急流一方面为强降水区输送源源不断的暖湿空气,另一方面在暴雨区产生强辐合,强降水发生在水汽通量散度小于-20×10-8 g.hPa-1.cm-2.s-1的区域,水汽辐合与辐散相伴出现,强降水落区与水汽通量大值区及全风速大值区有很好的对应关系.低空急流出现最强时低层辐合、高层辐散及垂直速度也达到最强;高低空急流的脉动对强降水有一定的指示意义,低空急流的脉动与强降水之间存在密切关系,高空急流较低空急流的下传明显提前2～3 h,低空西南急流向下扩展的同时,可能存在动量下传,引起低空扰动加强.     

德兴“6.15”特大暴雨天气过程的特征分析

利用高空和地面观测资料、WRF数值模式和IHR_LAPS系统资料,对2011年6月15日特大暴雨过程的环境场及物理量特征进行综合分析,结果表明:(1)低涡切变线、中高层冷温槽,以及与高空急流的合理配置,加强了暴雨区垂直环流发展,使降水区形成高空辐散、低空辐合的流场特征,促进了强降水的产生;(2)低层强而持续的水汽输送是产生强降水和大暴雨必需的水汽条件;(3)强降水区域对流有效位能大值区与暴雨中心相对应,对流有效位能的时空变化能较好地反映暴雨的时空演变特征;(4)地面温度密集区的存在,温度梯度锋稳定少动,有利于地面中尺度辐合的形成、发展和维持,有利于强降雨的发生;(5)暴雨产生在中低层螺旋度中心和不稳定能量高能区中,局地螺旋度大值中心的高低层耦合叠加且持续,对暴雨的落区及预报有指示意义。     

2013年初夏河南一次区域性暴雨天气过程的分析

利用常规资料和NCEP再分析资料,对2013年5月25—26日河南省区域性暴雨过程的环流形势、水汽条件和垂直螺旋度进行了分析,结果发现:西南涡沿切变线移出是暴雨形成的诱因,中低层低涡与涡前持续的低空急流为暴雨的产生提供有利的大尺度天气背景条件.700 hPa水汽通量变化对强降水落区有一定的指示作用,暴雨区一般位于水汽通量大值中心附近和前端等值线梯度密集带内;水汽通量辐合增强增厚降水增强.强降水多位于垂直螺旋度正大值中心附近和长轴两侧.     

“2010.12.11”云南冬季暴雨成因分析

 应用常规观测资料、FY-2C卫星云图和NCEP再分析资料,通过诊断分析研究了2010年12月11日发生在滇中及以南地区的云南暴雨天气过程.结果发现,这次冬季暴雨天气过程发生在有利的环流背景下,ITCZ位置偏北较活跃,孟湾存在大片对流云系,中印度洋10°N附近存在一支异常的大尺度西南气流,孟加拉湾低层有一个热带气旋生成,在卫星云图上表现出明显的气旋式云系,孟湾热带气旋和90°E附近的南支槽及槽前西南低空急流东移造成了这次暴雨天气过程;引发暴雨的水汽和能量由低空急流从孟加拉湾输送而来,充沛的水汽在云南上空强烈辐合,暴雨区θ_se呈陡立状,暴雨发生在低层辐合高层辐散的上升运动区,水汽通量散度辐合区和湿Q矢量辐合区与暴雨区对应较好.     

2019年6月江西2次强暴雨过程物理机制对比分析

为研究江西梅雨期暴雨的特点,利用常规观测资料、NCEP FNL再分析资料等对2019年6月9日和6月22日出现的2次区域性强暴雨天气过程进行了对比分析.结果表明:高空均处南亚高压东北侧脊线附近的反气旋环流辐散区中,500 hPa中层中高纬均为两槽一脊的形势,东北冷涡中心引出的东亚大槽引导槽后干冷空气南下,中低纬副热带高压稳定维持,中低层均有切变、低涡和低空急流配合是2次暴雨过程共同的环流背景特征;2次过程均存在对流性不稳定层结,利于暴雨强降水天气的出现,只是热力机制强度不同;低层切变、低涡和低空西南急流的共同作用是2次暴雨过程中相同的动力触发机制,水汽和稳定度条件满足的情况下,即使只是近地层的辐合抬升,也能触发不稳定能量的释放而造成强对流天气;低层切变、低空西南急流左侧或左前方强中心辐合带的位置是预报暴雨带位置的关键因素.     

抚州市一次连续性暴雨过程分析

利用常规气象资料,T639数值预报产品等资料对2014年6月19-22日抚州市出现连续性暴雨形成机制进行分析,结果表明:此次暴雨是在中高纬"两槽一脊"环流背景下产生,而中低层持续强劲的西南急流是这次暴雨的主要触发系统,持续的低空急流为暴雨区输送充足的水汽和不稳定能量,急流最大风速出口区辐合为暴雨形成提供了辐合上升的动力条件。过程期间,高低空散度场配置以及低空正涡度中心与强辐合区的叠加,表明在暴雨区内存在着大气上升运动。在大气处于高度不稳定状态下,地面存在辐合扰动,有利于中尺度对流系统的发生发展。     

水力射流降低井底压差技术

降低井底压差,减小岩屑的压持效应,可以显著提高钻井的机械钻速。根据射流式水力降压技术的原理,结合环空射流泵、射流降压短节和射流泵钻头等射流降压工具的发展现状,提出一种新型的环形射流泵结构,采用混合网格数值计算的方法对影响其降压性能的关键因素进行分析。结果表明:井底流体的回流是导致射流泵钻头降压效果变差的主要原因,回流量与井壁间隙成正比,与反向喷嘴的轴向倾角成反比;密封钻头与井壁间的间隙是提高射流泵钻头性能的关键;新型涡流-射流混合降压钻头可降压0.45～0.88 MPa,是现有射流式射流泵钻头降压效果的3～4倍。     

药型罩锥角和壁厚对聚能射流速度影响的分析

本文采用数值模拟方法,对药型罩结构进行优化设计,建立了金属射流形成过程计算模型,采用自适应网格技术,计算分析了不同锥角和壁厚对聚能装药射流速度的影响. 设计了射流穿靶实验,采用靶网测速法测量了金属射流的速度,通过观察金属射流形成的杵体及侵彻靶板的孔径,获得了金属射流的直径. 结果表明设计的聚能装药射流在炸高40 mm处的平均速度为7800 m/s,射流直径为7.55 mm左右.     

夸克喷注和胶子喷注内部动力学起伏的蒙特卡洛研究

用改进的角度法则从3-喷注事件中挑选出胶子喷注和夸克喷注，直接对这两种喷注中的动力学起伏的特性进行了蒙特卡洛研究，发现在Pt方向上夸克喷注内部的动力学起伏比胶子喷注内部的动力学起伏要强，从而给出了夸克和胶子在强子化碎裂过程中的动力学性质上的区别。     

脉冲射流喷嘴机理及水力特性研究

在对新型射流机理探讨的基础上,研究了脉冲射流喷嘴的机理和水力能量关系,得出了计算式.结果表明,脉冲喷嘴的瞬时高频射流所获能量是低频射流的2.558倍,是连续射流的1.438倍. 还得出了脉冲射流喷嘴的水马力和冲击力的计算式.为脉冲射流喷嘴的应用及进一步研究,提供了理论依据.     

辨别胶子喷注和夸克喷注的能量法则研究

用蒙特卡洛方法研究了e^ e湮灭产生的3-喷注事件,将强子3-喷注按能量排序并通过与部分子层次的3-喷注配对来辨别胶子喷注和夸克喷注．分析了能量法则挑选喷注的纯度;用改进后的能量法则计算了3-喷注事件中的三个喷注的平均多重数,平均横动量随喷注能量的分布以及胶子喷注和夸克喷注的平均多重数之比和平均横动量之比．并与角度法则的相应结果进行了比较．结果显示用改进后的能量法则挑选喷注的方法是可行的．     

正反夸克喷注中非线性动力学性质的研究

用蒙特卡洛方法研究了在部分子层次上从91.2 GeV e+e-碰撞产生的2-喷注事件中被区分出来的夸克喷注和反夸克喷注中的动力学起伏, 结果发现在这2种喷注中都存在一个转变点, 由此得到了确定实验中可见喷注的一个物理标度.     

飞机除冰车蒸汽射流喷头结构优化设计

采用蒸汽射流技术对飞机机身进行除冰,对蒸汽喷头的结构进行优化设计,喷嘴采用均匀分布的方式进行研究首先对水平喷射面的喷头进行仿真分析,运用FLUENT软件对奇偶数量的喷嘴进行仿真研究,对温度场进行分析,奇数型优于偶数型但是除冰效果提升并不明显,其次对弧形喷射面的喷头进行分析,三弧形优于四弧形,四弧形优于平面型,三弧形喷嘴偶数分布的射流干扰低于技术分布,最后对喷头的除冰效果进行实验验证,得出结论：三弧形偶数喷嘴排布的喷头射流仿真模型的温度场射流干扰小,计算区域内的平均温度较高,冰层剩余量最小能提高整车除冰的工作效率。     

双股高速燃气射流在液体中扩展及相互作用的实验研究

设计了多级渐扩形和矩形观察室,借助高速录像系统研究了双股高速燃气流喷入液体中的扩展及相互作用过程.探讨了喷孔直径、喷孔间距、喷射气压等参数变化对射流扩展形态的影响.结果表明:渐扩结构中较大的渐扩尺寸比能抑制射流扩展过程中的不稳定性;喷射压力越大,射流轴向扩展速度越大,射流的不稳定性越强;和矩形结构相比,同样的工况下,渐扩结构射流轴向速度较小,径向速度较大.     

油井中磨料射流割缝机理研究

研究了油田油井中磨料射流割缝的机理,阐明了磨料射流割缝时流体在缝隙中流动的状态,讨论了水力喷砂割缝时射流流动情况,认为在套管中对套管割缝时系自由淹没射流,说明了油井中磨料射流割缝是三面附壁复合射流的原理,解释了不同材料在高压水射流作用下的破坏形式和为什么淹没磨料射流在压力很低的情况下仍然能够将靶距为1000mm以外的5mm钢板击穿。     

脉冲水气射流的实验研究

提出了一种可以产生振荡脉冲水气射流的新型脉冲射流装置,并用它对抗压强度为30MPa的白砂砖进行了冲蚀试验。为了便于比较,绘制了脉冲水气射流、振荡脉冲射流和常规射流的冲蚀效应随靶距变化的曲线,同时分析了脉冲水气射流冲蚀效应优于其他两种射流的原因。