三维对流云模式对成都一次强对流天气过程的数值模拟研究

为了对发生于2008年9月23日成都的强对流天气有更多的认识,利用三维对流云模式对其进行数值模拟研究.结果表明:该模式可以较好地模拟出强对流天气各主要的宏观发展阶段的特征,以及云中水成物固、液相粒子转化的微观特征;强上升气流与充足的水汽含量是系统中强对流单体的旺盛发展的基本条件;在该强对流天气过程中,固态水成物粒子的累积和融化对于降水的贡献都是十分明显的.     

强对流天气的数值模拟试验

将 RAMS中尺度模式从 VAX/VMX平台移植到 Win95/NT平台 ,并结合中尺度天气系统的特点 ,自行研制了与该模式相配套的前后处理技术 ,从而在 586高档微机上建立了强对流天气中β尺度数值模拟系统。并利用本系统就均匀初始场、加密观测资料和常规报文资料作为非均匀初始场分别进行了模拟试验。结果表明 :移植是成功的 ,系统能够模拟出对流系统的发生、发展和演变及其宏、微观结构 ;强对流系统出现时往往对应上升和下沉气流都比较强、变化剧烈 ;系统提供的最大垂直速度、总动能和各种水物质极值随时间的演变都是很好的对流发生、发展的征兆因子     

机场附近低空风切变的数值模拟预测

分别采用Navier-Stokes方程和镜像对称的方法,对机场区域附近发生低空风切变时所形成的三维流场进行了数值模拟;并根据结果对风切变发生的位置和强度提供有效的预测.计算结果表明,模型预测具有较好的可靠性和实用性.     

2008年"2.28"低纬高原强对流成因诊断与数值模拟

 利用常规观测、NCEP1°×1°再分析资料和中尺度WRF模式,对低纬高原云南2008年"2.28"强对流进行成因诊断和数值模拟研究,结果表明:此次复杂强对流在春季低温冷冻灾害和位势稳定背景下,由强垂直风切变、低层潮湿和足够水汽供应以及强抬升机制共同作用造成.过程中,强对流由强斜压不稳定释放诱发在低层湿舌附近;冰雹、雷雪上空-20 ℃温度层在450hPa层上少动, 0~-20 ℃温度梯度是冰雹大于雷雪的;降雹的饱和水汽团高度比雷雪高;垂直干位涡反映了对流层高层强位涡高值的强干冷西北气流向低层、低纬传送和中低层小位涡西南暖湿急流交汇特征.WRF模拟结果佐证了位势稳定条件下存在强垂直风切变会发生剧烈对流的事实,水平风、抬升凝结高度和最大对流有效位能等可为判断云南有无强对流及其种类提供参考依据.     

北京首都国际机场低空风切变观测分析和数值模拟

利用2007-2008年北京首都国际机场气象观测资料和低空风切变的航空记录资料,统计分析了首都国际机场背景风特征和发生低空风切变时的风特征,并针对影响航空飞行安全的低空风切变个例分析了高空形势场,利用中尺度数值模式模拟了低空风切变的发展过程.主要结论有:两年间首都国际机场平均风速冬春季较大,风向主要为西北和东南方向,出现大风的频率也较夏秋季高;低空风切变主要发生在冬春两季,发生时近地面风速在11～15 m/s,风向为西北方向,主要由大气运动本身的变化造成,环流分析更加明确大尺度运动系统过境对低空风切变诱发的影响;数值模式不仅模拟出首都国际机场的低空风切变,还模拟出低空风切变自西北向东南方向的发展过程,其中,高空动量下传可能是诱发机场低空风切变的重要机制.     

三维冰雹云模式对重庆一次冰雹天气过程的数值模拟研究

利用三维冰雹云模式对2007年4月17日凌晨发生在沙坪坝的冰雹天气进行了数值模拟,结果显示:模式能够反映云体发展进程中的宏观动力学过程以及微物理过程.宏观方面:能够模拟出冰雹云发生、发展、成熟、消散的过程,在发展初期,对流层低层为气旋上升区,在冰雹云发展的成熟阶段,低层辐合达到最大,之后随着云体的消散,低层出现辐散下沉气流;微物理方面:能够模拟出各阶段的水汽混合比,固体水成物粒子之间的转化、增长过程.在80 min时,对累积量分析可知,霰粒自动转化为冰雹、雹碰冻云水增长、雹碰冻霰增长三种过程是形成雹的主要过程,分别占到雹总生成量的84％,9％,4％;固态水成物粒子的积累过程和融化过程对降水有重要贡献.     

灾害性天气预报示范计划技术进展

在全球气候变化背景下,灾害性天气越来越危及世界各国尤其是发展中国家的可持续发展,准确和可靠的气象预报和预警信息至关重要。介绍了世界气象组织灾害性天气预报示范计划从最初的概念到各区域子计划的发展现状,分别从全球确定性数值模式、区域数值模式、集合预报系统和气象卫星资料应用回顾了灾害性天气预报技术的进展,以及国内外主要气象中心各数值模式和业务系统的基本特征,并分析了目前灾害性天气预报示范计划发展面临的挑战。结合全球气象发展战略和技术趋势,展望了该计划及数值模式技术应用的未来发展。     

灾害性天气预报示范计划技术进展

 在全球气候变化背景下，灾害性天气越来越危及世界各国尤其是发展中国家的可持续发展，准确和可靠的气象预报和预警信息至关重要。介绍了世界气象组织灾害性天气预报示范计划从最初的概念到各区域子计划的发展现状，分别从全球确定性数值模式、区域数值模式、集合预报系统和气象卫星资料应用回顾了灾害性天气预报技术的进展，以及国内外主要气象中心各数值模式和业务系统的基本特征，并分析了目前灾害性天气预报示范计划发展面临的挑战。结合全球气象发展战略和技术趋势，展望了该计划及数值模式技术应用的未来发展。     

山脉地形下击暴流风场数值模拟

山区是下击暴流多发区域,为了研究下击暴流作用下连续山脉地形的风场特性,采用大涡模拟(LES)分析了山脉高度、间距等地貌因素对特征位置风场的影响.结果表明:山脉高度大于50 m时,山脚及山顶位置径向极值风速的大小随山脉高度增加而逐渐减小;山顶的加速效应主要受山高影响,其加速因子在近地面较大,而山脚的加速效应在上部空间较大;双山脉时,后山脉对前山脉湍流度的变化影响不明显,后山脉的湍流度呈现出随山脉间距扩大而先增大后减小、随前山脉高度增加而逐渐增大的变化规律.     

一个改进的中尺度模式对风场的诊断分析

采用σ坐标系,引入地形和非绝热加热作用,以水平动量方程和由热力学定律得出的温度倾向方程为基本方程组,对地面风场进行诊断分析,研究了有地形和非绝热加热共同作用情况下的表面风场和温度场的分布特征。并用该模式对1979年6月份昆明地区两次暴雨天气过程进行数值实验,得出了有地形和非绝热加热情况下风场的分布与降水区的对应关系。     

多普勒天气雷达风场探测数值模拟

大量的实际探测资料证明,冷暖平流常和大尺度的辐合辐散结合在一起。本文用数值模拟方法,分析了这种复合风场的多普勒径向速度特征,同时分析了雨滴下落速度对这些特征的影响,应用数值模拟得到的散度变化图表,从雷达PPI图像中,可以初步定量分析出各高度的辐合(散)值的大小。     

风力机扩散放大器的数值分析与风洞实验研究

用CFD技术并使用FLUENT软件，采用二维模型对无叶轮风力机扩散器内部压力场、速度场进行数值模拟和风洞实验．计算不同风速时的渐扩直壁型、渐缩渐扩直壁型、渐缩渐扩前后流线型共3个类型11种不同形式的扩散器动力放大的流量比增益特性，最小截面处流量增加比率；比较不同形状、不同参数扩散器动力放大特性．数值模拟的壁面函数，对应不同风速下用增强壁面处理后的流量比与应用标准壁面函数时的流量比普遍下降，且更接近于实验值．在风洞试验中，测试了渐扩直壁型、渐扩弧线型、渐缩渐扩直壁型、渐缩渐扩弧线型4个不同类型的扩散器．研究表明，数值模拟和测试结果误差为10％左右，说明数值模拟有着较好的可靠性和实用性；扩散放大器在最小截面处的流量比率增益68％，研究结果为有叶轮情况下风力机带扩散放大器的优化设计提供了重要的参考和分析预报．     

关于2种典型风场对弹箭运动轨迹影响的三维数值分析

为了深入探讨风场对弹箭运动轨迹的影响规律,从飞行动力学以及外弹道气象学的基本原理出发,建立了弹箭在风场中运动的三维动力学方程和运动学方程;通过2种典型的风场--均匀定常风场和非均匀埃克曼风场的全弹道三维数值模拟,分析了大气风场对弹箭弹道影响的一般规律,从而为进行风修正弹箭控制系统设计以及气象信息的融合应用提供技术支持和...     

水平轴风力机的设计与流场特性数值预测

选用NACA44XX系列翼型,用基于叶素-动量理论的威尔森(Wilson)方法设计一模型风轮.考虑塔架机舱对流场特性的影响,合理地建立整机流动模型.在FLUENT软件中采用大涡模拟方法对该定桨距型的风力机进行三维绕流场的数值预测,得到流动细节与变形的螺旋形尾涡系.分析定桨距风力机的工作特点,并对尾涡变形原因做定性分析.结果表明:粘性耗散与塔架效应是引起尾涡变形的主要原因.     

风电机组叶片流固耦合的数值模拟方法

 以某5 MW 风电机组叶片模型为对象,研究一种适用于风电机组叶片流固耦合数值模拟的风轮旋转模拟方法。以风切变形式模拟风轮旋转及来流风速的综合效应,对叶片各截面翼型的扭角进行修正,建立风电机组叶片的风轮旋转模拟模型,利用有限元法模拟风电机组叶片的风洞流场实验,仿真模拟旋转效应下风电机组叶片的周围气压、绕流分布、表面压力及结构位移,并进行数据交叉迭代求解,得到风电机组叶片的流固耦合结果。与额定风速均匀来流条件下的初始模型计算结果和文献实验结果进行对比分析,验证了风轮旋转模拟方法的可行性。     

基于LSTM-XGboost组合的超短期风电功率预测方法

受数值天气预报信息影响,风电功率变化具有较强的随机波动性,传统单一预测模型精度较低,难以满足现实预测需求。为此,提出基于LSTM-XGboost组合的超短期风电功率预测方法。首先,基于风电场的气象数据,采用皮尔逊相关系数法筛选与风电功率强相关的气象数据,建立风电功率预测模型数据集;然后,将归一化处理的数据集作为LSTM(long short-term memory)和XGboost (extreme gradient boosting)的模型输入,分别构建LSTM和XGboost的超短期风电预测模型,在此基础上,采用误差倒数法对LSTM和XGboost的预测数据进行加权构建组合预测模型;最后,以张家口某示范工程风电场实际运行数据验证组合模型的有效性。结果表明,相较于其他4种单一预测模型,组合模型具有更高的预测精度。     

台风风特性现场实测与数值模拟研究综述

台风风特性的现场实测与计算流体力学(computational fluid dynamics, CFD)数值模拟是研究台风作用下结构风效应和城市地形风场特性的主要方法。采用综述形式,对当前台风风场特性现场实测与数值模拟研究的基本方法、主要内容、待解决问题及未来发展趋势进行了归纳及总结。现场实测台风数据为台风风特性的研究提供有力的科学根据,在数值模拟软件中对台风风场进行模拟极大方便了对台风风特性的研究。目前,台风实测数据还十分有限,台风非平稳性和地域性差异等因素导致难以用数值模拟的方式准确描述城市地形风场环境。未来,需以现场实测和数值模拟相结合的方式,总结风场特性,对城市地形风场建立适配的台风数学分析模型,得到合适的结构设计风参数选值方法。     

基于数值模式的风场时空变化特征的统计分析

统计分析风场时空变化的特征,掌握其变化规律,可以提高风场预报的准确性。利用WRF模式对大气状态进行模拟,优化配置物理过程参数化方案,采用多层嵌套、双向反馈。以2 h为时间间隔的风场状态变化作为统计的风差样本,重点关注超过规定阈值大小的显著风差样本的分布,将风差样本标注在地图上,制作显著风差样本图。统计了显著风差样本数量在一天中的累积分布、风差样本的大小在垂直方向的分布,以及风场状态在各个高度层之间的差别。选择银川河东机场区域作为WRF模拟区域,对该区域一年的风差样本进行统计分析。结果表明:复杂地形条件下,不同区域风场变化的剧烈程度有很大的差别,但由同一因素引起的显著风差样本的变化趋势是一致的;风场时空变化的剧烈程度随着高度的增加而减弱。     

水火弯板数值模拟中热源模型参数研究

水火弯板热源热流密度模型的选取和定义,是水火弯板数值模拟中一个关键问题．采用高斯分布热流密度模型对水火弯板中的气体火焰热源展开了研究,利用实验和数值模拟相结合的方法,通过在一定范围内调整热流密度模型中的热源半径r和热效率η等参数．使数值计算的温度场分布趋近于实验测量的温度场分布,确定了水火弯板热源热流密度模型．在一定丙烯流量范围内,分析了热源半径和热效率的插值偏差对计算结果的影响,结果表明该模型能够满足水火弯板数值计算的精度要求．算例验证了该热源模型在有限元计算中的可靠性．