一种求解时间关联型缓坡方程的数值方法

以含底摩阻能量耗散项的时间关联型缓坡方程为控制方程,建立了一种具有二阶精度的数值离散格式.该格式对时间导数使用Euler预测-校正格式离散;对空间导数使用中心差分格式离散.基于统一边界条件表达式,对边界条件进行处理.数值解与物理模型实验值吻合较好,表明数值模拟模型可以有效地模拟波面随时间和空间的变化以及波高的空间分布.     

城市景观格局与地表温度的定量关系分析

热岛效应是典型的城市气候现象,它的形成及强度与土地利用类型、景观格局等诸多因素有关.本文基于深圳市2010年遥感影像,采用线性光谱混合模型提取土地利用/覆盖等信息,利用最小二乘法和地理加权回归方法分别分析城市景观格局对地表温度的影响.结果表明:深圳市地表温度介于22.28~41.34℃之间,从西北到东南逐渐降低,城市不透水面温度显著高于植被覆盖区域,城市热岛效应明显.地理加权回归模型可以有效处理回归分析中空间非平稳性现象,能更好地刻画景观格局与地表温度之间的定量关系.植被格局指数对地表温度的空间分布解释率较高,其中归一化植被指数(NDVI)、叶面积指数(LAI)对地表温度的解释率最高,分别达88%、90%.不透水面面积、破碎度、邻近度,植被优势种种类、密度、空间分布以及垂直水平生长情况等共同影响深圳市的地表温度.在城市建设实践中,避免不透水面连片集中,降低其邻近度,同时尽可能增加城市的绿地面积,提高NDVI和LAI数值,是缓解城市热岛效应的有效手段.     

矩形直肋热质传递时传热特性的数值分析

为研究矩形肋片的传热传质性能,考虑汽化潜热随温度变化,引用Hyland的温湿度关系函数建立肋片表面传热方程,此时的传热方程无法获得解析解。以传热方程为基础建立传热差分方程,并采用超松弛迭代法对肋片表面温度分布进行求解,同时计算获得肋片传热效率。结果表明：湿度增大,肋片底部和端部温差也越大,绝热边界下肋片温度分布整体高于自然对流边界;汽化潜热的增加使得实际传热量增大,肋片效率的计算结果高于已有研究结果;肋片参数增大时,无量纲化临界点位置越向肋底部靠近,肋片效率减小;环境湿度增大,无量纲化临界点位置向肋片端部靠近,肋片效率变小,湿度对半湿换热工况的肋片效率影响显著,全湿换热工况下,湿度越大,对肋片效率变化的影响越小。     

珠三角城市化对大气边界层特征影响的数值模拟

利用WRF/UCM模式对珠江三角洲2008年秋季一次大气污染过程的气象场特征进行模拟。在模式中针对下垫面类型数据和人为热通量来设置敏感性试验以探讨城市化对大气边界层特征的影响。研究结果表明:城市化发展(包括城市土地利用类型的改变以及人为热通量的加入和增加)均能增强城市热岛效应和干岛效应,使夜间地面逆温现象更加显著,地面污染物容易积累;地表粗糙度的增加使风速减小,城市化使热岛环流增强,污染物难以扩散,这也是造成空气污染事件的原因;同时城市的发展能抬升白天和夜晚的大气边界层高度。     

结晶器内连铸坯凝固过程的有限元数值模拟

建立了结晶器内连铸坯凝固过程的有限元数学模型，在坯壳面表面边界条件中引入与气隙相关的传热模型修正平均热流量方程，研究了铸坯角部气隙对坯壳凝固行为的影响，模拟结果表明，铸坯角部形成的气隙流量显著地长低了坯壳表面的换热，使得铸坯偏角区成的为热节区，此热节区是铸坯凹陷，裂纹等缺陷乃至漏钢事故发生的诱因。     

基于Landsat影像的杭州市主城区地表温度和热岛效应研究

城市热岛效应是研究全球变暖的重要问题。为了探究杭州市市区的城市热岛效应问题,基于Landsat数据和辐射传输方程法反演出了杭州市主城区的地表温度,以及通过均值-标准差法进行热岛强度分级,分析了2008、2013和2019三年间的地表温度和热岛效应的时空变化,并研究了地表温度与归一化植被指数（normalized difference vegetation index, NDVI）的相关性。结果表明：地表温度具有一定的空间分布规律,在靠近钱塘江的区域,地表温度都要明显更高一些;热岛分布也存在一定的时空规律性,钱塘江两侧热岛区域分布相对较广,并有增加的趋势;杭州市主城区的地表温度与NDVI指数呈现出负相关关系,并存在明显的空间异质性。     

Preliminary study on LGM climate simulation and the diagnosis for East Asia

LGM climate study is a hot topic in international fields on global changes. Climate simulation in this study applies both common designs of 21 kaBP boundary conditions from the Paleoclimate Modeling Intercomparison Project (PMIP), including insolation, glaciation, sea surface temperature and atmospheric CO₂ concentration, and land surface conditions from Eurasia continent by compilation of geological evidence. The simulation outputs are in agreement with climate spatial patterns reconstructed by observation records. Sensitive experiment on land surface conditions shows that changes in vegetation would make significant impacts on temperature and precipitation. Particularly in the Tibetan Plateau, this change would increase in differences of winter and summer temperature, precipitation and P-E.     

大涡模拟方法在非均匀边界层研究中的应用

首先回顾了大涡模拟方法在边界层研究中的应用 ,总结了该方法在非均匀性研究中的概况。然后 ,用大涡模拟方法 ,并且启用陆面模块 ,模拟了真实下垫面条件下地表热量通量和动量通量的分布和边界层气象场 ,初步分析了非均匀下垫面对边界层结构的影响     

热环境中多孔功能梯度材料转动Timoshenko梁的自由振动特性分析

对于孔隙均匀分布的多孔功能梯度材料梁模型,考虑材料的温度依赖性质并确定梁的物理中面,利用Hamilton原理导出多孔功能梯度材料Timoshenko梁在热环境中转动时横向自由振动的控制微分方程并进行无量纲化处理.应用微分变换法(DTM)对无量纲控制微分方程及其边界条件进行变换,得到包含无量纲固有频率的等价代数特征方程.计算出热环境中多孔功能梯度材料转动Timoshenko梁在固支-固支(C-C)、固支-简支(C-S)、简支-简支(S-S)和固支-自由(C-F)四种边界条件下横向自由振动的固有频率.将其退化所得无量纲固有频率与已有文献的计算结果进行对照,验证了有效性和正确性.分析了边界条件、孔隙率、转速、温度、细长比和梯度指数对转动多孔功能梯度材料Timoshenko梁自振频率的影响.     

固体吸附系统中传热过程的数学模型及其数值解法

对固体吸附系统中的传热过程进行了合理的数学建模,对吸附床内的热传导方程和换热管内流体的能量控制方程进行离散并利用控制器容积法进行了模拟数值计算,在数学模型中加入了与其他模型不同的而更符合实际情况的随时间变化的边界条件,得到了较为满意的吸附床内吸附剂和换热管内流体的互相耦合的温度场。     

我国西北地区沙漠改良可能引起的辐射强迫及其气候效应

以辐射对流模式和区域气候模式为工具，采用虚拟试验的办法，对我国西北地区3种沙漠改良方案（退沙还草，退沙还田，退沙还林）可能产生的辐射强迫及其区域气候效应进行了数值模拟。结果表明：3种方案均能促使西北地区的干旱状况有所缓解，其中退沙还林方案的缓解效应最为明显，可以使得西北地区平均地面气压上升0．25hPa，地面气温降低0．52℃，降水强度增加0．60mm/d。3种方案引起的辐射强迫皆为正值，分别为2．28、2．84、6．79W/m^2，变化趋势与地面温度变化并不一致，表明对于下垫面改变造成的气候强迫而言，辐射强迫并非反映气候变化的较好指标。     

石家庄市主城区热岛特征及变化分析

城市热岛效应是城市化进程带来的突出问题。基于Landsat数据和辐射传导方程法反演出地表温度,分析2004-2020年石家庄市主城区热岛变化,结合土地利用和标准差椭圆得出热岛扩张情况,并研究地表温度与归一化植被指数(Normalized Difference Vegetation Index,NDVI)、建筑指数(Normalized Difference Built-up Index,NDBI)和温度植被干旱指数(Temperature Vegetation Dryness Index,TVDI)的相关性,为国土空间优化布局提供理论依据。结果表明,2004-2020年平均地表温度、最低地表温度均有所升高;热岛主要集中在市中心、鹿泉区、藁城区和栾城区的城镇点,以及铜冶镇,建筑用地和热岛扩张趋势一致,并向着西北和东南方向扩张;地表温度与NDVI呈现负相关,与NDBI、TVDI呈现正相关,建筑用地是地表温度升高的主要因素之一,植被覆盖度和地表湿润度可以调控地表温度。     

控制熔体温度三维稳定态方程的解析解

在周期性边界条件及均匀流场的作用下,从数学角度求解三维稳态晶体生长温度控制方程的解析解,首先将其解展开为关于的Fourier级数,然后引入微分算子,利用复数的性质及一些特殊的数学方法求解特征根,从而求得控制方程的解析解,并确定解中各系数的关系.理论结果表明沿晶体生长方向温度分布具有周期性振荡衰减性质.     

Response of global lightning activity to air temperature variation

It is an issue of great attention but yet not very clear whether lightning activities increase or decrease on a warmer world. Reeve et al. presented that lightning activities in global land and the Northern Hemisphere land have positive response to the increase of wet bulb temperature at 1000hPa. Is this positive response restricted only to wet bulb temperature or in land？ What is the response of global lightning activities （in both land and ocean） to the global surface air temperature variation like？ This paper, based on the 5-year or 8-year OTD/LIS satellite-based lightning detecting data and the NCEP reanalysis data, makes a reanalysis of the response of the global and regional lightning activities to temperature variations. The results show that on the interannual time scale the global total flash rate has positive response to the variation in global surface air temperature, with the sensitivity of 17±7% K^-l. Also, the seasonal mean flash rate of continents all over the world and that of continents in the Northern Hemisphere have sensitive positive response to increase of global surface air temperature and wet bulb temperature, with the sensitivity of about 13±5% K^-1, a bit lower than estimation of 40% K^-1 in Reeve et al. However, the Southern Hemisphere and other areas like the tropics show no significant correlation.     

正交曲线坐标下Boussinesq方程的初步研究

从质量守恒方程和Euler方程出发,推导出包含底摩擦耗能、波浪破碎效应和亚格湍流效应的改进型Boussinesq方程,并对该方程以及边界条件进行了正交曲线转换;建立了正交曲线坐标系下的二维波浪模型并用实验地形对该模型进行了验证,计算结果与实测数据吻合很好,这说明该模型可以较好地模拟波浪传播过程中的浅水变形、折射、绕射和反射等现象。     

W型通风冒落采空区流场数值模拟计算

针对冒落采空区通风比较复杂的问题，基于非均质多孔介质漏风渗流方程建立了冒落采空区漏风流态的有限元数值模型．结合现场实例，对W形通风复杂边界形式的采空区风流规律进行了求解。从理论上描绘了W形通风采空区的风压分布等值线和流函数线（分布解），该计算方案对W形通风复杂边界条件仍能满足流网正交；求解方便迅速，可操作性好。指出W形通风采空区明显降低工作面两端风压羞，缩小漏风范围的效果。     

基于遥感数据的常州市热岛效应分析

【目的】对常州市近30年热岛变化特征进行分析,并且分析城市热岛强度与植被、水体以及其他土地覆盖类型之间的关系。【方法】以整个常州市为研究对象,利用Artis&Camahan 的辐射校正温度反演法进行了地表温度反演,分析了常州市1988—2014年的城市热岛效应及空间变化。【结果】常州市在近30年来城市热岛范围,城区主要热岛区域与建成区保持一致,大量的人工下垫面、高密度建筑等扩张,造成高温区逐渐增多,热岛效应也越来越明显。【结论】常州市的热岛分布特征与常州市的土地利用类型有较好的一致性。低温区主要集中在植被和水体的区域,植被能够有效地起到降温的作用。     

Hotspots of the sensitivity of the land surface hydrological cycle to climate change

Due to the shortage of the global observational data of the terrestrial hydrological variables,the understanding of how surface hydrological processes respond to climate change is still limited.In this study,the Community Land Model(CLM4.0)with high resolution atmospheric forcing data is selected to simulate the global surface hydrological quantities during the period 1948–2006and to investigate the spatial features of these quantities in response to climate change at the regional scales.The sensitivities of evaporation and runoff with respect to the dominant climate change factors(e.g.temperature and precipitation)derived from the concept of climate elasticity are introduced.Results show that evaporation has a declining trend with a rate of 0.7 mm per decade,while runoff shows a weak increasing trend of 0.15 mm per decade over the global land surface.Analyses of the hotspots in the hydrological cycle indicate that the spatial distributions for evaporation and runoff are similar over many areas in central Asia,Australia,and southern South America,but differ largely in high latitudes.It is also found that,the evaporation hotspots in arid regions are mainly associated with the changes in precipitation.Our sensitive analysis suggests that the hydrological quantities show a rather complicated spatial dependency of response of the water cycle to the different climate factors(temperature and precipitation).     

基于遥感和GIS的日最高最低气温估算

气温是气象要素的重要组成部分,广泛用于全球气候变化、资源环境分析及灾害预警等多个领域.随着卫星遥感技术的发展,气温的估算趋向于遥感或遥感和GIS结合的方法.本文以浙江省为研究区域,利用了36个站点2013年逐日每10min一次的自动气象站气温观测数据和MODIS地表温度及其他参数产品,选用多元线性回归(自变量为地表温度、归一化植被指数、地表反照率、经度、纬度和高程)、温度植被指数以及多元线性回归插值方法进行气温估算,建立了研究区日最高气温最低气温估算模型,并比较了几种气温估算方法在研究区的适用性.结果表明:3种方法最高气温估算的决定系数(R~2)分别为0.96、0.91、0.97,均方根误差(R_(MSE))分别为1.84、2.75、1.49℃;多元线性回归和多元线性回归插值法最低气温估算的R~2分别为0.87、0.91,R_(MSE)分别为3.33、2.93℃,两者均为多元线性回归插值法得到的结果最好.空间分布结果显示,多元线性回归插值法能很好地反映由地形不同所带来的细节差异.     

地气耦合系统中下垫面气候效应的数值模拟

区域气候环境的变化，不仅受大尺度气候环境的影响，而且在一定程度上还取决于该区域下垫面状况的改变。本文利用一维十六层地气耦合模式研究了陆地下垫面特征变化对近地层气候的影响，分析了大气边界层垂直温度特征、地面温度变化特征以及地面能量平衡和转换特征、试验结果表明下垫面特征是影响区域气候的一个重要因子，其变化对边界层垂直温度结构、地面温度日变化以及地面能量平衡和转换机制具有重要的影响，进而改变一个地区的区域气候状况。