截谱模式方法与大气中的多重平衡现象

本文在介绍截谱模式方法的基础上,以强迫耗散的非线性准地转方程为例,用解析方法讨论了不同截断水平下模式方程对多重平衡态的影响。看出,截谱模式方法的最大成功之处在于揭示了大气中多重平衡现象。利用此法可将模式方程转化为耦合常微分方程组。特别是讨论平衡态时,归结为对代数方程的讨论。这就为揭示多重平衡现象和应用突变理论展示大气中突跳现象提供了可能。通过讨论也证实:随着截断水平的加大,平衡态分枝数随之增多,最终将进入“浑沌”状态。     

城市地表能量平衡方案研究的新进展

系统介绍了城市地表能量平衡的物理过程及其参数化方案的研究进展.由于城市化等因素的影响,城市地表能量平衡方案中的各个物理量发生变化,进而影响不同尺度的大气环境和城市气候,尤其是微尺度气候.另外,分析和比较了几种城市冠层模型的特点,及其与中尺度大气模式的耦合,提出目前存在的一些问题和未来的发展方向.结论认为,从中尺度大气模式的研究和发展来看,城市冠层模型和中尺度大气模式的耦合可以有效地提高中尺度大气模式的模拟水平,这也有助于中尺度大气模式的精细化模拟研究,从而更好地理解城市地表能量平衡中各个物理量的变化对大气环境和气候变化的影响.     

环境流体中的熵平衡方程和动力熵产生

熵平衡方程是非平衡态热力学的基础.但是目前的经典熵平衡方程,内能中不合理地隐含着流体微团组分相对于质心运动的动能,并非热力学意义上的平均分子运动动能.文中以内能仅为平均分子运动动能概念为出发点,重新推导得到了修正的熵平衡方程.在熵平衡方程中导入动力熵产生,使熵平衡方程能以显式表述动力过程.这时熵平衡方程不仅描述了一个热力学系统的不可逆过程,而且描述了动力可逆过程所造成的系统熵变化.使熵平衡方程能描述热力学系统状态和发展方向,更为合理且更具有普遍性.     

行星齿轮系统弯扭耦合振动的增量谐波平衡法

针对行星齿轮传动机构弯扭耦合振动方程是半正定方程而无法直接采用增量谐波平衡法进行求解的问题,引入微小相对位移量来描述行星齿轮系统中各个部件之间的相对运动.采用运动转移矩阵将半正定方程转化为正定方程,同时考虑齿轮啮合刚度时变的非线性特性,采用增量谐波平衡法分析了行星齿轮系统非线性动力学响应.通过与数值求解方法Newmark-β法相对比,计算结果一致,验证了本文方法的正确性及高效性.     

大气、海洋动力学中一些非线性偏微分方程的研究

本文简要综述大气、海洋动力学中一些非线性偏微分及其无穷维动力系统的研究进展,其中包括我们近年来取得的一些研究成果.首先,我们介绍(无耗散的和耗散的)表面准地砖方程近20来年的数学理论的研究成果.接着,我们综述了描述大尺度大气、海洋运动的大气、海洋原始方程组的一些定性理论的研究成果,含适定性、解的长时间行为和整体吸引子的存在性等.最后,我们介绍大气、海洋随机动力学的一些数学模型的研究结果,主要是带随机力的海洋原始方程组的适定性及其对应的无穷维随机动力系统的全局吸引子的存在性的结果.     

中尺度海陆风环流的动力学特征

本文利用Boussincsq流体的二维运动方程,讨论了类似于海陆风的中尺度环流的动力学特征。中尺度海陆风环流的发展包含适应和演变两种过程。非定常环流经过适应过程的调整,很快达到准定常状态,并且在大气斜压性与耗散相平衡的水平上缓慢演变。在具有弱耗散的非线性系统内,波-波相互作用可以激发中尺度环流的共振发展。耗散通过损失共振波组的总能量削弱共振波的发展。     

空间力系平衡方程的转换条件

本文研究了空间力系平衡组在工程问题上应用的三组方程,提出了平衡方程组的基本式与这三组方程之间的转换条件,并给以论证,旨在扩大空间力系平衡方程组的应用。     

开放量子体系的级联运动方程理论方法进展

级联运动方程组方法已成为研究量子开放体系性质和动力学的重要方法.本文介绍了该方法的建立与发展,阐述了其在基础理论、数值算法、实际应用等方面的最新进展.级联运动方程具有理论严格性、数值高效性、应用灵活性.它以非微扰的方式揭示了多体相互作用、体系-环境耦合、非马尔可夫记忆效应等的综合影响.最近研究还证明了级联运动方程是描述体系-环境关联动力学的理论.本文继而讨论了级联方程组理论方法在生物体系的光激发能量传递和强关联电子体系中的量子输运等方面的应用.     

具有乘性噪声的随机高阶准地转方程的大偏差

近年来,随机准地转方程受到了许多学者的关注.一方面在于此方程与著名的随机Navier-Stokes方程有许多相似之处,另一方面在于准地转方程是地球物理动力学的重要模型.主要讨论带乘性噪声的随机准地转方程.首先,严格证明了在d=2,3维上,强解的存在性和温和解的唯一性;其次,基于拉普拉斯原理和弱收敛方法,证明了方程满足大偏差原理.     

地转适应与锋生

地转适应过程是大气中的重要过程。对地转适应问题及其在锋生动力学中的应用作了简单回顾,同时利用最小能量原理指出地转适应的终态是否满足地转平衡关系取决于初始不平衡扰动的位涡分布。     

含大地形、摩擦、加热的准地转正压模式

从包含大地形、摩擦及加热作用的正压模式方程组出发,通过尺度分析、小参数展开和线性化等方法,导出一个含大地形、摩擦及加热作用的准地转正压模式。该模式是我们今后研究青藏高原的基本出发方程。如果不考虑地形的动力作用、摩擦及加热作用,该模式就退化为通常的准地转正压模式。     

兰州东部地区冬季风场温度场模拟

采用地形追随坐标系下具有 1.5阶精度的三维准静力模式 ,模拟兰州东部地区的风场和温度场 .模式以地转风资料和系留资料为初始输入 ,根据简化的湍流能量闭合方案进行参数化处理 ,运用地表能量平衡方程预报地表温度 ,考虑了地形影响和人工热源作用 .模拟结果与实际观测资料进行对比 ,位温廓线和风速廓线与实际的变化趋势基本一致 ,模拟的地面流场和垂直温度场基本反映出本地区冬季的流场及温度场特征 .模式技巧的统计检验表明该模式的模拟效果较好 .     

Simulation of wind gust structure in the atmospheric boundary layer with Lattice Boltzmann Method

Cold fronts occur in northern East Asia during winter and spring.After cold frontal passage,airflow is downward and accompa-nying strong winds fluctuate significantly;this is termed wind gusts.Analysis of observation data shows that wind gust structure has coherent characteristics.This is important for entrainment of spring dust storms into the upper boundary layer,where they are transported great distances.The Lattice Boltzmann Method(LBM) is a computational fluid technique based on the Boltzmann transport equation.The LBM has been used to study complex motion such as turbulence,because it describes motion at the micro level.In this paper,Large eddy simulation is introduced in the LBM,enabling simulation of turbulent flow in the atmospheric boundary layer.The formation and development of wind gusts are simulated,and a coherent structure with a combination of wave and vortex is obtained.This explains the mechanism of soil erosion and sand entrainment by the coherent structure of wind gusts.     

高原东侧低涡切变线发展的个例数值研究──Ⅱ．中尺度数值模拟

通过应用和发展ＭＭ４中尺度数值模式模拟系统，对１９８３年７月的川陕暴雨中尺度系统进行了一系列２４ｈ数值试验，其中包括：初始风场处理，物理过程和地形动力强迫对西南涡切变线发展的作用。结果指出：有辐散风场能为中尺度系统模拟提供良好的初始值，平均无辐散风则稍差；水汽凝结的潜热释放对中尺度系统发展的强度，结构有决定影响；而地面热通量相对前者略小；地面摩擦则对系统发展不利，表现为涡度汇，耗散动能并使低涡平移。高原地形构形对西南涡在四川盆地７００ｈＰａ维持非常必要。同时证明，运用大尺度分析资料做中尺度预报是可行，用于中尺度诊断则不可取。     

带挠性轴太阳帆板充液航天器流—弹—刚耦合动力学研究

本文研究了带挠性轴太阳帆板充液航天器流-弹-固耦合动力学问题,首先由系统对质心的动量矩定理导出了系统动力学方程,接着分析了航天器贮箱内液体涡旋运动、太阳帆板挠性轴扭转运动,最后给出了航天器姿态角速率与液体涡旋运动、挠性轴扭转运动的关系式,给出了数值结果,分析了液体涡旋运动、挠性轴扭转运动对航天器姿态运动的影响。     

西南涡大气边界层结构的数值模拟Ⅰ:Ekman层流场特征分析

本文利用大气边界层模式,对1979年7月24～25日的一次西南涡进行了Ekman层流场分析。在理论计算的前提下,通过加入有限的实测风资料进行动力学调整,不仅在Ekman层中能较好地表现出西南涡的气旋性环流特征,而且发现西南涡在大气边界层中具有中尺度扰动的特征,在整个气旋环流的形势中有局部的反气旋环流出现,这是850hPa、700hPa大尺度天气图上所不能得到的。     

耦合Schrdinger方程组解的存在性

研究了由垂直切变的基本流场中尺度非线性重力内波波包演变得到的大气非线性重力波相互作用的耦合Schrodinger方程组,利用分离变量法将该方程组转化为Lu＋Nu=Fu.当耦合Schrodinger方程组满足L＋N是D（L）到Y的同胚的条件时,方程组的解存在.     

A柱涡动力学特性随前窗倾角变化研究

采用风洞试验和数值计算的方法,通过Dihedron模型研究了前窗倾角对A柱涡动力学演化的影响.时均阻力和表面压力通过风洞试验获得,采用分离涡模拟(DES)捕捉A柱涡拓扑结构的细节特征.通过风洞试验的结果验证了DES结果的有效性.DES的结果描述了A柱涡涡破裂现象.随着前窗倾角的变化,A柱涡表现为不同的结构形态,这主要是由主涡中涡量平衡决定的.试验和数值结果均表明,随前窗倾角增大,Dihedron模型的阻力增加.讨论了纵向涡的破裂趋势和潜在的减阻方案.最后,强调了模型壁面的动力学特性及其对车内噪声的影响.     

水平轴风机旋转叶片非线性动力学模型的建立及分析

 对不同风速下水平轴风力发电机旋转叶片的非线性动力学问题进行了研究,将水平轴风力发电机的旋转叶片简化为做定轴转动的柔性旋转悬臂梁,同时考虑叶片的气动力、弹性力和惯性力,建立了脉动风速作用下水平轴风力发电机旋转叶片的非线性动力学模型,利用牛顿定律建立了转动坐标系下叶片的动力学方程,并利用Galerkin离散方法将系统的运动偏微分方程离散为常微分方程。针对1/2亚谐共振-1:3内共振情形,考虑到方程中存在二次非线性项,采用渐进摄动法对该方程进行摄动分析,将其转化为直角坐标下的平均方程。通过数值模拟,得到这种共振情况下的二维相图、三维相图、波形图和频谱图,分析了风速的变化对旋转叶片振动的影响。数值结果表明,随着风速的增大,系统会重复呈现周期运动—混沌运动—周期运动。