基于气象条件的大气混合层高度模型研究

根据2011-2013年重庆市沙坪坝地区的常规气象数据,运用MATLAB软件分析近3年大气混合层高度mm变化和特征,且与气象参数的相关性;结果表明:每天在8∶00-19∶00,大气混合层高度与太阳辐射强度、温度、风速呈正相关性;与气压、相对湿度呈负相关性,与露点温度的相关性不明显;而在20∶00-7∶00,大气混合层高度与太阳辐射强度和风速呈正相关,与其他参数的相关性不明显;同时,通过气象数据建立重庆市大气混合层高度的预测模型,并验证其准确性。     

可压缩混合层流动的三维大涡模拟

为了加深对复杂流动混合现象的认识,为化工设备设计提供理论基础,用大涡模拟方法对可压缩气体混合层进行了三维数值模拟.计算结果显示了混合层流动的三维瞬态发展过程以及流动过程中涡的产生、生长、破裂以及涡列的形成与各涡的合并过程,揭示了可压混合层三维演变过程中同样具有自相似性,计算结果与实验结果相符.通过对混合层初始状态条件下不同扰动和不同初始速度比的计算表明:随机扰动量对混合层的失稳演变过程影响最大,而大混合层速度比同样可使混合层失稳加剧并提前.     

日本海混合层深度季节和年际变化的数值模拟

基于垂向混合坐标系统的海洋模式HYCOM模拟了北太平洋1981~2001年间的月平均三维水动力学和热力学结构.在对模拟结果验证的基础上,得到日本海混合层时空场的分布情况,剖析了日本海混合层深度的季节及年际变化特征.对模拟结果分析表明,日本海混合层存在着显著的季节和年际变化:冬季混合层深度深,夏季混合层深度浅,其深度变化范围在10~100 m之间.日本海混合层深度的年际变化与季节变化存在共性而又各具特色.研究证实,日本海地形、环流、海面风场和温度梯度场等的综合作用,导致日本海混合层深度的变化.     

基于NPLS技术的超声速混合层流动控制实验研究

在对流马赫数（Mc）为0.5的超声速混合层风洞中,通过在两股气流的分隔板上添加扰动片的方式,对超声速混合层进行了流动控制的实验研究。比较了不同尺寸下,二维扰动片和三维扰动片对混合层流动控制的效果。采用基于纳米粒子的平面激光散射技术（NPLS）进行流动显示,所得NPLS图像清楚地再现了混合层的流动结构,为比较流动控制的效果提供了有力的实验依据。流动控制的结果表明：二维扰动控制增强了混合层的二维特性,有利于推迟混合层的转捩;三维扰动控制增强了混合层的三维特性,使混合层转捩提前。采用NPLS技术对混合层内的三维结构进行了流动显示,在三维扰动控制下,混合层内部出现明显的H-型分布的A涡结构。     

春季南海南部上混合层数值模拟与数值实验

采用一维湍动能模式对南海南部的SST及混合层进行数值模拟和数值试验。结果表明：TKE模式能够模拟南海部的海表面温度SST以及除南海南部5月中旬以外的上混合层深度随时间变化基本特征。在5－6月,SST的日振荡主要依赖于短波辐射的日变化,风的混合作用抑制了SST的日周期振荡。春季夏季风爆发期间,南海海面潜热通量和感热通量与短波辐射和风应力相比较,是一个对SST的混合层影响较小的量。在春季南海部,短波辐射作用能使SST升高的最大值约为4℃;潜热和感热通量能使SST的下降的最大值为3℃。风应力对南海混合层深度随时间变化趋势起着决定的作用,并能使其深度加深20－30m,而短波辐射则使混合层的深度变浅2－3m,潜热和感热通量会使混层的深度加深1－2m。在春季南海南部,热通量对混合层深度的影响与风应力相比要小得多。     

气固两相混合层卷起过程的直接数值模拟

在设定混合层卷起过程的流场初始条件下,应用拟谱方法和Lagrange方法对时间模式的两相湍流混合层进行了直接数值模拟,求解流场的瞬态涡量场和颗粒场,分析流场不同类型涡结构的拟序特征,定性研究不同大小的颗粒在混合层中受流场涡结构的影响,描述了不同Stokes数颗粒的扩散规律和浓度分布.     

可压缩双组分混合层的直接数值模拟研究

通过数值求解可压缩Navier-Stokes方程模拟了三维可压缩双组分混合层问题,着重研究了双组分密度比和可压缩效应对混合层发展演化的影响.研究表明,随着密度比的增大,混合层扰动增长率降低.在混合层发展初期,可压缩性作用尤其是斜压效应对旋涡的发展起主导作用;在混合层发展后期,可压缩性影响减弱,旋涡的拉伸扭转效应占主导作用.同时,还分析讨论了可压缩混合层中湍流的转捩及拟序结构的演化过程.     

超音速平面混合层的POD分析

应用本征正交分解（POD）技术对超音速平面混合层直接数值模拟流场进行了分析.比较了POD方法中不同内积形式的特点及其对结果的影响,发现所研究的流动中脉动流场所占的总能量比例非常小,其POD能谱收敛非常缓慢,能量分散在大量模态中.低阶POD模态的形态显示超音速混合层中也含有与低速混合层类似的展向涡系结构和斜结构,只是这些结构所占的能量比例比低速混合层要小得多,并且这些结构的形态相对独立于观察者的运动速度.随着流动维数和对流马赫数的增加,POD能谱进一步变宽,低阶模态的结构也更加复杂,流动更加紊乱。     

计算混合层高度的实用程序

依据环境影响评价技术导则计算区域大气稳定度、大气混合层高度的基本公式,用Microsoft Excel编制适用全国33个省区和各种气象条件的自动计算程序.仅需输入省份、经度、纬度、月、日、云量和地面风速,即可输出北京时间每小时、昼间平均、夜间平均和日平均的大气稳定度、大气混合层高度,以及昼间、夜间的始末时间和时长.     

平面混合层相干结构的三维演化

应用拟谱方法对N-S方程组进行直接求解,通过模拟时间模式的混合层流动,分析流场二次失稳后涡的配对、合并及撕裂过程,研究三维混合层相干结构的演变特征.     

超声速混合层气动光学畸变与抖动 ——BOS测量技术及其应用

超声速混合层的气动光学畸变与抖动严重恶化其光学性能, 但现有测量技术限制了相关研究的时空分辨率. 通过系统集成与开发, 提出了基于背景纹影(background orient schlieren, BOS)矢量场的高分辨率全场气动光学畸变与抖动测量方法, 分析了BOS的系统结构、灵敏度与分辨率等基本问题. 利用BOS研究了超声速混合层流向结构的气动光学畸变与抖动, 定量化不稳定涡运动造成的气动光学效应, 利用时间相关技术确定了气动光学抖动效应的时间尺度. 超声速混合层展向结构的畸变场展示了光线穿越超声速混合层流场所出现的条带型畸变结构, 这种结构是制约其光学性能的主要瓶颈之一. 气动光学畸变与抖动效应的定量化为超声速混合层光学应用提供了重要的实验依据.     

湍流混合层流动的离散涡数值模拟

利用离散涡方法模拟湍流混合层流动,采用随机走步法考虑黏性并引入涡片表示固体边界的作用.平均速度与湍流参数的数值模拟结果与实验值吻合较好,验证了所提模型的有效性.结果显示沿流向:平均速度梯度降低;雷诺剪应力峰值呈增大趋势,但由于涡元的配对使得峰值出现了波动而没有单调增大;涡量峰值单调减小.在此基础上进一步研究了同一速比下雷诺数对湍流参数分布的影响规律,发现沿流向雷诺应力的峰值均以相似的斜率逐渐增大;平均涡量峰值递减,衰减速度随着雷诺数的增加而加快;同一截面上涡量峰值与雷诺数几乎成线性关系递增.     

混合层流动的数值模拟

对混合层流动进行了数值模拟。采用了离散涡方法。计算中采用扩散速度法处理粘性作用项。计算结果表明：与通常采用随机涡方法或核膨胀法处理粘性作用项相比,采用扩散速度法的计算结果与实验更吻合,同时更准确地反映了混合层流动的自相似性。在混合层流动中,邻近大尺度涡结构之间存在着连续不断的合并;采用二维离散涡方法预报的横向脉动速度均方根大于实验值是由二维离散涡方法忽略了真实流动的三维特性引起的。     

混合层二维大尺度结构光学传输效应理论分析

本文主要讨论了可压缩混合层二维大尺度结构引起的光学畸变特性.在混合层发展的第二阶段,由于混合层流场中二维拟序结构的存在改变了法向压力在空间的分布特性,在量级分析的基础上给出了法向压力梯度的动力学表达式;并由此分析了细光束在二维大尺度结构内部发生偏折的动力学原因.研究结果表明:在混合层界面处湍动能的空间分布特性与混合层内部雷诺切应力(ρu'v')累计效应的流向梯度之间的相互比较会导致细光束发生偏折.     

二维时间发展混合层噪声的直接数值模拟

为了考查不同波长的初始扰动对二维时间发展混合层流动与噪声的影响,采用直接数值模拟的方法进行了研究。采用多尺度展开技术从耦合双分布函数玻尔兹曼方程中恢复出质量、动量和能量守恒方程;融合特征边界条件与玻尔兹曼方程来满足边界的无反射特征;运用高精度的时空离散格式求解玻尔兹曼方程并直接模拟了5种不同工况下的时间发展混合层。结果表明:高频扰动主要控制混合层中旋涡的对并和缠绕,低频扰动主要控制旋涡的迁移和旋转;涡对的演化过程类似于一个旋转的四极子源模型;扰动能以平面波的形式向远场辐射并且以当地声速传播。该结果可为混合层湍流机理研究提供参考。     

基于激光雷达数据对混合层高度与细颗粒物浓度关系的研究

利用微脉冲激光雷达观测资料, 运用人工辅助算法, 获得2016―2019年白天混合层高度(MLH), 并分析其变化特征及其与空气污染物PM_2.5浓度的关系。结果表明, 混合层高度表现出明显的季节变化和日变化, 春季高度明显大于其他季节, 最大值均发生在 5月。混合层高度在08:00―15:00 BJT的变化趋势与PM_2.5浓度负相关。线性拟合结果表明, 当考虑风速的影响时, 通风指数与 PM_2.5具有更强的负相关关系; 当考虑风向的影响时, 西南风情况下, 混合层高度与PM_2.5具有更强的负相关关系。对天气分型后, 每个天气类型的PM_2.5浓度与混合层高度的相关性更加显著。     

大气混合层厚度的计算方法及影响因子

本文讲述了大气混合层厚度的定义及它在大气环境保护中的作用。论述了大气混合层厚度的多种计算方法如国标法、干绝热法、罗氏法等，并分析了大气混合层厚度的各种影响因子。其中大气稳定度是决定混合层厚度的最主要因子。     

复杂地形上确定大气混合层厚度方法的探讨

复杂地形上确定大气混合层厚度方法的探讨张文煜，冯广泓，袁九毅（兰州大学大气科学系，兰州７３００００）在大气边界层内，混合层的存在，其高度和变化规律对空气污染物的散布有着很大影响，能否准确的估算混合层厚度，成为研究污染物扩散规律的一个重要因素。迄今为止...     

超声速湍流混合层实验图像的分形度量

以高时空分辨率的纳米平面激光散射（NPLS）实验技术为基础,在SML-1风洞中完成了超声速混合层的流动显示实验．相应的实验图像清晰地再现了层流、转捩及湍流区的流场结构,空间分辨率满足分形度量的要求．给出并比较了测量分形维数的两种常用方法,采用计盒维数法测量了超声速混合层转捩区和完全发展湍流区的分形维数．转捩区的分形维数随着湍流脉动的增强而增加．完全发展湍流区的分形维数并不会因为流场结构不同而有较大的变化,表面上杂乱无章的湍流界面具有基本相同的分形维数,体现了湍流流动的自相似性．     

格陵兰海冰盖与混合层深度及海表温度之间的关系分析

研究了在北极格陵兰海（20°W-10°E,65°N-85°N）,2003-2012年冰盖（ICE）、混合层深度（MLD）和海表温度（SST）的分布及之间的耦合关系．研究发现,ICE和SST在区域内存在着很强的负相关关系,相关系数达0．9以上,尤其是在750N-800N区域,峰值的时间间隔调整后．相关性更加显著．通过Eviews滞后回归分析发现,SST在70°N-750N和75°N-80°N分别滞后ICE7个月和4个月．而且ICE和SST之间存在着协整。说明这两者长期存在均衡关系．ICE和MLD在区域内为负相关关系．尤其是75°N-80°N区域,相关系数达0．82以上．回归分析发现,MLD在70°N-75°N和75°N-80°N分剐滞后ICE1个月和4个月．而且两者之间也有长期的均衡关系．总体来看：随着温度的升高,冰盖在8—9月达到低谷;海表温度夏天高、冬天低;混合层深度冬季深、夏季浅．冰盖的大量融化和海表温度、混合层深度有着很大的关系．