基于高度再指定的FY-2C双通道云导风同化及预报试验

为了探求FY-2C双通道云导风在实际预报中的可用性,先对双通道云导风进行合并,并利用T511模式12 h预报场对云导风进行高度再指定,使得云导风资料的空间密度和质量明显提高。进而利用WRF模式及其变分同化系统WRFDA对高度再指定前、后的云导风在同化及预报中的影响进行了研究,结果表明：同化原始云导风使初估风场的统计误差增大,而同化高度再指定后的云导风对初估风场有明显的改善作用;同化原始云导风会导致压、温、湿的初估场误差增加,但同化高度再定位后的云导风效果明显好于同化原始云导风;同化高度再定位后的云导风对48 h内的风场预报有改善作用,随着预报时效的延伸,风场的改善带动了其他要素场从负影响到正影响的转变。     

福建沿海多模式风速预报的检验

选取2019年福建沿海5个浮标站的实测风速,对FJ-WRF、EC-thin、华东区域模式三种模式的风速预报结果进行检验,通过平均绝对误差、均方根误差等检验指标对比,得到三种模式对沿海风的预报性能.结果表明,风速的模拟效果显示预报效果最好的是EC模式,平均绝对误差为2～2.5m/s,其次是上海区域模式,WRF模式的平均绝...     

气象观测塔架周围风场水平风速畸变规律的定量分析

采用FLUENT软件,对位于中国巴丹吉林沙漠边缘高度为50 m的气象观测塔,定量模拟了处于水平来流流向风速作用下,塔架周围流场的畸变规律.定量模拟结果显示:流向风速在塔架背风区域的畸变与已有野外测量和风洞实验结果良好吻合,证实了本文定量模拟结果的可靠性.在此基础上给出了流向风速在塔架迎风区域的畸变规律,指出流向风速在塔架迎风区附近的亏损率随塔架方位θ基本服从高斯分布,且无论水平来流流向风速多大和距塔架表面多近,在方位角θ=±55°附近均可基本忽略塔架对来流风速的影响.揭示展向的塔架诱导风速随离塔架表面距离和方位以及水平来流流向风速变化的规律,发现塔架的诱导风速会随着水平来流流向风速的增大而增大,其最大值在展向可达到来流流向风速的15%左右.     

模拟外强迫变化的气候效应的分段积分方法

由于气候系统的复杂性和气候模式本身不可避免的误差,长时间积分气候模式可能产生严重的误差累积,在这种条件下为模拟外强迫改变的气候效应所进行的气候敏感性试验可能严重失真．针对此问题,文中提出如果可以将已经出现过的天气气候状况作为外强迫改变前的实际状况,则可以利用动力张弛技术同化观测资料来约束外强迫改变前的模拟,减小对气候现状模拟的误差．而在积分外强迫改变后的模式时,将模拟结果分为背景场和扰动场两部分,背景场是外强迫改变前的模拟场．采用分段积分的方法,在每个积分段的起始时刻用同化后得到的气候现状模拟场替换其中的背景场,从而减少背景场的模拟误差对敏感性试验的影响．利用一个简单的低阶谱模式所作的模拟试验表明,这一方法可以收到明显的效果．     

建筑群风环境分层优化策略

为改善建筑群风环境,通过数值模拟技术研究了原始建筑群的风环境情况,并通过分层优化方法改善建筑群的风环境。结果表明,利用分层优化方法对原始建筑群风环境进行优化,使整个研究区域1. 5 m高度处平均风速获得提升效果,风速低于1 m·s-1和高于5 m·s-1的区域面积缩小。可见,分层优化方法有效地改善了建筑群的风环境状况,使行人高度处的风速达到满足人体舒适度的合理阈值。     

海浪过程对短期天气模拟的影响分析

利用海洋-大气-海浪耦合模式COAWST进行了两组以东海区域为中心的72 h模拟试验。通过对比考虑动态海浪过程与未考虑该过程的试验结果，分析动态海浪过程对短期天气模拟的影响。结果表明，考虑动态海浪过程后将增强海表感热、潜热通量的模拟，造成海表大气增暖增湿。这一暖湿差异将促进大气垂向运动的发展，造成海平面低压发展，并进一步影响大气流场的变化，增强局地升温效果，有利于形成正反馈。该暖湿差异在南海西北部与菲律宾海域最为明显，且随高度上升逐渐减弱，至500 hPa高度时差异基本消失。     

陆面过程模式BATS中地气通量计算方案的一个改进试验

在原有的陆面过程模式BATS中,对地表通量的计算基于简单的经验公式,这个计算是十分粗略的．而地气通量对各个气象要素的模拟都很重要,如动量通量会影响大气中的风速分布,热量通量会影响垂直方向上的温度分布而改变大气的层结稳定度,水汽通量则会改变空气中的水分含量和潜热,因而改进地气通量的计算精度是有必要的．为了提高地-气间通量计算的精度,在模式中增加稳定度的分类,将近地层稳定度分为5类,用中尺度气候模式RIEMS,分别对短期和中期模拟作了对比实验．经过比较和分析模拟结果,可以看出在增加稳定度的分类以后,模拟的各个气象要素场都较原来的有了改善．     

南海三维变分海洋同化模式及其验证

基于Princeton Ocena Model(POM)建立了一个南海三维变分海洋同化模式,该模式主要用于卫星遥感高度计沿轨资料同化,考虑了每条轨道上的误差相关性,并且引入递归滤波优化运算.采用1998年春季和夏季、2000年夏季3个航次温盐资料对这个系统进行评估表明,相对于未同化的模式模拟结果,无论对温盐异常年份还是正常年份,该系统的温盐均方根误差和偏差都显著减小,误差结构更符合正态分布.特别是在盐度场上能重现南海由于降水和径流所造成的淡水盖,该系统也能将海表动力高度信息有效传递进模式次表层;温盐资料验证各航次评估结果差别不大,表明该同化系统性能是稳定的.     

全球区域同化预报系统在台风移动与登陆预报中应用

全球区域同化预报系统为中国新一代数值天气预报模式.使用全球区域同化预报系统模式产品和常规观测资料,模拟预报了2005年4个登陆强台风,得到全球区域同化预报系统模式对于台风移动路径、登陆时间、地点、强度等方面的预报能力的初步评价,为应用全球区域同化预报系统模式进行台风天气预报和分析以及对于模式的进一步改进提供一些有意义的依据.结果显示,全球区域同化预报系统模式预报的台风路径24 h平均距离误差小于150 km,48 h平均距离误差小于200 km.模式预报台风强度偏弱,原因在于模式的初始场对台风强度的描述远低于实况,下一步需要改造模式初始场.     

考虑河床泥沙淤积的滑坡涌浪数值模拟

采用RNG k-ε紊流模型与VOF方法对散粒体滑坡涌浪进行数值模拟。通过与已有试验结果对比分析,发现数值模拟得到的滑坡体水下初始堆积形态、首浪高度与试验结果吻合度较好。目前针对河床泥沙淤积下的滑坡涌浪研究较少,基于此,本文建立了不同淤泥厚度及颗粒直径下滑坡涌浪的三维数值模型,分析了滑坡入水后涌浪高度、水位空间分布及泥沙流态变化。结果表明：初始涌浪高度随淤泥厚度增加先减小后增大,随颗粒直径增大而增大。     

大气扩散应急预报的风场不确定性影响研究

使用WRF模式和CALMET模式, 获得一个40 km区域的细网格气象预报场, 同时利用加入地面观测资料的方法获得当地诊断风场。用随机粒子扩散模式模拟两种风场驱动下的扩散结果, 并比较和评估预报模拟的偏差或不确定性。对 4个季节的代表性月份(1, 4, 7和10月)的逐时排放情况以及4个排放高度的情景进行模拟分析。结果表明: 1) 预报模拟的烟云扩散形态(方向和宽度等)在当地大多数时段内(约占全年的80%)与诊断分析的实际扩散结果一致, 且季节变化不大, 其余时段为扩散形态有中度偏差和有明显差异的情况,二者各占10%左右; 2) 地面轴线浓度的不确定性随下风距离及污染排放高度而变化, 20~100 m各高度的排放结果大致在2~4 km的下风距离出现最大偏差, 但100 m的高源排放在约2 km以内的范围也有很大的预报不确定性; 3) 两种情况造成当地扩散预报结果的明显偏差, 一是气象场预报的局地风场发生重要转变的时间不一致, 使预报风场与实际风场处于转变前后的不同步状态, 从而使污染扩散预报结果出现重大偏差, 二是WRF模式对地面风速的预报系统性地偏大(50%左右), 造成预报模拟浓度结果系统性地偏小。     

双馈风力发电机组仿真装置研究

以某风电场2 MW风力发电机组为仿真对象,对风力发电机进行结构分析,并采用模块化建模方法分别建立风速模型、风机模型、传动模型、电机模型和控制模型,给出了相应的数学模型.在南京工程学院JSCC仿真支撑系统下,用Fortran语言编写了仿真算法并建立全范围风力发电机组仿真模型.根据该风电场典型工况进行模拟计算,模拟风速从8 m/s至20 m/s变化时风电机组系统的变化动态特性,模拟结果表明所建立仿真模型能够反应实际机组的动态特性,系统能够满足风电场运行人员培训及风电系统优化等要求.     

小型绿化带对城市建筑物周围风场影响的数值模拟

在城市街谷模式的基础上引入叶面指数,对小型林带的防风效应进行模拟、检验,通过实验结果与野外观测值的比较,证明此模式能较为合理的模拟防护林的动力遮蔽效应;将此模式应用于小型绿化带对高大建筑物周围风环境的影响的数值模拟,数值实验证明在城市冠层内,城市小型绿化带对高大建筑物周围行人高度的风场环境影响显著,设置合理的小型绿化带对城市高大建筑物附近风场有良好的改善效果。模拟实验中可见,在3m/s的入流风速下,建筑物侧面的角隅流达5m/s,设置合理的绿化带可使之降低到3.5m/s。     

小型绿化带对城市建筑物周围风场影响的数值模拟

在城市街谷模式的基础上引入叶面指数,对小型林带的防风效应进行模拟、检验,通过实验结果与野外观测值的比较, 证明此模式能较为合理的模拟防护林的动力遮蔽效应;将此模式应用于小型绿化带对高大建筑物周围风环境的影响的数值模拟,数值实验证明在城市冠层内,城市小型绿化带对高大建筑物周围行人高度的风场环境影响显著,设置合理的小型绿化带对城市高大建筑物附近风场有良好的改善效果。模拟实验中可见,在3m/s的入流风速下,建筑物侧面的角隅流达5m/s,设置合理的绿化带可使之降低到3.5m/s。     

深凹露天矿采场内流场分布规律的试验与数值模拟

运用现场测试和数值模拟相结合的方法,对深凹露天矿采场内的流场分布规律进行研究.以首钢水厂铁矿为试验矿山,在5个现场试验点观测不同垂直高度的风向、风速.现场测试结果表明,当风速为1~2m/s时,西南和东北方向的来流风进入采场内均形成复环流结构;当风速达到47m/s及更大时,5个测点风向与来流风向相同,未观测到采场内形成复环流结构.同时基于Gambit技术建立矿体的几何模型,应用流体力学Fluent软件对该深凹露天矿在不同风速条件下的流场分布进行数值模拟.模拟结果表明,随着风速的增加,矿区内复环流中心的位置逐渐升高,范围宽度和中心厚度也逐渐增大.数值模拟结果与现场测试结果相似.     

铀矿山下垫面粗糙度对大气风场影响的数值模拟研究

以某实际铀矿山为对象,运用CFD方法,基于N-S方程建立三维大气风场的物理模型,研究三种下垫面粗糙度下（z=0.1 m,z=0.5 m,z=1.0 m）的大气风场结构.结果显示,随着粗糙度增大,近地面风场速度变化达到19%;随着高度上升,大约在200 m后,粗糙度影响减弱,风场等值线趋于平稳;风场流速越大,近壁面处粗糙度对风场的阻碍作用越明显.在粗糙度较大（z≥0.5 m）情况下,可适当通过提高污染物排放高度来加强大气的输运能力,以缓解局部地区的污染。     

基于尾流效应的低风速地区风电场布局优化方法

为了减少低风速地区风电场尾流效应对其发电能力的影响,提出一种通过改变风机塔筒高度以提高风电场收益的布局优化方法。首先分析了塔筒高度与风电场年发电量的关系,进而优化风电场主风向上机组塔筒高度,以使轮毂海拔高度呈渐进式增加,实现风电场年发电量提升的同时尾流损失下降的优化目标。最后,使用Wasp10.0风资源评估软件建立风电场模型,与未使用优化方法的风电场进行仿真对比。仿真结果表明,随着主风向上前后排机组轮毂海拔高度差值的不断增加,风电场年发电量不断增加,验证了所提方法的有效性。     

风-雨共同作用特大型冷却塔表面风荷载与作用机理

强风暴雨极端气候条件下,暴雨会直接影响塔筒表面气动力并改变脉动风的湍流特性,而传统研究大多仅关注风单向驱动雨对于结构表面的冲击力.为解决该问题,针对中国已建成的高为210.0 m的超大型冷却塔,首先基于计算流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)手段采用连续相和离散相模型分别展开风、雨场的模拟计算.在此基础上,揭示风雨场雨滴运行速度和轨迹的作用机理,并针对9种不同风速和降雨强度组合的塔筒内、外表面风雨荷载,雨压以及等效压力系数等展开定性和定量的对比分析.提出的超大型冷却塔风雨等效内、外压系数可以很好地预测此类极端条件下的表面荷载取值.