荒漠戈壁下垫面地表湍流通量参数化的研究

通过对“我国西北干旱区陆-气相互作用试验”强化观测期(IOP)在甘肃敦煌取得的资料合理筛选以后,探讨了荒漠戈壁地表湍流通量参数化的问题。首先,分析了Monin-Obukhov相似函数的特征,并拟合出经验公式。结果表明,风速和温度相似性函数随稳定度参数的变化曲线与典型经验曲线差异较小,并且在经验曲线分布范围以内,但中性时的值有所不同。同时,还用该资料给出了动量和标量粗糙度(感热和水汽粗糙度)长度的平均值及其标量粗糙度随摩擦速度的变化关系。发现标量粗糙度的平均值大约比动量粗糙度小一个量级,并且随摩擦速度的增大而减小,但明显比理论预测值要大。     

NCAR湖泊子模型对东太湖湖-气交换的离线模拟及评估

准确的湖泊-大气陆面过程方案对天气气候的模拟和预测十分重要。通过对内陆浅水湖泊太湖东部不同季节水生植物特征进行分析,调整了NCAR湖泊子模型的消光系数、湍流扩散系数及粗糙度等参数;利用东太湖避风港1号观测平台2012年1、4、7、10月的观测数据驱动离线湖模式,评估了NCAR湖泊子模型对不同季节感热通量、潜热通量、湖表温度及摩擦速度的模拟性能。结果表明,参数调整后的NCAR湖泊子模型的模拟结果在4个季节都有了不同程度的改善,其中感热通量模拟值与观测值的均方根误差由12.37 W·m-2减小到9.7 W·m-2,潜热通量由50.19 W·m-2减小到31.48 W·m-2,湖表温度由1.03℃减小到0.62℃,摩擦速度由0.23 m·s-1到0.10 m·s-1。     

The early-warning effects of assimilation of the observations over the large-scale slope of the “World Roof” on its downstream weather forecasting

To improve the numerical simulation of the severe snow storms occurred in the south of China and the middle/lower reaches of Changjiang River during January of 2008, the observations from the automatic weather stations (AWS) over the Qinghai-Xizang Plateau (QXP) and its surrounding areas were assimilated into the Weather Research and Forecasts (WRF) model using multi-cycle 3-dimensional variational data assimilation (3DVAR). Due to the large-scale special topography of the QXP and its surrounding areas which may reach up to the mid-troposphere, the AWS located at different height on the deep slope of the plateau are different to those located on plains and take a role analogous in some extent to that of radio soundings in obtaining the vertical “profile” information of the atmosphere, and have the advantages in the aspects of sampling frequency, location/height fixing, and synchronization. The information captured by these AWS may carry the early-warning “strong signals” in the upstream sensitive area for the downstream weather systems to the east of the plateau and thus the assimilation of these AWS data is expected to lead to significant improvements on the simulation of the severe weather system occurred in its downstream areas through adjusting the 3-dimensional structures of the atmospheric thermal-dynamics for the initial conditions of the model. This study indicates that the assimilated information of moisture, temperature and pressure carried in the observations of AWS over the Qinghai-Xizang Plateau and its surrounding areas is very important and useful in the forecasting of precipitation in its downstream areas. Supported Jointly by National Natural Science Foundation of China (Grant Nos. 90502003 and 40625017), LaSW Project (Grant No. 2008LASWZI04), the Key Project of AMS (Grant No. 2008Z006), the JICA Program and the International Sci-Tech Cooperative Project (Grant No. 2007DFB20210)     

青藏高原地面抬升证据讨论

当前学术界在青藏高原地面何时达到现代高度问题上存在着许多不同观点,概括起来主要有３种：１４Ｍａ前已达到高于现代的最大高度,８Ｍａ前已达到或超过现代高度,距今３．４Ｍａ来分阶中强烈上升并逐步达到现代高度,之所以出现如此大的意见分歧,除高原面积广阔,研究程度不深和覆盖面不够的原因外,不同研究者所使用研究方法和证据的差异也是重要因素,在分析了各种证据对高原地面上升的记录机理后,我们认为夷平面、河流附地,     

粗糙多孔保温层的热质耦合传递分形研究

粗糙多孔保温层内部的热质耦合传递过程广泛存在于能源利用、机械隔热等工程中,为了更加真实地体现该热质耦合传递过程,将粗糙的孔隙通道描述为短周期正弦变化的毛细管道,根据达西定律、能量守恒定律和牛顿冷却定律,同时考虑粗糙度和粗糙密集度两个影响因素,提出了粗糙毛细管道的渗流系数和对流换热系数模型,分析了粗糙表面对渗流系数和对流换热系数的影响。结果表明,渗流系数模型的理论预测值与实验数据相吻合;渗流系数与面积分形维数、粗糙密集度呈正相关,与迂曲分形维数、粗糙度呈负相关;对流换热系数与渗流系数、粗糙度和粗糙密集度呈正相关,与面积分形维数、迂曲分形维数呈负相关。     

表面粗糙度对混凝土对流换热影响的试验研究

对流换热系数是混凝土重要的热工参数之一。目前关于混凝土结构的建筑节能、结构温度荷载及温度效应等温度相关的研究和工程应用中,在对流换热系数的选取上存在较大差异,且未考虑材料表面状况的影响,这直接影响了分析结果的准确性和可靠性。文中基于牛顿冷却定律和热平衡原理,设计和制备了一套混凝土表面对流换热系数的试验测定系统,以参数定量可控的方法开展不同粗糙度混凝土表面对流换热系数的试验研究,进一步改进和完善混凝土对流换热系数的定量计算方法。结果表明：所设计的测试系统和方法能很好地在构件尺度下测定混凝土表面的对流换热系数;表面粗糙度显著影响混凝土表面的对流换热,在10 m/s风速范围内,不同粗糙度的混凝土表面对流换热系数相差40.1%~77.4%;换热系数随表面粗糙度的增加而增大,且相比于自然对流,受迫对流受表面粗糙度的影响更大。基于试验数据的回归分析,得出了4种典型粗糙度混凝土表面对流换热系数的计算公式,同时给出了耦合风速和表面粗糙度影响的混凝土对流换热系数计算公式,并就工程中如何考虑混凝土表面粗糙度进行热交换系数取值给出了建议。     

确定墙体表面换热系数的辨识方法探讨

实测了墙体表面热流和墙体表面与室内空气之间的温差,并通过遗传算法和最小二乘法辨识分别得到了各算法的表面换热系数估计值,比较热流实测值和两种算法的热流预测值,可知遗传算法的预测热流与实验热流非常吻合,说明遗传算法是一种利用墙体表面的动态实验数据获得表面换热系数的有效方法,并且具有很高的精度。     

高速车削工件表面粗糙度特征分析

表面粗糙度是一项衡量工件表面质量的重要技术指标,高速车削过程中,随着被切削材料硬度和切削速度的提高,工件已加工表面质量在一定程度上得到了改善。工件表面形貌、切削用量、熔融金属涂抹现象决定着已加工表面粗糙度值的变化。     

华南地气感热通量交换系数的估算

利用2009年东莞市气象台涡动能量平衡观测系统的观测数据和常规观测数据,利用一元线性回归的方法对感热交换系数进行估算。结果表明,感热交换系数具有明显的季节变化,春季的感热通量交换系数相对较大,而夏、秋两季的感热交换系数则相对较小。近地面风速越大,感热交换系数越小。华南地区感热交换系数一般在(3.26±1.55)×10-3的范围。     

青藏高原风化壳红土的沉积地球化学和矿物学特征及环境意义

对青藏高原主夷平面上分布的风化壳红土进行了沉积地球化学和矿物学方面的研究。结果表明,高原风化壳红土中细粒物质（粒径小于１ｍｍ）的粒径分布范围较广且比较均匀;红土中粘粒部分的主要化学成分为ＳｉＯ２,Ａｌ２Ｏ３和Ｆｅ２Ｏ３;粘土矿物多属于伊利石－高岭石型组合,少数属高岭石－伊利石型组合。高原风化壳红土处在红土化的初期阶段,间接反映了青藏高原古岩溶发育时期的湿热气候。     

平衡剖面反映的柴西新生代变形对青藏高原隆升的响应

柴达木盆地为一中新生代盆地,位于青藏高原北缘,盆内中新生代地层发育很好地记录了印度一欧亚板块自约55Ma以来碰撞传到高原北缘的地质事件.在最新的高精度磁性地层绝对年代控制下,通过盆内西部五条北东-南西向地震大剖面,用平衡剖面方法恢复了新生代以来盆地因两大板块碰撞而引起的地壳收敛缩短量.结果显示:在宏观上柴西地区存在两个相对快速收缩期:早始新世-渐新世和晚中新世或上新世-现今(E_(1+2)末-N_1,43.80～22.00Ma和N~2_2或N_2~3-现今,8.20或2.65～0Ma)和两个相对较弱收缩期:中生代末-早始新世和渐新世-晚中新世(M_z-E_(1+2)初期,65.00～43.80Ma和N_1末-N~2_2,22.00～2.65Ma)以及两个主要的断裂活动期次,早期路乐河组末-下干柴沟组上段时期(E_(1+2)-E_3~2)和晚期上油砂山组至今(N~2_2-Q).在微观上,盆地内部受自身断裂活动的控制,发育了独特的形态.表明在印欧板块碰撞高原隆升的早期,柴西地区就开始变形响应,随后盆地在整个新生代发展过程中,都处于板块碰撞高原隆升的大环境影响下而发生整体的变形缩短,同时自身的断裂活动控制了盆地的微观形态.     

结合激光雷达评估常规探空资料反演青藏高原混合层高度的适用性

利用微脉冲激光雷达探测资料,采用梯度法获取那曲地区夏季的混合层高度序列及日最大混合层高度;利用每日两次(08:00和20:00)的探空资料结合地面最大位温,采用气块法得到雷达探测对应日期的日最大混合层高度(MMH)。通过对比从不同资料得到的MMH,发现08:00探空反演结果与激光雷达结果有较好的一致性(相关系数R为0.85,均方根误差RMSE为0.30 km,平均绝对误差MAE为0.25 km,并通过显著性水平为0.95的t检验);20:00探空反演结果则与激光雷达结果偏差相对较大(R为0.84,RMSE为0.67 km,MAE为0.54 km,未通过t检验)。分析产生偏差的原因发现,探空时刻的残余层、前期的天气变化过程以及对流泡活动或强卷夹过程引起的混合层高度时空变化等都可能是导致20:00高度结果与激光雷达结果不一致的原因,使得20:00探空资料不适合进行最大混合高度的反演。位温廓线的日变化特征也会影响反演结果的准确性,导致08:00探空结果偏高,但可以通过统计订正做修正。     

基于GPRS的无线水量远传系统的实现

比较了GPRS系统优干GSM系统的特点,分析了在水资源计量管理领域应用GPRS技术实现水量远传的可行性。开发了一种基干GPRS技术的水量远传系统,阐述了系统的构成原理,详细论述了水量采集终端、GPRS数传终端等系统硬件的设计方法,及数据中心系统软件的设计流程。该系统给水资源计量管理提供了一个较好的解决方案。     

基于野外站网络的青藏高原地表过程观测研究

 由于地形地貌的复杂性,国际对青藏高原及其邻近地区的地表过程观测研究持续关注,中国高寒区地表过程与环境观测研究网络也逐渐形成。整合了中国科学院的17个野外观测站,针对中国高寒区特有的大气、冰川、冻土、湖泊、高寒生态系统等地表过程开展长期观测。通过推动建立规范的观测指标体系,逐渐统一观测仪器设施,开展数据集成与共享等,野外站的观测研究能力得到显著提升,产出了一批具有国际影响力的高水平科研成果,如发现青藏高原降水具有西风、季风和二者过渡区3大模态等,为区域经济社会发展的决策提供了科学依据。未来,野外观测站会统筹长期观测与有限目标的关系,建设高寒网科学数据平台,更好地服务和支撑国家重大科技任务和战略需求。     

青藏高原近地面层气象要素变化特征

利用第2次青藏高原气象科学实验(TIPEX)1998年5-7月改则、当雄和昌都3个大气边界层加强观测站获取的近地面层观测资料,分析了青藏高原西部、中部和东部地区近地面层风速、温度和湿度的日变化特征及其廓线规律,给出了青藏高原地区地表空气动力学参数和地表温度变化规律,讨论了高原近地面层湍流通量特征及逆湿现象。     

侧壁射流对突扩通道流动特性的影响

讨论了垂直于突扩通道主流方向的侧壁射流对壁面压力系数、传热系数及主回流区长度的影响．采用标准κ-ε双方程湍流模型,对侧壁射流突扩通道中的流场进行了数值模拟,计算结果表明,侧壁射流位置越靠近入口,主回流区长度越短,最大压力系数位置前移,其数值增大,局部表面传热系数也增大．根据计算结果,拟合出了当侧壁射流速度与突扩通道入口平均流速之比等于2．0时,主回流区长度与侧壁射流位置的关系式。     

戈壁下垫面空气动力学参数确定的再研究

提出一种确定地表粗糙度z0的方法。该方法仅需利用精细风廓线资料进行计算,误差较小,尤其适用于近中性层结观测较困难的情况。根据2006年夏季河西走廊戈壁地区的大气边界层观测资料,利用该方法确定的z0为0.60mm左右,和前人方法计算结果0.78mm接近,证实了此方法和z0估值的可靠性和可信度。此外,由于不同测量高度代表不同区域尺度上的特征,地表粗糙度的确定还应和风廓线的观测高度及分布状态有关。