垂直涡度方程的比较分析

通过对经典垂直涡度方程、全型垂直涡度方程、新型垂直涡度方程之对比分析,发现由位涡方程出发导出的全型垂直涡度方程存在着不足:(1)在θz=θz=0的中性层结情况下,方程不适用;(2)在一般情况下,全型垂直涡度方程不能准确反映力管项-α×p作用对垂直涡度变化的影响;(3)全型垂直涡度方程高估了倾斜涡度强迫对垂直涡度发展的作用.     

四川盆地非典型暴雨过程分析

 基于NCEP 1°×1°资料,且在高空探测和卫星云图的基础上,利用涡度方程分析了2009年6月28日四川盆地发生的区域暴雨过程,结果表明:①500 hPa环流变化与贝加尔湖南侧低槽扰动及高原切变线有关,在暴雨开始前后降水环流形势出现较快的调整,贝加尔湖冷槽南移影响四川盆地.700 hPa西昌一带的西南风加大,并在雨区具有中尺度结构的降水云团发展.②诊断分析表明,局地涡度分布对降水系统的发展具有重要作用,在短波槽扰动区域内,通常∂ζ/∂t>0.暴雨临近时,正局地涡度变化区域偏北,槽偏北,雨区仍为负局地涡度.暴雨开始时,雨区上空转为正局地涡度.在700 hPa上,正局地涡度的分布也对低层降水系统发展起到重要作用,正局地涡度变化的分布首先是开始于盆地西北部,然后发展到暴雨区域,再逐渐往盆地南部发展,与云团移动路径和降水发生趋势较为一致.③一定程度上,当500和700 hPa两层的正局地涡度变化中心位置叠加在同一地方时,正涡度深厚,往往是暴雨发生的区域,因此正局地涡度变化可以作为判断降水落区的一个物理要素来参考.     

98.7暴雨中尺度系统发展的视涡源涡度变率诊断分析

利用 MM5输出的高分辨率资料和视涡源与总涡源诊断方程对“98.7”特大暴雨的涡度场、视涡源、总涡源进行了诊断分析 .结果揭示 :此次暴雨的发生和发展与其视涡源、总涡源的生成和发展直接相关 .正视涡源柱和总涡源柱的存在及强烈发展是强暴雨中尺度系统发生发展的主要动力机制 ,这种机制有利于突发性特大暴雨发生 .暴雨的落区基本处于视涡源、总涡源中心位置的下方 .因而 ,视涡源与总涡源的强度及所处的位置为雨强及落区的预报提供了参考依据     

非定常Stokes方程混合有限元方法

本文给出二维非定常Stokes方程的流函数-涡度表达式, 采用混合有限元方法分别讨论流函数方程和涡度方程,得到流函数、涡度及流速场的最优阶L2误差估计。     

CLT桨的尾流场及梢涡特性数值分析

为了探究尾流收缩叶梢负载(CLT)桨的尾流场及梢涡特性,基于商业计算流体力学软件Star-CCM+对CLT桨P1727的尾流场进行了数值模拟.计算采用DDES(延迟分离涡)方法在进速系数J=0.5的工况下对三套网格进行了不确定度分析,确认了数值方法的可行性,然后对螺旋桨的敞水性能及尾流场进行了计算.研究表明:尾流场的网格细化对螺旋桨的推力及扭矩只有微弱影响,对桨后的流场具有较大影响;尾流区域轴向速度分布分为加速流与自由流,进速系数越大,加速流与自由流的分界线向外扩散的趋势越弱;相邻梢涡之间会发生融合,进速系数越大,融合得越晚,梢涡强度越弱;CLT桨相较于常规桨多出一个端板涡,并且会与梢涡融合;梢涡在向下游发展的过程中,会有明显的收缩现象.     

基于RANS和DES法船体绕流模拟及不确定度分析

基于计算流体力学（CFD）不确定度分析的推荐规程,对采用雷诺平均的纳维 斯托克斯方程(RANS)和分离涡模拟(DES) 2种模型预报的船舶阻力和波形结果分别进行CFD不确定度分析. 数值不确定度主要考虑网格尺寸,按照加细比为42生成3套网格进行计算,并估计网格误差和不确定度. 研究分析表明了验证和确认规程对CFD不同数学模型的实用性,建立了基于2种数学模型下模拟结果的验证和确认等级.     

西南涡大气边界层结构的数值模拟Ⅱ:边界层物理量的数值分析

本文在计算分析了一个西南涡Ekman层流场特征的基础上,进一步对该西南涡边界层涡度、散度和垂直速度进行了数值分析,初步得出了西南涡在边界层内的垂直结构及物理量分布特征。     

一次寒潮天气过程的发展和成因——基于位涡原理的分析

利用NCAR/NCEP再分析资料,以及MICAPS全国各站点资料,应用等熵位涡原理,对2009年1月下旬发生的寒潮天气过程进行分析.分析结果表明:这次寒潮过程冷空气源地在中高纬新地岛附近.寒潮爆发后,其向南越过长江流域,低层风速加大常以冷涌的形式出现.整个寒潮爆发阶段,高空高位涡向南向东从高层到底层不断侵入到中国,并在垂直方向上出现了对流层顶折叠的现象.此过程中伴随着正涡度增强,对应的低涡系统也越强,当到达我国北方地区时,东亚大槽加深,槽后冷空气随着高空引导气流迅速南下影响我国.     

桃仙机场2020年8月13日暴雨过程天气分析

利用NCEP分析资料,对2020年8月13日沈阳桃仙机场的暴雨天气过程从层结、水汽、能量等方面进行分析.结果表明,暴雨主要经由低空急流建立,涡度与天气形势配合良好,湿位涡的应用,对暴雨落区,雨强等具有良好的指示意义.     

有旋场中几率流体的统计熵及其应用

首先定义熵动量并对其取旋度,再根据波尔兹曼熵公式,推导出二维平面几率流体涡度熵的时变方程,最后根据地球大气的实际,对熵变方程作出了物理解释,并且提出了一个诊断天气系统变化的方法。     

湍流场中涡线单元的结构分析

与描述湍流速度场的流线管单元[Wang L. On properties of fluid turbulence along streamlines. J Fluid Mech,2010, 648:183–203]的思想类似,为了描述湍流涡矢量场的结构,我们提出了一种新的结构分析方法,即涡线单元,可以用单元尺度和极值点涡量差值来表征.涡线单元与常用的涡管结构的不同可以概括为:涡线单元结构可以定量描述,并且是全空间填充的.在理论上这两个条件是保证我们可以将涡线单元的结构分析与全流场统计规律联系起来的必要前提,帮助理解和重构湍流涡量场.根据直接数值模拟数据,我们研究了涡线单元的统计与结构特性,包括尺度与手性等.根据涡线单元结构可以定量表征精细的条件统计,例如发现涡相关的动力学参数(例如拟涡能耗散率和涡拉伸率)强烈依赖于基于涡线单元结构的条件统计.这样一种结构分析方法为深入研究湍流场提供了新的手段.     

Generalized moist potential vorticity and its application in the analysis of atmospheric flows

Potential vorticity(PV)serves as an important dynamic tracer for large-scale motions in the atmosphere and oceans.Significant pro-gress has been made on the understanding and application of PV since the work of Hoskins et al,who introduced an"IPV thinking"of a dynamical system in a purely dry atmosphere.In particular,there has been a substantial amount of work done on the PV in a general moist atmosphere.In this paper,the generalized moist potential vorticity(GMPV)and its application in the mesoscale meteorological fields are reviewed.The GMPV is derived for a real atmosphere(neither completely dry nor saturated)by introducing a generalized potential temperature instead of the potential temperature or equivalent potential temperature.Such a generalization can depict the moist effect on PV anomaly in the non-uniformly saturated atmosphere.The effect of mass forcing induced by rainfall on the anomaly of GMPV is also reviewed and a new dynamic variable,the convective vorticity vector(CVV),is introduced in connection with GMPV.2008 National Natural Science Foundation of China and Chinese Academy of Sciences.Published by Elsevier Limited and Science in China Press.All rights reserved.     

多相流运动学几个基本公式

论述了运动学在多相流中的作用,提出了区分多相流组分的必要性,多相流环量和涡量的关系式,多相流旋度公式,多相流剪切变形速率表达式,以及多相流散度表达式。     

用湿位涡定义的南海西南季风指数及其与我国区域降水的关系研究

使用美国NCEP／NCAR1958－1997年逐日资料,对南海季风爆发前后的气象要素场作了分析。结果表明：南海季风爆发时,南海南、北部要素场变化有差异,北部西南季风爆发特征更为显著。针对南海西南季风爆发特征,提出了用湿位势涡度定义季风指数,它能很好地反映夏季风爆发的特征。其中,用湿位热涡度定义的季风指数对长江中下及华北华南地区的旱涝具有一定的预示性。相关分析表明：前一年冬季的季风指数和秋季的季风指数分别与华北次年夏季降水、华南次年春季降水有显著的相关,而当年夏季的季风指数与长江中下游当年秋季降水呈显著正相关。     

Vorticity Measurements Using a 6-Sensor Hot-Wire Probe in a Tangentially Fired Furnace

Vorticity, which represents the rotation of a fluid element, is an important characteristic of turbulence. Various methods have been used to measure vorticity. A hot-wire/hot-film anemometer (HWA) was used here to measure the vorticity in turbulent flows. The velocity components and their partial derivatives were simultaneously measured with a new 6-sensor hot-wire (HW) probe assuming ideal yaw and pitch factors with Jorgensen's expression and Taylor's hypothesis to analyze the data. The accurate 6-sensor hot-wire probe results for the velocity field were used to determine the velocity gradients and, therefore, the vorticity vector field. The data was measured in an isothermal model of a tangentially fired furnace. The experimental results in the tangentially fired furnace agree with numerical results.     

Diagnostic analysis of the asymmetric structure of the simulated landfalling typhoon “Haitang”

The landfalling processes of Typhoon ＂Haitang＂ near Lianjiang of Fujian Province of China from 00 UTC 19 to 12 UTC 20 July 2005 were reproduced by using the nesting non-hydrostatic WRF model and data assimilation technology （Level II Doppler radar data of Changle of Fujian Province are assimilated to the simulation every one hour from 01 to 06 UTC 19 July 2005）. The mesoscale structure and evolution of the typhoon before, during, and after its landfall were discussed. The simulation data show that the assimilation exper- iment with the high temporal-and-spatial-resolution radar radial velocity and reflectivity data can produce much better simulation of the typhoon track, intensity evolution and landfalling location than the control experiment without assimilating radar data. By using the assimilation experimental data, the mesoscale fine-mesh structure and evolution before and after typhoon landfall were analyzed. Because of the influence of sea-land thermodynamic difference, two asymmetric convective regions were located at ocean and land, respectively. To better understand and investigate the asymmetric-structure characteristics of the landfalling typhoon, several dynamical diagnostic tools, the helicity （H）, the moist potential vorticity （MPV）, the convective vorticity vector （CVV）, the moist vorticity vector （MVV）, which are associated with the development of strong convections, are introduced. Further analysis illuminates that the distribu- tions of these physical diagnostic parameters are totally asymmetric, and subsequently, the associated convections also show distinct asymmetry.     

充液航天器试验的三维数值分析

对自旋充液航天器地面气浮台试验的动力学特性进行了分析和计算。以刚体系统的动量矩定理和流体运动的基本方程为基础，考虑液体晃动、涡旋、重力、离心力及Ｃｏｒｉｏｌｉｓ力等因素的影响，并运用Ｐｆｅｉｆｆｅｒ推广的关于流体均匀涡旋运动的理论，导出了液体晃动的边值问题和流固耦合旋转系统运动的联立微分方程组。运用边界元方法求解了重力场中部分充液偏置贮箱内液体晃动的三维边值问题，并将系统运动的联立微分方程组交换后化为广义特征值问题来求解。从而求得液体晃动的能量耗散率和系统的章动时间常数。