磨刀门水道枯季底边界层的泥沙交换过程

河口底边界层细颗粒泥沙运动往往受边界层内多种尺度的动力过程影响而变得十分复杂。由此,基于座底支架上的ADV与OBS,于2010年枯季在珠江磨刀门水道分别进行大、中、小潮的底边界层观测,对磨刀门水道底边界层湍流动力特征与小尺度泥沙交换过程进行研究。结果表明:悬沙有效沉速、床面切应力与底床侵蚀率的变化范围随着潮差的增大而增大;底床侵蚀率与平均流速变化规律相似,当流速小于0.3 m/s时,侵蚀率基本保持在0.002 kg/m2左右,流速超过此临界值时,床面泥沙发生再悬浮。悬沙和床沙交换过程随着潮差增大而增强,且落潮时段强于涨潮时段。     

边界层厚度可变的柔性关节空间机器人两级滑模控制

针对空间机器人关节的快速跟踪控制问题,提出一种边界层厚度可变的两级滑模控制方法. 首先对研究对象建模,运用拉格朗日法推导出系统的动力学方程. 考虑其刚柔混合特性,结合奇异摄动理论,将系统分解为快、慢变两个子系统,对快变子系统设计了速度差值反馈控制方法,对慢变子系统设计了两级滑模控制方法,并引入边界层厚度可变的饱和函数来解决系统的振荡问题. 最后利用数值仿真进行了验证.     

重庆主城区边界层气象条件对PM10质量浓度影响分析

对雾天、晴天和阴天3种不同天气背景下边界层气象条件对PM10质量浓度影响进行了分析,结果表明:夜 间到早上,由于3种天气均出现有逆温且高低空风速较小,PM10向高空扩散能力弱,在污染源排放明显减弱的情 况下PM10质量浓度呈现自然下降态势,雾天由于相对湿度大,水汽的吸附作用,PM10质量浓度下降速度比晴天和 阴天快;上午,阴天升温不及雾天和晴天快且高低空风速也比较小,导致PM10质量浓度上升速度比雾天和晴天快; 午后,由于晴天增温快,温度高,高低空风速大,PM10质量浓度下降速度快,雾天温度增速不及晴天且地面风速变 化不大,PM10质量浓度下降速度要低于晴天,阴天增温速度明显比晴天和雾天慢,高低空风速较小,PM10质量浓 度降低速度慢,相对质量浓度高.     

低速磁浮列车悬浮系统动力学建模及非线性控制

以国家磁浮交通工程技术研究中心的低速磁浮列车为研究对象,探讨了外界扰动、非线性和时变性条件下悬浮控制系统的设计问题.首先建立悬浮系统非线性数学模型,并搭建悬浮系统仿真平台.然后设计线性PD(proportion differentiation)控制律,仿真表明其性能依赖参数的选取,对扰动敏感,鲁棒性弱.为提高悬浮控制器的鲁棒性,由可变边界层和指数趋近律出发,导出改进型的滑模控制律.用Lyapunov法证明其稳定性.仿真结果表明该控制律动态性能好,控制精度高,鲁棒性强,且能有效抑制系统颤振.最后通过整车试验证明所提出的改进型滑模控制律的有效性.     

博斯腾湖流域戈壁地区大气边界层高度特征研究

位于新疆博斯腾湖流域戈壁地区的大气边界层过程受湖泊和戈壁的共同作用, 大气边界层结构具有特殊性。利用2013 年5 月21 日至8 月28 日在博斯腾湖流域戈壁地区获得的大气边界层探测试验资料, 分析该地区大气边界层结构特征。结果显示, 博斯腾湖流域戈壁地区大气边界层最突出的特征是在夏季典型晴天时对流边界层异常深厚, 在所统计的100 天探空资料中, 有45 天大气边界层高度达3000 m 以上, 最高可达4400 m。同时, 探讨深厚对流边界层的形成机制, 认为博斯腾湖流域戈壁地区特殊的大气热力环境以及湖风切变等因素是形成深厚对流边界层的重要原因。     

确定P-V曲线中质壁分离点的方法比较

质壁分离渗透势(Ψ_tlp)与质壁分离相对含水量(C_RW,tlp)作为重要的水分生理参数,被认为是衡量树木耐旱性强弱的重要指标。为了验证不同方法确定质壁分离点的差异,笔者对比了Ⅰ型与Ⅱ型标绘P-V曲线类型,采用Ⅱ型标绘方式,利用常见的数学法、图形法和程序法分析了东北东部山区主要树种的Ψ_tlp和C_RW,tlp。结果表明:Ⅰ型8个树种Ψ_tlp和C_RW,tlp平均值分别较Ⅱ型高出0.20 MPa和3.17%。其中两种标绘类型对针叶树兴安落叶松和红松参数求解影响大于阔叶树。不同标绘类型改变了树种间参数的对比关系。Ⅱ型中除了程序法求解春榆Ψ_tlp显著高于数学法外(P<0.05),其他树种3种方法求解Ψ_tlp及C_RW,tlp均无显著性差异(P>0.05)。3种方法求解的同一参数间的线性方程决定系数在0.63～0.90之间(P<0.01)。其中,数学法与图形法线性关系最好,数学法与程序法、图形法与程序法线性关系次之。Ⅱ型标绘P-V曲线图形变化平缓,曲线部分与直线部分分界明显,可较好地估计水分参数。图形法在适用性上具有优势。     

西安雾区垂直结构气象要素特征分析

利用2007-2012年L波段探空边界层资料,采用气候统计学方法分析雾过程边界层气象要素的分布特征.结果表明:西安一年四季都有大雾,雾区温度廓线有等温、贴地逆温和温度减小等变化,其中等温变化约占记录总数的64%,贴地逆温约占记录总数的33%;湿度有等湿、湿度增大、湿度减小等变化,其中湿度随高度减小的记录比例较大,约占记录总数的74%,其廓线表现出高湿—减小—增大—等温的变化;风向有静风(C)、东北(N-NE)偏东和西南(SSW-WSW)偏西等变化,西南向西偏转的频次约占记录总数59%,静风频率成分约占35%,风速变化≤1m/s的约占记录总数的40%;气象要素分析表明西安的雾多为辐射雾.     

利用探空资料建立北京地区水汽廓线的参数化方案

利用 2008年探空资料分析了北京地区水汽廓线的分布特征, 提出不同边界层状况下水汽廓线的参数化方案。 在稳定边界层或浅对流边界层条件下, 水汽廓线的参数化方案可以用q=q₀e^z/2624(q₀为地面水汽比湿)表示。在对流边界层条件下, 水汽垂直分布受大气边界层影响非常显著, 参数化方案可以采用: 1) 对流边界层内(0≤z0; 2) 对流边界层高度附近(|z-PBL|<200), q=q₀(A-B(z-PBL)); 3) 对流边界层高度之上(PBL+200≤z), q=Cq₀(z-5000-PBL) (z和PBL分别为距地面高度和对流边界层高度, 单位均为m)。参数分别为A=0.72, B=1.4×10^-3m^-1, C＝-9.17×10^?5m^-1。在对流边界层下, 水汽廓线的参数化方案如果仅采用e指数分布会低估10%的水汽总量, 而新提出的参数化方案能更好地给出水汽的垂直分布。     

影响湖泊沉积物有机碳同位素变化的新因素

正[本刊讯]中国科学院地质与地球物理研究所新生代地质与环境研究室古生态学科组的旺罗副研究员及其合作者的研究显示:在北方,由冰冻期长短控制的湖泊生物生长期,引起生活在不同水动力条件下的底栖和浮游硅藻相对含量的变化,是控制湖泊有机碳同位素变化的重要因素之一。该研究成果发表在Organic Geochemistry,2013,54:62-68。     

潮滩动力过程影响下扩散边界层和沉积物-水界面扩散通量的变化

扩散边界层(DBL)控制了沉积物和上覆水间物质的交换,在潮流底边界层(BBL)的动力过程影响下,海洋DBL的厚度变化很大,溶解物质的扩散通量也有很大变化.因此探究影响DBL厚度和扩散通量变化的动力机制是准确估算扩散通量的关键前提,对近海水体营养盐补充和环境二次污染等问题的准确估计有重要意义.利用微尺度剖面仪和高频流速仪等对BBL的动力结构和DBL进行了联合观测.运用线性分布、剖面拐点和浓度方差法较准确地判识了DBL厚度.分别从水体和沉积物一侧计算了扩散通量,两者相差不超过6%.使用PROFILE模式对溶解氧剖面进行了精确模拟,获得了分层的单位体积耗氧速率.结果显示DBL厚度(0.10~0.35mm)和扩散通量(15.4~53.6mmolm2d1)在一个潮周期内均变化了3.5倍.通过进一步分析动力强迫对DBL厚度和扩散通量的影响,发现在平均流速控制DBL厚度占优的潮滩系统中,DBL厚度δDBL和平均流速大小U成反比,通过拟合得到了两者的关系式δDBL=1686.1DU1+0.1(其中D为分子扩散系数).扩散通量的变化分阶段受到了沉积物上覆海水和湍流混合强度变化的影响.在主要受湍流混合影响的阶段,扩散通量和湍动能耗散率、摩擦速度和湍动能的变化都有一定的正相关关系.