三维非静力E—ε闭合模式对山体流场及浓度分布的模拟

本文采用三维非静力E-ε闭合模式,在对流层边界层方程组中,加入湍能和耗散率方程描述边界层中的湍流运动。求解孤立三维山地地形上的流场、湍流场和浓度场,并分析地形对气流的影响及对污染物浓度分布的影响。同时做了不同坡度和不同风速下的孤立三维山体的流场、湍流场和浓度场比较。数值计算结果表明,地形能改变气流运动,气流过山时将出现分支现象,山后背坡有反向回流出现,并且回流区大小随着山体坡度的增大而增大。山体对气流的阻挡作用随山体高度的增加而更明显,随风速的增加而减弱。湍能及耗散率随高度衰减较快。随着山体坡度增加,山前气流的垂直速度也增加,湍流运动更强。风速大时湍流运动越显著。污染物在山前出现辐散,迎风坡是浓度高值区,山后背风坡也是相对高值区。山坡度越大,山前迎风坡污物浓度越高。     

爬流和绕流对山地突发性暴雨的影响

利用ERA5再分析资料和融合降水数据,针对2018年5月21-22日发生在中国四川盆地西南部的一次山地突发性暴雨,首先对其降水强度和天气概况进行相关分析,并且通过绕流和爬流方程,将流场分解为绕流和爬流分量,重点探讨地形对于过山气流的影响及其对降水的作用。研究表明:受欧亚中高纬低槽槽后西北气流引导冷空气南下和西南低涡东移的共同影响,在四川盆地西南部山区发生了一次强降水过程。此次降水范围较广、强度大并且降水时间集中,是一次典型的山地突发性暴雨事件。由于地形的阻挡作用,使得来自东北方向的气流发生旋转,产生绕流运动,在盆地内形成局地涡旋。同时盆地和盆周山地之间的地形高度差强迫过山气流产生爬流运动,导致垂直上升运动加强。在绕流与爬流的共同作用下,为此次突发性暴雨的发生发展提供了有利的流场条件。进一步分析得出地形区域内爬流分量略大于绕流分量,即气流对于山地屏障的地形适应以爬流运动为主,绕流运动次之,地形爬流产生的垂直上升运动与雨带的分布密切相关。     

过山气流二维定常模式的实际应用

本文对气流流经三种不同水平宽度的地形所产生的动力学效应进行了研究。应用定常的二维模式作数值模拟,结果表明:大尺度地形可影响到山脊上游的大气运动,山脊上游出现下沉气流,造成干燥气候;中尺度山脉促使下游大气产生波状扰动,可影响飞机飞行;小尺度山丘(或建筑群)对气流中的气溶胶扩散会产生影响。充分孓解小尺度地形气流的特点,可给山区城镇工厂烟囱的合理布局以及作物育苗阶段的秧田选地提供依据。     

气象条件对烟囱污染物影响的模拟研究

利用ISC3模型模拟了某电厂不同高度烟囱在不同风速、不同稳定度情况下SO2的最大落地浓度和落地距离。结果表明:在烟囱高度不变的情况下,稳定度不变,如果风速逐渐加大,则SO2最大落地浓度变小,且最大落地距离亦变小;烟囱高度不变且风速不变情况下,稳定度由稳定趋向于不稳定,则SO2最大浓度变小且最大落地距离变小;在风速和稳定度不变的条件下,随着烟囱高度的减小,SO2最大浓度变大且最大落地距离不变;在建烟囱最高高度不宜超过300 m。     

气象条件对烟囱污染物影响的模拟研究

利用ISC3模型模拟了某电厂不同高度烟囱在不同风速、不同稳定度情况下SO2的最大落地浓度和落地距离。结果表明：在烟囱高度不变的情况下,稳定度不变,如果风速逐渐加大,则SO2最大落地浓度变小,且最大落地距离亦变小;烟囱高度不变且风速不变情况下,稳定度由稳定趋向于不稳定,则SO2最大浓度变小且最大落地距离变小;在风速和稳定度不变的条件下,随着烟囱高度的减小,SO2最大浓度变大且最大落地距离不变;在建烟囱最高高度不宜超过300 m。     

多时间尺度环流对热带气旋海棠(0505)路径的影响

利用滤波方法将NCEP/NCAR提供的FNL风场资料分离出天气尺度和低频环流场,研究不同时间尺度环流对台风海棠（0505）路径的影响。热带气旋海棠路径的特征可以分两个主要阶段,在第一阶段,海棠西侧的天气尺度反气旋和低频流场副高南侧气流共同引导海棠向西南运动;第二阶段初期,天气尺度环流抑制海棠向北转向,但海棠西侧的QBW气旋和MJO尺度的气流共同引导海棠向北运动。海棠运动后期,海棠与低频气旋的相互作用导致了天气尺度流场中波列的产生和发展,形成了热带气旋的传播分量,令海棠产生了向东北转向的趋势,但是由于MJO环流场中副高的北抬和QBW气旋的引导,最终导致海棠向西运动。     

冷却塔烟气抬升高度及污染物浓度变化特征

介绍了冷却塔烟气排放原理及德国VDI 3784的S/P模式,结合实例研究了冷却塔烟气排放不同参数、不同大气条件下烟气抬升高度变化特征,并使用德国VDI 3945的Austal 2000模式对冷却塔和烟囱的排放浓度进行了对比。结果表明：烟气抬升高度主要取决于出口温度和环境温度之差;随着风速的增大,抬升高度明显变小;随着直径的增加,烟气抬升高度也增加;随着出口速度的增加,抬升高度增加的相对较多;随着出口温度的增加,烟气抬升高度在逐渐增加,稳定度决定增加的倍数;VDI 3945模拟结果表明：小时浓度差别相对较小,而年均浓度差别较大,日均值的差别介于小时和年均之间。     

冷却塔烟气抬升高度及污染物浓度变化

介绍了冷却塔烟气排放原理及德国VDI 3784的S/P模式,结合实例研究了冷却塔烟气排放不同参数、不同大气条件下烟气抬升高度变化特征,并使用德国VDI 3945的Austal 2000模式分析了冷却塔与烟囱的排放浓度对比。结果表明:烟气抬升高度主要取决于出口温度气环境温度之差;随着风速的增大,抬升高度明显变小;随着直径的增加,烟气抬升高度也增加;随着出口速度的增加,抬升高度增加的相对较多;随着出口温度的增加,烟气抬升高度在逐渐增加,稳定度决定增加的倍数。VDI 3945模拟结果表明:小时浓度值差别相对较小,而年平均浓度值差别较大,日平均值的差别介于小时与年平均值之间。     

二层模式中小地形对于气压跳跃形成的初步研究

本文应用一个两层密度不同的流体所组成的模式,讨论了小地形对于气流的影响。由一维常定问题的解指出,对于气流一定的上游条件,山脉存在一临界高度;山区气流的被扰状态,决定于上游条件和山的高度。当上游状态中的弗罗德(Froude)数小于1,而山脉的高度等于临界高度时,背风面将出现常定的“气压跳跃”。也由一维非常定的解,研究了“气压跳跃”的形成过程。     

登陆台风后部局域强降水的个例分析

本文以2000年第10号台风“碧丽斯”为例,得出特殊流场条件下登陆台风后部局域性强降雨产生的原因.它是发生在低层流场中变形场的辐合渐近线的一端附近,由于较强的偏北气流对暖湿的西南气流起到触发抬升作用,使原本水汽充沛、层结不稳定的气层对流发展,形成中尺度强对流云团,从而产生强降水.由于满足这种流场条件的区域很小,暴雨落点附近气流本身不强,因此暴雨范围不大,降雨强度也不太强,但由于流场维持时间较长,降雨历时也较长.     

丘陵,山地条件下火电厂烟囱优化设计方法

提出了复杂地形条件下烟囱位置、高度、脱硫效率和除尘效率的优化设计方法，并为此建立了三、高分辨率、非静力、污染气象参数场模拟系统和三维随机游坜模式污染物浓度预测系统。     

利用RAMS模式对山谷城市冬季局地风场的数值模拟

利用美国科罗拉多州立大学和MRC/ASTER发展的中尺度数值模式RAMS, 采用三重嵌套的方法, 模拟研究了兰州山谷地区局地环流特征。结果表明： （1）兰州市近地面流场以偏东风为主, 在城市东西部之间的狭窄地带, 风速相对较大些, 在东西部山谷城市中心区域有大片的静风区; 冬季兰州市山谷夜间是辐合流场, 白天是辐散流场。受城市热岛环流的影响, 白天热岛环流抑制谷风环流, 夜间增大山风环流, 夜间的山风风速大于白天的谷风风速。（2）白天, 兰州市区山顶和山谷之间上空气柱以下沉气流为主, 这主要是由于地形作用使得白天盛行谷风环流和山峰加热作用的共同影响。夜间, 兰州市区山顶和山谷之间上空以上升气流为主, 这主要是由于地形作用使得市区和山谷在夜间盛行山风环流, 但是冬天夜间兰州市区和山谷上空有较厚的逆温层存在, 抑制了气流的上升运动。（3）在午后13：00左右, 兰州市区山谷从近地面到400 m高度, 辐散场在逐渐减弱, 在510 m左右的高度转变为辐合场; 皋兰山顶上空从近地面到400 m高度, 辐合场在逐渐减弱, 在510 m左右的高度转变为辐散场。在凌晨01：00左右, 兰州市区山谷从近地面到400 m高度, 辐合场在逐渐增强, 到400 m高度达到最强, 从400 m到510 m高度又逐渐减弱; 皋兰山顶上空从近地面到220 m左右的高度, 辐散场在逐渐减弱, 在400 m左右的高度辐散场转变为辐合场, 从400 m到510 m左右的高度, 皋兰山顶的辐合场逐渐增强。     

用积云一维定常模式计算烟囱烟流的抬升高度

本文用积云一维定常模式摸拟烟囱烟流抬升状况,用数值实验的方式摸拟和计算烟气在静稳条件下的抬升高度,从另一个角度给出了烟气抬升研究的方法。     

复杂山区上空垂直速度场和热力对流活动的理想数值模拟

利用英国气象局高分辨率的边界层数值模式BLASIUS,针对中国西北一个复杂山区进行了一系列的理想数值模拟,分析了在不同天气条件下山区上空的垂直速度场分布和对流特征以及地形对热力对流活动的影响,同时讨论了与地形有关的对流触发机制。模式结果表明,复杂山区的垂直运动在稳定层结和风速较大的情况下较易预测,而在中性层结下,山区上空的垂直运动分布随机性强。在Froude数小于0.5的条件下,气流往往被山峰阻塞而在迎风坡造成地形强迫和辐合性抬升,从而易在迎风坡触发深对流活动;在背风坡则由于迎风坡的绕流重新辐合而造成垂直运动。绕流的辐合是触发深对流活动的另一重要因子。在大风或Froude数较大的条件下,地形重力波容易在山地下游被激发。地形重力波与对流活动的相互影响在模式中清楚可见。在适当的条件下,重力波除了可以与对流活动相耦合从而使气团上升到更高的高度外,重力波的走向很可能会影响到深对流系统的传播路径。研究还发现稳定度对相邻两条对流线之间的距离长短也有影响。稳定度较小时,相邻两条对流线之间的平均宽度趋向变大而单个对流线的强度也相应变大。定量化的结论和理论升华值得进一步的数值模拟研究。     

建筑物对大气污染物扩散影响的大涡模拟

利用一个大涡模式对一个方形建筑物周围的气流场进行了模拟,并与相应的风洞实验结果进行比较,对比结果表明大涡模拟方法可以精细地反映建筑物周围的流场特征.在此基础上,将拉格朗日随机游动扩散模式与大涡模式相结合,对在受建筑物影响的气流场中的大气污染物扩散进行模拟,模拟结果表明该方法可以很好地模拟出在建筑物影响下的气流变形所引起的各种污染物散布情况.建筑物周围的气流结构特性使得建筑物顶部污染源位置的细小变化可能造成建筑物周围污染物分布形势的很大不同,特别是对建筑物背风侧的空腔区内地面污染物浓度有着很大的影响.当排放     

估算模式 AERSCREEN的参数敏感性研究

《环境影响评价技术导则大气环境》（HJ2.2-2018）推荐的估算模式AERSCREEN在气象和地形资料的处理以及建筑物下洗等多个方面做了改进。利用估算模式AERSCREEN,针对30 m左右高度的点源,进行了不同排放参数、不同气象条件下最大落地浓度的敏感性试验。结果表明：随着烟气出口流速的增大,地面浓度最大值逐渐减小;随着波文比的变化,地面浓度最大值没有明显的变化;随着地面粗糙度的增大,地面浓度最大值逐渐减小;随着烟气出口温度的增高,地面浓度最大值逐渐减小;当烟气温度为75℃,粗糙度达到1.3 m时,地面浓度达到最小;随着反照率的增大,地面浓度最大值逐渐减小;随着烟囱高度的增大,地面浓度最大值逐渐减小;在各种烟囱高度条件下,随着最高环境温度的增高,地面浓度最大值逐渐增大;而在各种环境温度条件下,随着烟囱高度的增高,地面浓度最大值在逐渐减小;模式中,随着最低环境温度的增高,地面浓度最大值没有变化;但随着最小风速的增大,模拟得到的地面浓度最大值会逐渐减小。     

在空气污染研究中应用风廓线参数之探讨

本文使用对数律和幂指数律公式,计算了年平均和不同稳定度、不同风速等级下的丘陵山地的风指数(α)和综合粗糙度(Z_0)值,对公式及计算结果的适用性进行了探讨。结果表明,对于地面边界层(SBL),此两公式在丘陵山区条件下均有较好的适用性。可利用某地年平均地面风速(V_(10))和数次实测烟囱口高度的风速(V_烟),应用对数律或幂指数律推算该地各高度上的风速。对于丘陵山区,对数律可适用于地面以上300m层次内。     

台湾岛地形诱生次级环流系统对热带气旋异常运动的影响机制

对经过中国台湾岛和海南岛、吕宋岛、日本诸岛以及朝鲜半岛的热带气旋在过岛前后的运动、结构和强度的时空变化进行了统计诊断分析。研究结果表明,台湾岛附近热带气旋运动左偏（定义为偏于以前路径的左侧）机率最大,且台湾岛周围是产生诱生低压的高频区。采用理想东、西风环境场作为数值模拟背景场,数值研究了岛屿地形强迫与台湾附近的环境流场的相互作用及其对热带气旋运动偏转的影响,提出了岛屿地形强迫、背景场和热带气旋涡旋三者相互作用对热带气旋路径突然转折影响的观点,即台湾地形有利于环境场中诱生出一对偏差偶极涡,这对诱生偏差偶极涡将导致逼近岛屿的热带气旋产生运动方向的突然偏折,且在不同基本气流条件下,岛屿地形对热带气旋运动可能产生显著不同的影响。     

烟囱和逆温高度对污染物输送和扩散的影响

早期扩散模式都假定平均风是单向的、均一的,因而可以应用高斯分布。不过,高烟囱的出现使愈来愈多的污染源处在地面边界层之上。在行星边界层里风向和风速都随高度改变,污染物的输送和扩散与均匀流场里的情况大大不同。本文给出烟囱高度和大气热力层结对行星边界层里污染物浓度分布的影响。一、方程和扩散模式行星边界层里的平均风和温度在水平方向可认为是均一的,水平尺度比垂直尺度大得多,扩散方程、运动方程和热力方程分别为     

“98．8．9”嫩江流域东北冷涡暴雨过程的中尺度滤波分析

利用国家气象中心提供的T106客观分析资料,采用空间带通滤波方法,对1998年8月9日发生在嫩江流域的东北冷涡暴雨过程进行了中尺度滤波分析和冷涡垂直环流特征分析,结果表明,此次东北冷涡暴雨过程的降 有明显的不均一性,与大尺度场相比较,通过滤波得到的中尺度流场和各物理量场与冷涡雨之间存在着更好的对应关系,系统东侧的上升气流可以得到充分发展,而系统中心附近及其西侧则由于对流层中高层大范围和较强下沉运动的存在,而导致低层上升运动受到抑制。