西藏高原强对流天气及短临预报研究进展

高原地区的强对流天气突发性强、易多发、强度大、影响重、预报难,但针对高原地区强对流天气及其短临预报系统的总结还较少。由于高原特殊的地理环境及显著的热力作用和动力作用的影响,高原强对流天气具有不同于东部平原地区的独特特征,其研究进展概括具有重要指导意义。概括了青藏高原地区尤其是西藏地区强对流天气研究的进展,包括高原地区强对流天气气候特征,高原强对流天气的环流背景及影响系统,强对流天气的预报技术、相关短临预报系统等,为进一步的研究工作和短临预报系统建设提供研究背景。     

弯道出流横向流速的衰减长度

为研究弯道出流横向流速的衰减规律,通过量纲分析建立了量纲一衰减长度的经验公式,采用系列数值试验的结果率定了该经验公式,分析了各因素影响程度以及衰减长度分布规律,并与理论公式进行了对比。试验发现雷诺数Re和弗劳德数Fr对衰减长度影响极小;衰减长度,横向上凹岸区最大,中间次之,凸岸区最小;垂向上近底区最大,近水面区次之,最小值位于中间。典型理论公式计算的衰减长度的垂向分布,与试验结果定性一致,但由于忽略横比降的影响,导致其在近底区偏小。结果表明:该经验公式考虑因素较理论公式更为全面;衰减长度在不同区域不同;采用相似模型研究弯道出流的环流衰减长度时,需要保证阻力相似,但一定条件下,可以放弃Fr和Re相似。     

分层岸滩侧蚀坍塌过程及其水动力响应模拟

非均质岸滩广泛分布于冲积河流中,其侧蚀过程沿垂向具有分层特点。基于全三维水沙模型及河岸侧蚀坍塌力学模式,提出动态网格跟踪技术,构建了非均质岸滩侧蚀沿垂向差异的三维动力学模拟方法。以连续弯道概化水槽为例,模拟分析了非均质河岸侧蚀过程中三维水流结构的响应特征。研究结果表明:坡脚冲刷后,底部主流向凹岸偏移,在已有弯道环流的基础上,于坡脚处出现一反向次生流;上部粘性土层坍塌后,崩塌土体堆积于坡脚处,上部主流明显左偏,下部次生流消失;随着坡脚堆积体的冲刷搬运,下部主流进一步向凹岸偏移;如此循环,主流不断向凹岸偏移,致使岸坡持续崩退、河道摆动。     

渐进坍塌型崩岸的力学机制及模拟

针对渐进坍塌型崩岸,从土力学和河流动力学两方面理论出发,建立了岸坡稳定的力学模式,结合室内概化模拟试验和数值计算,分析了岸坡稳定或破坏的力学机制,揭示了缓坡出现崩岸的原因。结果表明,岸坡坡脚未受水流冲失时,若坡内渗流出逸坡降小于渗透破坏的临界坡降,岸坡处于稳定状态,当坡脚被水流冲失后,渗流渗径缩短,水土结合处坡面出逸坡降增大,大于临界坡降时则出现渗透破坏,引起局部小幅度土体崩塌,其后部土体失去支撑而陆续产生失稳破坏,随着时间的延长,土体崩塌现象逐步向后发展,最终导致岸坡整体崩塌破坏。     

冻融作用对我国北方季节性冰冻河流岸坡稳定性的影响：以松花江典型河段为例

岸滩侧蚀崩塌现象普遍存在于江河湖泊中,是一种危害较大的自然灾害。季节性冰冻河流受水动力、冻融耦合作用,岸滩崩塌机理复杂,开展其岸坡稳定性研究对河势控制和河流综合治理具有重要意义。以松花江干流大顶子山航电枢纽下游近坝段为例,采用BSTEM断面尺度模型,对河岸崩塌过程进行了模拟,定量分析了冻融作用对河岸稳定性的影响。研究结果表明:涨水期河岸稳定性相对较高,洪水期和退水期稳定性相对较低,为崩岸多发时期;冻融作用会使河岸稳定安全系数F_s提前达到不稳定临界值,即与不考虑冻融作用相比,河岸提前崩塌,且考虑冻融作用的崩塌宽度更接近实测值,累计冲刷崩塌总量增幅约为7%～41%。研究结果可为季节性冰冻河流岸滩崩塌及河道演变研究提供一定借鉴和参考。     

河型转化机理及其数值模拟——Ⅱ.模型应用

采用平面二维河流数学模型,系统研究概化河道的河型转化过程及其控制因素,成功模拟得到了初始比降、流量、入口含沙量增大和河岸抗冲性减弱时,河流从弯道向分汊、游荡河型转化的过程。根据模拟得到的河道平面形态、横断面形态、河床纵剖面,沿程水面线及沿程输沙率的变化,分析了河床初始比降、入口含沙量、流量和河岸抗冲性等各种因素对河型转化的影响。结果表明,模型计算得到的河型转化过程,与经典的河型成因及河型转化理论给出的趋势较为一致。     

三峡水库蓄水初期近坝区淤积形态成因初步分析

三峡水库蓄水运用后,库区泥沙淤积将显著增加.基于三维水沙数值模型及实测资料分析,对水库蓄水初期近坝区泥沙淤积形态的成因进行了初步探讨.研究结果表明坝前淤积形态的成因既与坝前水流流态的三维特性有关,又与水库蓄水初期坝前淤积物颗粒特性有关.水库蓄水初期沉积在近坝区的泥沙颗粒较细,初始干容重较低,使得淤积物表现出一定的浮泥特性.坝前淤积总量较大主要是宽谷河段水流特性造成的;而基底深槽处淤积物厚度较大、淤积面呈水平状的主要原因则是浮泥状淤积物在重力作用下向河底运动、并沿深泓线在基底深槽中汇集.     

西藏高原短临天气预报预警系统构建研究

参考气象信息综合分析处理系统和卫星广域网灾害天气短时临近预报预警系统的界面操作特征,利用现有卫星遥感资料、自动站资料、闪电定位资料、探空资料和常规气象要素资料等观测资料,以及已研制的有关西藏高原的降水预报预警模型、物理统计诊断模型和三维云模式预报模型等,同时考虑西藏高原地区雷达资料应用的地理障碍,设计构建了西藏高原短临天气预报预警系统。通过可视化简单编程指令代码语言环境实现了能集成气象信息综合分析处理系统的信息分析功能、适合西藏高原的短临天气预报预警的实用系统。     

1980-2010年西藏高原大到暴雪的时空分布和环流特征北大核心CSCD

利用1980 2010年西藏高原的逐日降水和积雪深度资料分析了该地区大到暴雪的时空分布特征,结果表明:西藏高原大到暴雪发生日数最多的区域为喜马拉雅山南坡的南部边缘地区和那曲中东部与昌都西部的藏北地区;全年都可发生大到暴雪天气,在季节分布上呈双峰特征,峰值出现在3 5月,次峰值出现在10月;近31年西藏高原年降雪频次总体呈减少趋势,减少速率约为每10年3.8站次。利用同期NCEP/NCAR的500 hPa高度场和风场再分析资料对48个西藏高原区域性的大到暴雪天气过程的环流形势进行分析,得到高原区域性强降雪主要环流形势分为5类,即:印度低压型、南北支槽型、巴尔喀什湖低压型、伊朗高压型和高原低涡—切变型;前冬(10 12月)大到暴雪过程主要以印度低压环流型为主,1月以巴尔喀什湖低压型为主,2月以南北支槽型为主,3月以伊朗高压型和南北支槽型为主,4月以高原低涡—切变型为主;在每类环流型中,南支槽都起着重要作用。     

西藏地区雪灾等级评估研究

建立了基于距离函数的雪灾等级评估模型,采用此模型对1979-2013年西藏地区39个站点筛选出的370次雪灾个例进行等级评估。结果如下：一级和二级雪灾占绝大多数,三、四级雪灾出现的次数相对较少。春季发生雪灾的次数最多,其次为冬季,夏季只有9次一级雪灾发生。1979-2013年,三级雪灾出现的次数在减少。20世纪90年代以前三级雪灾多发生在冬季,以后三级雪灾多发生在春季。四级雪灾在20世纪90年代发生的次数最多,且持续时间较长,大多发生在冬季,21世纪以来有所减少,雪灾发生在秋季和冬季的次数相当。