对流云团资料在局地暴雨数值模拟预报中的应用

使用ＰＳＵ／ＮＣＡＲ中尺度数值模式,对两次暴雨实例进行了数值模拟试验。结果表明：相对应用地面及高空常规资料作为初始场的控制试验而言,就用实时卫星对流云团资料增强局部湿度场的敏感性试验,可使暴雨及邻近地区对流层中低层气流辐合上升运动增强,     

陆面生态过程的一维数值模拟

建立了一个研究大气、植被、土壤相互作用的传播模式。模式是由多层大气模式、多层土壤模式和植被模式通过界面上能量、水汽传输平衡方程耦合而成。对植被和土壤的不同性质,进行了一系列的数值试验。结果表明,不同的植被覆盖以及降水等因子会对大气、植被、地表界面上能量、水汽传输以及热状态产生显著的影响。此模式还可以耦合进中尺度模式用以研究非均匀区域陆面过程和大气的相互作用。     

登陆北上台风暴雨突发性增强的一种机制研究

采用一个三维混合模式对1992年8月30日至9月2日一次登陆北上台风暴雨过程进行了模拟。模式可以较准确地预报出与地面倒槽相一致的地面降水位置及降水量值。模拟的台风云系结构与卫星云图比较表明,外围云场与实例云况吻合很好,验证了本模式模拟卫星云图的能力,对卫星云图预报有实际意义;暴雨突然增幅的直接原因是高层冰云与低层供水云的突然北移重叠造成的。受地面倒槽附近强烈辐合抬升的动力作用,各相态云系的分布与垂直运动紧密相关;辐合线右侧的东南低空急流为降水的增幅及维持提供水汽来源;云的相变潜热非绝热加热作用对暴雨的增幅及维持具有正反馈作用,它对暴雨维持具有积极贡献。     

C3植物光合作用日变化的模拟

对前人光合作用-气孔导度耦合模型进行了修正,建立了光合作用-蒸腾作用-气孔导度的耦合模型,它概括了叶片上各主要物理过程和生理过程之间的相互联系和制约关系。 用数值方法研究了不同环境因子（太阳辐射、温度、湿度和风速等）对光合作用、蒸腾作用和气孔导度的日变化及中午降低（midday depression）的影响。 主要结果是:（1）当边界层导度减小时,光合“午睡”加剧,蒸腾作用减弱,但作为反馈调节,气孔导度增加。 （2）气孔导度的最适温度最低,光合作用次之,蒸腾作用最适温度最高。当光合作用中午受到高温的胁迫时,气孔导度下降的幅度最大,光合作用次之,蒸腾作用的降幅最小。一天中,气孔导度降低的持续时间最长,蒸腾作用降低的持续时间最短。（3）空气绝对湿度越低,气孔导度越低,光合午睡越明显。蒸腾作用则决定于饱和水汽压差(Vpd)和气孔导度两个因素的相反的作用。蒸腾作用随Vpd增加而增大,但Vpd超过一定值后,反而使蒸腾作用下降。 （4）当温度在光合最适温度以上时,太阳辐射的增加使叶温增加,引起光合“午睡”的加剧和气孔导度的降低。（5）ci/cs在中午的降低表明气孔的关闭是光合作用“午睡”现象的原因。     

夏季西北干旱气候形成的数值模拟——高原地形和环流场等的影响

为了进一步检验和修改本文部分作者先前初步提出的影响夏季西北干旱气候形成的因子及如何相互作用形成西北干旱气候的物理图像,本文继续用一全球大气环流谱模式,设计了5组试验,利用ECMWF 的格点分析值资料,进行了数值模拟。结果表明,青藏高原隆升和环流差异是形成西北干旱气候的重要因子,已提出的西北干旱气候形成的物理图像大体是正确的。     

江淮地区冬季一次罕见强对流风暴的数值模拟结果诊断分析

本文利用数值模拟的诊断分析结果对出现在江苏地区冬季的一次强对流风暴的成因进行了研究,结果表明,在河套气旋缓慢东移过程中,冷锋前暖区较长时期的大雾天气及下湿上干的湿度分布为强风暴的产生准备了大气层结不稳定的条件,中尺度辐合流场对强风暴的产生起了触发作用。对流云的下沉辐散气流是雷暴向前传播的重要机制。     

城市扩展元胞自动机多结构卷积神经网络模型

传统的城市扩展元胞自动机(CA)模型是基于单个元胞的变量信息挖掘来构建转换规则的。针对这一问题,本文基于多结构卷积神经网络提出从区域特征出发且顾及区域多尺度特征挖掘转换规则的城市扩展元胞自动机模型(MSCNN-CA),并以武汉主城区和上海浦东新区为例,模拟了两个试验区2005—2015年期间城市扩展过程。模型验证表明:与逻辑回归和神经网络相比,本文构建的3个单一结构的卷积神经网络元胞自动机(CNN-CA)模型在4个指标(Kappa系数、FoM(figure of merit)值、命中率(h)和错误率(m))上都有不同程度的提高。特别是FoM指数,在武汉主城区提高了23.3%~29.4%,在上海浦东新区提高了20.3%~28.5%。此外,MSCNN-CA模型与3个单一结构的CNN-CA模型相比,在各个指标上也有所改善,FoM指数在武汉主城区提高了0.8%~4.8%,上海浦东新区提高了2.8%~7.8%。两个试验区的模拟结果表明:相比传统CA模型,基于多结构卷积神经网络的城市扩展元胞自动机模型(MSCNN-CA)能够有效提高城市扩展模拟的精度,更真实地反映城市扩展空间演变过程。相比单结构的卷积神经网络CA模型,多结构卷积神经网络CA模型的稳定性和模拟结果准确性有所提升。     

阳极焙烧炉结构优化设计

对以重油作为燃料的阳极焙烧炉的火道结构进行了优化模拟计算。从炉子的设计角度提出了解决炉内流动场、温度分布不均匀的方案。分析了两种结构优化方案的可行性，并得出综合优化方案。适当的调整挡板的位置可以改善气流的分布。结果显示，综合优化方案对改善阳极焙烧炉的燃烧条件有着显著效果。数值模拟的方法为阳极焙烧炉结构和运行参数的优化提供了较准确、快速和经济的研究手段。