浮式风机一体化模拟的计算参数设置影响研究

随着海上浮式风机的大型化发展，针对漂浮式风机的一体化耦合分析越来越重要。本文利用Simo-Riflex-Aerodyn 仿真工具建立OC4-Deepcwind 漂浮式风机一体化耦合模型，分析计算时间步长、初始截断时间、弹性结构单元离散数等计算参数对模拟结果的影响，包括浮式基础运动、系缆张力、叶片受力等。结果表明：当计算时间步长为0.005 s、0.01 s、0.02 s 时，浮式风机的响应结果差别较小，而计算消耗时间相差较大，0.01 s、0.02 s 的计算时间分别是0.005 s的70%、37%。相同工况下，不同参量响应达到稳定所需时间不同，纵荡需要的时间较长，最长达200 s；不同工况下，同一参量达到稳定所需时间也不相同，切出工况需要的时间最短，较额定工况快约60 s。结构单元离散数对塔柱受力影响较小，对叶片变形影响相对明显，当叶片离散数目减小时，响应值增大12%。实际中应根据具体工况选择合理的计算时间步长、初始截断时间和弹性结构单元离散数量。     

基于Polar WRF模型的南极冰盖气温、风速和气压数值模拟北大核心CSCD

在全球变暖的背景下,南极已成为全球气候变化研究的热点,然而其区域内的观测站点稀疏且缺乏较长的时间序列,限制了人们对南极气候变化机制的分析与理解。Polar WRF作为目前最先进的极地区域气候模型之一,有力弥补了观测资料不足的缺陷,然而模式存在误差,在应用之前有必要对其定量评估。本文利用Polar WRF3.9.1对2004-2013年南极冰盖2m气温、10m风速和地表气压进行了数值模拟,并与28个气象站数据进行了对比分析,结果表明:模式对气温的模拟值在东南极沿岸偏低,在内陆偏高,在南极半岛既存在冷偏差也存在暖偏差,而对风速和气压的模拟整体呈高估。而从均方根误差和平均绝对误差的空间分布来看,模式对气温和气压的模拟结果在东南极沿岸的精度高于内陆和南极半岛,而风速则在内陆的精度要高于沿岸地区。但总体来说模拟效果较为理想,在2004-2013年间气温、风速、气压的模拟值的变化趋势与实测值的变化趋势相同。模式模拟的年平均2m气温和近地面气压在所有站点都通过了α=0.1的显著性检验,季节误差和月误差整体较小,且所有月份的相关系数都分别大于0.90与0.79。模式对10m风速的模拟精度要略低,部分沿岸站点的年平均误差超过了7.5m·s^(-1),但整体而言其在四季和各个月份的相关性均大于0.5且误差小于4.5m·s^(-1)。虽然Polar WRF作为天气模式,但在模拟长时间尺度的气候方面仍然表现较好。     

景泰老龙湾砂砾岩峰林地貌形成与演化

景泰老龙湾砂砾岩峰林是世界罕见的地貌景观,时至今日,对老龙湾砂砾岩地貌的形成演化特征研究尚显薄弱。本文在前人研究的基础上,通过多次现场考察和研究,探讨了老龙湾砂砾岩峰林地貌的形成演化过程。认为老龙湾砂砾岩峰林地貌是青藏高原东北缘边界地带对青藏高原隆升、黄河演化和气候变化响应的直接产物,老龙湾盆地沉积的上新世—早更新世砂砾构成了物质基础,海原断裂带是砂砾岩峰林形成的构造基础,黄河水系切割及风蚀作用是其外动力塑造条件。地貌、地层学证据表明,晚新生代以来老龙湾砂砾岩的形成演化可划分为物质基础形成阶段、流水地貌形成阶段、峰林地貌塑造成型三个阶段。老龙湾砂砾岩峰林发育演化过程的构建,为黄河石林国家地质公园的建设提供了新的理论依据。     

上黑龙江盆地前哨林场黑云母二长花岗岩锆石U-Pb年龄、地球化学特征及地质意义

上黑龙江盆地前哨林场位于兴蒙造山带东段额尔古纳微地块北缘, 北与西伯利亚古陆以蒙古—鄂霍次克缝合带相隔, 东以塔源—喜桂图断裂与兴安地块相邻。本文通过对上黑龙江盆地前哨林场黑云母二长花岗岩进行锆石U-Pb年龄、主微量及同位素地球化学系统研究, 为探讨早古生代额尔古纳微地块与相邻地块的碰撞机制提供理论依据。利用LA-ICP-MS锆石U-Pb同位素测定技术, 获得研究区黑云母二长花岗岩结晶年龄为(458.4±2.4) Ma(MSWD=0.022), 确定了岩体形成时代为早古生代中—晚奥陶纪。岩石中锆石Hf同位素?Hf(t)值介于–4.64 ~ 1.84, 其测点大部分位于球粒陨石演化线之下, 两阶段模式年龄(tDM2)介于 715 ~ 1 126 Ma。地球化学显示岩石具有富硅、富铝、富碱等特征; 稀土配分曲线表现出轻稀土(LREE)相对富集, 重稀土(HREE)相对亏损的右倾特征, 且岩石相对富集大离子亲石元素Rb、K及高场强元素Th、U、Zr、Hf, 相对亏损大离子亲石元素Ba、Sr及高场强元素Nb、Ta、P、Ti。岩石成因类型判别图显示前哨林场黑云母二长花岗岩具A型花岗岩特征, 岩石Hf同位素及微量元素特征显示岩体岩浆来源于中—新元古代古老地壳的熔融, 且存在少许幔源物质及新增生地壳物质熔融的参与, 元素特征暗示岩石形成于额尔古纳地块与西伯利亚古陆碰撞后的伸展构造环境背景下。结合前人对额尔古纳地块早古生代花岗岩形成背景的研究, 认为额尔古纳地块北缘及东北缘早古生代花岗岩形成机制不同, 前者形成于额尔古纳地块与西伯利亚古陆及蒙古—图瓦地块碰撞、拼接后伸展背景下; 后者主要形成于额尔古纳与兴安地块碰撞伸展背景下。     

Influences of the NAO on the North Atlantic CO_2 Fluxes in Winter and Summer on the Interannual Scale

The differences in the influences of the North Atlantic Oscillation (NAO) on the air–sea CO_2 fluxes (f CO_2) in the North Atlantic (NA) between different seasons and between different regions are rarely fully investigated. We used observation-based data of f CO_2, surface-ocean CO_2partial pressure (p CO_(2sea)), wind speed and sea surface temperature(SST) to analyze the relationship between the NAO and f CO_2 of the subtropical and subpolar NA in winter and summer on the interannual time scale. Based on power spectrum estimation, there are significant interannual signs with a 2–6 year cycle in the NAO indexes and area-averaged f CO_2 anomalies in winter and summer from 1980 to 2015. Regression analysis with the 2–6 year filtered data shows that on the interannual scale the response of the f CO_2 anomalies to the NAO has an obvious meridional wave-train-like pattern in winter, but a zonal distribution in summer. This seasonal difference is because in winter the f CO_2anomalies are mainly controlled by the NAO-driven wind speed anomalies, which have a meridional distribution pattern, while in summer they are dominated by the NAO-driven SST anomalies, which show distinct zonal difference in the subtropical NA. In addition, in the same season, there are different factors controlling the variation of p CO_(2sea)in different regions. In summer, SST is important to the interannual variation of p CO_(2sea)in the subtropical NA, while some biogeochemical variables probably control the p CO_(2sea) variation in the subpolar NA.     

两类不同风灾个例超级单体特征对比分析

采用分钟级加密自动气象站观测资料,盐城、淮安和岳阳、荆州雷达探测数据,以及欧洲中期天气预报中心（ECMWF）高分辨率的ERA-Interim全球再分析数据,对比分析了2016年6月23日江苏阜宁龙卷灾害和2015年6月1日湖北监利下击暴流大风灾害的环境特征与超级单体的结构特征。结果表明:（1）两次强对流大风灾害发生在相似的低空环流背景下:风灾发生在低空急流出口区左侧的暖区内、850 hPa低涡中心东侧6—7个经距的位置;环境大气的对流有效位能大于2000 J/kg。但是风灾的类型不同,江苏阜宁大风灾害主要由超级单体龙卷造成,监利“东方之星”沉船事故主要是超级单体触发的下击暴流造成。短时强降水中心与风灾中心的相对位置不同:阜宁龙卷移动方向的左侧伴随着最强短时降水;湖北监利沉船事件发生期间,风灾中心与短时强降水中心基本重合。鉴于不同性质的对流大风位置与超级单体母体的中心位置对应关系上存在差异,通过比较地面观测的瞬时大风与瞬时强降水中心的相对位置将有助于区分强对流大风的性质。（2）环境风垂直切变强度对对流风暴结构、发展、维持有重要影响:阜宁龙卷发生时,其上空0—6 km风垂直切变达4×10-3 s-1,超级单体有明显的向前倾斜结构,形成有界弱回波区;而监利强对流沉船位置0—6 km风垂直切变只有2.3×10-3 s-1左右,风暴单体中的上升气流近乎于垂直。阜宁超级单体中气旋,首先出现在0—1.5 km风垂直切变和0—3 km风暴相对螺旋度带状大值区,在向抬升凝结高度更低的环境移动过程中,其底部不断下降,形成龙卷;而在监利沉船区,中低层风切变和风暴相对螺旋度相对要弱得多,对应风暴单体中的中气旋强度、持续性较弱,中气旋底部高度维持在1.6 km左右。（3）环境湿度垂直结构特征不同可能是风暴单体形成不同类型灾害大风的重要环境因子。监利下击暴流造成的风灾发生时,在地面气温迅速下降过程中,气压变化呈现快速跳升又快速下降的“尖锥”形,气压峰值比降水峰值提前4 min出现。它与对流层中高层环境大气中较为深厚的干空气卷入对流风暴中造成水物质强烈蒸发、冷却过程有关。而阜宁风灾过程中,环境大气中层仅存在非常浅薄的干层,加之低层较为深厚的饱和大气环境,对应的地面冷池效应相对较弱。      

泰来县近61 a大风日数及风速变化特征分析

本文利用统计分析法、线性趋势分析法等方法对泰来县国家基本气象站近61a(1958-2108年)大风观测资料进行统计分析,分别分析了大风日数与风速的年际、季节、月度的变化特征。结果表明:近61a来,年际大风日数整体呈波动下降趋势,下降倾向率1.8d/10a;春季大风日数最多,占全年的66%,且月平均风速在4月也为全年最大值4.7m/s;年平均风速呈现与大风日数相似的波动下降趋势,1987年之前偏大,2001年之后逐渐减小,直至2010年后逐步稳定在3.1m/s左右;各季节平均风速表现为春季>秋季>冬季>夏季。     

江淮地区夏季高温事件与北极冷异常的动力联系

利用NCEP/NCAR再分析资料,通过合成分析和相关分析,研究了2010年、2013年及2016年夏季江淮地区高温事件发生时,大气环流异常的主要特征及其与北极冷异常的可能联系。结果表明:这3年江淮地区夏季高温事件发生频次明显偏高,期间江淮地区500 hPa位势高度为正异常,对流层中低层平均温度为暖异常,整个对流层和平流层纬向风减弱;而北极500 hPa高度为负异常,对流层中低层平均温度异常偏冷,纬向风明显加强。因此,江淮地区高温事件与对流层纬向风存在密切联系,在东亚中低纬度地区呈负相关,而在北极呈正相关。东亚中低纬度地区对流层西风减弱抑制对流活动,地面吸收太阳短波辐射增加,进而有利于高温事件发生。     

超级单体引发的一次大风风速估算及其机理探讨

基于地面、高空、雷达探测资料和GFS再分析资料,对一次超级单体引发的大风风速进行估测,并探讨大风的形成机理。研究表明:①伴随着大风天气的发生,地面气温快速下降、比湿减少;大风的发生与风暴单体的发展程度和中气旋强弱在时间上具有一致性,风向分布与中气旋的旋转方向相同;大风地点发生在大尺度背景下垂直速度下沉区域。②风速具有随着不同等级径向速度面积增加而增加的现象,用其可以大致估算风力等级。③多单体的合并使得风暴单体变强,成为超级单体风暴;通过动量下传,促使空中大风快速下沉至近地层辐散,使之成为地面大风的形成机制之一。④由于中等雨量的拖曳作用,将中层大气拖曳至近地层;地面气温显著降低,表示环境负浮力的增大,加强了中层大气的下沉运动。⑤风暴合并、动量下传、降水拖曳和环境负浮力增加以及风暴后部下沉气流等共同作用引起了地面大风。     

新疆一次罕见的暖区暴雨过程特征分析

2018年7月31日新疆出现了一次罕见的暴雨过程,最大暴雨中心位于新疆东部哈密市,哈密市伊州区沁城乡小堡村过程累计雨量115.5 mm,连续2个时次小时雨强29.2 mm。对比哈密市建站以来6个国家气象站历年资料发现,此次暴雨特征与以往冷锋暴雨明显不同,暴雨降水时段更为集中,强度比冷锋暴雨更强,暴雨云团为典型的中尺度云团,范围小、呈块状。由于500 h Pa西太平洋副热带高压偏西偏北,高空无低值系统和冷空气入侵,哈密市主要受西太平洋副热带高压外围偏南暖湿气流的影响,此次暴雨结合了南方副热带高压型和偏南风风速辐合型暖区暴雨的典型特征,具有暖区暴雨的热力结构和风场配置,是一次罕见的暖区暴雨过程。暴雨区偏南风风速辐合和暴雨区山区地形的抬升效应是本次暴雨重要的触发机制,700 hPa孟加拉湾和日本海南部两支水汽在华北平原汇合沿东南输送路径至暴雨区且有强烈水汽辐合。暴雨发生在云顶亮温(TBB)等值线密集区梯度最大处,越接近TBB低值中心梯度处的暴雨强度越强。