利用冰床粗糙度研究南极冰下环境和过程综述

冰下地形是冰盖运动和冰底侵蚀过程作用于冰前地形的结果。冰床粗糙度是对冰下地形不规则程度的定量刻画,是反映冰下环境和过程的重要指标,可用于研究冰下基岩物质组成、冰下侵蚀过程和冰底滑动状况、冰下地貌形成演化以及冰流运动等。首先,对冰床粗糙度量化方法的发展进行了介绍,详述了基于冰雷达数据的沿轨迹地形统计特性和基于冰床回波波形电磁散射特性这两类刻画冰床粗糙度的方法的演变和进展;其次,通过分析冰床粗糙度与冰动力学、冰下地貌、冰盖底部热机制、冰下地质等的联系,归纳了利用冰床粗糙度研究南极冰盖冰下环境和过程的相关进展;最后,对利用冰床粗糙度研究南极冰盖冰下环境和过程的现状及其未来发展趋势进行了总结和展望。     

液态水含量对寒区海上风力机叶片霜冰结冰的影响

采用Fluent和FENSAP-ICE相结合的方法对寒区海上风力机叶片结冰开展数值模拟,选取液态水含量作为敏感参数,分析了液态水含量的变化对叶片结冰厚度、结冰量和结冰外形的影响.结果表明,液态水含量在0.05～0.25 g·m–3范围内,随着液态水含量的增加,叶片表面的结冰量和结冰厚度逐渐增加;液态水含量并不影响叶片表...     

挟雨风对高速列车气动特性及运行稳定性影响的数值模拟

基于欧拉双流体模型,运用商用CFD软件FLUENT,对挟雨风条件下高速列车的气动特性和运行稳定性进行了三维模拟研究。分析了不同横摆角和暴雨强度下气动力和倾覆力矩的变化特征,并与无降雨条件下的相应结果进行比较。结果表明：受降雨影响,列车受到的阻力、侧向力和倾覆力矩均增大,列车气动性能损耗增加,运行稳定性降低。在模拟的降雨强度和横摆角条件下,阻力系数将提高1.8%~38.6%,侧向力系数提高0.1%~9.16%,导致列车的能耗增加;倾覆力矩系数提高1.8%~10.0%,意味着与净侧风相比,挟雨风进一步降低了列车的运行稳定性。     

对地表粗糙度测定的分析与研究

通过对裸地和草地两种地表上0.5m, 1.0m, 1.5m和2.0m, 四个不同高度风速的连续整天观测, 并将所测的大量数据进行统计分析, 结果发现测定地表粗糙度的最佳高度是1.5m与2.0m, 最适风速范围是4~6m/s。     

数值模拟气流特征和砾石几何参数对床面空气动力学粗糙度的影响

本文应用流体计算软件FLUENT6.3,采用非结构化网格划分技术模拟了气流特征和砾石几何参数对床面空气动力学粗糙度的影响。结果表明：空气动力学粗糙度（z₀）与风速（u）、摩阻速度（u_*）之间存在定量关系：z₀=a exp（bu/u_*）。砾石高度对空气动力学粗糙度的影响显著优于砾石直径,空气动力学粗糙度随砾石密度的变化比较复杂,先增加后减小。FLUENT在模拟风洞砾石床面动力学过程中的成功应用,是我们在研究方法上的一次有益尝试。     

高速公路透风型挡风墙不同位置防风特性的数值模拟研究

应用FLUENT软件对侧风影响下高速公路汽车运行时的气动特性进行了三维稳态数值模拟,研究了透风型挡风墙在不同位置时汽车气动侧向力系数、升力系数及倾覆力矩系数随横摆角变化的特征,并与不设挡风墙的流场特征进行了对比。结果表明,修筑透风型挡风墙能够有效地减弱侧风对小轿车的作用力;同一侧风状态下,透风型挡风墙的不同修筑位置对应不同的汽车的气动侧向力系数、升力系数及倾覆力矩系数。汽车运行速度为120 km·h-1,横摆角为31.0°或36.9°时（侧风风速为20 m·s-1和25 m·s-1）,透风型挡风墙最佳的修筑位置为距离路肩2.1 m,此时的倾覆力矩系数最小;当横摆角为42.0°或46.4°时（侧风风速为30 m·s-1和35 m·s-1）,透风型挡风墙的最佳修筑位置为距离路肩2.4 m。     

破冰结构角度对整冰失效模式的影响分析

破冰船破冰过程中整冰的失效模式对于冰载荷的估算十分重要。本文基于力学方法分析了破冰船破冰过程中破冰结构与整冰的相互作用,得到了影响冰体失效的冰力分量与破冰结构参数的表达关系,进而确认冰摩擦系数以及坡度角与冰体失效模式的关系。依据北极海冰的摩擦系数范围,指出当破冰船破冰结构坡度角小于70°时,冰体发生弯曲破坏,当坡度角处于70°—82°时,冰体同时发生弯曲和挤压失效,当坡度角大于82°时,冰体仅发生挤压失效,同时给出了不同失效模式下冰力的计算方法。     

粗糙元几何参数的交互作用对床面空气动力学粗糙度的影响

 为了全面地揭示粗糙元的所有几何参数的交互作用对空气动力学粗糙度的影响,利用风洞实验研究了粗糙元高度、密度、高度与间距比、孔隙度和方向比率等几何参数交互作用对空气动力学粗糙度的影响。结果表明,密实和孔隙粗糙元的无量纲空气动力学粗糙度（空气动力学粗糙度度/粗糙元高度）均可表示为粗糙元密度/等效密度的正比例函数,而比例系数反映了粗糙元几何参数交互作用。据此,该研究发展了一个全面反映粗糙元高度h、密度/等效密度λ、高度与行间距比Sp和方向比率AR等几何参数交互作用的空气动力学粗糙度模式:Z0h=-0.0028+0.5403S0.32p·AR-0.07·λ。该模式改进了模拟的精度,扩大了适用范围。     

沙粒跃移云及Magnus力对床面有效粗糙度的影响

建立了考虑Magnus效应的、吹过平坦沙面的稳定风场中风与跃移沙粒相互耦合的风沙跃移云模型,并通过数值模拟研究了风沙跃移运动对床面粗糙度的影响。结果表明,跃移沙粒对风速的影响类似于床面粗糙度的影响,有效粗糙度随摩阻速度的变化关系可用二次函数表征;Magnus力对有效粗糙度有明显的影响,但这种影响并不改变有效粗糙度与摩阻风速之间的二次函数关系。     

耕作土壤表面的空气动力学粗糙度及其对土壤风蚀的影响

土壤表面粗糙度是影响耕作土壤抗风蚀能力的一个重要因素。根据风速廓线计算得到的空气动力学粗糙度,可以简捷而有效地刻画土壤表面的空气动力学性质。风洞模拟实验表明,耕作土壤表面的空气动力学粗糙度主要取决于暴露地表的土块直径,在土块大致均匀分布的条件下,直径愈大,空气动力学粗糙度愈大。土壤风蚀速率则随空气动力学粗糙度的增大而迅速减小,二者具有良好的相关性。     

覆盖和耕作对黄土高原冬小麦土壤入渗特性的影响

用人工模拟降雨器对黄土高原冬小麦收获后6个耕作措施:不翻耕(NT),不翻耕 覆盖(NTC),浅翻耕(LT),浅翻耕 覆盖(LTC),深翻耕(DT),深翻耕 覆盖(DTC)处理下土壤的入渗进行了研究,测定了土壤表面结皮、粗糙度等指标因子。结果表明,在模拟降雨强度为66 mm/h的条件下,覆盖处理的稳定入渗率>60 mm/h,降雨开始的40 m in内,平均入渗量>93%;深翻耕(DT)的稳定入渗率(26.4 mm/h)是浅翻耕(LT)(13.0 mm/h)的2倍,是不翻耕(NT)(6.4 mm/h)的4.1倍,降雨历时20m in时,深翻耕(DT)和浅翻耕(LT)分别比不翻耕处理(NT)减少径流28%和7%,40 m in时,浅翻耕(LT)和不翻耕(NT)处理径流量相当,深翻耕(DT)比这两个处理减少径流30%左右,土壤翻耕后在前期能提高土壤的入渗率,表现出经长年耕作后土壤退化的强烈特征,是“耕地越深,入渗越快”观念的根源;地表结皮是影响降雨入渗的主要因素,覆盖等保护性耕作更有利于土壤入渗。     

基于形态学及傅里叶分析对两种南极冰鱼耳石外型的研究

根据2014年3—4月以及2015年4—9月在南设得兰群岛以及南乔治亚群岛周边水域采集的裘氏鳄头冰鱼(Champsocephalus gunnari)及雪冰(Chionobathyscus dewitti)样本,对其耳石进行5种基础形态参数测量并转换为7种形态学参数,比较分析了两种冰鱼间的耳石形态学差异,再利用傅里叶分析法选取两种耳石的77个傅里叶系数进行判别。结果表明,两种冰鱼耳石长、高、周长、面积及质量均与体长呈显著的幂指数关系(P0.01)。由形态指标分析可知,裘氏鳄头冰鱼较雪冰耳石环率更低,即更趋近于圆,更为规则,且耳石厚度上略薄。两者各项形态参数间均存在显著性差异(P0.01)。对耳石77个傅里叶谐值进行主成分分析,其中前20个主成分解释总变异的82.491%,两种冰鱼的因子分布图上重叠量较少,可见区分度较好,判别分析选取了其中的6个傅里叶值建立了判别函数,总体判别率为96.15%。总体而言,可利用耳石外型对两种冰鱼进行种类判别,傅里叶分析更为直观清晰且较为准确。本研究可为南极冰鱼耳石形态学研究提供基础数据,并就其种类鉴别提供备选方法。     

沙区绿化对区域气候影响的数值模拟研究

利用GCM-SSiB全球大气环流谱模式,设计两组数值模拟试验(即控制试验(CE)和绿化面积扩大试验(GE))。研究了大陆绿化对我国区域气候变化的影响。模拟结果表明:沙区绿化后,年平均地表温度升高,海平面气压下降,纬向风速减弱、夏季风增强,冬季风减弱,夏季低空上升运动加强,冬季下沉运动减弱,降雨量显著增加,低层大气比湿、地表蒸发量、感热及潜热通量亦增加。绿化后气候趋向暖湿,极有利于生态环境建设和荒漠化的进一步治理。     

沙漠化扩展对区域气候影响的数值模拟研究

利用GCM -SSiB全球大气环流谱模式,设计两组数值模拟试验(即控制试验(CE)和沙漠面积扩大试验(DE)),研究了大陆沙漠化对我国区域气候变化的影响。模拟结果表明:沙区扩展后,大陆年平均地表温度降低,海平面气压上升,纬向风速、季风加强,夏季低空上升运动减弱,冬季下沉运动增强,降雨量显著减少,地表蒸发、感热和潜热通量亦显著减少。我国区域气候随大陆沙漠化扩展趋向冷干、风速加大,沙漠扩展与区域气候恶化存在正反馈。     

起沙系数对沙尘数值模拟影响的研究

通过综合考虑地表条件,如土地利用、土壤类型、植被覆盖与土壤湿度等,定义了起沙系数,用于改进沙尘数值预报模式中的起沙通量,为沙尘数值预报模式提供客观准确的地面起沙条件,提高了沙尘天气分布预报的准确率\.起沙风系数的引入能够对沙尘数值模拟产生较大的影响,若起沙系数中应用较高精度的土壤水分资料与土壤类型,将能更准确地反映起沙系数的作用。     

地面加热对沙尘暴数值模拟结果的影响研究

利用沙尘数值预报模式并针对2002年3月18—20日典型沙尘暴过程,模拟研究了地面热通量对沙尘暴的影响及其机制。结果发现,沙尘天气数值预报模式较准确地模拟了本次沙尘暴过程。模式对白天地面加热强度和夜间地面冷却强度均有一定程度的高估。地面热通量能够使沙尘暴明显增强,同时也通过导致地面风速、层结稳定度、地面摩擦速度产生明显的日变化,进而导致沙尘暴强度的日变化。地面热通量影响地面风速的方式是导致混合层形成,从而有利于产生高空动量下传。另外,沙尘暴发生时地面热通量主要影响地面和行星边界层中的天气要素,随时间推移地面热通量能够持续影响上升运动强度,且这一影响从边界层逐渐向上扩展到自由大气,并达到500 hPa以上。     

复杂地形对城市空气污染影响的数值试验研究

以辽宁为例,通过改变其中部地区的地形高度,利用新一代空气质量模式系统Model-3对2006年11月24日的一次污染过程中气象场和污染物浓度场的分布进行了敏感性试验。结果表明,地形的存在会导致风的辐合,风速降低,逆温增强,这些都构成了不利于污染物输送及扩散的因素,容易造成污染物的堆积和滞留,从而使污染物浓度较高     

环境风场对绿洲冷岛效应影响的数值模拟研究

 利用中尺度数值模式MM5对模拟的金塔绿洲效应偏离进行了敏感性试验研究,发现环境场对造成绿洲冷岛、高湿中心的偏离的作用起着非常重要的作用,而同时绿洲的存在对于冷岛、高湿起决定作用。模拟结果显示风场风速越小,冷岛效应越显著;风速越强,偏离中心程度越大,但增大至一定量值后,冷中心将无法激发,即不再呈现出冷岛作用。     

泥石流沟道汇流对堆积危险范围影响的数值模拟研究

利用离散元法和图形处理器（GPU）并行计算手段建立泥石流运动堆积模型,以自然界沟道泥石流汇流后运动堆积特征及危险范围作为模拟参照,利用所构建的泥石流流通槽完成沟道泥石流不同交汇角汇流模拟试验和堆积危险范围预测,实现了泥石流沟道汇流的可视化模拟和数值模拟。试验结果表明,可视化模拟能够模拟出自然界中泥石流自流通区运动汇流后产生堆积的运动特征;数值模拟实现了锐角条件下仅考虑单因素即沟道交汇角对泥石流堆积危险范围影响的模拟试验。此外,利用GPU并行计算的优势可用于模拟大规模泥石流汇流现象,模型的可扩展性为泥石流汇流堆积危险范围分析向更为复杂的地理环境模拟奠定基础。     

中国中部地区技术关联对产业创新的影响研究

技术关联对地区产业创新和经济增长具有重要影响。本文从演化经济地理学认知邻近的视角出发,借助中部地区制造业企业数据和专利数据,运用技术关联分析方法,探究制造业四位数行业技术关联对产业创新的影响机制。结果表明：随着时间的推移,技术关联对创新能力较弱的中部地区产业创新的促进作用越来越强;对于资源型产业集中、经济发展前景不佳的山西省而言,技术关联的作用并不显著;技术关联对其他五省制造业创新具有正向作用,呈现中间强南北弱的空间格局;从产业门类看,技术关联对技术密集型产业创新促进作用最强,劳动密集型产业次之,资源密集型产业靠后,资本密集型产业最弱。