中小比例尺风洞模拟理论的研究与应用综述

围绕中小比例尺模型的划分、理论依据、精度范围、粗糙度增强与变形技术,综述近50年来风洞模拟中的理论研究与应用。阐述了各类主要的中小比例尺模型模拟中,基于雷诺数无关的原则,采用传统的表面粗糙度增强技术、高精度数字化地形雕刻技术以及变形比例尺技术,在污染物扩散、风资源评价、风力侵蚀与沉积、森林火风险预报等方面的应用。由于变形比例尺理论的薄弱,研究结果存在许多争议。中小比例尺风洞模拟涉及空间流场的时空概括与转换,未来应加强该领域的深入研究。     

基于DEM的月球雨海地区粗糙度研究

月球表面粗糙度是揭示月表地貌形态空间分异特征的重要指标,并在一定程度上映射月表地貌的形成与演化机理。运用基于中国“嫦娥一号”卫星获取的DEM数据,提取月球雨海地区的月表粗糙度,并在月球正面地质图数据辅助下,分析月表粗糙度分布特征及其与地质单元岩性以及地质年龄的关系。结果显示:月球雨海地区的粗糙度与地质单元岩性存在较强相关关系,且随着地质年龄的增长,玄武岩单元的粗糙度呈现增大的趋势。此外,在小于7 km的尺度范围内,雨海地区受持续撞击作用的影响,Hurst指数分布在0.7~0.9之间,地形较为粗糙;在更大尺度上,由于受到火山熔岩流充填机制的控制,Hurst指数不断减小,地形不断趋于平缓。     

On Sea Surface Roughness Parameterization and Its Effect on Tropical Cyclone Structure and Intensity

A new parameterization scheme of sea surface momentum roughness length for all wind regimes, including high winds, under tropical cyclone (TC) conditions is constructed based on measurements from Global Positioning System (GPS) dropsonde. It reproduces the observed regime transition, namely, an increase of the drag coefficient with an increase in wind speed up to 40 m s-1 , followed by a decrease with a further increase in wind speed. The effect of this parameterization on the structure and intensity of TCs...     

面向特大城市的风环境容量指标和区划初探——以北京为例

利用气象观测、高分辨率城市地理信息和卫星遥感数据,通过将气象类指标与城市类指标相结合,开展了北京地区风环境容量指标和区划的探索性研究。结果表明：水平风速和大气混合层厚度两个指标在空间上均呈北部和东部地区高、中心城区和西南地区低的特征;中心城核心区和卫星城的地表粗糙度长度较高,二环内老城区建筑多为平房,地表粗糙度长度小于二环外其他中心城区,形成较明显的空心环状结构;在中心城区外的植被地区,北部和西部山区粗糙度长度明显高于平原区;加权综合水平风速、大气混合层厚度和地表粗糙度长度3个指标,计算不同等级风环境容量指数阈值,在空间上西南地区的房山、门头沟、海淀、石景山、丰台以及中心城区的东城和西城等地风环境容量指数较低,其中二环至四环范围是风环境容量指数最低区域,这与北京经济、金融和商业中心空间分布一致;延庆、怀柔、密云的北部以及通州的绝大部分地区为风环境容量指数高值区,其他平原区多为中等风环境容量指数区。     

岩石结构面粗糙度系数尺寸效应的推拉试验研究

粗糙度系数是结构面抗剪强度的主要影响因素,然而由于结构面表面形态的复杂性,粗糙度系数尺寸效应研究并未获得较大进展。总结了结构面粗糙度系数的3种获取手段：标准剖面对比法、理论公式法、试验反分析法。在此基础上分析了3种方法在研究粗糙度系数尺寸效应方面存在的问题和困难。为了研究结构面粗糙度系数与试样尺寸的相关度,对中砂、硅粉、水泥、非引气型萘系减水剂等原材料的配比进行了研究,获得了与天然钙质板岩物理力学特性相类似的岩石模型材料,然后采用研发的结构面制作模具及其制备工艺制作了8组共176对具有不同尺寸和表面起伏粗糙程度的结构面,并利用改进的高精度岩石结构面推拉仪对结构面粗糙度系数进行了推拉试验研究和数据统计分析,结果表明：模型结构面粗糙度系数的统计均值随试样尺寸的增加而降低,但特定结构面粗糙度系数的尺寸效应规律需要根据结构面的具体表面形貌进行测试;Barton理论公式计算的结构面粗糙度系数尺寸效应变化规律与推拉试验测试规律总体上一致,但试验值与理论值有差异,且结构面试样尺寸越小,二者的差异就越大;具有特定表面形貌的模型结构面粗糙度系数也有差异,工程大尺寸岩体结构面粗糙度系数需要根据表面形貌和分布特征进行综合判定。     

SMOS卫星盐度数据在中国近岸海域的准确度评估

盐度是描述海洋的关键变量,对海表面盐度进行观测可以推进对全球水循环的理解。本文的主要目的是在中国近海海域对SMOS卫星盐度数据进行准确度评估。主要方法是将SMOS卫星L2海洋盐度数据产品(V317)与实测ARGO数据和走航数据进行匹配,并采用统计学的方法对SMOS卫星数据准确度进行评估。结果表明:匹配数据的线性关系不显著,SMOS卫星盐度数据(V317)在南海和东海的均方根误差分别约为1.2和0.7,应用海表面粗糙度修正模型得到的3组海表盐度数据准确度都相对较低,尤其在近岸强风场区域,海表盐度卫星数据相对于实测数据偏高,这可能是由于海表粗糙度和陆地射频干扰(RFI)作用影响的结果;SMOS卫星数据在东海的均方根误差比南海高0.5左右,这可能是由于东海海域为相对开阔海域,受陆地RFI影响相对南海较小;在中国近岸海域,应用SSS1和SSS3模型得到的盐度数据准确度相对较高,可以对模型进行地球物理参数修正,进行局地化改进,预计可以提高近岸海域盐度反演的准确度。     

农田垄行结构对被动微波遥感土壤壤湿度反演的影响

根据离散方法建模垄行结构农田表面微波发射率,与地基多频率微波辐射计实测发射率比较发现：二者之间的平均绝对偏差小于0.01 ,证实了利用离散化方法建模农田表面微波发射率的可行性.在给定条件下不同观测方位角农田表面微波发射率与平坦表面的发射率差值在0.02 与0.05 之间,这说明农田结构微波辐射具有各向异性,行结构对发射率的影响在农田电磁波辐射建模过程中不可忽略.本文分析了不同土壤湿度条件下农田垄行结构可能引起的土壤湿度反演误差,结果表明,土壤湿度变化范围是0.02—0.5 cm³/cm³,垄行结构引起的土壤湿度反演误差为0—0.1 cm³/cm³, 此误差超过了土壤湿度反演的容限值,因此在进行农田参数的遥感提取过程中不可忽略周期性垄行结构对表面发射率的影响.     

内蒙古拐子湖地区风沙运动若干参数计算

 利用内蒙古拐子湖地区风沙观测场2011年3～5月的沙尘暴强化观测资料,分析计算了巴丹吉林沙漠北缘平坦沙地的地表粗糙度、临界摩擦速度、临界起沙风速等风沙运动关键参数。初步结论如下：观测期间地表粗糙度的变化范围为1.0×10-7～ 9.0×10-1cm,平均粗糙度为0.942 cm;临界摩擦速度约为0.34 m/s;2 m高度的起沙风速约为4.6 m/s。     

于肃北山花岗岩节理表面形态特性研究

花岗岩是中国高放废物处置的候选围岩,大量存在的节理面是核素迁移的主要通道,同时节理面对岩体的力学、水力性质起着支配作用。而节理面的表面形态与这些性质密切相关,因此需要对候选花岗岩体节理面展开多样本、大尺寸的现场表面形态研究。以中国高放废物深地质处置甘肃北山预选区某采石场中的天然节理面为研究对象,运用基于几何理论的测量方法,获得了大量不同尺度、不同方位的现场节理面的表面形态特征曲线。采用Barton直边法和统计参数法处理这些特征曲线,系统分析了特征曲线的尺度效应、各向异性特征以及与不同节理类型的关系。为进一步分析裂隙岩体的力学、水力特性建立了基础。     

裂隙特征对岩石渗流特性的影响规律研究

裂隙是油气储层主要的储集空间及流体渗流通道,影响油气的运移规律,是油气勘探开发的重要指标。以冀中坳陷任丘油田任10井为例,运用数值模拟方法研究了裂隙开展宽度和裂隙面粗糙度对岩石渗流特性的影响规律。研究结果表明,(1)裂隙开展宽度较小时,孔隙内流体压力仅在入口处小范围内呈扇形分布,裂隙中压力分布曲线呈正切函数型,流体流速在裂隙和孔隙中都较小;随着裂缝开展宽度的增加,孔隙内流体压力逐渐增大,裂隙中压力分布曲线逐渐向直线型转变,流体流速在入口处先减小后稳定,在裂隙中先增加后稳定;(2)裂隙面粗糙度对裂隙岩石渗流特性的影响与裂隙开展宽度有关,在裂隙开展宽度较大时,裂隙面粗糙度对流体压力的分布影响较大;随着裂隙面粗糙度增大,孔隙内流速逐渐增大,而裂隙中流速逐渐减小;(3)随着裂隙开展宽度的增大,影响裂隙流体流动的主控因素逐渐由裂隙开展宽度转变为裂隙面粗糙度。