黄土高原半干旱草地近地层湍流温湿特征及总体输送系数

利用兰州大学半干旱气候与环境观测站(简称SACOL站)2008年夏季晴天近地层湍流观测资料,分析了SACOL站近地层湍流温、湿统计特征,确定了大气动力学和热力学粗糙度长度,讨论了总体输送系数随大气稳定度的变化规律。结果表明,大气层结不稳定条件下,无量纲温度和比湿脉动方差与稳定度Z/L之间均满足-1/3次规律;大气层结稳定条件下,温湿脉动方差总体趋势是随大气稳定度增加而减小。水汽通量全天大于零,最大值为0.063 g·m-2·s-1,地表日平均蒸发量为1.9 mm。中性条件下,黄土高原半干旱草地动力学粗糙度长度为6.6×10-3m,热力学粗糙度为1.85×10-5m。大气层结不稳定条件下,CD平均值为4.4×10-3,CH平均值为3.9×10-3;中性条件下,CD和CH平均值分别为4.2×10-3和2.8×10-3;层结稳定条件下,CD平均值为3.1×10-3,CH平均值为2.1×10-3,表明总体输送系数随稳定度的增大而减小。     

南海中尺度大气海浪耦合模式及其对该区一次强台风过程的模拟研究

利用中尺度大气模式MM5(V3)和第3代海浪模式WWATCH建立考虑大气-海浪相互作用的风浪耦合模式.在耦合模式中引入考虑波浪影响的海表粗糙度参数化方案,大气模式分量提供海面10 m风场驱动海浪模式分量运行,并利用海浪模式分量反馈的波龄参数计算海表粗糙度.利用耦合模式模拟南海的一次台风过程,通过3组对比试验,检验耦合模式对台风过程的模拟效果并研究大气-海浪相互作用对台风过程的影响.结果表明:耦合模式能够较好地模拟南海的台风过程,与非耦合大气模式相比,其模拟的台风强度略有增强,路径变化不大;耦合模式对台风过程中海表热通量及降水影响显著,在台风充分发展过程中,耦合模式模拟的海表热通量增强,台风螺旋雨带上尤其是台风路径的右侧,耦合模式模拟的降水强于非耦合模式;耦合模式较好地模拟了台风过程海浪场的分布和演变,与非耦合模式相比,其模拟的海浪场增强,与实际更为接近;考虑了海表粗糙度对波浪的依赖关系后,海浪场同时影响海表的动力过程和热力过程,从本次个例看,在台风发展初期,海浪对海表动力作用影响显著,其反馈作用使台风系统减弱,但在台风充分发展后,耦合系统中海表热通量增加,热力作用显著增强,海浪的反馈作用有利于台风系统的发展和维持.     

近海层大气湍流通量系数研究

根据１９９４年９月１８～３０日南沙群岛海域渚碧礁的近海面大气湍流观测实验资料,分别计算了该海域光滑海面和粗糙海面上的空气动力粗糙度（ｚ０ ）、中性曳力系数（ Ｃ Ｄ Ｎ）。利用 Ｂｕｔｓａｅｒｔ 的假定,推导了求取标量粗糙度（ｚ Ｔ、ｚ Ｑ）、整体输送系数（感热交换系数 Ｃ Ｈ Ｎ、水汽交换系数 Ｃ Ｅ Ｎ ）的一组公式。在此基础上,分别计算和分析了该海域光滑海面和粗糙海面上空气动力粗糙度（ｚ０ ）、标量粗糙度（ｚ Ｔ、ｚ Ｑ ）、中性曳力系数（ Ｃ Ｄ Ｎ）、整体输送系数（感热交换系数 Ｃ Ｈ Ｎ、水汽交换系数 Ｃ Ｅ Ｎ）及其关于水平风速分量的分布,并得到了一些有益的结论。     

过水体气流流速的改变

流场如何适应非均匀地表面是微气象学的一个重要问题。本文通过建立一个包含地面过程参数和水温预报方案的非静力平衡中小尺度数值模拟来研究过水体气流流速改变的空间结构和变化规律。结果表明：由于水体使表面粗糙度有脉冲式跃变，当较强气流流过时，形成两个内边界层，这两个内边界层在空间交汇呈“舌状”分布，在此之内流速增大，并且地面粗糙度愈大，流速增大愈多。大气层结明显地影响过水体气流流速的改变，造成流速改变有明显的日变化和季节性变化。过水体气流流向改变不大。     

覆冰粗糙度对翼型气动特性影响的数值研究

寒冷地区风力发电机运行时叶片极易结冰,结冰改变了叶片形貌,从而影响了叶片的气动性能。为更好地研究分析风力机结冰叶片翼型表面覆冰粗糙度对其气动性能的影响规律,采用计算流体力学方法,对比研究了对称型(NACA-0012)及非对称型(NACA-23012)两种翼型在相同结冰条件和不同覆冰粗糙度参数下的气动特性。结果表明, NACA0012及NACA23012两种翼型前缘生成霜冰时,覆冰粗糙度对两种结冰翼型气动性能均有显著影响;当两种翼型前缘生成角状冰时,NACA23012结冰翼型气动性能受不同覆冰粗糙度的影响较小,仅仅增加翼型后缘分离涡宽度,对NACA0012结冰翼型影响较大,使其失速攻角延迟。此外,当翼型前缘生成霜冰时, NACA23012霜冰翼型阻力系数增长速度高于NACA0012结冰翼型。     

冲击作用下花岗岩的Ⅰ型裂纹形态及断面粗糙度研究

岩体工程中岩石常因动载作用产生断裂，研究岩石在冲击荷载下Ⅰ型裂纹的响应规律，采用分离式霍普金森压杆试验系统开展了侧开单裂纹三角形(single cleavage triangle，简称SCT)花岗岩试样的动态冲击断裂试验。采用Hough变换方法实现了表面裂纹形态长度及角度分布的定量描述，分析了表面裂纹形态与试样吸收能量的关系；并利用三维表面形貌仪获取了断面的三维点云数据，提出了基于拟合曲面阈值检测的断面重构方法，有效解决了断面三维点云数据误差点出现导致的误差问题；讨论了断面粗糙度与试件吸收能量间的关系。结果表明：随着吸收能量的增大，裂纹长度的指数分布λ值有增大的趋势；裂纹角度的分布较为平均，水平方向上的裂纹相对较少，试件能量耗散较低时，裂纹具有明显的方向性，能量耗散较高时，裂纹的弯曲程度更高且贯通性较好；断面重构方法在x、y方向点数的0.03～0.08，阈值为0.25时能够较好的完成断面处理，试件A、B断面的粗糙度统计参数随能量耗散的增大呈下降趋势。