渤海风暴减水特征及其对深水航路影响的数值模拟

利用环渤海9个沿岸站近10a潮位资料分析渤海海域的风暴减水特征,结果表明:渤海年均出现50cm和100cm风暴减水分别超过30d和6d,每年的9月至翌年4月份风暴减水最为频繁;建立了一套精细化天文潮-风暴潮耦合模型用于渤海深水航路的潮位预报,各站天文潮模拟验证的平均均方根误差为18.5cm,由此计算得到航路代表点的潮汐特征值并作潮汐预报;后报模拟了近10a重大风暴减水过程,模拟与实测吻合较好,说明该耦合模型可为该航路的潮位预报提供有益参考。     

Amodified discrete element model for sea ice dynamics

Considering the discontinuous characteristics of sea ice on various scales,a modified discrete element model（DEM） for sea ice dynamics is developed based on the granular material rheology.In this modified DEM,a soft sea ice particle element is introduced as a self-adjustive particle size function.Each ice particle can be treated as an assembly of ice floes,with its concentration and thickness changing to variable sizes under the conservation of mass.In this model,the contact forces among ice particles are calculated using a viscous-elastic-plastic model,while the maximum shear forces are described with the Mohr-Coulomb friction law.With this modified DEM,the ice flow dynamics is simulated under the drags of wind and current in a channel of various widths.The thicknesses,concentrations and velocities of ice particles are obtained,and then reasonable dynamic process is analyzed.The sea ice dynamic process is also simulated in a vortex wind field.Taking the influence of thermodynamics into account,this modified DEM will be improved in the future work.     

Design of a hydraulic power take-off system for the wave energy device with an inverse pendulum

This paper describes a dual-stroke acting hydraulic power take-off （PTO） system employed in the wave energy converter （WEC） with an inverse pendulum. The hydraulic PTO converts slow irregular reciprocating wave motions to relatively smooth, fast rotation of an electrical generator. The design of the hydraulic PTO system and its control are critical to maximize the generated power. A time domain simulation study and the laboratory experiment of the full-scale beach test are presented. The results of the simulation and laboratory experiments including their comparison at full-scale are also presented, which have validated the rationality of the design and the reliability of some key components of the prototype of the WEC with an inverse pendulum with the dual-stroke acting hydraulic PTO system.     

柴油的中重度风化鉴别指标研究

以柴油为研究对象,采用溢油风化模拟实验,从分子级水平揭示中长期风化作用对溢油组成的影响。利用相对偏差和重复性限法进行评价和筛选,研究表明,柴油在较短时间(10 d)内,phytane/n-C18和pristine/phytane特征比率可较好地作为油品鉴别的依据;在10~30 d的风化期间,pristine/phytane仍可作为油品鉴别的依据;较长期的风化过程后,上述三个正构烷烃特征比率对于油品鉴别已不再具备意义。所选多环芳烃诊断比值指标中,除MNR、MP/P外,其他参数(MPI-1,MPI-2,Rc,MPDF1,MPDF2,MNR)相对标准偏差在1.10%~5.40%,可较好地用于重度风化溢油源鉴定。     

平潭近岸海域浮子漂移轨迹及其数值模拟

平潭近岸海域岸线曲折,周边岛礁众多,海底地形复杂,是福建省海难事故的高发区.本研究建立了平潭近岸海域海上目标物漂移轨迹的预测系统,该系统通过风场和流场的数值模型获取海面动力环境信息,采用拉格朗日算法实现对海上目标物漂移轨迹的预测追踪.其中海流模型采用ROMS（regional ocean modeling system）模型构建,模型水平方向上最高分辨率为100m,垂向上分为16层,并考虑干湿边界,以体现复杂海岸线和水深地形.通过验证分析,潮位、流速和流向的模拟平均绝对误差分别为0.20 m、0.12 m/s和26°.通过平潭近岸2个浮子实验,结果表明,浮子漂移过程中受潮流和局地地形的影响明显,对漂移模型在平潭近岸海域的适用性进行初步验证,浮子模拟轨迹与实际漂移过程基本吻合,模拟时段内最大偏差距离为2.8km,系统可以为平潭近岸海域海上突发事故应急决策提供参考.     

短期风化对混合溢油组成的影响

对两种原油进行混合配比实验,将混合后油样置于人工气候箱进行风化模拟实验,采用气相色谱质谱联用仪(GC-MS)检测风化样品中的生物标志化合物,短期风化作用对混合溢油的油指纹、生物标志化合物诊断指标等的影响。结果表明,混合溢油的正构烷烃总质量变化与单一原油油品的变化规律相近,即前期风化较快,质量减损较多,而后期风化趋缓,不同混合比例的溢油表现差异不明显。常用于短期风化的诊断比值对各混合油样的风化具有指示意义,但难以定性鉴别油品是否发生混合。重复性限法检验只能判定短期风化过程前后的油样为同一油源,而难以反映油样是否为混合油源的特征,各诊断比值的RSD%值较大可能是混合溢油的一个表现。     

2009年豫南一次强暴雨过程的位涡方程诊断分析

利用中尺度WRF模式、NCEP/NCAR再分析格点资料及常规气象观测资料,对2009年8月28—30日河南省南部一次强暴雨过程进行中尺度数值模拟,借助模式输出的模拟数据计算位势涡度及位势涡度方程收支,并利用位涡收支方程对此次暴雨过程进行诊断分析。结果表明,WRF模式对此次暴雨过程的模拟效果较好,模拟暴雨强度及落区与实况较一致,位势涡度能够较好地反映此次暴雨过程的动力及热力特征。位涡异常高值区与暴雨中心有较好的对应关系,暴雨中心大致位于位涡高值中心东南侧。位涡收支方程中各收支项同样能够反映此次暴雨过程的动力、热力性质。暴雨发展过程中大气中低层位涡局地增加,位涡局地变化大值中心驿应暴雨中心。各收支项中,引起中低层位涡局地变化的贡献主要来源于潜热加热作用、水平平流作用、垂直输送作用及摩擦作用。其中潜热加热与水平平流作用对暴雨中低层正变位涡起正贡献作用,潜热加热作用有利于位涡局地增加,水平平流作用易于低层位涡向流场辐合区聚集,引起局地位涡增加;垂直输送及摩擦作用对中低层位涡变化表现为负贡献作用,垂直作用易于将中低层位涡向高层输送,使得低层位涡减小,高层位涡增加。在摩擦作用下,低层位涡被大量耗散,使得中低层位涡局地减小。     

云中积冰过程微物理参量演变规律的数值模拟

利用耦合Thompson参数化物理方案的WRF（weather research and forecasting）中尺度数值模式,对发生在2008/2009年和2009/2010年冬季恩施雷达站处三次积冰过程的边界层特征和云雾微物理量进行了模拟,并与实测结果进行了对比分析.模拟结果较好地反映了恩施雷达站上空多逆温影响的温度层结特征;云水质量浓度和云雾滴中值体积直径的模拟值与观测值的平均绝对误差分别为10-2g·m-3和3.8μm;恩施雷达站上空存在一个质量浓度为0.3g ·m-3左右的高值中心,其逐渐下移接地,给积冰过程带来充足水汽,且此时通常也有降雨出现.     

山西春季层状云系数值模拟及与飞机探测对比

采用中国气象科学研究院 (CAMS) 中尺度云参数化模式对2010年4月20日山西省一次春季层状降水云系的宏微观结构,特别是垂直方向上的微物理结构进行了数值模拟和分析。利用携带云粒子探测设备的飞机对该次层状云系进行了两次云物理探测飞行,并将飞机探测所获取的数据和图像资料与数值模拟结果进行了对比研究。模拟结果显示:该次降水过程以层状冷云降水为主,云中过冷水含量丰富,云系存在明显的3层结构,地面降水主要来自于云中高层冰晶、雪、霰等冰相粒子的融化和低层云水的转化。数值模拟与飞机探测对比分析显示,高空温度、湿度和高度的配置两者基本一致,数值模拟不同高度的云粒子相态、垂直方向云水比含水量与飞机探测获取的云粒子图像和云液态水含量的垂直结构基本吻合,但数值模拟的云中各种水成物粒子出现的高度较飞机探测偏高。     

孤立金属尖端的电晕触发阈值

为了得到金属尖端在发生电晕放电时尖端处的电场强度,该文首先采用实验室实验得到不同高度、不同形状、不同材质的金属尖端发生电晕放电时的环境电场阈值;再采用有限元法计算二维泊松方程,得到尖端处电晕触发阈值,由此得出以下结论:环境电场阈值随金属尖端高度的增大基本呈线性减小趋势,随着尖端越来越尖,环境电场阈值呈先减小后增大的变化趋势;高度、形状对金属物尖端处电晕触发阈值无影响,尖端处电晕阈值为定值;给出尖端处电晕触发阈值为158.75 kV·m-1与空间分辨率的拟合公式,可为今后电晕放电数值模拟中判断电晕放电的起始时刻提供参考。