结合毫米波雷达提取降水条件下风廓线雷达大气垂直速度的研究

风廓线雷达主要是利用大气湍流对电磁波的散射作用,在晴空条件下对大气风场等进行探测。在降水天气下,风廓线雷达能同时接收到大气湍流回波和雨滴的散射回波信号,其探测到的回波功率谱中降水信号谱和大气湍流信号谱叠加在一起,使得大气的运动被雨滴的运动信息所掩盖,给后续的大气风场反演带来误差。而毫米波云雷达在降水天气下仅能探测到云雨粒子的回波而无法探测到大气湍流回波,基于这一差异结合毫米波云雷达资料对风廓线雷达功率谱数据进行订正,剔除其中的降水回波信息,进而获取正确的大气运动垂直速度。通过一次典型弱降水天气过程的雷达资料对该方法进行了可行性验证,并将计算得出的大气垂直速度与传统双峰法提取的大气运动垂直速度及原始风廓线雷达垂直速度进行了对比分析,显示在弱降水天气下该方法能有效消除降水对风廓线雷达垂直速度测量的影响,提高弱降水天气下测速准确率,并且在湍流谱极其微弱的情况下该方法也能准确地获取到大气运动垂直速度信息。但是云雷达回波在降水时会有衰减,虽然是弱降水也会导致在高层距离库上的订正效果变差,故目前只适用于弱降水时低距库处的降水订正。      

北大西洋高纬度海区湍流热通量对全球增暖的响应

大西洋经向翻转环流(the Atlantic Meridional Overturning Circulation,AMOC)由低纬输送大量热量至高纬度北大西洋海区,并通过热通量由海洋输送给大气,主导了附近区域的气候形态,并对北半球尺度的气候变化产生显著影响。本文根据CMIP5多模式多增暖情景的预估模拟结果,通过与增暖前控制试验的对比发现,全球增暖可导致该海区湍流热通量的减小,且减小的幅度随增暖强度增大,模拟结果与观测一致。进一步研究发现,热通量的减小存在季节差异,冬季的减小幅度远大于夏季。结合淡水扰动试验的分析表明,全球增暖下AMOC强度的减弱导致大西洋经向热输送减少,进而导致高纬度北大西洋海洋向大气的热输送减小。     

模式水平扩散参数化的数值分析与试验

为了研究整个对流层中水平扩散系数（Ｋｙ）随高度变化的参数化形式以及平流格式的数值扩攻对物质浓度分布的影响及二者对模式结果影响的相互关系,本文用“高分辨对流层物质交换模式”（ＥＭ３）对三咱不同ＫＹ参数化型能对行星边界层（ＰＢＬ）内受下垫面影响的高湍流ＰＢＬ以上整个对流层受水平风切变产生的切变湍流分层结构具有良好的描述能力;模式采用几乎无数值扩散二阶矩守恒的Ｐｒａｔｈｅｒ平流差分格式代替模式Ｓｍｏｌａ     

低空急流识别及急流轴自动绘制方法研究

低空急流对强对流天气的预报有重要意义。针对目前低空急流主要由手工绘制,存在效率低、易受主观因素影响的问题,本文基于MICAPS高空全要素填图数据中的探空站风场信息,提出了一种低空急流自动识别及急流轴自动绘制算法。算法从急流轴定义出发,依次从风速、风向、探空站分布、中轴线位置等多个角度对低空急流轴进行检测。经过传递闭包聚类、急流轴关键点提取、不同风向急流轴关键点归并、急流轴平滑等步骤,实现了低空急流自动识别及急流轴的自动绘制。测试表明,在识别的基础上自动绘制的急流轴具有位置准确、形态自然、能完整反映急流水汽输送路径、适应复杂环境低空急流等特点。在291组测试数据中未发现空报,准确击中率达到94.96%。     

晴空回波特征与风场信息应用

为研究晴空回波风场信息在对流性降水天气中的预警应用价值,选取山东省临沂雷达站2008—2013年5—9月的观测数据分析降水晴空回波特征。研究发现:临沂地区5—9月约87%的日数会出现晴空回波,且90%以上出现在距离雷达站100km范围之内,反射率因子多在10~25dBz,具有明显日变化;晴空回波的速度产品能提供有效监测对流性降水出现前的大气低层风场信息,能一定程度反映低层湍流的耗散率,对降水过程有一定的指示性,相关研究成果对降低对流天气漏报率和提高预警提前量有重要意义。     

乌鲁木齐市边界层日变化特征

利用乌鲁木齐市晴天CFL-03型风廓线雷达观测资料,分析了边界层日变化特征。得出结论如下:边界层结构季节变化明显。冬、春季300~600m以下风速较小,小于3m/s,且愈近地面风速愈小;以上风速大、风向恒定,基本为东南大风。夏季和秋季风速比冬季和春季小,流场特征较复杂,水平风速和风向变化较活跃,存在明显的风切变。折射率结构常数春、秋和冬季比夏季分别小1个、3个和1~3个量级;夏季最大,集中在10~(-16)~10~(-13) m~(-2/3)之间。春、夏和秋季晴天湍流动能耗散率量级分别在10~(-6)~10~(-2) m~2·s~(-3)、10~(-4)~10~(-3) m~2·s~(-3)、10~(-6)~10~(-3) m~2·s~(-3)之间;白天比夜间约大1个量级。晴天折射率结构常数和湍流动能耗散率日变化特征与风场日变化特征有较好地对应关系,即湍流发展旺盛的区域与风速较大的区域相一致。风廓线雷达资料反演的湍流动能耗散率对春季和夏季边界层结构日变化演变特征的监测较好。夏季夜间稳定边界层约400~500m,残余层可达到约1800m,对流边界层可发展到约2500m,混合层约2200m,夹卷层约300~400m。     

海雾生成过程中平流、湍流、辐射效应研究

推导出一个相对湿度方程,分析了在海雾生成过程中平流、湍流和辐射的效应.     

关于动力Alfven波的色散与朗道阻尼

根据完全动力论理论,证明了可由简化漂移动力论方程求得动力Ａｌｆｖｅｎ波色散方程,即横向用磁流体力学方程,纵向用Ｖｌａｓｏｖ方程,在初级近似下由此推导出适合于日冕和太阳风的色散关系和Ｌａｎｄａｕ阻尼,得到在性质上与ＭＨＤ　Ａｌｆｖｅｎ波完全不同的动力Ａｌｆｖｅｎ波,太阳风中Ａｌｆｖｅｎ湍流很容易由动力Ａｌｆｖｅｎ波演化而来。提出由动力Ａｌｆｒｅｎ波构筑太阳风高速流模型将更符合观测结果。     

一次持续稳定的平流雾天气

对１９９７年１２月１７￣１９日出现在北京地区的平流雾进行了天气学分析,认为此次平流雾是在较为稳定的华北地形槽弱辐射的大尺度条件下,罕见的逆温顶盖（γ＝５．８４℃／１００ｍ）牢牢地置饱和湿空气于２３９．４ｍ以下北京这种特殊的地形中;地面中尺度辐合线和时空剖面图上风的脉动所产生的２００ｍ以下的小尺度辐合线引起的辐合抬升,有利于饱和湿空气不断在山前平原和谷地得以补充和聚焦,所有这些是构成这次大雾稳定维持     

潜航器微气泡减阻数值模拟方法研究

近年来微气泡减阻技术应用于水面舰船的相关研究取得重要进展,许多舰船已经采用了此类技术。然而该技术在潜航器上的应用整体上仍处于理论分析和试验测试阶段。以回转体潜航器简化模型为研究对象,利用多孔介质来简化喷气小孔,并结合不可压缩水体和可压缩理想气体的流体体积（VOF）方法,建立了Realizable ε-k湍流计算模式。通过拖曳试验验证了多孔介质等效喷气小孔的合理性和数值模式的准确性,结合试验和数值结果探究了微气泡减阻技术对潜航器航行阻力的影响。数值结果显示,气泡对潜航器尾流低速区的改变使尾部压力分布产生变化从而导致压差阻力增高。同时气泡可以显著降低其覆盖区域的黏性阻力。并且随着来流速度的提高,气泡覆盖范围扩大,黏性减阻率持续增加。进一步地,建立了加长改进模型,数值模拟结果表明,微气泡减阻技术不仅能大幅减小黏性阻力,还能有效减小模型总阻力。