变性台风“美莎克”结构演变特征及暴雨成因分析

台风“美莎克”(2009)在菲律宾以东洋面上生成后沿我国近海北上并不断加强,最强达到超强台风,登陆后在我国东北地区一路西行,与冷涡结合逐渐变性加强,移动缓慢,给东北地区中北部带来大范围持续暴雨天气。使用常规观测资料、FY-2F云顶亮温资料及NCEP FNL再分析资料,对台风“美莎克”在中高纬西行深入内陆与冷涡结合变性加强的过程进行了分析。结果表明：(1)有利的高低空动力条件配置及水汽的相变驱动作用导致台风的不对称发展,在垂直方向上呈现向西倾斜的结构。主体云系和强降水主要出现在顺切变方向的左侧。(2)台风暴雨以稳定性降水为主,只在降水开始之初有对流活动造成短时强降水。锋面低层的中尺度强锋生区对暴雨有较好的指示意义。(3)台风北上携带的水汽充沛,东南部大暴雨区中低层比湿大,强降水时段集中、降水强度大;暖锋锋生、中层对流不稳定和湿对称不稳定,有利于强降水的维持和发展。台风深入内陆的过程中变性发展,移动缓慢,降水持续时间长,以锋面和气旋稳定降水为主。(4)东南部大暴雨区位于长白山脉北侧,偏东风低空急流与地形正交,大暴雨带的走向与地形走向一致,迎风坡地形对降水有增幅作用。     

对称和非对称载荷下声发射特征的数值模拟研究

利用自行开发的岩石破裂过程分析RFPA^2D系统，研究了对称载荷和非对称载荷下岩样的破坏过程以及破坏过程中所呈现的声发射特征。数值模拟结果演示两种条件下由微破裂诱致宏观破坏的演化过程以及和微破裂相关的声发射事件源的空间分布特征和事件序列特征。数值模拟结果指出，和对称载荷压缩实验相比，两者的最大区别在于在非对称载荷压缩实验中局部的剪切破坏的发生以及一个更加局部化的声发射事件源分布。从物理意义上讲非对称载荷实验提供了在预定破裂路径下研究脆性破坏的方法，从声发射研究方面来说非对称实验比对称实验能更好地观察声发射事件源的局部化。     

TCM－90现场科学试验台风FLO“β陀螺”“通风流”非对称动力结构特征

采用ＴＣＭ－９０台风现场科学试验期间加密观测资料,揭示出目标台风Ｆｌｏ非对称动力、热力结构及其转向运动的特征,尤其通过分离处理的偏差场,突出了ＴＣＭ－９０现场试验有关飞机下投（ｄｒｏｐｓｏｎｄｅ）加密探测资料对台风Ｆｌｏ内部非对称结构物理图象的描述,提出了实际台风动力结构存在类似Ｇｒａｙ认为的非对称偶极子型,即中低层“β陀螺”偶极子型（β－ｔｏｐｄｉｐｏｌｅ）,及其“通风流”（Ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎｆｌｏｗ）特征,高层辐合－辐散结构的变形偶极子系统概念模型,并认为这类三维非对称结构对台风运动（转向现象）有一定“引导”作用。文中还强调了“β陀螺”偶极子非对称结构的垂直差异,并揭示了目标台风暖心结构及其热力非对称结构特征。     

利用最新空间数据检测固体地球形态变化研究

固体地球形态变化作为一个古老的科学话题一直受到地球动力学研究学者的关注和讨论,本文搜集了全球近4 000个空间技术台站最新实测数据,利用经典的Delaunay三角网构建地球数学模型,对固体地球表面积和体积变化进行重新计算,实验发现:固体地球整体存在压缩趋势,而且全球均存在不同程度的非对称构造变化。     

盾尾非对称推力作用下盾构隧道纵向变形分析

盾构机在沿曲线掘进或轴线纠偏过程中,盾尾非对称推力会在管片端部产生附加弯矩,从而引起隧道发生纵向变形。现有解析方法多是将盾构隧道简化为等效连续梁,不能考虑隧道管片环间接头的弱化。首先,建立一种能够同时考虑环间张开和剪切错台的简化纵向梁-弹簧盾构隧道模型（simplified longitudinal beam-spring shield tunnel model,简称SLBSM）;其次,将在建隧道简化为Winkler地基上的SLBSM,采用状态空间法推导了非对称推力作用下盾构隧道纵向变形解析解答。通过与既有文献有限元及现有两种连续梁模型计算结果进行对比,验证了所提方法的可靠性和适用性,并对部分参数进行敏感性分析。研究结果表明：连续梁模型计算得到的隧道纵向位移表现为连续特征,而所提方法得到的隧道纵向位移表现为非连续特征,隧道纵向位移在接头处会发生突变;通过参数分析可知：增大接头转动刚度可有效降低隧道隆起和环间张开量;增大接头剪切刚度可有效降低环间错台量,但会导致隧道隆起和剪力的增加;增大地基刚度能显著降低隧道环间张开量和隆起,但会导致环间错台量的增加;管片始端轴力对隧道纵向变形的影响不可...     

圆形涡旋中心非对称扰动的斜压不稳定研究

涡旋中的非对称扰动又是一种较为常见的流体运动现象,如不成熟飓风中出现的中尺度深厚对流云区(又称圆形抽气云CEC),热带风暴发展时的不对称性以及环流中心往往位于浓密云区的边缘等,都是涡旋中存在不对称扰动的表现形式.然而对于涡旋中非对称扰动的稳定性问题的研究,目前还比较少.文中从柱坐标下的斜压模式出发,研究了热带气旋等一类涡旋中心的非对称扰动的不稳定问题,结果表明:(1)与平直的基本流相比,涡旋中更容易出现斜压不稳定,扰动更容易发展;(2)不稳定可以使涡旋中的能量由基本场向扰动场转换,涡旋变得不对称.扰动是一种重力内波,其传播速度远小于基本流角速度,有些甚至逆基本流缓慢倒转;(3)在通常的稳定度参数条件下,发展扰动主要集中在高层,从结构上看,扰动的倾斜度大.当稳定度参数很小时,扰动可扩展到整个对流层,倾斜度较小;(4)高层反气旋也可以激发出不稳定内波,这种扰动在低层表现明显.当稳定度参数较小时,扰动发展较快,并且也以很小的速度倒转.     

非对称台风风场的动力初始化应用研究

在对比NCAR-AFWA三维Bogus(虚拟)风场及风压场方案的基础上,虚拟台风模型中的水平风场采用考虑台风移速、移向、摩擦等客观因素的非对称方案,垂直风场采用考虑高空反气旋环流的风廓线方案,然后利用Nudging动力初始化技术形成新的模式初始场.最后对"云娜"台风进行数值模拟,结果表明:通过合理引入客观因子及观测事实对台风Bogus模型进行构建,并利用同化方法使各个物理量相互协调,可以使初始场与实况更加接近,从而在一定程度上提高台风路径及强度的预报水平,并对降水分布的预报效果也有所改善.     

非对称Bogus台风与QuikSCAT风场资料的三维变分同化应用对台风数值模拟影响研究

针对台风Bogus三维变分同化现有方法所存在的不足,引入台风移向、移速等客观因素构造出非对称台风风场模型,并与QuikSCAT风场产品相结合共同改善模式初始场。通过对比初始场增量发现,同化台风Bogus资料能较好地订正出包括高空反气旋环流在内的整层大气环流特征,而QuikSCAT风场资料则主要改善了底层环流特征,修正了台风中心位置,并且部分弥补了Bogus资料影响范围有限这一不足。接着通过设计试验方案对“云娜”台风加强阶段进行了模拟研究,结果表明：在变分同化系统的约束下,背景场、Bogus资料与QuikSCAT风场资料较协调地结合在一起,提高了台风路径及强度模拟水平,尤其是底层内外物理量的共同改进,对台风的模拟效果有明显的正效应。     

台风登陆前后雨带断裂与非对称降水的成因分析

利用美国WRF(Weather Research Forecast)模式对“海棠”台风(0505)登陆前后的雨带变化进行分析和模拟试验。结果显示：台风登陆前后其雨带会产生断裂,这种现象可发生在陆地和海上,使非对称降水更加明显。分析得出雨带断裂不仅与地形有关,而且与高层台风环流和中纬度系统的相互作用有关：台风登陆前后,200 hPa南亚高压和台风外围的辐散气流结合形成在台风西北方向的弱倒槽,台风中心西侧及西北侧的中低层辐散流场稳定维持,使高层气旋性流场加强,与气旋性流场相伴的正涡度一部分随气流逆时针旋转,并逐步平流至台风中心附近的正涡度区形成一个沿22～25 °N的正涡度输送带并延伸至台风中心东部,而中心东部高层的正涡度带中有下沉运动,不利于降水发展而导致雨带断裂是非对称降水的主要原因。高层台风的带状涡度向外围的传播可导致中纬度气旋性环流的进一步加强和正涡度向台风输送的加强,使雨带断裂更加明显。