Improvement and Application of the Similarity Saltation Model: Wind-Tunnel Experimental Investigation and Numerical Simulation of the Vertical Sand Mass Flux Distribution in the Saltation Layer

Based upon comparisons between published experimental data and simulated results on the vertical sand flux distribution in the saltation layer, Shao’s similarity saltation model has been greatly improved by correcting the average vertical particle lift-off velocity and using a more suitable universal roughness length. By the improved model, the vertical sand flux profile over the bare, dry and loose uniform sandy surface, which is quite representative of real desert surfaces, can be reproduced very well. Meanwhile, the surface transport rate and the characteristic and average saltation heights have been simulated and analyzed in detail, disclosing their relationships with friction velocity, particle size and roughness length, and the possible underlying mechanisms. Besides, the average particle lift-off velocity and the average mean vertical aerodynamic action upon the ascending particle, which determine the saltation process, are explicitly expressed by parameters involved in the similarity model, and their relationships with friction velocity, particle size and roughness length are also described concisely. The corrected average particle lift-off velocity makes it possible to investigate the characteristic particle trajectory, whose initial velocity equals the average lift-off velocity, so as to estimate the average particle against surface impacting velocity and the average aerodynamic action upon the saltation process.     

The Effect of Stratification on the Aerodynamic Roughness Length and Displacement Height

The roughness length, z _0u , and displacement height, d _0u , characterise the resistance exerted by the roughness elements on turbulent flows and provide a conventional boundary condition for a wide range of turbulent-flow problems. Classical laboratory experiments and theories treat z _0u and d _0u as geometric parameters independent of the characteristics of the flow. In this paper, we demonstrate essential stability dependences—stronger for the roughness length (especially in stable stratification) and weaker but still pronounced for the displacement height. We develop a scaling-analysis model for these dependences and verify it against experimental data.     

江西省一次冷空气过程中的灰霾天气过程分析

利用江西省常规气象观测资料、探空站资料和空气污染资料,对2008年12月12～13日江西省的一次大范围灰霾天气过程进行了综合分析研究。结果表明:横槽转竖引导冷空气南下和中层高度的干燥暖舌共同影响,是这次灰霾天气过程发生的天气形势背景;冷空气受到700hPa干暖舌的抑制作用,形成低层偏冷,中层偏暖的"逆温"结构,导致了大范围的灰霾天气过程出现、维持;空气相对湿度较低,受昼夜温差和冷空气的共同影响,造成轻雾和灰霾天气之间频繁转换;较低的混合层高度导致近地面污染物以水平运动为主,在遇到较高海拔的山脉阻挡后,沿山脉边缘向东西方向扩展,汇集到平原、河谷地区,降低这些地区的能见度,导致灰霾区域由"南北向型"演变成了"东西向型"。     

近60年来渤海海域波候变化及其与东亚环流的联系

研究海洋的波候变化是了解海洋动力过程对气候变迁响应的关键。渤海所处特殊的地理位置,使其波候在长期风场变化影响下存在阶段性变化特征。文章采用1950~2011年NCEP再分析资料中的渤海海域10 m风场资料,利用SWAN模式模拟逐月渤海波浪的有效波高、波向、波周期,分析该海区波候的变化特征。分析结果显示:1950~2011年期间渤海海域的有效波高呈现下降的趋势;波向角度均呈现上升的趋势,波周期相对平稳,略有上升;有效波高平均下降0.3 cm/a,波向角度平均增加0.12°/a。有效波高在1968年前后显现突变点,波向角度约在1960年突变,波周期在1965年左右出现突变点。渤海波候变化与海气振荡密切相关,是大尺度的大气环流变异导致的结果,长期气候变化背景下,东亚环流天气系统的长期变化(包括东亚季风强度、夏季风北界的移动,西太平洋副热带高压面积与强度的变化、脊点位置西伸与北进,以及西风指数的强弱变化等),是影响和控制渤海海域波气长期变化的主要原因。     

北京城区夏季污染建立、维持、消退的天气过程

利用北京城区污染观测站2006~2013年夏季可吸入颗粒物PM10逐日浓度检测资料,挑选所有PM10浓度大于150μg/m~3的个例,合成分析华北及北京地区风场变化情况,发现风速在污染当天变化不明显,南风与PM10的相关性普遍为正,污染当天各区南风增加较大,太行山一带甚至增长了5倍。南风异常可能会使河北、山东等地污染物向北京输送,造成北京大气污染。同时我们分析北京夏季空气污染时大气环流特征。在500 h Pa与200 h Pa,北京和内蒙古上空有显著的高压异常。在850 h Pa,环流场表现为东正西负的高度场异常,其中北京在正负异常分界线上。低层气压梯度异常会造成北京和以南地区南风异常。同时,我们发现北京污染天气伴随的高空环流异常具有准定常特征。在污染前4天,蒙古上空存在一个显著的高层高压异常。该高压异常增强并向南延伸,在污染当天控制北京和内蒙古。在污染消退期,该异常也逐渐消退。但在消退后第四天,北京和内蒙古上空依然受高压异常控制。这表明北京夏季污染和高空准定常环流异常有关。     

云的立体观测研究进展

对云的立体观测的研究历史做了回顾,按照具有代表性的观测平台的变化划分了4个发展阶段,分别予以介绍,内容包括典型平台、技术途径和特点、同步精度、云高指定精度等。重点介绍了双星联合观测的云高指定技术,分析了关键技术和可能存在的问题,为技术实现做了较好的准备。     

江苏夏季旱涝环流演变特征分析

利用NCEP/NCAR OLR月资料和北半球500 hPa逐月高度场距平格点资料,讨论江苏夏季旱涝天气气候的环流特征.研究表明:菲律宾以西太平洋暖池区OLR低值区值强弱直接影响江苏夏季降水,OLR值越低,该区辐合越强,则其北部副热带高压偏强,有利于副高的北抬和西伸,使副高北侧的雨带偏东偏北,江苏易偏旱;反之江苏易偏涝.500 hPa在东亚地区南北呈" 、-、 "的纬向分布,中高纬度乌拉尔山和鄂霍茨克海地区夏季500 hPa高度距平场为明显的正距平区,在该地区形成双阻或单阻有利于形势的稳定,使降水持续,江苏夏季降水偏多.     

高层建筑物的监测

高层建筑物在施工过程中,需同时进行沉降监测、垂直度监测、层高监测,本文根据工程实践,介绍高层建筑物的监测过程,以确保施工质量,可供高层施工参考。     

北太平洋500hpa候高度场的主成分分析

对太平洋500hPa候高度场和距平场进行了主成分分析,得出反映500hPa候高度特征的典型场。指出候高度场的第1特征向量的空间型是季节变化的主要型,它可解释总方差的74.5％,候高度场的其余特征向量与距平场的特征向量是按顺序的对应相似。这些典型场可以很好地描述北太平洋的大气环流特征。距平场的第1特征向量空间型清楚地反映了与厄尔·尼诺现象有关的环流型。     

山区阶梯式河道水流阻力研究

山区阶梯式河道是自然界来水来沙和山区大比降河床相互作用所形成的,其水力特性、河道阻力较为复杂。为了深入研究其阻力机理,从河床结构阻水的角度提出阶梯式结构糙率尺度的概念,得到了适用于阶梯式河道跌落水流的形体阻力系数表达式,并由不同来源的阻力分量构成了新的山区阶梯式河道水流总阻力系数公式。新公式结果表明,通过不同类型河段的野外试验数据,表面泥沙、阶梯形状以及漂石产生的阻力系数分量之和与试验测量总阻力系数数据的误差较小。随着雷诺数和阶梯单元尺寸的增加,河床表面的泥沙肤面阻力系数基本不变,阶梯式结构形成的跌落水流过渡到滑行水流,阶梯形体阻力系数逐渐变小,而较大粒径松散漂石产生的水流阻力系数只随着雷诺数的增大而减小。