城市下垫面空气动力学参数确定方法研究综述

地表粗糙度和零平面位移是2个重要的空气动力学参数,对于城市下垫面,粗糙元的形态非常复杂,空间分布上存在较大的非均匀性,如何确定城市下垫面地表粗糙度和零平面位移目前尚无最佳方案。概述了这2个参数适用于城市非均匀下垫面的参数化方法,包括风温观测方法和粗糙元形态学方法。探讨了各自在应用过程中存在的问题及进一步的研究工作,并且提出,通过数学模型的改进和卫星遥感技术的引入,粗糙元形态学方法会有更好的发展前景。     

2005年新疆克孜尔震群的重新定位

用双差地震定位法对2005年9月23日克孜尔震群进行重新定位。 从平面上, 重新定位地震集中分布在一个长约14.5 km, 宽约 9.0 km的长方形内, 其长轴为N30°W向, 与克孜尔断裂近乎垂直。 从震源深度来看, 重新定位地震的震源深度全部分布在21 km以内, 集中分布在10~19 km, 平均深度为13.6 km; 震群中绝大部分小震发生在沉积层内, 而震级较大地震基本发生在结晶地壳的上地壳内。 其剖面图显示, 这次震群是从结晶地壳开始沿着N30°W方向向上破裂至沉积层。 根据震区附近断裂性质和该区历史小震震中分布分析认为, 克孜尔水库库区附近可能存在两条共轭断裂, 右翼断裂可能是这次震群的发震构造。     

Efficient 3D nonlinear Winkler model for shallow foundations

This paper presents a new practical modeling approach, based on the beam-on-a-nonlinear Winkler foundation (BNWF) model, to simulate the 3D rocking, vertical and horizontal responses of shallow foundations using structural elements that are readily available in the element library of commercially available structural analysis programs. An assemblage of a moment-rotation hinge, shear hinge connected in series with an elastic frame member attached to the bottom end of ground story columns was proposed to model the response of the footing under combined action of vertical, horizontal and moment loading. To couple the responses of these hinges, two bounding surfaces equations were introduced and derived mathematically: a surface that defines the interaction between the rocking and vertical capacities of the footing along its width and length; and a surface that defines the interaction between the horizontal capacities of the footing along its width and length. Simple calculation steps to evaluate the geometric and mechanical properties of the proposed assemblage of structural elements are provided. The proposed modeling approach was verified using experimental results from large scale model foundations subjected to cyclic loading. Based on this study, it was found that the proposed assemblage can be reliably used in modeling the rocking and horizontal responses of shallow foundations under cyclic loading.     

三江平原气候突变分析

采用累积距平法、J_y参数法和Mann-Kendall法联合检测1955~2000年三江平原气候变化过程中的突变现象,讨论了引发三江平原气候突变的可能原因。分析发现,三江平原年降水量在20世纪60年代发生了减少突变;而三江平原在20世纪70年代和80年代连续两次经历的增温突变,使其气温变化与东北北部平原其它地区明显不同;年日照时数和平均风速的减少突变均发生在20世纪80年代。总体来看,三江平原气候变化在20世纪80年代最明显。     

云南弥渡宝兴厂金矿床成矿模式

宝兴厂矿区地质构造复杂,成矿条件有利。区内北东向响水断裂带是主要的控岩和控矿构造。三类金矿床分别在斑岩成矿期、热液成矿期和表生成矿期成生。文中建立相应的成矿模式。     

全国七大流域设计径流变化分析及成果修订

在全国第二次水资源调查评价基础上,通过对比七大流域径流系列延长前后的变化情况,分析347个水文站点径流系列均值及特枯值的变化幅度,用以反映近10年各流域水文情势的变化情况。经分析,近10年天然来水总体偏枯,松辽、海河、黄河的设计径流呈现一定减小趋势,长江、淮河、太湖、珠江的设计径流变化趋势不显著。本次延长后的径流系列代表性总体较好,同时黄河流域还考虑近期下垫面对降雨径流关系影响,因此本次大多推荐七大流域延长后的设计径流成果,为开展全国第三次水资源调查评价提供一定的技术支撑。     

基于大涡模拟的小区气候态精细化风环境模拟试验

对具有复杂下垫面的小区精细化风环境进行数值模拟是当前城市气象研究的热点,而针对具有复杂地形的山地型城市（如重庆）的研究还比较匮乏。本文采用能显式分辨下垫面陡峭地形和复杂建筑物的计算流体力学（CFD）模式对重庆市渝北区龙湖社区气候态下的精细化风环境进行高分辨率的数值模拟。结果表明,下垫面能显著调节小区内风场的分布,风速大值区主要出现在九龙湖等开阔区域以及与中尺度背景入流方向一致的街道中。在夏季,小区整体风场以东南风为主,而其他3个季节则以偏东风为主。4个季节中,夏季小区内的风速最大,平均风速为0.3 m/s左右,局地能出现大于背景风的风速,可达0.8 m/s;其他3个季节的风速则较弱,区域平均的风速在0.2 m/s左右。不同的建筑物布局对局地风环境的影响也不同:单个孤立高层建筑迎风面的近地面存在明显地绕流,局地风速有所增加,而在背风面则形成尾流区,水平风速较低;在低矮分散的建筑群,建筑物的整体高度不高,区域内流场相对来说比较一致,风速较大,有利于小区的通风;在密集高层建筑群内,由于建筑物群本身的布局比较封闭,加之不同建筑物的环流场存在相互干扰及影响,使得小区近地面风速几乎为零,不利于小区通风和污染物扩散。建筑物的这些影响在城市冠层内尤为明显,高度越高这种影响越弱。     

北京城市化发展对大气边界层特性的影响

利用中国科学院大气物理研究所大气边界层物理与大气化学国家重点实验室的北京325 m气象塔1993年～2003年夏季 (7月～9月) 的观测资料, 统计分析了各年的风速与温度廓线分布特征。统计分析结果表明, 随着城市化的发展, 相对风速有逐年减小的趋势, 并且越靠近地面, 相对风速的减小越明显, 这反映了城市建筑对近地面层空气流动的摩擦作用。对风速廓线进行线性拟合得到风速随高度的垂直递增率, 发现无论是100 m以下的近地面层还是较高层, 风速的垂直递增率都随城市化发展存在逐年增大的趋势, 表明粗糙下垫面的影响已经向高层扩展。根据温度廓线计算了各年的温度垂直递减率, 发现其有增大的趋势, 这表明城市化发展对边界层热力结构同样有显著影响。本文还依据统计整理得到的近中性层结下的风速廓线资料, 利用莫宁-奥布霍夫相似理论计算了下垫面的空气动力学参数, 结果表明, 地表粗糙度、 零平面位移随着城市化发展皆有明显增加的趋势。同时, 分析了各空气动力学参数与平均风速及无量纲风速的关系。其中, 摩擦速度和平均风速二者基本成正相关, 且摩擦速度随平均风速的增大而增大的趋势越发明显。本文研究结果对研究城市化发展对区域大气边界层结构、 气候和环境影响有参考意义, 可为城市大气边界层模式和区域气候模式提供参数化依据。     

不同下垫面空气动力学参数的研究

文中利用中国科学院沙漠研究所与日本国家农业环境技术研究所合作于1990—1994年在中国内蒙古自治区奈曼市半干旱地区沙丘和植被区下垫面观测的微气象数据,根据Monin-Obukhov相似性理论,计算了重度干扰草原、中度干扰草原、轻度干扰草原、无干扰草原、沙丘、沙丘内地、草地、稻田、小麦田、大豆田和玉米田11种下垫面的空气动力学参数粗糙度长度z0,零平面位移d,摩擦速度u*,并分析了它们与水平风速u和Richardson数的关系,比较了不同人为干扰草原生态系统条件下的空气动力学特征。结果表明:地表生物量和覆盖率随着人为干扰强度的增加而减少。不同人为干扰下垫面的粗糙长度与生物量和植被高度以及地表起伏程度有着密切关系;Richardson数也是其影响因子。风速、粗糙度都与摩擦速度成正相关,但对于不同下垫面有所不同,从中可以看到草地对沙漠化有一定的防治作用。同一种下垫面不同时期的空气动力学参数也存在差异。这些结果对建立陆面过程和区域气候模式具有重要的意义。     

黄土高原半干旱区非均一下垫面粗糙度分析

利用2007年4月17日-2008年4月16日兰州大学半干旱气候与环境观测站边界层气象塔的风速、 风向、 温度、 气压、 湿度等观测资料, 采用经典的廓线法和风速、 风向标准差法, 分别计算了中性大气层结下观测站下垫面粗糙度长度, 并得到了具有黄土高原地理特征的地表粗糙度及其时空变化特征。计算结果表明, 季节变化对粗糙度的影响幅度可达0.159 m, 空间非均一性对粗糙度的影响幅度可达0.155 m。测站附近粗糙度春季为0.017 m, 夏季为0.062 m, 秋季为0.065 m, 冬季为0.018 m。测站西北方向上游粗糙度春季为0.17 m, 夏季为0.22 m, 秋季为0.34 m, 冬季为0.05 m。测站东南方向上游粗糙度春季为0.11 m, 夏季为0.17 m, 秋季为0.19 m, 冬季为0.05 m。该站下垫面粗糙度计算宜选用风速为6±1.5 m·s-1, 风向变化30°范围内的数据。