2007/2008和2008/2009冬季平流层强、弱极涡事件对应的行星波活动的对比分析

在对逐日气象资料进行纬向谐波分析的基础上, 对比和讨论了2007/2008年冬季强极涡期间和2008/2009冬季弱极涡期间平流层和对流层不同波数的行星波的变化特征, 特别关注强极涡或弱极涡发生之后, 500 hPa 沿60°N和30°N行星波1波和2波振幅和位相的差异, 以及相应的500 hPa位势场的差异, 进而讨论为什么不同的平流层极涡异常会对东亚有不同的影响, 特别讨论为什么同一种极涡异常, 对我国南北方近地面气温的影响会不同。结果表明:平流层极涡发生异常时, 平流层行星波活动有明显的异常。随着极涡异常的下传, 对流层行星波的振幅和位相也有明显的变化, 而且, 对于不同的纬度带, 其变化又有不同, 表现为:2008年1月强极涡发生之后, 500 hPa行星波1波和2波的扰动都向南伸, 而2009年1月的弱极涡(SSW)期间和之后, 1波和2波的扰动都偏北; 在对流层, 强极涡和弱极涡发生之后不但行星波1波和2波的振幅有所差异, 其位相也有明显的不同。特别是, 其位相的差异还随纬度而变化。就同一年(或者说对于同是强极涡或者同是弱极涡)而言, 无论是1波还是2波, 在60°N和30°N附近的扰动相比, 几乎反位相。这样就使得它们的500 hPa 位势场也有明显不同:在东半球, 主要表现为乌拉尔高压和东亚大槽的强度和位置不同。2008年1月强极涡发生之后, 乌拉尔高压和东亚大槽东移, 不利于冷空气向欧亚大陆北部(包括我国北方)的输送, 使这些地区的温度偏高;而2009年1月弱极涡之后, 东亚大槽西退, 利于冷空气向欧亚大陆北部输送, 导致这些地区较冷。对于同一种极涡异常(如2008强极涡或者2009弱极涡)由于南方和北方行星波扰动的位相不同, 对南方和北方冷暖空气的输送也就不一样。所以同一种极涡异常对(我国)南北地区的温度影响是不同的。     

河南一次西南涡暴雨的大气排熵指数特征分析

应用耗散结构理论,基于广义相当位温构建大气排熵指数,利用常规观测资料、地面加密自动站雨量资料、NCEP/NCAR 1°×1°再分析资料等,对2008年7月21—23日一次西南低涡东移造成的河南省大范围暴雨过程的大气排熵指数进行诊断分析,结果表明:大气排熵指数的演变与此次西南涡暴雨落区和雨强关系密切,暴雨落在负排熵指数中心偏南一侧,大雨以上降水分布在排熵指数负值中心轴线附近及其偏南侧;强降水开始前,排熵指数明显减小,强降水持续时间与排熵指数低值维持时间联系紧密;雨强不仅与排熵指数低值有关,且与低值维持时间、6h变化量也有密切关系。排熵指数低值中心位置和中心值的强弱变化与该个例中西南低涡中心位置和其强弱变化具有较好一致性。     

低涡和副热带高压共同影响下的暴雨落区分析

应用常规观测资料和NCEP 1°×1°再分析资料,分析低涡和副热带高压共同影响下的暴雨过程,发现暴雨落区并不与低涡位置及路径一致,因而不能简单的按其位置和路径预报暴雨落区,应着眼于暴雨发生的物理机理,注意分析影响系统的空间结构、发展阶段和地面形势的演变特征。在有锋面系统影响时,初始对流往往由锋面触发,因此,暴雨的第一落区在锋面附近。冷锋触发的暖区暴雨随后出现,不需强的动力辐合条件,可能远离低涡中心,而是位于副热带高压边缘的高温湿舌内。另外,应密切关注周边初生的对流云团及其移入时造成的暴雨。     

一次西南低涡东移引发长江中下游暴雨的诊断研究

利用常规观测资料和NECP再分析资料,对2013年6月6—7日西南低涡东移加强发展造成长江中下游大暴雨过程进行了诊断分析,重点探讨了西南低涡东移和发展维持的物理机制以及最强降水的变化特征。结果表明,沿着700 hPa高空切变线东移的西南低涡是造成此次长江中下游地区暴雨的直接影响系统,西南低涡沿着700 hPa切变线东移发展,深厚阶段正涡度柱伸展到400 hPa高度,自下而上呈近垂直结构。西南低涡附近低层辐合与高层辐散的大尺度环境条件、西南低涡与西南低空急流耦合发展动力结构、低空暖平流和高空槽前正涡度平流输送等条件是导致西南低涡东移到长江中下游后加强发展的主要因子。与西南低涡相伴随的强降雨区主要位于低涡南部3个纬距以内,该处的西南季风和副高西南侧东南气流两支水汽输送的汇合为暴雨发生提供了充沛的水汽和对流不稳定能量,而对流层中低层携带的冷空气侵入低层低涡的后部,不仅加强了低涡的斜压性,也促进了上冷下暖不稳定层结的产生和发展,为强降水的发生提供了不稳定对流触发条件。     

THE LOW-PRESSURE SYSTEM IN THE VERTICAL VELOCITY OMEGA ON THE SCALE OF SYSTEM SENSITIVITY

In this study, the relationship between scale and vertical velocity in a low-pressure system is explored using the wave characteristics of atmospheric disturbances and the structural characteristics of low-pressure systems. The ω differential equation, as determined by the transient geopotential height field Φ, is solved to obtain an analytical solution composed only of wavelength, horizontal speed, and atmospheric stability, i.e., the ω diagnostic equation of a low-pressure system. This equation also shows that vertical velocity in the low-pressure system is very sensitive to the horizontal scale, i.e., a smaller horizontal scale means a larger vertical velocity.     

张力腿平台绕流数值模拟分析

在一定来流条件下,张力腿平台(tension leg platform,简称TLP)的立柱后缘出现周期性的交替旋涡脱落,致使立柱受到垂直于来流方向的升力和平行于来流方向的阻力作用,导致TLP产生大幅度往复运动,显著增加平台结构和系泊系统的负载。目前,关于单柱、多柱结构绕流问题的研究较多,但对于TLP绕流特性的研究较少,机理尚存不明确的地方。为研究TLP的绕流力变化情况和流场特征,开展了数值模拟分析。利用计算流体动力学数值模拟软件,基于雷诺平均(RANS)法和分离涡模拟(DES)法对TLP绕流场进行仿真分析,揭示了TLP的绕流特性。结果表明,在3种来流角度和多个折合速度V_r下,TLP绕流的流体力系数存在明显差异,升力系数时域曲线呈现脉动性。TLP的上、下游立柱间存在明显的相互作用,影响了旋涡的形成与发展。TLP的旋涡脱落大多集中在平台固有频率附近,且在V_r=7,来流角度为0°时,升力系数频谱峰值最大,旋涡脱落集中。     

涡流发生器对潮流能水轮机翼型水动力学特性影响的数值模拟

为了改善潮流能水轮机叶片表面流动分离问题,提高其升阻比,本文通过在潮流能水轮机叶片表面加装涡流发生器,来研究涡流发生器对潮流能水轮机水动力学性能的影响。本文以NACA4418翼型为研究对象,分别建立了含VGs和不含VGs的三维模型,利用CFD方法研究了VGs的高度、长度以及相邻一对VGs之间的间距等多个方面对该翼型性能的影响。结果表明:VGs可以有效地提高翼型的最大升力系数;相邻VGs间距的增加对流动分离的抑制有积极影响。此外,通过对尾迹区流线和旋涡的分析,进一步揭示了尾迹区的流场特征。     

CFD-based numerical analysis of a variable cross-section cylinder

Using ANSYS-CFX, a general purpose fluid dynamics program, the vortex-induced vibration (VIV) of a variable cross-section cylinder is simulated under uniform current with high Reynolds numbers. Large eddy simulation (LES) is conducted for studying the fluid-structure interaction. The vortex shedding in the wake, the motion trajectories of a cylinder, the variation of drag and lift forces on the cylinder are analyzed. The results show that the vortices of variable cross-section cylinder are chaotic and are varying along the cylinder. In places where cross-sections are changing significantly, the vortices are more irregular. The motion trail of the cylinder is almost the same but irregular. The drag and lift coefficients of the cylinder are varying with the changes of diameters.     

Study on the Evolution of a Northeast China Cold Vortex during the Spring of 2010

Based on the final analysis data with horizontal resolution of 1°× 1°（four times a day） from the National Centers for Environmental Prediction（NCEP）, a typical Northeast China cold vortex（NCCV） during the spring of 2010 was examined with the quasi-Lagrange- form eddy flux circulation（EFC） budget equation. Results indicated that the mechanisms that account for the development, maintenance, and attenuation of the cyclone varied with levels and stages. Displacement of the cyclone and transports by background environmental circulations dominated the variation of the cyclone in the middle and upper levels, whereas displacement and divergence associated with the cyclone dominated the evolution of the NCCV in the middle and lower levels. Moreover, interactions between the NCCV and other subsynoptic weather systems were important for the development of the cyclone, and the pattern of background environmental circulations was also important for the evolution of the NCCV, since the cyclone enhanced（weakened） as it moved from areas of low（high） vorticity to high（low） ones.