Numerical modeling of lock-exchange gravity/turbidity currents by a high-order upwinding combined compact difference scheme

This study presents two-dimensional direct numerical simulations for sediment-laden current with higher density propagating forward through a lighter ambient water.The incompressible NavierStokes equations including the buoyancy force for the density difference between the light and heavy fluids are solved by a finite difference scheme based on a structured mesh.The concentration transport equations are used to explore such rich transport phenomena as gravity and turbidity currents.Within the framework of an Upwinding Combined Compact finite Difference(UCCD)scheme,rigorous determination of weighting coefficients underlies the modified equation analysis and the minimization of the numerical modified wavenumber.This sixth-order UCCD scheme is implemented in a four-point grid stencil to approximate advection and diffusion terms in the concentration transport equations and the first-order derivative terms in the Navier-Stokes equations,which can greatly enhance convective stability and increase dispersive accuracy at the same time.The initial discontinuous concentration field is smoothed by solving a newly proposed Heaviside function to prevent numerical instabilities and unreasonable concentration values.A two-step projection method is then applied to obtain the velocity field.The numerical algorithm shows a satisfying ability to capture the generation,development,and dissipation of the Kelvin-Helmholz instabilities and turbulent billows at the interface between the current and the ambient fluid.The simulation results also are compared with the data in published literatures and good agreements are found to prove that the present numerical model can well reproduce the propagation,particle deposition,and mixing processes of lock-exchange gravity and turbidity currents.     

多目标地球化学勘查样品分析方法配套方案

对20世纪80年代全国区域化探扫面工作以来各大区、省、市地质实验室所研制的54种元素的不同分析方法进行对比研究．并与国际上所采用的分析方法进行类比,提出了适合中国国情的4套分析配套方案。     

中尺度数值模式中湿过程参数化的敏感性试验

本文利用一个三维中尺度模式，分别采用两种不同的湿过程处理方案ＦＰＡ和ＮＣＡ模拟同一个洋面冷锋个例，以考察模拟结果对湿过程参数化方案的敏感性。两种方案的区别在于前一种使用了次网格湿对流参数化而后者没有。通过比较分别使用ＦＰＡ和ＮＣＡ方案所进行的模拟ＦＰＳ和ＮＣＳ，发现冷锋结构在两者间出现较大差异。从８５０ hPa等压面|Δθe|等值线图所显示的结构看，ＮＣＳ中冷锋呈现为一长一短两条锋带，而ＦＰＳ中冷锋仅呈现为一条锋带。在相应的冷锋横向垂直剖面中，ＮＣＳ中存在两个相邻的锋面垂直环流，而ＦＰＳ中只有一个。另外，ＮＣＳ中对流不稳定的冷锋区出现垂直运动过分发展的现象，而ＦＰＳ中不存在这个问题。通过与卫星云图比较，我们注意到，ＮＣＳ中尽管出现了垂直运动过分发展的现象，但相对于ＦＰＳ而言，其模拟的冷锋结构与实际较为接近，成功地模拟出云图上显示的双冷锋结构。ＮＣＳ中垂直运动过分发展的一个重要原因是模式中采用的静力平衡近似。ＦＰＳ中次网格对流参数化方案的使用，通过减少甚至消除对流不稳定度，一方面使垂直运动的过分发展倾向受到约束，另一方面也可能使在对流不稳定层结下的锋区环境中本应出现的中尺度结构失去了形成的机会。     

古尔班通古特沙漠大气边界层参数化方案的模拟评估[1]

为准确描述我国最大的固定/半固定沙漠-古尔班通古特沙漠区域的大气边界层结构,本文利用该沙漠腹地2017年的梯度铁塔和通量观测数据,基于中尺度气象模式WRF (Weather Research and Forecast v3.7.1),分析了5种边界层参数化方案在古尔班通古特沙漠的适用性。结果表明：1）采用WRF模拟沙漠腹地近地层内的边界层特征时,2m气温的模拟存在冷偏差,5种边界层参数化方案均能较好地模拟出四个季节2m气温的日变化特征,其中非局地方案ACM2(Asymmetric Convective Model version 2)对2m气温效果最好,局地方案BL方案的模拟偏差最大;2）5种边界层参数化方案均能够模拟出10m风速的日变化特征,其中局地方案BL(Bougeault-Lacarrere)对10m风速效果最佳;3）采用WRF模拟沙漠近地层内的地表通量特征时,感热通量存在高估现象,潜热通量存在低估现象,5种边界层参数化方案均能较好地模拟出四个季节模拟时间段内地表净辐射通量的日变化特征,其中局地方案MYJ(Mellor-Yamada-Janjie)的模拟精度最高。     

用于ENSO预测的一种广义典型混合回归模式及其预报试验

提出一种基于主分量典型相关分析（ＰＣ－ＣＣＡ）的广义典型混合回归模式，用于建立ＮＩＮＯ海区ＳＳＴ预报方案．该模式引入ＥＥＯＦ、ＰＲＥＳＳ准则和集成预报等技术思想，在优选物理因子，确定最佳模式参数的基础上，对ＮＩＮＯ海区海温指数所作的超前１—４季度预报试验取得优良效果．试验表明，该模式方案性能稳定，其总体预报技术水平已达到美国ＮＯＡＡ／ＮＷＳ／ＮＣＥＰ／气候诊断公报（ＣＰＣ）所用同类模式水平．而本模式方案预报同类产品所需因子数远少于ＣＰＣ方法。这就有可能为建立我国的ＥＮＳＯ业务监测系统提供有益的基础。     

陆面模式中土壤冻融过程参数化研究进展

土壤冻融过程在寒区水文和气候系统中有着重要作用。陆面模式中土壤冻融过程的参数化对模式的设计和模拟结果有着关键作用。通过对广泛应用的Bucket，SIB，BATS，VIC，BEAS， LSM等几种主要的陆面模式中的冻融过程参数化方案进行了总结和比较。首先，详尽地描述了土壤冻融与气候变化的数值模拟研究，总结和评述了土壤冻融过程对气候变化的作用。其次，对几种主要的陆面过程模式在土壤水热参数化方案中对冻融过程的考虑及其特点进行了比较和讨论。还对冻结深度和冻结周期的预报模式进行了简介，最后对该领域当前面临的主要研究问题进行了探讨和阐述。     

Well-balanced numerical modelling of non-uniform sediment transport in alluvial rivers

The last two decades have witnessed the development and application of well-balanced numerical models for shallow flows in natural rivers.However,until now there have been no such models for flows with non-uniform sediment transport.This paper presents a 1D well-balanced model to simulate flows and non-capacity transport of non-uniform sediment in alluvial rivers.The active layer formulation is adopted to resolve the change of bed sediment composition.In the framework of the finite volume Slope Llmiter Centred(SLIC) scheme,a surface gradient method is incorporated to attain well-balanced solutions to the governing equations.The proposed model is tested against typical cases with irregular topography,including the refilling of dredged trenches,aggradation due to sediment overloading and flood flow due to landslide dam failure.The agreement between the computed results and measured data is encouraging.Compared to a non-well-balanced model,the well-balanced model features improved performance in reproducing stage,velocity and bed deformation.It should find general applications for non-uniform sediment transport modelling in alluvial rivers,especially in mountain areas where the bed topography is mostly irregular.     

三维土-结构动力相互作用的一种时域直接分析方法

本文提出了一种分析三维土-结构动力相互作用的时域直接方法。该方法采用集中质量显式有限元和透射人工边界模拟无限域地基,通过编制的FORTRAN程序实现;采用ANSYS软件对上部结构进行建模分析,并通过FORTRAN程序对ANSYS软件的调用,实现了土与结构系统在地震作用下的整体分析。该方法为显隐式相结合的方法,地基和上部结构可采用不同的时间步距进行分析,可大大提高效率。通过两算例,验证了该方法的可行性。     

湍流通量参数化方案的非迭代方法研究

基于Högström (1996) 和Beljaars et al.(1991) 的研究工作, 沿用Louis et al.(1982) 和Launiainen (1995) 的思路, 本文采用多元回归分析方法, 研发了一种采用非迭代方法的湍流通量参数化方案。该方案直接用整体理查森数、 空气动力学粗糙度长度和热力学粗糙度长度对稳定度参数进行参数化, 从而避免了通过循环迭代计算Monin－Obukhov长度。该方案不仅有效地节省了CPU计算时间, 而且其计算结果与迭代方案 (BHH方案) 的计算结果非常接近。