国家级格点化定量降水预报系统

2020年7月18—19日,江淮地区出现一次特大暴雨过程,欧洲中期天气预报中心全球确定性预报模式（以下简称EC模式）、华东区域数值模式（以下简称华东模式）和国家气象中心Grapes高分辨区域模式（3 km分辨率,以下简称G3模式）预报的暴雨落区均明显偏北,且降水强度偏弱。通过对模式的风场及降水预报进行检验发现：模式天气形势预报的优劣,很多时候与模式的降水预报优劣是直接相关的,尤其是天气形势中的中低层风场,很容易受模式中降水潜热反馈过程的影响,导致错误的预报订正指引;比较而言,模式预报的高层流场,受潜热反馈过程影响较小,是值得在天气分析环节中加以重视的预报着眼点;此外,对于由中小尺度天气系统传播所致的大暴雨或特大暴雨,分辨率更高的区域模式预报结果可能具有更好的预报参考性,也是今后类似暴雨预报过程中应该重视的着眼点之一。

     

Nonlinear dynamic analysis of deep water risers

The paper presents a theoretical and numerical approach to the dynamical behaviour of risers in deep water which takes into account two types of nonlinearity; that due to viscous drag forces and that due to the large displacements of the riser when submitted to strong axial loads. As the second nonlinearity may have a significant influence upon the behaviour of risers in deep water, a method for automatically updating the structural geometry during the dynamic analysis is given. A computer programme has been written for this purpose.     

高时空分辨率三维风场在强对流天气临近预报中的融合应用研究

以业务应用为目标,开展高时、空分辨率三维风场在强对流天气临近预报中的融合应用研究。运用北京快速更新多尺度分析和预报系统集成子系统（RMAPS-IN,Rapid-refresh Multi-scale Analysis and Prediction System-Integration）,对雷达四维变分分析系统（VDRAS）30 min临近预报的高时、空分辨率三维风场作为数据源与自动气象站风场观测进行快速融合处理。结果表明,以VDRAS临近预报风场取代数值模式预报场作为融合初猜场后形成的分析结果对于风场有明显的改善:（1）长时间序列客观检验结果表明,地面10 m高风场U/V分量绝对误差分别为0.05和0.06 m/s。实时融合对未来预报的影响随着预报时效的延长,U/V分量的绝对误差不断增大。（2）对于11个强对流个例,地面10 m高风场风速均方根误差降低0.3 m/s,风向均方根误差降低13°;边界层三维风场,风速均方根误差降低0.8 m/s,风向均方根误差降低10°。平原站点融合以后风速、风向预报效果有较大改善,山区站点融合以后改善相对较小。（3）通过对2017年7月20日暴雨和7月7日雷暴大风个例的详细分析,发现融合基于雷达资料四维变分同化获得的高分辨率临近预报风场对各对流系统中的中尺度结构特征给出了更加细致准确的描述。      

分层岸滩侧蚀坍塌过程及其水动力响应模拟

非均质岸滩广泛分布于冲积河流中,其侧蚀过程沿垂向具有分层特点。基于全三维水沙模型及河岸侧蚀坍塌力学模式,提出动态网格跟踪技术,构建了非均质岸滩侧蚀沿垂向差异的三维动力学模拟方法。以连续弯道概化水槽为例,模拟分析了非均质河岸侧蚀过程中三维水流结构的响应特征。研究结果表明:坡脚冲刷后,底部主流向凹岸偏移,在已有弯道环流的基础上,于坡脚处出现一反向次生流;上部粘性土层坍塌后,崩塌土体堆积于坡脚处,上部主流明显左偏,下部次生流消失;随着坡脚堆积体的冲刷搬运,下部主流进一步向凹岸偏移;如此循环,主流不断向凹岸偏移,致使岸坡持续崩退、河道摆动。     

苏州市一次重霾污染天气过程的数值模拟

本文对苏州地区2015年12月13—15日发生的一次典型的重霾污染天气过程进行了数值模拟,分析了颗粒物及其组分的时空变化特征及其气象影响因子,以期为该区域空气污染治理和预防提供科学依据。结果表明:(1)利用WRF-Chem模式对此次重霾污染天气过程的污染气体成分进行数值模拟后发现,小时平均的PM_(2.5)、PM_(10)、CO、SO_2、NO_2模拟值与实测值的相关系数较高,达到0.68以上,通过了P0.01的显著性检验,且日变化过程对应也较好。(2)通过分析此次污染过程的天气背景,发现污染形成期高空环流比较平直,中层为均匀的弱高压控制,地面受弱高压脊控制,这种形势容易导致颗粒物的堆积。后期地面等压线密集时,风速大,有利于污染物的输送与扩散。(3)通过分析此次污染过程期间气象要素的变化发现,有逆温、风速小、相对湿度大等不利的气象条件是导致此次污染过程发生的重要原因之一。(4)HYSPLIT轨迹分析显示,此次重霾过程主要受北方大范围灰霾颗粒物南下影响,北方污染气团逐步南推,14至15日本地大气扩散条件差、污染物累积,最终导致本地污染加重,从而发生重霾事件。(5)火点图的分布进一步验证了此次重霾污染过程是由外来污染气团输入所导致。     

图库一体化软件系统研究与实现

为了提高DLG和DRG数据生产效率,改变传统作业模式,解决图库数据分离造成的数据不同步、数据维护复杂等问题,笔者引入"图库一体化"解决方案,通过建立图库一体化数据模型,利用制图表达原理研究算法实现复杂符号效果,采用智能化标注、地图整饰自动化等关键性技术,基于Arc GIS Engine实现Umap图库一体化系统。     

单孔岩样水压致裂的数值分析

水压致裂是改变岩体结构的一种天然行为和人为手段。采用F－RFPA2D软件,对水压致裂过程、裂缝扩展形态及注水孔形状和大小、应力条件和岩样强度等影响因素进行了研究。将开始出现声发射的水压称为微裂压力,将声发射急剧增多、裂缝非稳定扩展直至岩样破坏的水压称为破裂压力。岩样尺寸一定时,微裂压力和破裂压力随内孔面积增加而降低,方形孔岩样的微裂压力和破裂压力均小于同面积的圆形孔。微裂压力和破裂压力随围压或岩样强度增加而增加,且其差值随岩样强度增加而增加,理论破裂压力与模拟值趋势基本一致。方形孔的宏观裂纹起裂位置多在角点附近,而圆形孔比较随机。无围压时,宏观裂纹的延伸方向随机;有围压时,宏观裂纹扩展方向大致与主应力方向一致,且沿较大主应力方向的宏观裂纹扩展至岩样破坏,较小主应力方向宏观裂纹不完全发育。研究结果对水压致裂试验和工程实践有一定参考意义。     

西北区东部一次大暴雨过程的湿位涡诊断与数值模拟

利用绝热、无摩擦大气湿位涡守衡理论和NCEP(1°×1°)再分析资料,对我国西北区东部2005年7月1~2日大暴雨过程进行了分析。结果表明:700 hPa上副热带高压西侧强西南气流北上,在西北区东部与东移南压的西北冷空气形成强辐合,是造成西北区东部这次强降水的主要影响系统。在700 hPa等压面上湿位涡与辐合区域相对应的是,在西北区东部存在一个湿位涡正压项MPV1的正值区和湿位涡斜压项MPV2的负值区域,它们准确地指示了辐合区的范围及变化,暴雨出现在辐合区中或MPV1和MPV2的等值线密集区边缘上;对流层高低层正值MPV1可以指示对流稳定的冷空气的变化,而对流稳定度小的暖湿气流表现为小的正值(高层)或负值(低层),等值线密集带指示了降水的后界。用模式输出的高时空分辨率资料诊断暴雨发生期间各个暴雨中心的等熵面结构,表明用湿位涡理论可以很好地解释这次暴雨发生的局地特征。     

利用FME的小城镇规划数据集成方法

多源数据集成和共享是实现区域规划的瓶颈问题.本文提出利用XDATA扩展数据的方法满足信息量需求,并针对数据集成过程中要素丢失等现象,编写VBA代码实现源数据的质量控制;提出利用FME重新定义数据以实现多源数据的语义转换和集成数据字典模式统一数据编码的数据集成方法.研究表明,该方法符合数字化、信息化测绘和管理数据的发展要求,能够提高数据生产和应用的效率,是一种实用且值得推广的方法.     

考虑渗透率变化的煤层气储层数值模拟及参数敏感性研究

煤层气开采过程中储层渗透率的变化对产气量影响较大,通过引入S＆D渗透率变化模型,建立了考虑渗透率变化的煤储层三维气水两相渗流数学模型,完成模型检验后应用所编制软件研究了煤储层参数、吸附参数及渗透率模型特征参数对开发效果的影响。结果表明,煤层气产量随着初始含气量、煤层有效厚度、裂缝渗透率和Langmuir压力的增大而增大,随储层原始压力、裂缝孔隙度和Langmuir体积的增大而减小,而解吸时间对产气量影响不大;裂缝渗透率随着杨氏模量和基质收缩/膨胀系数的增大而增大,随泊松比和裂缝压缩系数的增大而减小。引入S＆D模型后计算的累积产气量要比常规模型低1.3%,因此不可忽视煤层气产出过程中渗透率的变化。