城市陆面过程与边界层结构研究

通过城市边界层观测、卫星遥感以及城市边界层数值模拟等途径,获取对城市陆面过程特性的认识,研究建立精细城市边界层模式,引入合理城市区陆面过程参数化方案,并进行城市边界层结构影响研究。研究结果表明：①城市下垫面能量平衡过程迥异于自然地表,引入合理的参数化方案是改善数值模拟性能的关键。②高分辨卫星观测信息是认识城市地表参数状况及其变化的有效途径。 ③人为热排放参数化方案的合理引入是准确描述地表能量平衡过程的又一重要课题。需根据实际情况确定人为热排放的引入方案及量值变化。④应从合理描述城市建筑物下垫面对热力输送及大气动力场的影响出发,研究建立了多层城市冠层模式。⑤应建立更完善的多尺度城市边界层模式系统并引入更新的城市效应参数化方案和数据同化处理,以增强并完善城市边界层数值模拟能力。     

北大西洋风暴轴高低空分布及其能量诊断

利用1979~2013年NCEP再分析数据,通过经验正交分解对比了前冬时期北大西洋风暴轴的高低空分布,并用涡动动能(Eddy Kinetic Energy,EKE)方程对风暴轴高低空分布型差异进行了诊断。研究结果表明:上层和下层第一空间分布型差异巨大,对流层下层风暴轴中心偏北,靠近极地,而上层风暴轴中心偏西南,靠近北美沿岸。EKE方程诊断结果表明:正压转换项在高低空符号相反,导致了EKE在上、下层分布出现显著差异,即上层正压转换项为负,在扰动发展中起能量耗散作用,而下层正压转换项为正,且极大值区域对应下层EKE极大值区域,为风暴轴下层向极区域增强的主要原因。而斜压转换和非地转位势通量散度在上层均为正,且远大于下层,为风暴轴上层涡动能量维持的原因,也从涡动能量收支上解释了风暴轴的主体出现在上层。     

有限差分格式与物理量守恒性

为了成功地开展大气数值模拟,如何构造相应的离散格式是一项十分重要的工作.本文以大气球面浅水方程为例,从不同形式的微分方程组出发,分别构造了能量守恒格式、准辛格式和多守恒格式,并作相应的数值检验和比较,从中可以清楚地看到三类格式的优劣.这三类格式构造方法不同,所保持的物理守恒性不完全相同,数值计算时所需机时也不同,这些比较结果为实际工作的不同使用需求提供了选择依据.     

利用GPS监测电离层不均匀结构探讨

利用上海地区GPS综合应用网提供的高时空分辨率的双频GPS观测资料,研究了该区域内一电离层不均匀体的产生、消亡过程.首先,采用Kalman滤波的方法改善双频伪距之差的观测精度,并利用参数估计的方法计算该时段内相应的硬件延迟.再根据电离层单层模型,利用GPS双频观测量、测站位置和GPS精密星历,求出GPS信号穿刺点的坐标和垂直方向电离层的电子含量;然后内插并获取其等值线图.等值线图随时间的变化表明,受等离子体湍流的影响,2003年9月8日北京时间9时40分左右在38°N、118°E左右产生了一电离层不均匀体,其尺度大约在50km左右,生存时间大约为5min.受地球重力场和高空风场的影响,该不均匀体向东北方向扩散.然后,利用大气扩散模型,按扩散方程计算分析了该不均匀体可能发生的电离层层区.理论计算表明,该不均匀体发生在电离层扩展F区,高度在350km左右.     

隔震换能结构体系的能量分析

将换能器安装在隔震结构的隔震层处,由结构和换能装置构成隔震换能结构体系,它既可以将地震输入给结构的部分能量转换成液压能,实现地震能量的转换,又能减小隔震层的水平位移,降低对隔震层的技术要求,降低造价。本文详细研究地震输给隔震换能结构体系的能量在体系各部分的分配,并与普通隔震结构对比,从能量的角度揭示隔震换能体系的换能控制原理。     

GALEX证实暗能量的性质

15年来,国际天文学界对遥远星系中超新星的观测,除了得出宇宙加速膨胀的结论外,还推测出宇宙组成的成分：暗能量约占74％、暗物质约占22％、而包括原子、组成生物体、行星和恒星等的正常物质只占4％。     

伽玛暴宇宙学的研究

伽玛射线暴(简称伽玛暴,gamma-ray burst (GRB))是一种来自宇宙空间中的伽玛射线波段流量突然增亮的现象,最早由Vela卫星在1967年发现.1997年人们通过余辉测得了伽玛暴的红移,从而确定了其宇宙学的起源.伽玛暴宇宙学包括用长暴的标准烛光关系限制暗能量和宇宙学参数,用长暴研究高红移的恒星形成率,研究金属丰度的演化、尘埃及量子引力等.     

Improving the estimate of wind energy input into the Ekman layer within the Antarctic Circumpolar Current

Based on the data and method offered by Liu et al. (2009), the direct wind and Stokes drift-induced energy inputs into the Ekman layer within the Antarctic Circumpolar Current (ACC) area are reestimated since the results of the former have been proved to be underestimated. And the result shows that the total rate of energy input into the Ekman-Stokes layer within the ACC area is 852.41 GW, including 649.75 GW of direct wind energy input (76%) and 202.66 GW of Stoke drift-induced energy input (24%). Total increased energy input, due to wave-induced Coriolis-Stokes forcing added to the classical Ekman model, is 52.05 GW, accounting for 6.5% of the wind energy input into the classical Ekman layer. The long-term variability of direct wind and Stokes drift-induced energy inputs into the Ekman layer within the ACC is also investigated, and the result shows that the Stokes drift hinders the decadal increasing trend of direct wind energy input. Meanwhile, there is a period of 4-5 a in the energy spectrums, as same as the Antarctic circumpolar wave.     

Numerical simulation of solitary and randomwave propagation through vegetation based on VOFmethod

A vertical two-dimensional numerical model has been applied to solving the Reynolds Averaged Navier- Stokes （RANS} equations in the simulation of current and wave propagation through vegetated and non- vegetated waters. The k-e model is used for turbulence closure of RANS equations. The effect of vegeta- tion is simulated by adding the drag force of vegetation in the flow momentum equations and turbulence model. To solve the modified N-S equations, the finite difference method is used with the staggered grid system to solver equations. The Youngs＇ fractional volume of fluid （VOF） is applied tracking the free sur- face with second-order accuracy. The model has been tested by simulating dam break wave, pure current with vegetation, solitary wave runup on vegetated and non-vegetated channel, regular and random waves over a vegetated field. The model reasonably well reproduces these experimental observations, the model- ing approach presented herein should be useful in simulating nearshore processes in coastal domains with vegetation effects.