大陆性积云不同发展阶段宏观和微观物理特性的飞机观测研究

2014年7月3日,山西省人工降雨防雹办公室在该省忻州地区开展了国内首次大陆性积云飞机穿云探测。本文利用机载云物理探测资料,分析研究了不同发展阶段的积云宏、微观物理特性,主要结论有:（1）初生发展阶段的积云水平尺度约为8.2 km×5.5 km（经向×纬向,下同）,云厚约2 km;云中以小云粒子为主,云滴凝结增长;水平方向上,云液水含量（LWC）和粒子浓度（N_c）的最大值均位于云体中心位置;垂直方向上,云水分布相对均匀,但随着高度增加,云粒子浓度变小,粒子尺度增大;粒子谱符合伽马分布,峰值量级为102 cm-3 μm-1,谱宽在100 μm以下。（2）成熟阶段的积云水平尺度约为4.6 km×10 km,云厚约4 km;云内可以观测到积冰和雨线;小云粒子浓度随高度增加起伏变化,3600 m、4100 m和4900 m高度处存在峰值;大云粒子浓度随高度先增加后减小,最大值出现云底以上1.6 km高度,云底以上1.3 km高度附近有降水粒子形成;粒子谱呈多峰分布,暖区符合伽马分布,冷区为伽马分布和M-P分布相结合,且随着高度的增加拓宽,4400 m高度以下的谱宽小于200 μm。（3）消散阶段积云尺度约为11 km×5.6 km,云厚约2 km,云下有降水粒子存在。     

一种人工鱼礁的水动力学研究与建设效果评价

针对舟山群岛的海洋环境和渔业资源等情况,设计了一种正六棱柱式人工鱼礁用于改善当地的海洋生态和渔业资源。选用反映鱼礁通透性的ε值和反映鱼礁附着能力的η值两个参数对人工鱼礁的结构进行评价,通过比较发现所设计的正六棱柱式人工鱼礁在具有良好通透性的情况下还能够为海洋生物提供更大的附着面积,满足设计需求。使用Fluent软件对鱼礁进行CFD仿真,发现鱼礁迎流面前部上升流的最大高度随来流速度的增加而增加,鱼礁后方背涡流的长度约为鱼礁高度的9.3~9.6倍,表明其具有很好的水动力特性。为进一步验证鱼礁的水动力学性能,在相同尺寸、相同水域环境下对鱼礁模型设计了水槽实验,与仿真结果相互验证,证明了正六棱柱式人工鱼礁水动力性能的有效性。最后采用实地调查的方法对正六棱柱式鱼礁礁区与箱形鱼礁礁区进行建设效果的对比评价,发现两种鱼礁均能对各自所处的海洋环境起到增殖作用,正六棱柱人工礁区的平均生物密度大于对比礁区的生物密度,证明了其良好的水动力特性对增殖效果的有效性。     

Aviation-Produced Aerosols and Contrails

Liquid and solid particles in the plumes of jet aircraft cruising in the upper troposphere and lower stratosphere lead to the formation of ice clouds (contrails), modify the microphysical properties of existing cirrus clouds, and provide sites for heterogeneous chemical reactions. Characterization of aviation-produced particles in terms of physico-chemical properties is an important step in assessing the global impact of aircraft emissions upon atmospheric chemistry and climate parameters. Chemistry and microphysics of the gas-aerosol system in aircraft plumes and its evolution in the atmosphere is a field of intense research. This paper reviews the current knowledge (mid-1998) and outlines possible atmospheric implications.     

基于飞机真实轨迹的一次层状云催化的增雨效果及其作用机制的模拟研究

层状云降水效率通常较低,但却具有较高的云水资源开发潜力,是人工增雨作业的重要对象.随着中国南方地区生态改善、水库增蓄、抗旱等社会需求的增加,针对这些地区降水云系的人工增雨研究显得愈发重要.使用三维中尺度冷云催化模式,对2018年10月21日湖北省一次层状云飞机人工增雨作业过程进行了数值模拟研究,并将模拟结果与卫星、降水...     

Experimental investigation of single blade and propeller loads by free running model test. Straight ahead sailing

The understanding and the accurate assessment of propeller loads in realistic operative scenario, both design and off-design conditions, is of paramount importance to design low emission and comfortable ships, fulfilling the requirements of structural integrity of the propulsion system, safety and continuity of operations at sea. To this purpose, a deeper characterization of the propeller functioning, in terms of averaged and fluctuating loads, can be attained by means of the quantification of the single blade loads. In this work, a novel set up that allows to monitor the loads developed by a single blade was implemented on a free running, self propelled maneuvering model with the aim to investigate in details the hydrodynamic interactions between the spatially non-homogeneous and time-variant wake of the hull and the propeller and a complete characterization of its performance. This preliminary work introduces the experimental setup and provides a preliminary overview of the results relative to straight ahead motion.     

带偏航角串列式两风机复杂尾流场数值模拟

在多风机风电场中,通过主动调节上游风机的偏航角度,抑制上游风机尾流对下游风机的影响,减少风力机机组之间的尾流相互干扰,以达到提高整个风电场效率的目的。采用基于开源平台Open FOAM自主开发的FOWT-UALM-SJTU求解器中风电场求解模块ALMWindFarmFoam,将致动线模型与CFD方法相结合,利用大涡模拟(LES)计算研究当上游风机处于不同偏航角度时,两风机之间的复杂尾流干扰效应。对比分析偏航角度改变时,上下游风机气动功率的输出特性,尾流速度变化以及风机的尾涡结构。数值模拟结果表明:在上下游风机沿流向方向距离保持不变的情况下,随着上游风机偏航角度的变化,上下游风机的尾流干扰现象以及下游风机的入流条件会发生明显改变,并会对下游风机的气动功率输出以及两风机风电场的整体流场产生显著影响。     

仿生胸鳍的三维尾涡结构与参数影响分析

为研究仿胸鳍推进的机理和流体动力特性及缩小机器鱼与生物原型之间的性能差距,利用浸入边界法数值模拟了做耦合旋转运动胸鳍的非定常绕流问题。详细探讨胸鳍非定常运动的三维尾涡结构演化和推进机理,并开展胸鳍推进性能与尾涡结构的参数影响分析。结果表明:迎流面在背、腹侧边缘及鳍梢部显著涡旋结构的作用下所出现的低压力区,加之鳍表面和上游来流之间好的垂直度共同造成了在动力划水阶段的高推力;在恢复划水阶段的高升力与背侧边缘涡强度的持续增加,以及因鳍表面倾斜而引起的水动力被分解到竖直方向的比重提升有关;胸鳍尾流场被一个三维双环涡结构所支配;当前的模拟为仿胸鳍推进建立了一个最优的斯特劳哈尔数St范围(在0.55附近),在此之后平均推力仍随St的增大而增加,而推进效率则表现出一个缓慢降低的趋势;当前后拍动与纵倾运动之间的相位差为90度时,胸鳍同时取得最佳的推力和效率。     

一次东南大风天气下近地面风场结构及航空影响分析

利用跑道自动观测、激光测风雷达等资料,对2023年4月7日夜间乌鲁木齐机场一次东南大风天气下近地面风场的细微结构进行分析,探究大风时段13架航班在低空复飞的气象原因,结果表明：此次东南大风为较典型的锋前减压型,其持续期间在机场范围低空风速具有“西强东弱”特征及显著的不均匀性,在进港高峰期的R07跑道五边下滑道上出现强侧风、中度及以上的风切变,使得飞机在着陆过程中操纵困难而导致多架飞机复飞。激光雷达侧风及水平风的垂直分布,能细致反映跑道上低空侧风、风切变随高度和时间的变化特点,而其前30 min风切变告警累积频次迅速增多、维持和峰值时段,与此次航班复飞时段有较好的对应,多次提前告警可为机场发布此类风切变警报提供参考。     

西沙群岛附近海域船舶尾迹水体遥感反射率特性的实验测量与分析

利用海上实验现场测量船舶的尾迹气泡群对西沙群岛附近海域一类水体海水光学特征(例如归一化离水辐亮度、遥感反射率)的影响,为通过星载光学传感器遥感获取船舶尾迹信息提供理论依据。实验证明,在可见光和近红外波段,船舶含气泡尾迹不仅在幅度上、也在谱形上改变海水遥感反射率,作为结果,尾迹气泡使得海水变得更绿;同时,随着观测点在尾迹中的位置距目标船的接近,气泡密度不断增大,反射率也随之增强。     

台风Wayne过后南海北部陆架海域的近惯性振荡

1986年8月18日8616号台风维纳(Wayne)在南海中部生成,其后在南海北部迂回盘旋,前后3次穿越巴士海峡,9月4日在海南岛登陆。布放在海南岛东部陆架上的锚系浮标记录了台风中心过境前后风和近表层的海流响应。分析结果表明,台风中心过境造成海水强烈的近惯性运动,其影响大约持续了6—8d,近惯性振荡的频率为0.029 2周.h-1(周期约34.2h),高出当地的惯性振荡频率(0.028cph)4.3%。带通滤波所提取的惯性运动特征显示,台风过境后惯性振荡逐渐衰减,惯性圆逐渐向西南方向偏移。根据这一个例,探讨了台风条件下近表层流速与风速的关系以及台风尾迹中近惯性流流速衰减过程的经验描述,可为近海海洋工程设计提供参考。