热源强迫的非线性惯性重力内波及其应用

利用动力学分析中的相平面方法,由z坐标系下的非绝热大气运动方程组导出了与非线性惯性重力内波有关的KdV方程,然后利用直接积分法得到两类有天气意义的孤立波解.初步建立了孤立波解与高原低涡的联系,进一步从理论上论证了高原低涡具有与热带气旋类低涡类似的涡眼和暖心结构的特征.     

中深层套管式换热器可持续供热性能及优化设计研究

中深层套管式换热器的热提取具有“取热不取水”的特点,是我国北方地区稳妥推进中深层地热能供暖的重要技术之一。针对当前中深层套管式换热器在长期热提取期间供热性能不明的问题,本文基于可持续供热的运行特点,建立数值换热模型分析换热器水温、性能系数随运行年份的变化规律,并针对性地开展设计优化研究。结果表明:在可持续供热过程中,换热器水温在前5年的下降程度较为明显,运行至20年以后,基本不发生变化。换热器季节性能系数的下降程度受岩土体导热系数的影响较大,在1.5 W/(m·K)条件下的SPF₁、SPF₂分别下降11.50%和10.56%,在3.0 W/(m·K)条件下的SPF₁、SPF₂则分别下降4.73%和4.23%。岩土体导热系数越小,换热器供热性能的下降程度越明显。基于可持续供热性能的变化规律,提出以“准稳态特征年”的供热性能为基准进行设计,并综合考虑运行要求与节能性要求优化换热器的运行条件,明确了在不同地热特征参数、埋管深度下的最优运行流速与最佳供热负荷的分布情况,对中深层套管式换热器的高效可持续供热设...     

污水源热泵技术在城市住宅供暖中的应用研究

随着城市的发展和能源需求的增长,污水的热能回收利用越来越受到关注,开发污水源热泵技术对建筑节能降耗具有重要意义。本文就污水源热泵系统的工作原理、特点等方面进行了介绍,阐述了国内外污水源热泵技术的开发利用历程与工程现状,分析了城市污水热能资源潜力以及污水源热泵技术的发展前景,指出利用污水与环境的温差获取热能具有十分巨大的能量资源前景,适宜的热源距离是污水源热泵开发利用的先决条件,开发污水源热泵系统,可以充分利用城市污水处理厂的二级出水或城市污水作为水源,通过合理利用出水的流量和温差为城市住宅供暖。基于我国能源与环境的现状,污水源热泵系统具有良好的市场前景,是一种值得推广的能源开发利用方式。     

影响北京的一例沙尘天气过程的起沙沉降及输送路径分析

本文选取2012年4月27-28日影响北京的一次沙尘天气过程进行分析,发现在本次过程中,沙源地区的沙尘暴主要发生在地面冷锋和500 hPa槽后,在近地层强烈的感热加热与中低层冷平流的共同作用下,形成了不稳定层结及深厚的混合层,最高可达600 hPa,是沙尘天气能够影响下游地区的重要条件。本文还通过分析等熵混合层厚度变化及其平流过程来追踪沙尘天气的输送路径和定位沉降地,发现本次过程有两种传输路径,一种是沿辽宁北部向东而后转向东北方向,主要沿等熵混合层平流向下游移动,之后随着等熵混合层的接地沉降到近地层,该路径影响高度较高;另一种是沿辽宁南部向东南方向移动,混合层平流较清楚,但沉降时与东北路径明显不同,在辽东半岛东部地面辐散气流及下沉运动的作用下发生沉降,并随冷锋后冷高压南侧的东风回流向西输送影响北京地区。另外,由于混合层之上的稳定层明显下压,使沙尘输送高度偏低。运用HYSPLIT模式模拟的前、后向轨迹证实了上述两种输送路径,表明北京的扬沙天气是由东风回流造成的。     

Heating status of the Tibetan Plateau from April to June and rainfall and atmospheric circulation anomaly over East Asia in midsummer

Based on the 1958-1999 monthly averaged reanalysis data of the National Center for Environmental Prediction (NCEP)/National Center for Atmospheric Research (NCAR) and the rainfall data of 160 Chinese surface stations, the relationship between rainfall and the atmospheric circulation anomaly over East Asia (EA) in July and the sensible heating (SH) over the Tibetan Plateau (TP) from April to June (AMJ) is investigated by using the rotational experimental orthogonal function (REOF) method. The results show that the TP is an isolated heating source in this period. The lagged correlation analysis between the first rotational principal component (RPC) of SH over the TP in May and rainfall of EA in July demonstrates that strong SH over the TP before July leads to a positive rainfall anomaly over the TP, the valley between the Yangtze River and Huaihe River, and the regions south and southeast of the TP, and the Sichuan Basin and Yunnan-Guizhou Plateau, but less rainfall anomaly over the regions north, northeas     

青藏高原4月陆面状况和地表加热异常与中国夏季降水的联系

利用1981—2002年GIMMS-NDVI资料、中国西部数据中心提供的雪深长时间序列数据集、中国753个测站降水资料及ECMWF再分析地表通量资料,通过相关和合成分析等统计方法,探讨了青藏高原(下称高原)4月植被覆盖、积雪异常与地表加热异常和与后期中国夏季降水之间的联系。结果表明,高原4月的陆面状况与同期的地表加热存在密切的联系,植被覆盖和积雪深度的变化具有较好的一致性;高原植被覆盖(积雪)主要影响地表感热(潜热)通量,从而改变高原地区的地表加热;高原地表加热和中国夏季降水存在较为密切的关系。就年际异常而言,前期高原地表加热异常与长江以南地区6月降水存在明显的负相关,与7月降水的显著负相关区域主要位于华北、东北地区,与8月降水的显著负相关区主要位于长江中上游及淮河一带。相比之下,前期高原地表加热与夏季降水的年际增幅异常之间存在更为密切的联系,即前期高原地表加热年际增幅异常与长江以南及西南部分地区6月降水年际增幅异常为负相关,而与7、8月降水年际增幅异常主要呈南正北负的分布特征。     

An analysis on observed and simulated PNA associated atmospheric diabatic heating

This study examines the PNA associated atmospheric diabatic heating by linearly isolating the influence of ENSO. The analysis is based on the NCEP–NCAR and ERA-40 reanalyses and a 1,000-year-long integration of the CCCma coupled climate model. Both the vertically integrated and three-dimensional diabatic heating are examined. The Rossby wave sources in association with the PNA are also diagnosed. The PNA-related heating is confined outside the tropics and is dominated by anomalies in the eastern Pacific, with a north–south dipole structure in mid-latitudes and the northern subtropics. The heating anomalies change sign with height in mid-latitudes but have the same sign throughout the troposphere in the northern subtropics. Relatively weak heating anomalies also appear in mid-latitudes, downstream of the heating dipole over North America and the western North Atlantic. The heating anomalies are largely supported by the advections related to the mean state throughout the troposphere, and partially damped by the advections related to the eddy effect, particularly at the upper troposphere over the North Pacific. Broadly similar patterns are seen from the NCEP–NCAR and ERA-40 reanalyses. Yet anomalous heating centers are generally located at relatively lower troposphere for the ERA-40 with respect to the NCEP–NCAR. The tropical heating anomalies are rather weak, remarkably different from those related to ENSO variability. In addition, the Rossby wave source collocates with the atmospheric diabatic forcing in the mid-high latitudes over the PNA sector, and shows no forcing source in the tropics. The results demonstrate possible forcing in the mid-high latitudes, regardless of tropical heating for the PNA teleconnection. The modeled heating and wave forcing anomalies in association with the modeled PNA compare reasonably well with the reanalysis-based estimates, increasing confidence in the observational results. The analysis provides further evidence of the independence of the PNA on ENSO from the diabatic heating point of view.     

线性准地转模型中副热带环流对潜热加热的定常响应I.基本性质及特征分析

利用线性理论模型进行解析和模拟是大气科学的重要基础研究方法之一, 其简单明了, 解释了如Rossby波形成等重要的环流现象。近年, 有研究 (Chen et al., 2001) 运用定常线性准地转模型研究副热带高压的形成, 在相似加热强迫下, 其结果与理论研究和GCM的研究不同。本文运用该模型系统研究了由季风降水产生的潜热加热所激发的副热带定常波的结构特征, 以理解其结果与GCM不一致的原因。研究表明基本流对热强迫的定常波的结构有重要的影响: (1) 当基本流为东风或为零时, 定常波在垂直方向上表现为第一斜压结构, 波动振幅随东风的增大而减小; (2) 当基本流为西风时, 呈现向上的传播特征, 振幅随高度的升高而增大。而且存在一个临界风速Uc(约3 m/s), 此时, 波动振幅最强; 基本流的平流作用具有非对称性, 西风时平流作用远远强于东风。由此揭示了该线性模型解的本质: 加热在热源区所激发的经向地转涡度输送必须能够平衡加热的位涡制造和纬向位涡平流; 基本流的经向和垂直方向的变化使得气旋和反气旋中心偏向热源中心北侧, 并进一步发现当基本流为夏季亚洲季风区纬向平均的纬向风场时, 线性模型的解中位于中低层的反气旋中心显著抬升, 而不出现在地面上, 与完整的大气环流模式的结果接近。说明即使在线性模式中, 洋面副高的形成也不能完全用季风潜热加热来解释; 另外, 静力稳定度对热强迫的副热带环流的影响也很重要, 使热源的强迫作用放大。     

结合“海棠”台风（2005）定量分析非绝热加热对湿 Q 矢量诊断能力的影响

湿Q矢量最大特点就是考虑了非绝热加热作用,各种湿Q矢量差异也主要表现在对非绝热加热计算处理方案的不同.因此,通过比较分析非绝热加热作用,可揭示出不同湿Q矢量之间诊断能力的差异.2005年第5号登陆台风"海棠"在7月19日08时20 H 08时,给福建省东北部及浙江省造成大范围暴雨.WRF模式成功模拟出此次台风暴雨过程.文章将结合"海棠"台风(2005)登陆台风暴雨过程,利用 WRF模式模拟输出的气象要素,通过计算降水场,定量分析了非绝热加热作用及其对湿Q矢量诊断能力的影响.结果表明:(1)对于公包括大尺度凝结加热的非绝热加热作用H1及包括了潜热加热(大尺度凝结加热和对流凝结加热)、感热加热和辐射加热的非绝热加热作用H2来讲,局地变化项的强迫作用较垂直平流项、水平平流项的强迫作用约小1-2个量级,可以忽略不计,垂直平流项的强迫作用是主要成分,对于水平平流项来讲,尽管其强迫作用明显小于垂直平流项的强迫作用,但也明显大于局地变化项的强迫作用,考虑其将更有利于充分反映H1、H2的强迫作用.对于包括非均匀饱和大气中潜热加热的H3来讲,水平平流项与垂直平流项的强迫作用相当,均为主要成分,而局地变化项的强迫作用为次要成分且不容忽视,对其考虑将有助于全面描述H2的强迫作用.(2)非绝热加热作用H1、H2以及H3强迫产生的24 h累积降水场具有相似的水平分佰特征,三者强迫产生的逐时雨量随时间演变特征也非常相似,这表明水汽凝结潜热是非绝热加热作用的主要成分.(3)进一步结合模拟降水场分析表明,相对于H1强迫产生的降水场来讲,H2与H3强迫产生的降水场更接近模拟结果,这揭示出包含H2的湿Q矢量与包含H2的湿Q矢量诊断能力相近,且对降水反映能力较包含H1的湿Q矢量诊断能力强.(4)不同湿Q矢量各自有其自身诊断特点,根据不同研究目的的需要,可有针对性的选取相应的湿Q矢量来作为研究工具.如需要具体、细敛分析水汽潜热的强迫作用,可以选朋包含H1、H3的湿Q矢量,如仅需考虑总的湿Q矢量强迫作用,则可以直接选用包含H2的湿矢量.     

乌鲁木齐及周边城市空气质量变化特征及影响因素分析

利用美英等国5个海气耦合气候模式对黑龙江省(主要包括哈尔滨、齐齐哈尔、牡丹江和佳木斯4个地区)年、季平均气温前后近100 a进行模拟和预测结果,预估黑龙江省哈尔滨、齐齐哈尔、牡丹江和佳木斯4个城市气候变暖情景下未来100 a的采暖降温气候条件.可以为黑龙江省适应未来气候变化提供依据,为政府决策和能源公司做长远规划提供参考.