High-resolution simulation of upper-ocean submesoscale variability in the South China Sea: Spatial and seasonal dynamical regimes

Submesoscale processes in marginal seas usually have complex generating mechanisms, highly dependent on the local background flow and forcing. This numerical study investigates the spatial and seasonal differences of submesoscale activities in the upper ocean of the South China Sea (SCS) and the different dynamical regimes for sub-regions. The spatial and seasonal variations of vertical vorticity, horizontal convergence, lateral buoyancy gradient, and strain rate are analyzed to compare the submesoscale phenomenon within four sub-regions, the northern region near the Luzon Strait (R1), the middle ocean basin (R2), the western SCS (R3), and the southern SCS (R4). The results suggest that the SCS submesoscale processes are highly heterogeneous in space, with different seasonalities in each sub-region. The submesoscale activities in the northern sub-regions (R1, R2) are active in winter but weak in summer, while there appears an almost seasonal anti-phase in the western region (R3) compared to R1 and R2. Interestingly, no clear seasonality of submesoscale features is shown in the southern region (R4). Further analysis of Ertel potential vorticity reveals different generating mechanisms of submesoscale processes in different sub-regions. Correlation analyses also show the vertical extent of vertical velocity and the role of monsoon in generating submesoscale activities in the upper ocean of sub-regions. All these results suggest that the sub-regions have different regimes for submesoscale processes, e.g., Kuroshio intrusion (R1), monsoon modulation (R2), frontal effects (R3), topography wakes (R4).     

基于移动式监测的道路PM2.5浓度精细化时空模拟

作为主要的大气污染指标,PM_2.5浓度常来源于固定环境监测站点的监测与遥感影像数据,但时空精度普遍不足,难以揭示微尺度下城市内部PM_2.5时空分布情况。本文利用移动式监测方法,选择典型工作日(2017年11月27日),对广州市主城区道路以1 s和1 m为时空粒度进行PM_2.5浓度数据采集,并以早、晚出行高峰时段为对象,通过机器学习方法模拟道路PM_2.5精细化时空分布格局。结果表明,主城区早高峰道路PM_2.5浓度值相近的平均范围为24 m,晚高峰为15 m,PM_2.5浓度存在微尺度的时空异质性。利用多层感知器(MLP)构建的早、晚高峰PM_2.5浓度模型,拟合度分别达到0.70和0.68,明显优于传统的普通最小二乘法(OLS)线性回归模型。模型揭示出早高峰主城区全路网PM_2.5平均浓度为30.19μg/m3,晚高峰达到44.55μg/m3,部分高达94.82μg/m3,且“西高东低”的分布特征显著。本文提出的PM     

山城眺望空间OSCA模型构建及应用

山体是大自然赋予城市的天然景观资源,通过山与城市中建筑群构成的山城空间关系,可形成多类型的眺望景观。当前山城眺望景观在建设热潮中不断被破坏,逐渐消失在林立的高楼中,需要进行一定的控制和保护。以济南市中心城区为例,基于眺望控制分区,寻找城市建筑发展演变、分区建设的规律,结合元胞自动机与多智能体,提出基于眺望景观控制下的山城眺望空间CA-OSCA模型（Overlooking Space Cellular Automata）,构建山城眺望空间演变模型。利用GIS等数据分析平台,对模拟结果进行分析,构建真实城市空间下的未来山城眺望空间景观三维模型,以更加直观、真实地方法探讨在眺望景观分区控制的影响下,未来城市空间结构的发展模式,最终为未来山城眺望景观空间的控制与保护以及眺望景观保护下,山城城市未来空间发展结构提出发展策略。     

Numerical simulation for settlement urban tunnel construction

The excavation for the municipal tunnel will disturb the soil around the tunnel, and the deformation and subsidence of the earth surface always take place, which may lead to instability and even collapse for the building above the tunnel. At the same time the deformation and subsidence of the earth surface affect the normal use of underground municipal pipelines, and may cause the road sudden collapse, leading to significantly traffic accidents. The authors did a research by simulating for the excavation of municipal tunnel and designed the related supporting plan, and put forward some suggestions and measures for the design and construction of urban tunnel.     

LNAPL在二维含水介质中运移规律的研究

为研究LNAPL （轻质非水相液体）污染物在均匀含水介质中的运移规律,本文建立微元模型推导出LNAPL在均匀含水介质中的对流--弥散方程。针对不同的介质模型,对二维对流--弥散方程运用差分法进行数值模拟,求其数值解。分析LNAPL污染物的运移特征,得出在均匀介质和非均匀层状介质中运移规律： LNAPL污染物在含水介质中的运移规律遵循对流--弥散方程,介质的弥散系数是影响LNAPL污染物运移的主要因素。     

东北地区风能资源空间分布特征与模拟

利用东北地区104个气象站1991~2010年观测资料和70个测风塔2009年6月~2010年5月测风资料,进行了风能资源空间分布特征分析,并利用中尺度模式WRF进行风能资源空间模拟,以研究观测站点稀少地区的风能资源分布特征。研究结果表明:1东北地区气象站和测风塔揭示的大风区域主要分布在平原和丘陵的高海拔地带。2中尺度模式WRF能够较好地模拟东北区域风速分布的气候特征,模拟结果既反映出平原大面积的大风区域,也可反映出山区因地形起伏造成的风速空间分布差异。3对风能资源参数模拟结果进行海拔高度订正,可以进一步提高模式计算结果的准确性和可靠性。4松嫩平原、辽河平原、三江平原70 m高度年平均风功率密度在300~500 W/m2之间,属于风能资源可利用区或较丰富区;在辽宁省西部、吉林省中部和黑龙江省中部丘陵以及东北地区东南部的呈东北-西南走向的中高山区的70 m年平均风功率密度可达300 W/m2以上,局部地方可达500 W/m2以上,风能资源丰富。     

CLM4.0模式对中国区域土壤湿度的数值模拟及评估研究

本文利用普林斯顿大学全球大气强迫场资料,驱动公用陆面过程模式（Community Land Model version 4.0,CLM4.0）模拟了中国区域1961～2010年土壤湿度的时空变化。将模拟结果与观测结果、美国国家环境预报中心再分析数据（National Centers for Environmental Prediction Reanalysis,NCEP）和高级微波扫描辐射计（Advanced Microwave Scanning Radiometer-EOS,AMSR-E）反演的土壤湿度进行了对比分析,结果表明CLM4.0模拟结果可以反映出中国区域观测土壤湿度的空间分布和时空变化特征,但东北、江淮和河套三个地区模拟值相对于观测值在各层次均系统性偏大。模拟与NCEP再分析土壤湿度的空间分布基本一致,与AMSR-E的反演值在35°N以北的分布也基本一致;从1961～2010年土壤湿度模拟结果分析得出,各层土壤湿度空间分布从西北向东南增加。低值区主要分布在新疆、青海、甘肃和内蒙古西部地区。东北平原、江淮地区和长江流域为高值区。土壤湿度数值总体上从浅层向深层增加。不同深度土壤湿度变化趋势基本相同。除新疆西部和东北部分地区外,土壤湿度在35°N以北以减少趋势为主,30°N以南的长江流域、华南及西南地区以增加为主。在全球气候变暖的背景下,CLM4.0模拟的夏季土壤湿度在不同程度上响应了降水的变化。中国典型干旱区和半干旱区土壤湿度减小,湿润区增加。其中湿润区土壤湿度对降水的响应最为显著,其次是半干旱区和干旱区。     

有限深两层流体内孤立波非线性数值模拟入口边界条件研究

基于有限深两层流体KdV(Korteweg-de Vries)、eKdV(extended KdV)和MCC(Miyata-Choi-Camassa)理论,以内孤立波诱导上下层深度平均水平速度为入口边界条件,采用理想流体完全非线性欧拉方程,建立了两层流体中内孤立波生成的CFD(Computational Fluid Dynamics)数值模拟方法。以系列数值模拟结果为依据,结合内孤立波非线性和色散参数的组合条件,给出了选择合适内孤立波理论解作为CFD数值模拟入口边界条件的方法,从而实现了振幅与波形可控的内孤立波完全非线性数值模拟。     

海洋管道S型铺设过程研究

随着海洋科学技术的发展和人类对于海洋油气资源认识的不断增加,海洋油气资源的开发从近海走向远海。作为海洋油气运输主要方式的海洋管道,其铺设问题成为焦点。常见海洋管道工程铺设方法为:拖曳铺设、卷筒铺设、J型铺设、S型铺设。通过引入先进的国际海洋工程软件OrcaFlex并结合国内外关于海洋管道铺设的工程手册及相关规范、标准,如DNV、API、AWS等,实时模拟研究S型海洋管道铺设过程。结合作者工作经历及实际海洋铺管工程背景算例分析,研究铺管上弓段接触点、悬垂段及触底段在铺设过程中的各自静力、动力特性。对海洋管道S型铺设过程中应该注意的一些有关设计、工艺和HSE低成本安全高效铺设等方面提出几点有用的意见。     

港池泊稳的能量平衡方程数值模拟

对基于能量平衡方程的多向随机波浪传播数学模型进行改进,通过模拟不同防波堤绕射引起的港池泊稳,验证模型的合理性和有效性。利用非线性弥散关系提高模型计算浅水变形的精度;采用二次逆风差分格式离散控制方程,避免了加入绕射项引起的数值耗散;并将文氏谱加入模型中,使其更加适合中国海域的工程应用。应用改进后模型绘制的双突堤和岛式防波堤绕射系数图与我国《海港水文规范》图进行了对比。对比结果十分接近,可以较好地描述港池的泊稳状况,为综合计算波浪在近岸的浅水变形、折射、绕射、反射和能量耗散等作用奠定了基础。