冰晶异质核化对雷暴云电过程影响的数值模拟

引入一种新型冰晶异质核化方案,基于二维雷暴云模式,探讨雷暴云电过程对三种异质核化的响应.结果 表明:浸润核化是冰晶生成的最重要异质核化过程,较高数浓度的冰晶消耗雷暴云内液态水含量,抑制淞附过程,导致霰粒子比含水量低,表现为较强的负极性非感应起电率;接触核化生成的冰晶量最少,仅对雷暴云中下层3～5 km处的冰晶有贡献,同...     

区域大气模式中陆面子模式起转过程的研究

模式的起转过程(spin-up)是指在非平衡初值或扰动的条件下,模式进行调整而达到平衡态的过程.以黑河实验(HEIFE) 1991年6月20日到7月20日张掖站观测的地表能量通量和土壤温度资料为基础,用大量数值实验研究了RAMS (Regional Atmospheric Modeling System)陆面子模式起转过程所需的时间范围.数值实验中,为细致考虑土壤初始参数对此过程的影响,共设计了40余组不同的初始土壤水、热参数.通过模拟结果分析,把RAMS陆面模式起转过程的表现归纳为4大类,并说明了这个过程的持续时间可能因为土壤初始参数的不同而产生较大的差异,其范围可能为数小时至一周以上.在判断RAMS模拟地表、低空物理量时,土壤含水量是判断模式是否达到平衡态的重要因子.     

利用起放电模式开展闪电活动的直接预报试验

利用耦合有起电和放电物理过程的中尺度起电放电模式WRF-Electric,开展了华北地区连续3年（2015—2017年）的闪电活动预报试验。结合全国地闪定位观测资料,针对不同影响范围雷暴类型和预报时间,对数值预报结果开展点对点的定量检验,评估模式对闪电活动的预报能力及特点。结果表明:WRF-Electric中尺度模式具备一定的区域闪电活动预报能力,在起报后的6~12 h对闪电活动区域具有较好的预报效果。雷暴落区预报的点对点定量检验中,模式和业务预报在华北主汛期（6—8月）的预报临界成功指数（CSI）均为0.1,模式对于活动范围较小的局地性雷暴过程的预报更具参考价值。模式预报的闪电活动范围相对集中,闪电活动密度偏高,预报的主要问题存在于放电参数化方案的设计。应当考虑到模式空间分辨率对云内电场强度的影响,合理降低闪电参数化中的放电阈值以扩大预报的闪电活动范围。模式在闪电密度的定量预报上还有较大改进空间,单次放电中和电荷量应当更符合观测事实。     

九里山煤矿垂直井起裂压力对煤层气产能的影响

为了总结豫北焦作矿区九里山煤矿煤层气井压裂抽采试验的成功经验与失败教训,基于弹性平面应变理论和数值模拟方法,讨论了煤岩体压裂缝的形成与发展机理,并推导了“三软”煤层压裂抽采井在不同地质条件下的起裂压力计算公式。通过对比计算结果与实际抽放试验资料,认识到在张性断裂构造发育的大水矿区,过大的压裂措施使煤层气井筒附近煤储层隔水底板受到较为严重的损伤,压裂缝转向底板太原组L7-8岩溶含水层, 导致大量地下水涌入地面采井。从产能效果看,强烈的地下水径流作用,使原先游离于储层空隙中的煤层气逸散殆尽,孔隙水压也使得大量吸附于裂隙中的煤层气难以解析,因而无法形成长期稳定的单井规模产量。     

大气边界层阵风扬尘机理

东亚春季冷锋后的强风及其伴随的系统下沉气流和叠加其上的阵风,都对当地起沙十分有利.但此系统的下沉气流却压制着沙尘,使之不能上扬到大气边界层内.经过仔细计算和分析发现,正是阵风的三维相干结构,使得积聚在风沙边界层的沙尘可以持续地克服系统的下沉气流,而不断上扬到大气边界层的中上层.再藉中上层和其上系统的上升气流,将沙尘带到对流层,扩散到更大范围和传送到远方.这是东亚春季强风起沙扬尘最常见和最有效的机理.     

定向射孔压裂起裂与射孔优化设计方法研究

目前定向射孔压裂时起裂压力的预测仅立足于裸眼的情况,忽视套管对起裂压力的影响,在工程应用中将产生较大的误差。考虑套管作用,推导建立定向井井周应力模型。假设地层岩石为张性破坏,并综合以上模型,得到定向射孔井水力压裂起裂压力和起裂角的预测模型。根据该模型编程开发一套定向射孔压裂起裂与射孔优化的软件,可预测定向射孔井的压裂起裂压力和起裂角,并优化选择射孔角度和射孔长度。应用软件对渤海油田三口井进行模拟计算和射孔优化,结果发现,模型的起裂压力预测结果与现场实测结果误差最大仅为4.33%,预测的起裂角也与实际结果相一致,从而验证了本模型的正确性。模型和软件对于现场压裂施工和射孔优化有重要的指导作用。     

阿拉善右旗不同时间尺度的风速概率分布北大核心CSCD

利用阿拉善右旗1960—2015年整点风速数据,分析了日、月、年风速累积概率分布。结果表明:WeibullCum分布函数在描述风速累积概率分布时具有不同时间尺度的普适性。在多年平均逐日和逐月风速累积概率分布函数中,4个常数项存在周期性变化规律,而在1960—2015年逐年分布函数中,4个常数项分别具有周期性变化规律和减小趋势。对比2016—2020年不同时间尺度起沙风速频率统计结果和利用风速累积概率分布函数计算的结果发现,分布函数对月和年起沙风的频率具有很高的预测精度,而对日起沙风频率的预测能力不足,这是由日时间尺度上风的不确定性造成的。     

热冲击作用对干热岩起裂压力与裂隙扩展形态的影响

在干热岩水力压裂中，低温水接触高温地热储层诱发热冲击会加速储层裂隙萌生与扩展，强化干热岩储层的压裂效果．本文提出了一种考虑热冲击效应的起裂压力预测公式，该模型将热应力作用和力学参数劣化作用耦合到起裂压力的计算中．建立了考虑热冲击效应的热-水-力-损伤耦合模型，开展Morris全局灵敏度分析，研究了不同岩石初始温度、弹性模量、均质性指数、初始渗透率对水压裂隙扩展形态的影响．结果表明，水压裂隙的起裂是热冲击导致的抗拉强度劣化、冷收缩产生的热应力和孔隙水压力三者的共同作用的结果．随着岩石初始温度的升高，热应力和抗拉强度劣化的贡献越大，表明热冲击效应随着温度的升高而变得更加强烈．弹性模量、泊松比、热膨胀系数和表面换热系数的增加会降低起裂压力．表面换热系数和热膨胀系数是干热岩水力压裂过程中起裂压力的灵敏参数，并且与其他参数的相互作用较强．在EGS项目选址时，选择初始温度较高、弹性模量较大、初始渗透率较大和均质性指数较小的干热岩储层，有利于构建更复杂的裂隙网络．     

对流起沙的研究进展

对流起沙是一种由热力对流湍流直接夹卷沙尘进入大气的起沙机制，由于其频繁发生，长期累积的沙尘排放贡献不可忽视。根据国内外研究现状，总结归纳对流起沙的发生机理和影响因素，介绍目前相关的参数化方案，并从发生条件和起沙通量等方面分析对流起沙与跃移起沙、尘卷风的异同。最后，对对流起沙的野外观测和参数化方案改进等方面提出建议：应加强对流起沙潜在活跃区的观测及比较不同沙源地对流起沙的特征，进一步构建土壤湿度、植被覆盖等影响因素的修正函数以提升模式模拟性能。     

影响三大洲的北非强沙尘暴动力机制WRF-chem模拟与分析北大核心

基于WRF-chem模式对北非2018年3月下旬的典型强沙尘暴过程进行模拟,分析了此次强沙尘发生季节、持续时间、局地特征以及传输路径的关键动力系统与动力机制。鉴于起沙是沙尘暴发生的关键点之一,并且起沙主要取决于风力和下垫面沙源性质,本文测试了三种起沙参数化方案的影响,并将模拟结果与卫星MODIS监测及其再分析资料MERRA-2进行了对比,又经系列统计方法检验。结果显示,宏观思路的起沙方案GOCART比AFWA和UoC两种起沙方案更适合此次大尺度强沙尘暴数值模拟(锋面跨度接近60个经度)。综合沙尘暴关键系统的动力机制分析和数值模拟结果显示,强沙尘暴关键系统为深厚的西风槽、沙尘冷锋锋面和锋后的地面高压反气旋。北非中部深厚的西风槽为后倾槽,该系统稳定,造成沙尘暴持续时间长。沙尘暴锋后反气旋中的下沉气流抑制了扬沙向高层扩散,造成低层能见度恶劣。沙尘锋区结合了动力、热动力以及湿热动力不稳定,因此锋区风力大,地面沙尘驱动力强。而西风槽和强大反气旋依托环流形势,提供了沙尘传输到三大洲的长途输送力。