日本琵琶湖表面定振波的计算

利用水动力学方程对口本琵琶湖表面定振波进行了计算和分析,结果表明其主要周期约为69．5min,另外,利用实测水位资料,采用最大熵谱法进行分析,得到了主要周期约为68min,两者吻合很好。     

完全非线性波浪与二维固定结构物作用的IGN-BEM耦合分析模型

为高效准确地对完全非线性波浪与二维固定结构物的相互作用进行模拟分析,建立了二维完全非线性时域耦合模型。耦合模型将计算域划分为靠近结构物的内域和远离结构物的外域,每个区域均采用满足完全非线性自由水面边界条件的波浪模型进行求解。在内域使用Laplace方程描述流体运动并采用高阶边界元法（BEM）对其进行求解;而在没有结构物的外域,波浪运动的控制方程为Irrotational Green-Naghdi（IGN）方程并采用有限元法（FEM）对其进行求解。内域和外域通过一段重叠区域进行耦合,从而实现模型间变量的传递。首先利用耦合模型分别对规则波的传播、直墙前立波的生成以及相关物理模型试验进行模拟,数值结果与精确解和试验结果的良好吻合验证了耦合模型耦合方式的合理性以及处理非线性问题的准确性;然后使用耦合模型模拟分析了波浪与固定结构物间的相互作用,并将结果与线性解析解以及完全非线性BEM模型的结果进行了对比分析,进一步证明了耦合模型的正确性与高效性。     

两相流模型在南海内孤立波与沙波相互作用中的应用

为研究内孤立波与沙波的相互作用,本文对基于OpenFOAM的SedWaveFoam求解器进行改进,建立了内孤立波-泥沙运动欧拉两相流模型。在利用试验资料对模型进行验证的基础上,在南海北部典型代表性条件下,模拟分析了500 m水深位置沙波床面上内孤立波作用下的水动力变化和泥沙运动。结果表明,内孤立波逐渐离开沙波时,海底沙波背流面处出现与内孤立波背景流速反向的流速,在内孤立波导致的流场作用下,沙波床面上的泥沙悬起并运动到床面以上的水体中。振幅100 m的内孤立波可以导致床面以上14 m高的位置处出现约0.07 kg/m³的悬沙浓度。     

莱州湾夏季环流垂向结构及其影响机制的研究

完善莱州湾三维环流结构,对进一步认识莱州湾海域的物质输运和生态环境保护具有重要科学意义,但前人对于莱州湾环流三维结构的研究相对较少。本文基于一套高分辨率的海洋数值模式,从三维角度研究了莱州湾夏季8月份环流的气候态特征及其影响机制。数值研究表明,莱州湾夏季环流垂向结构呈现双层环流特征,其中在跨等深线方向,环流的双层结构环流特征比较显著且存在显著的密度锋面结构。动量诊断的结果进一步表明,这种双层结构环流的形成与底层密度锋面所导致的斜压梯度力密切相关。此外,通过量化温盐场对于密度锋面的贡献,本文证实了温度梯度是莱州湾顶的密度锋面的主要影响因素,其对斜压梯度力的贡献占比达到99%,而盐度梯度对于莱州湾中部区域的密度锋面十分重要,对斜压梯度力的贡献占比达到58%,这与夏季黄河所带来的淡水通量密切相关。     

业务模式晴雨预报能力分析及其改进方法研究

以欧洲中心全球预报模式和中国华南区域中尺度模式(GZ 3 km)为例分析了2019年中国南方逐日晴雨预报的情况,并讨论模式晴雨预报的性能。借助TS检验评估方法,在与简单外推预报等的比较中,发现模式雨量预报特点及模式晴雨预报的统计规律,如两个模式同时预报晴天,或者模式预报有雨且降水量大于某阈值等情况,其预报准确率非常高;而对于两个模式预报不一致,或模式预报有雨且雨量较小等情况,则存在较大不确定性。基于上述研究,提出利用模式预报改进观测外推和利用观测与模式的频率匹配改进模式预报等方法。     

An improvement of the mass flux convection parameterization scheme and its sensitivity tests for seasonal prediction over China

A modified cumulus parameterization scheme, suitable for use in a seasonal forecast model, is presented. This parameterization scheme is an improvement of the mass flux convection scheme developed by Gregory and Rowntree (1989; 1990). This convection scheme uses a “bulk” cloud model to present an ensemble of convective clouds, and aims to represent shallow, deep, and mid-level convection. At present,this convection scheme is employed in the NCC T63L20 model (National Climate Center, China Meteorological Administration). Simulation results with this scheme have revealed some deficiencies in the scheme,although to some extent, it improves the accuracy of the simulation. In order to alleviate the deficiencies and reflect the effect of cumulus convection in the actual atmosphere, the scheme is modified and improved.The improvements include (i) the full estimation of the effects of the large-scale convergence in the lower layer upon cumulus convection, (ii) the revision of the initial convective mass flux, and (iii) the regulation of convective-scale downdrafts. A comparison of the results obtained by using the original model and the modified one shows that the improvement and modification of the original convection scheme is successful in simulating the precipitation and general circulation field, because the modified scheme provides a good simulation of the main features of seasonal precipitation in China, and an analysis of the anomaly correlation eoetfieient between the simulation and the observations confirms the improved results.     

太湖波浪数值模拟

在太湖实际波浪观测的基础上,采用率定验证后的第三代动谱平衡方程,考虑实际水底地形、波浪折射、浅化、反射、破碎、湖流等条件下,对太湖波浪进行数值模拟,研究太湖波浪的主要影响因素.结果表明:SWAN模型可以较好地模拟风作用下太湖风浪的生成和传播过程,模型在太湖应用是合适的;波高、波长、波周期等波浪参数在太湖的分布与风速、风向、水深等因素密切相关;在相同风向、不同风速情况下,太湖波浪发展至稳定状态的时间不一样;在不同风向,相同风速持续作用下,有效波高达到稳定的时间差不多,变化趋势也比较相同.说明波浪的发展不光取决于风速的大小,还同风的持续吹的时间和风区长度有关.     

柴达木盆地东部地震地面运动放大效应

柴达木盆地是青藏高原东北部大型断陷山间盆地,该地区的流动观测记录了2008年11月10日发生于大柴旦附近的M_W6.3地震。和附近的基岩上的记录相比,盆地内部的记录显示出非常显著的地面运动放大效应,表现为峰值速度的增大、持续时间的延长,其呈现出长持续时间的后续震相。傅里叶频谱分析表明盆地内部显著的后续震相的频率和直达波相比较低,地面质点运动轨迹图显示后续震相为面波运动特征。为了解释地面运动的差异,构建二维模型,通过交错网格高阶有限差分方法计算了地震波在盆地内部的传播过程,结果显示盆地内部低速层的存在造成直达波的放大以及多次反射与转换,盆地边缘结构造成的波的相干叠加产生了强烈的次生面波,其低频、大振幅、长持续时间的特征是盆地内部地面运动放大的主要原因。     

大震下村镇建筑砌体结构的抗震性能数值分析

为探讨村镇建筑低层砌体结构在大震下的动力响应及损伤分布情况,基于农居结构性能实地调查与检测,在有限元软件ABAQUS中建立了不同抗震构造措施的砌体结构有限元模型,并进行结构动力特性及大震下弹塑性时程的分析,对比它们的自振特性参数、位移响应参数及损伤破坏形态。分析表明,低层砌体结构合理设置构造柱后结构自振周期略有减小,但振型不变;在弹性变形阶段构造柱能有效约束结构的动力位移响应,进入塑性变形后构造柱可提高砌体结构的耗能能力,但值得注意的是,结构刚度退化后构造柱会加剧纵横向抗侧刚度的不均衡性;低层砌体结构合理设置圈梁构造柱可有效抑制承重横墙的裂缝发展及楼屋盖发生支座失效破坏,且可以明显削弱结构的扭转效应。     

T形配钢钢骨混凝土柱抗震性能数值分析

为研究非对称配钢钢骨混凝土柱的抗震性能,基于12根T形配钢钢骨混凝土柱的拟静力试验研究进行非线性数值模拟,了解其破坏机制、承载力、延性及耗能能力,探讨轴压比、配钢率、剪跨比对抗震性能的影响。结果表明,低周反复荷载作用下T形配钢钢骨混凝土柱滞回曲线饱满,具有良好的延性和耗能能力。在峰值荷载前,数值模拟结果与试验结果吻合较好。轴压力在一定范围内提高了试件承载力,但降低了延性;增大配钢率能提高试件的承载力、刚度和延性,使得峰值荷载后试件的性能退化趋于平缓;剪跨比对试件破坏形态有显著影响,随剪跨比的增大试件延性性能提高。