一次梅雨暴雨的动能谱特征分析及收支诊断

利用WRF模式和NCEP再分析资料,对一次梅雨暴雨个例进行了数值模拟,基于高分辨率的模拟结果计算了水平动能谱、涡旋动能谱及辐散动能谱,诊断了动能收支谱方程。结果表明:在暴雨发展阶段,各个高度上都有中尺度动能增长,其显著增加始于中尺度低端,这导致了在中尺度波段出现谱转折特征,但在不同高度转折尺度不同;对流层高层涡旋动能大于辐散动能,平流层低层反之;不同降水阶段、不同高度和不同尺度上动能的来源不同,对流层高层,中尺度动能倾向由非线性项和气压项贡献;平流层低层,气压项的作用更为明显。     

两个相似路径台风残余造成局地特大暴雨的成因机制和能量收支对比分析

本文利用ERA-Interim 0.5°×0.5°再分析资料、自动站小时和分钟加密资料、风云2G（FY-2G）卫星红外云图及多普勒雷达和风廓线雷达资料对2015年路径高度相似的“苏迪罗”和“杜鹃”台风在浙江沿海引发的局地特大暴雨进行对比分析。这两次降水过程都是在台风减弱为热带低压甚至残压并深入内陆远离浙江沿海后发生的。结果表明,“苏迪罗”降水过程是由低层强东南和偏南急流长时间辐合加上有利地形共同作用导致的;经向环流背景下来自季风持续的水汽输送有利于“苏迪罗”维持较长的生命史和稳定的降水。“杜鹃”残压特大暴雨的触发系统则是高纬地面冷高压底部的东东北出流南下与“杜鹃”北象限的东东南风交汇形成的中尺度倒槽;纬向环流和强盛副热带高压造成的弱引导气流及夏季风南撤和低涡卷挟造成的水汽通道断裂是“杜鹃”登陆后快速减弱为残压和降水维持时间较短的原因。两次台风降水过程中均无外部动能输送和来自有效位能的动能转换。动能收支的主要影响因子为中低层局地次网格运动间的能量转换、旋转风和散度风效应及下垫面的摩擦耗散。所以,虽然“杜鹃”的对流有效位能很小,但仍可造成强对流和特大暴雨。此外,降水过程中释放的凝结潜热造成的局地非绝热加热使气柱中显热能大量累积,促使地面中小尺度涡旋和倒槽不断加深,造成降水的增幅。     

GRAPES全球集合预报系统模式扰动随机动能补偿方案初步探究

为了体现次网格尺度能量升尺度转换过程中存在的不确定性, 文中将随机动能补偿(Stochastic Kinetic Energy Backscatter, SKEB)方案应用于GRAPES(Global/Regional Assimilation and Prediction System)全球集合预报系统(GRAPES-GEPS), 以更好地表征模式误差并且增大集合离散度。使用的SKEB方案基于具有一定时、空相关特征的随机型以及由数值扩散导致的局地动能耗散率来构造随机流函数强迫。并根据流函数与水平风速旋转分量的关系, 将SKEB方案中的流函数强迫转化为适用于GRAPES全球模式的水平风速扰动。结果表明, SKEB方案的使用一方面能够提高GRAPES对大气动能谱的模拟能力; 另一方面能够改善GRAPES-GEPS的集合离散度与集合平均误差的关系, 增加了集合离散度, 并在一定程度上减小了集合平均误差, 尤其是在热带地区这种改进更为显著。而且该方案使得热带地区连续分级概率评分(CRPS评分)显著减小。就降水预报而言, 从Brier评分与相对作用特征面积(AROC, Area under the Relative Operating Characteristics)的结果来看, SKEB方案有助于改善中国地区小雨[0.1 mm, 10 mm)、中雨[10 mm, 25 mm)与大雨[25 mm, 50 mm)量级降水的概率预报技巧, 而对暴雨[50 mm, ∞)量级降水预报技巧影响很小(24 h降水量)。总体上, 模式扰动随机动能补偿方案提高了GRAPES-GEPS的概率预报技巧。      

波浪破碎下湍流混合的实验研究

波浪破碎过程产生的湍流动量和能量垂向输运对于加快海洋上混合层中垂向混合具有显著效果.采用二维实验室水槽中对波浪破碎过程进行模拟.对采集的波浪振幅时间序列采用希尔伯特变换定位破碎波位置,波浪的破碎率随有效波高的增加而增大,波浪谱分析得到的波浪基本周期与有效周期结果相似.实验中采用粒子图像测速技术(particle ima...     

海洋温差能系统效率研究综述

海洋温差较小造成系统效率偏低,因此,提高海洋温差能发电系统的效率显得尤为重要。影响海洋温差能系统效率的因素较多,通过对热力循环和温、冷换热系统以及透平、工质泵、温、冷海水泵等动力装置对系统效率的影响系统性地分析,研究结果表明,提高海洋温差能系统效率可采用的途径有：采用非共沸工质热力循环,减少热力循环的不可逆热损失;采用中间抽气、贫氨溶液热能梯次回收充分利用热力循环系统内的热能,采用液力透平对热力循环内的动能进行再利用;优化温、冷海水与工质热交换温差,降低温、冷海水泵的能耗;考虑透平、工质泵和温、冷海水泵的型线和构造形式对设备自身效率的影响;采用有一定保温性能和摩阻较小的有机材质管道。     

凡纳滨对虾(Litopenaeus vannamei)继饥饿后恢复生长期间生化组成及能量收支的动态变化

采用氧弹式热量计和常规的动物生化成分分析方法,测定凡纳滨对虾在恢复生长过程中生化组成和能量分配模式的动态变化。结果表明,饥饿状态下,虾体干重、脂肪含量和能值下降,水分和灰分含量升高,但蛋白质含量没有明显改变。恢复投喂后,能量特定生长率显著提高,而虾体各生化组成在不同时间内均恢复到对照组水平。饥饿使对虾恢复生长过程特别是其前期的能量分配模式发生极显著变化。对虾的摄食能分配于生长的比例增大,而损失于代谢消耗的比例则相应减少;摄食能的增加和消化吸收率提高则仅发生在恢复生长的初期。可以认为,凡纳滨对虾继饥饿后的补偿生长效应主要出现在恢复生长的前期,并随时间延长逐步减弱,其生理机制最主要是得益于代谢耗能比例的减少。     

日粮水平对周期性变温模式下刺参生长和能量收支的影响

变温对不同水生生物生长的影响有所不同,对部分种类具有明显的促进作用,而由于种类或温度设置等差异,研究结果各有差异.刺参(Apostichopus japonicus)在生长和生理水平上对一定程度上的符合自然水域温度波动曲线的周期性变温具有积极响应,作者研究在2个变温平均温度(均温15,18 ℃),5个日粮水平(饥饿;0.3%初始体重;0.6%初始体重;0.9%初始体重;1.4%初始体重)下刺参幼参的生长、摄食和能量收支.结果表明,在饱食条件下,刺参在变温条件下生长率高于相应的恒温对照,(15±3) ℃下差异达到显著水平.在各日粮条件下,(15±3) ℃下刺参的生长率均高于(18±3) ℃下对应日粮组.随日粮水平的升高,食物吸收率(FI)和食物转化率(FCE)显著升高.食物转化率变温组均大于恒温处理组,且在均温15 ℃下变温组显著高于恒温组(P<0.05).在能量分配模式中呼吸能占比例最大,且随变温均温升高而显著增加,是造成不同温度下刺参生长率变化的主要因素之一.在(15±3) ℃和(18±3) ℃下,刺参以能量表示的维持日粮值分别为0.39%和0.51%,与相关资料报道的恒温状态下维持日粮相比,一定程度上的变温并不会提高刺参的维持代谢.     

Wave breaking on turbulent energy budget in the ocean surface mixed layer

As an important physical process at the air-sea interface, wave movement and breaking have a significant effect on the ocean surface mixed layer （OSML）. When breaking waves occur at the ocean surface, turbulent kinetic energy （TKE） is input downwards, and a sublayer is formed near the surface and turbulence vertical mixing is intensively enhanced. A one-dimensional ocean model including the Mellor-Yamada level 2.5 turbulence closure equations was employed in our research on variations in turbulent energy budget within OSML. The influence of wave breaking could be introduced into the model by modifying an existing surface boundary condition of the TKE equation and specifying its input. The vertical diffusion and dissipation of TKE were effectively enhanced in the sublayer when wave breaking was considered. Turbulent energy dissipated in the sublayer was about 92.0% of the total depth-integrated dissipated TKE, which is twice higher than that of non-wave breaking. The shear production of TKE decreased by 3.5% because the mean flow fields tended to be uniform due to wave-enhanced turbulent mixing. As a result, a new local equilibrium between diffusion and dissipation of TKE was reached in the wave-enhanced layer. Below the sublayer, the local equilibrium between shear production and dissipation of TKE agreed with the conclusion drawn from the classical law-of-the-wall （Craig and Banner, 1994）.     

亚非副热带西风急流入口区位置及动能异常对中国华北盛夏年代际干旱的影响

研究使用了欧洲中期天气预报中心(ECMWF)提供的全球再分析数据,通过局地多尺度能量涡度分析法(MS-EVA)研究7-8月亚非急流入口区域的位置及能量变化对华北地区干旱的影响.结果发现:7月亚非急流入口区域在1997年之后有明显的北抬趋势,使得北大西洋及欧洲辐射的能量更易进入急流;8月亚非急流入口区域在1997年后有东...     

青藏高原东部暴雨的中尺度有效位能收支分析

针对2018年7月10-11日青藏高原东部一次暴雨过程,利用模式模拟资料分析了有效位能分布特征,成因及其对降水发展演变的影响.结果表明,有效位能主要分布在对流层低层4km以下和高层8-14km,高层有效位能和降水有更好的对应性西北冷平流和降水粒子下落的蒸发作用是低层有效位能高值中心的主要成因,而降水过程释放潜热带来的热...