基于数据融合降低气温测量辐射误差的仿真分析与试验研究

地表气温上升速度约为0.1℃/(10 a),然而受太阳辐射影响,地面气象站观测到的气温会高于真实大气温度,存在1℃量级的辐射误差.因此,本文提出了一种基于数据融合的铝壳温度传感器设计.首先,利用流体动力学方法计算温度传感器在不同环境条件下的辐射误差.其次,为获得连续辐射误差结果,利用神经网络算法对辐射误差数值计算结果进...     

CFD simulation of airflow over a regular array of cubes. Part I: Three-dimensional simulation of the flow and validation with wind-tunnel measurements

Air flow inside an array of cubes is simulated. Cubes (edge length 0.15 m) are arranged in a regular array, separated by 0.15 m in the streamwise and spanwise directions. Numerical simulations are performed based on Reynolds-averaged Navier–Stokes equations (RANS), solved in a computational fluid dynamics model (CFD), with standard k–ε turbulent closure (two prognostic equations are solved for the turbulent kinetic energy k and its dissipation ε, respectively). Simulations are validated against wind-tunnel data using a technique based on hit-rate calculations, and calculated statistical parameters. The results show that the horizontal velocity is very well modelled, and despite some discrepancies, the model that fulfils the hit-rate test criteria gives useful results that are used to investigate three-dimensional (3-D) flow structures. The 3-D analysis of the flow shows interesting patterns: the centre of the canyon vortex is at 3/4 of the canyon height, and stronger downward than upward motions are present within the canyon. Such behaviour is explained by the presence of a compensation flow through the side of the canyon, which enters the canyon from the upper part and exits from the lower part. This complex 3-D structure affects the tracer dispersion, and is responsible for pollutant transport and diffusion.     

阜新城市垃圾填埋场对地下水污染的研究

随着我国城市化的发展,城市生活垃圾产量剧增,垃圾渗滤液对地下水的污染问题已成为当前主要的水环境污染问题。通过对阜新市城市垃圾填埋场地理、地质和气候特征的调查,结合阜新市城市发展现状,分析了阜新市城市垃圾填埋场垃圾成分,渗滤液产生量及渗滤液中污染物的浓度,得出了阜新市城市垃圾填埋场渗滤液中各种污染物污染地下水的源强度。采用数值模拟的方法,对垃圾渗滤液污染地下水的情况进行模拟分析,验证了模拟方法的正确性,并对今后的污染情况进行了预测分析。     

CFD方法在街巷气象场模拟和预测中的应用

为开发建立米级分辨率的城市街巷气象场模拟预测方案,以PHOENICS为例介绍了计算流体力学（CFD）方法的原理,讨论了该方法应用于街巷气象要素数值计算的可行性。提出了一种基于CFD模型与高分辨率数值天气预报模式嵌套的街渠气象场模拟预测方案,并对边界嵌套问题作了多种敏感性分析,表明嵌套对街渠气象场计算具有必要性和可行性;另外,还讨论了分辨率对计算结果和计算耗时的影响;最后,用实例介绍了本方案的应用,并讨论了本方法的应用前景。     

地磁场中电子束结构运动的横向约束与周期振荡

地球空间环境中的电子束结构能够对空间辐射环境产生重要影响.自由空间中运动的电子束主要受空间电荷效应支配,其结构同时在纵向方向上产生拉伸和在横向方向上产生发散效应.利用所建立的动力学粒子云模型方法,我们研究了平行于地球背景磁场(L~2,L代表磁赤道上空磁力线到地心的距离与地球半径的比值)运动的电子束结构的时空演化情况,发现地磁场中运动的电子束在横向方向上产生明显的边界约束和周期性振荡现象.通过追踪单粒子,明确了电子在横向方向上同时受到自场的静电斥力和地磁场的洛伦兹力作用,静电斥力主要在电子束运动的初始阶段起支配作用,而电子束结构的振荡效果由地磁场的洛伦兹力所支配.通过不同背景地磁场强度下的参量分析,我们进一步验证了这一推论,且电子束结构的振荡周期与电子回旋运动周期基本一致.该研究结果表明地球磁场能够对运动电子束结构产生重要的影响,这对于加深理解地球空间环境中的电子束结构时空演化有着重要参考意义.

     

初始大扰动条件下双流系统的粒子相空间振荡

双流系统产生的不稳定性过程是近地空间中常见的等离子体不稳定性现象.地球磁尾、等离子体片边界层、地球弓激波、太阳风、极隙区和极光加速区观测到的静电孤立波被认为是由双流不稳定性产生.地球空间环境并非均匀稳态, 因此对双流系统演化过程的研究往往需要考虑初始的扰动.利用所建立的动理论粒子云模型方法, 我们研究了初始大扰动下双流系统的不稳定性现象, 发现初始大扰动条件下粒子相空间产生振荡现象, 且振荡频率与初始扰动的空间波数有关, 电场与电场能量也存在该频率成分.通过线性理论, 求解出了粒子相空间振荡频率.它与粒子云模拟得到的频率一致.该频率为朗缪尔振荡频率的基础之上叠加一个与初始扰动的空间波数有关的频率偏移量.我们改变等离子体频率, 进一步验证了上述结论.该研究结果表明初始扰动能够对双流系统的不稳定性现象产生重要影响, 对于加深理解地球磁层中双流系统的演化过程有重要参考意义.

     

青藏高原东侧一次典型暴雨过程的数值模拟试验

利用常规观测资料以及小时观测降水量资料, 对2014年8月31日—9月2日重庆地区一次大暴雨过程进行分析,在此基础上采用中尺度数值模式WRF及其三维变分同化系统WRF 3D-Var将常规探空观测资料同化进NECP/NCAR再分析资料产生初始场,对比分析同化与未同化常规探空资料的模式模拟的降水量分布特征及同化探空观测资料对模式模拟的中尺度系统结构特征的影响。结果表明,此次暴雨的发生是在对流层高层200 hPa南亚高压与高空急流造成的高层辐散、500 hPa大槽靠近以及副热带高压西移这种有利的大尺度环流背景下,对流层低层的西南低涡、切变线、低空急流在重庆地区发生发展的结果。对比分析模式的模拟结果,两次模拟都较好地再现了此次暴雨过程的大尺度环流特征,同化探空观测资料后模拟的降水落区分布及量级得到改善,对暴雨以上量级的降水改进尤为明显。模式初始时刻分析场的增量表明,与此次暴雨过程的形成发展密切相关的大尺度系统(南亚高压、副热带高压)、中尺度系统(低涡、急流)以及水汽输送在初始场同化常规探空资料后均得到了增强,这为对流系统的发展维持提供了更加有利的条件。降水最强时刻强降水区域的垂直结构分析显示,在同化探空观测资料后,模式模拟的散度、涡度、垂直速度以及大气热力结构的强度和高度较未同化探空资料的结果都得到了不同程度的增强,这表明同化探空观测资料改进了模式初始场的分布特征,进而对模式模拟的中尺度对流系统的结构产生重要影响。

     

印度洋、南海和东南沿海海温异常影响江淮流域6~7月降水量的分析及数值模拟

利用统计分析和CCM3数值模式研究了印度洋、南海和东南沿海同期海温异常对江淮梅雨的影响。统计分析结果表明:印度洋、南海和东南沿海的正 (负) 海温异常对应于江淮流域的多 (少) 雨。对OLR资料分析表明:当印度洋OLR为正 (负) 距平时, 江淮流域OLR也为正 (负) 距平, 但南海和东南沿海OLR多为负 (正) 距平。数值模拟结果表明:当印度洋为正海温异常时, 中高纬地区的阻高偏强, 江淮流域为多雨区; 印度洋为负海温异常时, 东亚沿海出现江淮流域旱年的环流形势, 与统计事实相符合。     

长短桩组合支护在深厚软土基坑中的应用研究

基坑的支护桩通常采用等桩长布置,而在深厚软土地区的基坑工程中,围护桩需要嵌入软土以下的好土,所以桩长较长,等桩长布置的情况下经济性较差。为了研究部分围护桩嵌入好土的长短桩组合支护在深厚软土基坑中的作用及表现,采用现行设计方法计算全长桩支护和全短桩支护情况下围护桩的结构内力和变形,由此估计采用长短桩组合支护情况下围护桩的变形应介于全长桩支护和全短桩支护之间;进一步通过三维数值模拟对不同长度的长短桩组合支护进行对比分析,确定了合适的短桩桩长,然后将分析结果用于指导实际项目设计并对项目展开监测。研究表明：（1）长短桩组合支护的短桩桩长可截取至全长桩支护条件下围护桩弯矩计算的第二个反弯点,实现短桩与长桩共同受力、协调变形;（2）论文中给出的基于现行设计计算软件的长短桩组合支护设计计算方法是可行的;（3）长短桩组合支护设计方法可有效节约工程造价。研究成果可为深厚软土基坑工程提供参考。