热带风压场平衡特征及其对GRAPES系统中同化预报的影响研究I:平衡特征分析

本文基于GRAPES全球模式的短期预报误差样本,利用赤道波动正规模态研究了热带风、压场平衡特征,并根据这些特征分析了线性平衡方程(LBE)在该区域应用时存在的问题。结果表明:(1)赤道波动能成功解释热带短期预报误差样本的大部分分量,对流层中层为60%~80%,对流层顶和平流层低层为80%以上。(2)在可解释的误差方差中,赤道罗斯贝波(ER)占比仅为30%~55%,其他赤道波动的作用不可忽视。(3)在ER模态基础上引入其他赤道波动会大幅削弱原有风、压场平衡约束,重力惯性波与Kelvin波的作用最为显著。此时,对流层中层位势高度h与u风、v风间的约束接近于零,而平流层低层h-u的平衡特征由Kelvin波主导。(4)LBE主要表达了ER模态下的风、压场平衡特征,与实际情形相比高估了热带风、压场的耦合程度,进一步的改进中需削弱这一虚假平衡,使得热带风、压场分析变得更加独立。     

Simulation of the Askervein flow. Part 2: Large-eddy simulations

Large-eddy simulations of the neutrally stratified flow over the Askervein Hill were performed, to improve the knowledge of the flow obtained from field measurements and numerical simulations with Reynolds averaged Navier-Stokes (RANS) methods. A Lagrangian dynamic subgrid model was used but, to avoid the underdissipative character near the ground, it was merged with a damped Smagorinsky model. Simulations of a flat boundary-layer flow with this subgrid model showed that the turbulent vertical motions and shear stress were better resolved using grids with a stream to spanwise aspect ratio Δx / Δy = 2 than with an aspect ratio Δx / Δy = 1. Regarding the flow over the Askervein Hill, it was found that large-eddy simulations provide an acceptable solution for the mean-velocity field and better predictions of the turbulent kinetic energy in the upstream side of the hill than the model. However, as with the model, grid convergence was not achieved in the lee side and the size of the zone with reversed flow increased with the grid refinement. Nevertheless, the existence of the intermittent separation predicted with unsteady RANS in part one of this work seems unquestionable, due to the deceleration of the flow. In our opinion, a better modelling of the decelerating boundary layer in the lee side is required to improve the results obtained using equilibrium assumptions and achieve grid convergence.     

Angstrom公式参数对ET0的影响及FAO建议值适用性评价

作为计算太阳总辐射(R_s)的主要公式,Angstrom公式参数(a、b)的合理取值是计算参照腾发量(ET₀)的重要前提。针对FAO所提出的a、b建议值(a=0.25、b=0.5)在中国无辐射观测资料地区被大量使用,而其合理性尚未得到系统评价的情况,基于中国104个地面站的观测数据,在逐月时间尺度上,讨论了a、b变化对ET₀的影响,分析了a、b的地区分布规律,评价了FAO建议值所导致的ET₀计算误差,进而阐明了该建议值在中国7个区域的适用性。提出了无辐射资料情况下a、b的地区综合取值方法。主要研究结论是:①参数a、b偏差对ET₀的计算有重要影响,在中国无资料地区采用FAO建议值将导致较大的太阳总辐射(R_s)和ET₀计算误差。②大多数站点,a的率定值较FAO建议值明显偏小,而b的率定值明显偏大。新疆地区和华南地区a、b率定值分布比较集中,而在其它区域比较分散。③FAO建议参数值在东北、西北和新疆3个区域计算ET₀的适用性较好,而在西南和华南两个区域的适用性很差,计算的ET₀偏高较大。④提出的地区综合取值方法,能使R_s和ET₀的计算精度较FAO建议值显著提高。     

Numerical estimation of effective diffusion coefficients for charged porous materials based on micro-scale analyses

In order to describe diffusive transport of solutes through a porous material, estimation of effective diffusion coefficients is required. It has been shown theoretically that in the case of uncharged porous materials the effective diffusion coefficient of solutes is a function of the pore morphology of the material and can be described by the tortuosity (tensor) (Bear, 1988 [1]). Given detailed information of the pore geometry at the micro-scale the tortuosity of different materials can be accurately estimated using homogenization procedures. However, many engineering materials (e.g., clays and shales) are characterized by electrical surface charges on particles of the porous material which strongly affect the (diffusive) transport properties of ions. For these type of materials, estimation of effective diffusion coefficients have been mostly based on phenomenological equations with no link to underlying micro-scale properties of these charged materials although a few recent studies have used alternative methods to obtain the diffusion parameters (Jougnot et al., 2009; Pivonka et al., 2009; Revil and Linde, 2006 2, 3 and 4). In this paper we employ a recently proposed up-scaled Poisson–Nernst–Planck type of equation (PNP) and its micro-scale counterpart to estimate effective ion diffusion coefficients in thin charged membranes. We investigate a variety of different pore geometries together with different surface charges on particles. Here, we show that independent of the charges on particles, a (generalized) tortuosity factor can be identified as function of the pore morphology only using the new PNP model. On the other hand, all electro-static interactions of ions and charges on particles can consistently be captured by the ratio of average concentration to effective intrinsic concentration in the macroscopic PNP equations. Using this formulation allows to consistently take into account electrochemical interactions of ions and charges on particles and so excludes any ambiguity generally encountered in phenomenological equations.     

利用自然γ能谱测井资料确定粘土矿物的含量及其应用

根据粘土矿物含量的图版计算方法,计算了实际井段的粘土矿物含量,分析了高岭石、伊利石和蒙脱石与U、Th、K含量的相关关系,由此分析得到粘土矿物含量与放射性元素含量的多元线性关系,建立了粘土矿物含量计算的回归方程。通过对不同井段以及同一井段不同地层数据建立的回归方程分析,给出了具有代表性的线性回归方程模型。根据一个实际井段粘土矿物的计算,获得粘土矿物含量随深度的变化,其粘土矿物含量计算结果与原测井解释相吻合,同时与岩心分析误差在10%左右。     

水源涵养功能概念的生态和水文视角辨析

水源涵养是评价陆地生态系统服务功能的重要指标,然而学界对水源涵养功能概念和计算方法仍存在诸多争论。这一方面说明水源涵养功能评估具有重要的现实意义,同时也说明其概念的复杂性和模糊性,亟需从生态学和水文学的基本理论出发,厘清水源涵养功能概念的内涵和评估方法,促进科学决策和有效管理。研究水源涵养功能时,生态学家更关注陆地生态系统的蓄水能力（Smax）,而水文学家更关注流域的产流量（Q）,两者均具有合理性,但各有侧重,若不分别辨析,极易造成概念混淆。理论和数据分析表明,蓄水能力和产流量虽然联系紧密,但概念完全不同。陆地生态系统的Smax决定了流域对降水的分配：即蒸散发（绿水）和Q（蓝水）,Smax和Q在降水量一定的情况下往往存在此消彼长的关系。研究发现生态系统的根区蓄水能力（SRmax）是联系绿水和蓝水的核心要素,是水源涵养功能评估的关键变量。大尺度根区蓄水能力主要由气候决定,可借鉴工程水文中设计水库的累积曲线法,根据生态系统用水的生存策略通过气候反演。最后,本文提出3点建议：(1)在实践中分别评估生态系统的绿水和蓝水涵养功能;(2)进一步全面考虑冰川积雪、地下水等多要素的水源涵养功能;(3)...     

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。     

济宁市翟村铁矿小体重值与磁性铁品位的回归分析

利用济宁市翟村铁矿勘查过程中取得的体重测试值与磁性铁品位数据进行了回归分析,得出回归方程为y=2.74+0.026x,经显著性、精度检验并结合实际实践,证明该一元回归方程具有显著性,预测精度较高。可以用该方程预测翟村铁矿区小体重值。     

粒子群优化算法（PSO）在四元体系Na^＋,K^＋//Cl^-,SO4^2--H2O 323K相平衡计算中的应用

最优粒子群算法(PSO)近年在非线性方程模拟计算中广泛应用。应用文献报道的Pitzer方程参数与温度的关联方程计算了323 K时该四元体系中有关盐的Pitzer方程单盐参数、混合离子相互作用参数和盐的溶解平衡常数K,在此基础上应用Matlab工程计算软件和粒子群优化算法(PSO)编写了相应的Pitzer方程计算程序,对323 K时四元体系Na⁺,K+,K⁺//Cl+//Cl^-,SO_4-,SO_4^(2-)-H_2O的溶解度数据进行理论模拟计算,并用计算出的溶解度数据绘制出该四元体系323 K时的相图。计算结果表明,溶解度的模拟计算值与实验值吻合较好,验证了该算法的适用性和实验数据的可靠性,同时也表明含有合理Pitzer模型参数的PSO算法程序可以计算多温条件下的水盐体系相平衡关系。     

舰船气泡尾流分布的BPBE表征方法研究

基于气泡群平衡方程(BPBE),提出一种用于更系统表征舰船气泡尾流变化特征的数值模型。模型的创新处在于既能反映气体传质因素的影响,又考虑了尾流中实际存在的气泡聚并现象,且具有简单易行,运算效率高的特点。分析结果表明:聚并在近尾流区作用强烈,传质在远程尾流区作用明显;聚并对BND的分布变化影响不大,对气含量的发展变化则发挥着主要作用;尺寸为70~80 um的气泡BND最大,尺寸为200 um的气泡气含量最大。