Reynolds and Mass-Damping Effect on Prediction of the Peak Amplitude of A Freely Vibrating Cylinder

The Reynolds effect and mass-damping effect on the peak amplitude of a freely vibrating cylinder is studied by using forced oscillating data from Gopalkrishnan＇ s research in 1993, in which all experimental cases were carried out at a fixed Reynolds and the tested cylinder was recognized as a body that had no mass and damping. However, the Reynolds and roass-damping are the very important parameters for the peak amplitude of a freely vibrating cylinder. In the present study, a function F is introduced to connect the forced oscillation and free vibration. Firstly the peak amplitude AG^＊ can be obtained from the function F using forced oscillation data of Gopalkrishnan＇ s experimental at Re = 10^4, and then the Reynolds effect is taken into account in the function f（Re）, while the mass-damping effect is considered in the function K（ α ）, where a is the mass-damping ratio. So the peak amplitude of a freely vibrating cylinder can be predicted by the expression： A ^＊ = K（ α ）f（ Re ）AG^＊ . It is found that the peak transverse amplitudes predicted by the above equation agree very well with many recent experimental data under both high and low Reynolds conditions while roass-damping varies. Furthermore, it is seen that the Reynolds number does have a great effect on the peak amplitude of a freely vibrating cylinder. The present idea in this paper can be applied as an update in the empirical models that also use forced oscillation data to predict the vortex induced vibration （VIV） response of a long riser in the frequency domain.     

Numerical Prediction of Vortex Induced Vibrations on Top Tensioned Riser in Consideration of Internal Flow

In consideration of the effect of the internal flowing fluid and the external marine environmental condition on the vortex-induced vibration （VIV） of top tensioned riser （Till）, the differential equation is derived based on work-energy principles and the riser near wake dynamics is modeled by Facchinetti＇ s wake oscillator model. Then Galerkin＇ s finite element approximation is implemented to derive the nonlinear matrix equation of the coupled equations and file corresponding numerical programs are compiled which solve the coupled equations directly in the time domain. The comparison of the predicted results with the recent experimental results and the prediction of SHEAR7 is performed. The results show the validity of the proposed method on the prediction of VIV of deep water risers. The effect of internal flow on the dynamic characteristics and dynmnic response of the riser is analyzed and several valuable conelusions are drawn.     

新疆及周边中亚地区中亚低涡背景下云中液态水分布研究

利用2003—2014年5~9月中亚低涡发生时的AIRS Version 6 Level 2卫星资料,分析中亚低涡活动规律以及云中液态水空间分布。结果表明：（1） 北涡型中亚低涡共发生97次,南涡型共88次。中亚低涡中心更易向南移动。（2） 整体来看,云中液态水呈现山区多盆地少的趋势,在帕米尔高原、天山和昆仑山脉的山区以及咸海附近均大于100×10^-6 kg·m^-2。在准噶尔盆地、哈密盆地和塔里木盆地东部地区小于1×10^-6 kg·m^-2。（3） 中亚低涡发生路径越偏南,云中液态水柱越低。关于云中液态水柱,北涡路径较南涡路径更多。研究结果将为进一步认识中亚低涡强降水天气系统提供参考。     

黄土高原一次冷涡飑线的综合分析与数值模拟

通过云图、环流背景和数值模拟等对2004年6月16日出现在黄土高原区域内的一次典型的冷涡飑线天气分析,揭示了该类天气的一些规律和特征,并运用数值模拟与实况进行对比验证。其结果对此类天气有一定的预报意义。     

人工智能新技术在国家气象中心台风业务中的应用探索

基于2005—2020年的中国气象局台风最佳路径数据集以及葵花（Himawari-8）和风云（FY-4）卫星云图数据,结合人工智能新技术,将深度学习模型应用于台风涡旋识别、台风定位定强、台风强度突变预测等方面,具体内容主要包括基于深度图像目标检测的台风涡旋识别模型、基于图像分类和检索的台风智能定强模型以及融合时空序列特征的台风快速增强判别模型,构建了一套台风智能监测和预报系统。通过对2020年全年样本进行了测试,结果显示：该系统对强热带风暴级及以上强度的台风涡旋正确识别率达90%以上,台风强度估测的MAE和RMSE分别为3.8 m/s和5.05 m/s,对全年独立样本强度快速加强预测的综合准确率达到65.3%,该系统实现了业务上利用高时空分辨率卫星图像实时对热带气旋进行自动识别、定位定强和智能追踪的功能,为进一步提高我国台风监测和预报预警的能力提供了有利支撑。     

2010年1月2—5日乌兰察布市大雪、大风、寒潮个例分析

利用常规气象观测资料,从天气环流形势的演变过程及各种物理量变化,对2010年1月2—3日乌兰察布地区普降中雪,其中集宁和兴和大雪、卓资山大到暴雪及雪后大风、寒潮过程做了客观分析。分析发现:这次过程是高空横槽转竖与地面河套气旋共同影响的结果,下游的阻塞高压是降雪的必要条件,极地冷空气南下在横槽北部堆积是出现大风、寒潮的关键。     

动波浪壁圆柱绕流三维数值模拟

利用计算流体力学软件Fluent开展了三维动波浪壁圆柱绕流的数值模拟,建立了三维运动波浪壁圆柱模型,通过C语言自编程序实现波浪壁面的运动控制,并保证壁面变形时网格的高质量。在来流速度u=0.125 m/s、雷诺数Re=12 500的情况下,开展了动波浪壁波动速度w=0、0.062 5、0.125、0.187 5 m/s四个工况的计算分析,并比较了不同波动速度对流场结构、升力、阻力特性的影响。结果表明:动波浪壁圆柱能有效抑制流动的分离,消除交替脱落的尾涡,从而消除周期振荡的升力;在消除卡门涡街的同时,圆柱后驻点处的涡量值随波动速度增加而增加,其原因在于波形移动加大了壁面流体的速度,从而减小了圆柱前后的压力差,减小了阻力;随着波动速度的增大,平均阻力系数呈明显下降趋势,当波动速度为来流速度的1.5倍时,平均阻力系数相对于光滑圆柱下降了53.76%。     

2011年梅雨期长江中下游地区两次暴雨过程数值模拟对比分析

基于WRF数值预报模式,对2011年梅雨期6月9—10日和14—15日长江中下游地区两次暴雨过程（分别简称“6·10”过程和“6·14”过程）进行数值模拟,重点对比分析了暴雨期间西南涡的活动与高低空急流耦合配置之间的关系。结果表明：1） 西南涡的活动和高低空急流耦合配置与暴雨活动关系密切,是造成两次暴雨过程范围和强度差异的重要因素。2）“6·10”过程中,一个浅薄的西南涡系统受青藏高原浅槽东移北缩减弱影响,向东北方向移动,同时西南低空急流位置偏北,导致暴雨区位置偏北;“6·14”过程中,一个深厚的西南涡系统受高空浅槽东移发展加深影响,沿长江缓慢东移,伴随西南低空急流位置偏南,降水缓慢向东移动,导致暴雨区位置偏南。3） 两次过程的强降水中心均位于高低空急流耦合区,“6·10”过程中,在长江中下游地区形成的高低空急流耦合区范围偏小且强度偏弱,因此辐合上升运动偏弱,不利于形成大范围的强降水;“6·14”过程中,在长江下游地区形成大范围高低空急流耦合的环流形势,强烈的辐合上升运动配合充足的水汽供应,最终形成大范围强降水。     

利用向量场分解算法提取与可视化平面流场的涡旋特征

实现了用于平面离散向量场分解的Polthier算法,提出了“先分解向量场,后检出特征”的、基于向量场分解的提取与可视化平面流场中的涡旋、特别是弱小涡旋的新途径.     

基于空间基函数客观拟合的副高突变与多态机理分析

为分析研究副热带高压异常活动的动力学机理,基于热力强迫和涡动耗散效应的大气偏微涡度方程,采用Galerkin方法进行方程的时-空变量分离,针对常规方法在空间基函数选择中存在的不足和欠缺,提出了从实际资料场序列中用经验正交函数(EOF)分解与遗传算法结合客观反演空间基函数的研究思想.通过对副热带高压位势场逐日时间序列的EOF分解,选择累积方差贡献超过90%的前3个主要空间典型场作为拟合对象,随后选择一组三角函数簇作为广义空间基函数,以该基函数与EOF典型场的误差最小二乘和基函数间的完备正交性构造双约束泛函,