WRF模式中QNSE方案的湍流长度尺度系数的调整试验研究

边界层参数化方案中湍流混合对数值模拟起着重要的作用,湍流混合作用的恰当描述对于温度、湿度、风场以及降水的准确模拟至关重要。我国长江中下游流域人口密集,暴雨灾害频发,很有必要寻找一种适合该地区降水模拟的边界层参数化方案。本文运用WRF（Weather Research and Forecasting）中尺度数值模式,以QNSE（Quasi-Normal Scale Elimination）边界层参数化方案为基础,将其中湍流混合长度尺度系数调整为可变参数。本文将Noh et al.（2003）提出的Prandtl公式与Janji?提出的修正湍流长度尺度系数的方法相结合,通过考虑非局地项的强迫、地表稳定度与边界层高度对湍流长度尺度系数的影响,强调大气的动力结构特征与热力结构特征对湍流混合的共同影响,从而提高QNSE边界层参数化方案在不同地理环境下的模拟能力。文章通过进行长江中下游地区的典型暴雨试验,将调整参数后的QNSE方案与原方案进行比较,重点分析调整参数后的方案与原方案对关键基本气象要素场、边界层结构特征以及降水的模拟能力,并将模拟结果与观测结果进行对比,结果表明:调整参数后的方案一定程度上改进了地表温度、边界层结构以及降水的模拟效果。进一步研究表明,调整参数后的方案主要通过改变边界层混合缓解水汽混合比、位温模拟方面的误差。     

银川市城市规划前后温度场特征对比

以南京大学区域边界层模式(RBLM)为工具,利用银川国家基准气候站地面和探空观测数据,模拟了银川市四季3种典型风速天气条件下城市规划前后大气温度场,结果表明:现状下,夏季,小风和大风情景下高温区域面积大于一般风情景下;冬季,小风情景下高温面积最大,大风情景下高温区域面积最小;春季一般风情景下高温面积最大;秋季一般风情景下高温区域面积最大。银川市四季城市热岛效应表现均很显著,四季日变化表现为夜间水域附近的温度较城区建设用地高,白天尤其是14:00,城区建设用地温度较水域附近温度高。14:00在城市建设用地密集区域气温较高,且城市建设越密集气温越高,仅在冬季小风日和春季大风日表现得较弱。城市规划后,温度场在3种典型天气条件下分布特征与现状下分布规律总体趋于一致,只是高温区域较之前略小,低温区域较之前略大。城市规划后,3种典型天气条件下热岛面积均小于规划前,城市热岛效应减弱。     

基于多种边界层方案的天津PM2.5集合预报试验

基于大气化学模式WRF/Chem采用4种边界层方案（YSU,BL,MYJ和MYN3）模拟2015年全年天津地区细颗粒物质量浓度演变趋势,分析不同边界层方案对天津地区PM_2.5质量浓度模拟和预报的影响,并构建多种边界层方案的集合预报产品,以期提高天津地区PM_2.5质量浓度预报效果。结果表明:大气化学模式的4种边界层方案在空气质量模拟中均有较好的适用性,PM_2.5模拟值与观测值相关系数达到0.76左右,晴空和大风天气BL方案表现较优,阴天和小风天气YSU和MYJ方案表现优于其他两种方案,综合所有过程没有任何单一方案具有显著优势。基于上述原因,该文开展多种边界层方案的天津空气质量集合预报试验,经过对2015年全年模拟值分析,多边界层方案和多气溶胶机制扰动的集合预报可以减小PM_2.5质量浓度预报的相对误差和均方根误差,降低重污染天气预报的漏报率,提升空气质量等级预报能力,在计算资源得到保证的基础上,是一种可以提升数值模式PM_2.5质量浓度预报能力的有效手段。     

浙北沿海连续3次飑线演变过程的环境条件

利用雷达和地面加密自动气象站、日本气象厅（JMA）区域谱模式（RSM）再分析资料,对2008年7月2日发生在浙北的连续3次飑线过程（其中第3次在近海生成了弓形回波）进行诊断分析。分别探讨3条飑线发展演变情况和对应的各种环境场条件,侧重对比下垫面温度、湿度、风辐合等条件与对流发展演变的关系,尤其是海陆边界对对流新生与加强的作用。从水平、垂直方向分析第3条典型弓形飑线形成过程中单体的发展、减弱、出流、入流、新单体生成、传播等过程。研究发现,在天气背景相似的小范围区域内,气温高、湿度大之处、锋面、辐合线、海岸线附近容易新生单体和加强对流。强对流系统对下垫面也有反馈作用,进而影响对流系统的发展变化:强雷暴单体的下沉气流在近地面形成冷池,其前侧冷空气向外辐散形成阵风锋,迫使锋前暖湿气流在冷池上抬升,在阵风锋附近产生新的对流单体,形成对流系统的传播。强单体经常在海岸线附近生成、加强,尤其是阵风锋与海岸线相交时。     

基于 TLS 的高压线塔倾斜度监测

高压线塔属于杆状构筑物,对倾斜变形非常敏感,倾斜度是检测其稳定性的重要指标。传统的单点测量方式,无法反映高压线塔的整体变形,提出基于地面三维激光扫描技术监测高压线塔倾斜度的方法,采用分层处理的方式,通过边界提取、直线分割、直线拟合等过程处理点云数据。采集山西省柳林某高压线塔点云数据进行实验,求取各层切片的中心坐标并计算高压线塔的倾斜度,对计算结果进行分析,得出线塔仍处于安全运行状态的结论。     

六角格网初始方案线辅助生成方法

针对传统陆地边界划界中存在的人工作业占主导、主观依赖性较大、无法考虑多种因素综合影响等问题,该文构建了基于六角格的陆地边界环境模型,并在此基础上提出全局搜索法、多目标规划法、兵棋模拟法以及基于遗传算法的方案线生成法。利用这些方法生成的方案线能够在顾及面积比例、不可分割因素、区域归属因素等多种因素的条件下,尽可能使我方的某种利益最大。文章介绍了设计思路,并通过实验总结出这些方法的优劣和各自的应用空间,能够在一定程度上解决陆地边界划界中存在的相关问题。     

多圆环柱域上解析函数边值问题再论

讨论多圆环柱域上多个复变量的解析函数的一般形式的 Riemann- Hilbert边值问题。通过函数的解析变换 ,导出了解析函数一般形式的 Riemann- Hilbert边值问题的可解性 ,并给出了解的积分表达式。     

波浪水槽中非线性浅水波传播特性与模拟

通过建立解析解、进行数值模拟和物理实验，研究了波浪水槽中非线性浅水波浪传播特性，给出了数值模拟中对应造波板做正弦运动的二阶入射边界条件。数值模拟采用高阶Boussinesq方程。实验结果、数值结果和解析解进行对比，并讨论了解析解的适用范围、高次谐波的产生及三波相互作用问题。     

三维物体上二阶波浪绕射的实时模拟

采用二阶时域理论对非线性波浪在任意三维物体周围的绕射问题进行了研究，对自由表面边界条件进行Taylor级数展开，应用摄动展开可以建立相应的边值问题，而且此边值问题的计算域不随时间变化，运用基于B－样条的边界元方法求解每一时刻的波浪场，二阶自由表面边界条件在时间上进行数值积分，在自由表面加了一个人工阻尼层以避免波浪的反射，速度势分解为已知的入射势和未知的散射势，初始条件采用二阶Stokes波浪场，通过加入物体表面边界条件，得到散射势在时间和空间上的发展，本文对圆柱所受规则波的二阶波浪力和波浪爬高进行了计算，数值结果表明此理论计算准确，效率高，数值稳定。     

拖曳线列阵振荡幅值响应特性

通过欧拉角的变换把拖曳线列阵微元段矢量动力平衡方程在局部坐标系下展开，在时间和空间上作中心差分数值离散平衡方程。将尾绳阻力作为线列阵尾端点的张力，改善因尾端张力为零引起的差分方程奇异性。取有关文献资料中的两个拖曳线列阵进行了拖点振荡响应计算，计算结果与相应文献资料中线性理论的计算和试验结果基本吻合。最后由仿真计算讨论了拖曳线列阵参数变化对拖点垂向和横向的谐振稳态响应特性。计算结果表明影响拖曳线列阵振荡响应的主要参数是由拖缆长度、拖点航速和拖点振荡因频率构成的无因次振荡频率。