四川盆地一次暴雨过程中西南低涡非对称结构特征及其成因分析

为深入认识诱发暴雨的西南低涡非对称结构特征,选取近10a来影响最大、由西南低涡缓慢移动造成的四川盆地2013年6月30日暴雨过程,基于WRF数值模拟等资料,采用跟随低涡中心移动的动态合成方法,结合涡度方程、散度方程诊断及风场分解,对西南低涡成熟阶段的非对称结构特征与成因进行分析,结果表明:(1)西南低涡在低空表现为旋转进入中心并逐渐减弱的辐合气流,高空为旋转的辐散气流。西南低涡的降雨、正涡度、低空辐合及垂直上升运动呈显著的非对称分布。低涡前侧正涡度和辐合上升运动显著,降雨强;低涡后侧正负涡度并存,辐合上升运动较弱,降雨弱。(2)西南低涡的非对称分布与低涡前侧的副热带高压作用有关。副热带高压维持,有利于向东南方向移动的西南低涡前侧位势高度梯度增加和低空急流增强,导致低涡前侧位势高度的拉普拉斯项和动能的拉普拉斯项呈负值演变,形成持续的低空负值非平衡动力强迫效应,促进低空辐合和垂直上升运动增长,以及强降雨发展,并通过低空辐合和垂直上升运动促进低涡前侧正涡度发展,形成西南低涡降雨、正涡度、低空辐合及垂直上升运动的非对称分布特征。

基于Agent建模的新经济地理学核心-边缘模型模拟——兼论与数值模拟的比较

核心-边缘(CP)模型是新经济地理学的奠基之作,而在探索宏观现象的微观机理方面,基于Agent的计算经济学具有显著优势。以CP模型为对象,利用数值模拟对其求解,并基于Agent建模对其再建模和模拟分析。对比发现:基于Agent模拟与数值模拟在模型假设、建模范式、主体特征、模拟结果等方面均存在显著差异,前者结果为动态非均衡而后者为静态均衡。数值模拟由于假设过多而难以描述现实,而基于Agent模拟突破了前者完全信息、瞬间均衡、同时决策等窠臼,放松假设,更加接近现实。结合基于Agent建模和数值模拟能有效地探索空间经济演化过程及其微观机理,验证已有理论并引导未来建模和创新的方向,从而发现新的规律。

无预紧力变摩擦阻尼器的研发与简谐激励下的动力特性分析

摩擦阻尼器属于位移相关型阻尼器,具有构造简单、耗能能力强和性能稳定等特点,多年来已被许多工程采用。文中基于滚珠丝杠的放大机理,提出了一种无预紧力变摩擦阻尼器(Non-preload variable friction damper,NVFD),介绍了该装置的构造及作用机理;根据恢复力公式给出了其恢复力模型,通过开展拟静力试验验证了NVFD作用机理和恢复力模型的正确性。最后推导了简谐荷载作用下NVFD单自由度减震体系的位移解析解和动力放大系数,并进行了相关参数分析。结果表明:只要NVFD参数取值合理,在外激励作用下处于滑动状态,位移解析解和数值解基本吻合,谐波平衡法推导的解析解具有较高的精度;频率比小于1.5时,NVFD单自由度结构的动力放大系数随着弹簧刚度和摩擦力放大倍数的增大而减小,基本不受圆环形钢板质量变化的影响。

2003年7月4～5日梅雨锋暴雨维持的诊断分析

利用卫星云图、多普勒雷达产品以及探空资料,结合NCEP/NCAR再分析资料,对2003年7月4～5日淮河流域大暴雨过程发生的环境场条件、强降水的中尺度特征、低空急流与能量锋的配置对强降水天气的影响等进行了详细的天气学分析,并对大气正压非平衡强迫、低空急流与能量锋相互作用对强降水天气发生、发展与持续过程中的影响进行了动力诊断。结果表明:这次梅雨锋暴雨过程,暴雨区上空气柱内水汽较少,孟加拉湾与南海地区向暴雨区输送的水汽占据主导地位。暴雨区的平均散度与垂直速度变化与强降水天气变化比较一致。对流层低层能量锋与低空急流的配置及其相互作用对强降水天气的发生、发展和维持具有重要影响。当低层能量锋与低空急流处于同时强的配置状态时,强降水天气发生并持续;当两者处于一强一弱或两者皆弱的配置状态时,则没有强降水天气发生或持续。正压非平衡强迫对强降水启动作用较大,而湿斜压热动力相互作用对强降水天气持续影响较大,是导致强降水过程维持的主要动力机制。

暴雨激发和维持的正、斜压强迫机制的理论研究

针对暴雨天气的发生、发展都伴随着对流层中低层有很强的气流与水汽辐合持续的天气事实,摒弃传统研究中把散度方程局限于水平动力方程约束的观念,从湿斜压原始方程出发,导出了包含热、动力耦合强迫作用的散度演化方程,揭示了正压大气非平衡强迫和湿斜压大气热、动力耦合强迫在暴雨激发和维持中的重要作用,阐明了持续性暴雨过程中对流层中低层强烈的气流与水汽辐合长时间维持的动力机制。

一次强降水过程中尺度系统发生发展动力机制的诊断分析

利用1°×1°经纬度NCEP/NCAR再分析资料、地面1h观测降水资料和TRMM卫星产品资料,分析了2009年6月8～9日引发贵州南部的强降水天气过程的中尺度对流系统活动,并进一步研究了大气正压非平衡强迫、湿斜压热动力耦合强迫在强降水天气发生发展与维持过程中的作用。结果表明:8～9日贵州南部的强降水主要是由中尺度系统的发生发展引起的。南海季风不仅给贵州南部强降水区带来充足的水汽,同时也带来足够的能量。正压非平衡强迫在降水的开始阶段与降水落区有较好的对应关系,是强降水的启动机制。斜压热动力耦合强迫在降水的维持阶段,特别是当大气层结转为弱湿中性时,其分布和强度与中尺度对流系统和降水的强度与落区有较好的对应关系,可能是强降水的维持机制。

非惯性系平面连杆机构动态静力分析的回转键合图法

介绍非惯性系平面连杆机构动态静力分析的回转键合图法。给出非惯性系平面连杆机构键合图模型的建立方法。基于回转键合图理论 ,推导出便于计算机自动生成的完整形式的机构平衡力矩及运动副约束反力的统一计算公式 ,有效地克服了非线性几何约束及微分因果关系给建立机构平衡力矩及运动副约束反力统一公式所带来的十分困难的代数问题。所述方法特别适合于多能域并存的系统。结合实际算例说明本文方法的有效性。

斜压热动力耦合强迫在暴雨发生维持过程中的动力诊断分析

利用NCEP1°×1°再分析资料，从新型散度方程出发，针对2007年7月16～20日川渝地区一次持续性大暴雨天气过程，通过计算新型散度方程中的各项，诊断本次暴雨过程中正压大气非平衡强迫与斜压热动力耦合强迫在不同强降水时段的大小与作用，并与地面1h、6h降水观测资料和TRMM云顶亮温资料进行对比分析。结果表明：1）强降水主要是发生在区域内大气状态为弱不稳定层结或中性层结的时段。2）在强降水开始时期，正压非平衡负值中心与未来6小时降水中心重合，正压非平衡强迫对强降水的激发作用显著，是本次降水开始的启动机制。3）在降水发展维持时段，正压非平衡负值中心与未来6小时降水中心对应不好，斜压热动力耦合强迫强负值区与强降水落区相对应，对强降水的发展维持起了至关重要的作用，是本次重庆西南部强降水持续的维持机制。4）正压非平衡强迫和斜压热动力耦合强迫对未来6小时强降水发生的区域、降水强度、中心位置的指示意义，有助于提高暴雨预报准确率。

非惯性系下平面连杆机构动态静力分析的键合图

介绍非惯性系下平面连杆机构动态静力分析的键合图法。给出非惯性系平面连杆机构键合图模型的建立方法。基于键合图的基本概念，推导出便于计算机自动生成的机构平衡力矩及运动副约束反力的统一公式。将约束反力视为未知势源加在机构键合图相应的０－结处，克服微分因果关系给建立机构平衡力矩及运动副约束反力统一公式所带来的极大的代数困难。

“6·30”川渝特大暴雨过程中西南低涡发展机制模拟分析

利用地面加密自动站、NCEP(1°×1°)再分析及WRF-ARW数值模拟资料,对造成2013年6月29日至7月1日川渝地区特大暴雨过程的西南低涡的演变特征及热动力机制进行了诊断分析。此次特大暴雨过程分为三个阶段,其中与西南低涡发展相关的第二阶段为主要降雨时段。结果表明:(1)西南低涡生成后,呈现增强-减弱-再次增强的波动性演变特征,在6月30日上午和夜间分别经历了两次显著的涡度发展过程,并在第二次发展过程中达到最强。(2)低空辐合是西南低涡最主要的涡源,由低空辐合导致的正涡度增加近乎贯穿于整个西南低涡的生命史。在西南低涡的第二次发展过程中,中层辐合和涡度的垂直输送显著增强,也是西南低涡的重要涡源。(3)负值非平衡动力强迫激发了低空辐合的增长,在非平衡动力强迫的各项中,位势高度的拉普拉斯项为非平衡动力强迫提供了主要的负贡献来源。(4)非绝热加热先于西南低涡而增强,两者间的正反馈作用可能是西南低涡波动性发展的重要机制。在关闭了微物理过程中的潜热和地面潜热及感热通量的敏感性试验中,西南低涡及降雨的模拟均有不同程度的减弱。

基于非平衡热力学模型的管内沸腾过程模拟

为了更准确地模拟壁面沸腾过程,根据Lavievile非平衡热力学模型对沸腾流动的壁面热流率进行了划分,通过调节函数结合Sato模型修正了沸腾流动中的混合k-ε模型,建立了同时适用于管内过冷沸腾与整体沸腾流动阶段的曳力模型。使用上述模型对环状竖直管内沸腾流动过程进行数值模拟,计算结果与实验值吻合,可以用来模拟整个管内沸腾流动过程。数值模拟显示,沸腾流动可以明显增大管壁的传热系数,但当管壁处蒸气体积分数超过0.6时,会出现传热恶化现象。

优化温度相关力场预测正构烷烃热力学性质

为了实现不同温度下正构烷烃及其混合物热力学性质的准确预测,以正构烷烃(n-C4~C10)为训练集,通过对全原子OPLS-AA力场中非键相互作用参数(ε)的模拟优化,得到了ε与对比温度(Tr)以及正构烷烃碳原子个数(NC)的经验关系式。利用该关系式计算出不同温度不同种类的正构烷烃的ε值,预测了正构烷烃纯物质及其混合物的黏度、密度、扩散系数等物性,并将新力场模拟计算值与理论估算值以及实验值进行比较。结果表明,采用优化温度相关力场预测烷烃及其混合物的物性与实验值最为吻合。密度、黏度和扩散系数的预测值与实验值的相对偏差分别小于2%、5%和10%,显著优于目前的理论方法和原OPLS-AA力场模拟计算的预测值。上述温度相关力场参数的确立,对于利用分子动力学模拟方法准确地预测正构烷烃及其混合物的热力学性质具有重要的实际应用价值。

白细胞介素-1β、白细胞介素-6和白细胞介素-10在颈椎病大鼠模型中的变化及其意义

目的动态观察白细胞介素（IL）-1B、IL-6和IL-10在动静力失衡性大鼠颈椎退变模型血清中的表达，并探讨其意义。方法选择60只标准大鼠，随机分为2组：实验组（45只），再随机分为术后1个月（10只）、术后3个月（15只）、术后6个月（20只）3个时间点；对照组（15只），随机分为术后1个月、术后3个月、术后6个月3个时间点，每个时间点5只。实验组手术逐层切除全层颈背部肌肉、棘问韧带及棘上韧带；对照组为假手术组。同一组大鼠分别于造模后1、3和6个月采取腹腔静脉血，离心后收集血清，运用酶联免疫吸附测定法（ELISA）测定实验组和对照组大鼠血清中IL-1β、IL-6和IL-10的含量，各组结果进行统计学分析比较。结果对照组大鼠血清IL-1p含量在造模后1、3、6个月分别为（97．76±13．33）、（112．69±33．35）、（99．78±13．44）pg／ml；实验组为（266．69±85．33）、（211．22±49．23）、（143．71±38．58）pg／ml；对照组大鼠血清IL-6含量在造模后1、3、6个月分别为（261．05±14．69）、（257．84±7．87）、（254．80±21．13）pg／ml；实验组为（269．99±13．87）、（262．61±12．20）、（266．40±16．59）pg／ml；对照组大鼠血清IL-10含量在造模后1、3、6个月分别为（59．81±3．68）、（64．60±0．96）、（59．82±13．11）pg／ml；实验组为（94．65±9．37）、（111．73±10．42）、（69．93±9．69）pg／ml。与对照组比较，实验组大鼠血清IL-1β、IL-10含量分别在造模后1、3个月显著升高（P〈0．05，P〈0．01）；实验组和对照组中IL-6含量在造模后1、3和6个月比较差异均无统计学意义（P〉0．05）。结论颈椎退变过程中可能伴随着血清IL-1B、IL-10的改变，而血清中IL-6却无明显改变。

湿斜压热动力耦合强迫激发辐合增长和暴雨维持的一种机制

打破将散度演化分析局限于水平动力学框架内的传统认识思维,针对大气的斜压性与层结特征将对大气运动散度场演化产生显著影响的事实,从湿斜压原始方程出发,将大气的斜压热力作用通过热力学方程引入散度方程,在替换平衡近似(alternative balance)下,导出了显式包含湿非地转Q矢量与垂直风切变耦合强迫作用的新型散度方程.阐明了潮湿大气中非地转斜压强迫激发散度场演化的物理机制,为利用常规观测资料诊断散度场演化提供了一种有效的数学工具.通过对流层中低层气柱内总体辐合增长影响因子的分析,揭示了正压非平衡强迫、湿非地转Q矢量与垂直风切变耦合强迫激发辐合增长和暴雨维持的动力机制.进一步分析正、斜压强迫因子在暴雨过程不同阶段作用的差异性,提出了正压非平衡强迫是强降水天气过程启动机制,而湿斜压热动力耦合强迫是强降水天气维持动力机制的新观点.