双参数微物理方案在WRF单柱模式中的模拟检验和对比研究

利用耦合Milbrandt 2-mon(MY)和Morrison 2-mon(MOR)两种双参数微物理方案的WRF中的单柱模式,对TWP-ICE(Tropical Warm Pool International Cloud Experiment)试验期间的个例进行数值模拟。通过与观测资料和云分辨率模式的模拟结果进行对比发现:两种双参数微物理方案能较好地模拟出TWP-ICE期间热带云系的宏观和微观的特征。模拟的降水率、地表向下长波辐射和大气顶向外长波辐射的量级、时间演变趋势与观测相一致;总的液相和冰相水凝物的垂直分布以及随时间的演变特征总体与观测以及云分辨率模式的结果也较接近。在整个时期,两种方案水云中的雨滴宏观和微观特征差异较小,而云滴混合比在两种方案之间的差别显著;冰晶对冰云的贡献在MY方案中占据主导地位,而MOR方案中雪在冰云中扮演的角色相比于在MY方案中更为重要。微观上与MY方案相比,MOR方案中的云滴是由数量更大的小云滴构成,但冰晶却是由数量较少的大冰晶粒子构成。微物理过程转换率的区别是造成两种方案冰云宏观分布特征差异的主要原因。与冰晶和雪有关的微物理过程转换分析表明:活跃期两种方案中与冰晶有关的主要微物理转换项有冰晶的凝华增长、冰晶向雪的自动转化、冰晶被雪碰并以及冰晶的沉降过程。而雪主要的转换项包含沉降和凝华过程等,其中MY方案中雪的主要转换项更为丰富。该时期两种方案冰晶和雪的主要微物理转换项的垂直分布以及量级特征的差异同冰云的宏观分布相一致。季风抑制期,两种方案中冰晶主要的源汇项包括凝华增长和沉降过程。MY方案中凝华凝冻核化也是主要的源汇项之一。抑制期MOR方案中高空的雪发展较强,参与的微物理过程较MY方案更为丰富,主要转换项比MY方案高出约一个量级。

基于过程的融雪模型研发Ⅰ——原理

研究建立了基于物理过程的能量平衡融雪模型Snow Column。模型包含能量平衡、相变、水量传递、压实和粒径变化等过程,能详细刻画雪柱在消融过程中密度剖面、温度剖面和剖面液态水含量变化。选取美国洛基山脉科罗拉多Niwot实验场006号雪坑1996年4月~6月融雪观测资料验证模型,模拟结果在合理范围内。该模型可以为进一步认识雪盖对气候变化的响应提供基础。

基于过程的雪盖模型研发Ⅱ——应用

通过美国科罗拉多山脉Niwot Ridge 006号雪坑1997年~1999年实测数据对Snow Column Model进行验证;并以此为基础,通过1996年~1999年实测资料计算辐射数据和湍流通量在消融期各小时变化均值E和标准差σ;设置气候变化情景,分析入射短波辐射、反射短波辐射和潜热通量在E±σ变幅范围内,雪盖厚度、密度和雪水当量变化,探索雪盖参量对气候变化的响应。

某室内冰雪乐园滑道结构设计

某室内冰雪滑道结构高差达到了15.90m,滑道以上为跨度45m的单跨框架结构。重点介绍了该滑道结构设计时遇到的一些关键问题,包括建模计算、悬挑转换、滑道屋盖网架与框架柱顶的连接、变截面柱等。针对整体结构指标异常、滑道屋盖水平位移偏大的情况,提出了可行的解决方案。对悬挑转换桁架节点进行有限元分析,结果均满足设计要求;采取加强措施,降低了柱变截面的不利影响。本工程的结构设计可供类似工程参考。