Initial Analysis on the Effect of High-low Altitude Jet Stream on Heavy Precipitation in Guangxi

By using the routine observation data,a heavy precipitation process which happened in Guangxi on May 27,2006 was analyzed.The results that this heavy precipitation occurred in the common coordination weather system which included the high-altitude trough,the shear line and the ground cold front.The ascent branch of subtropical longitude circle circulation and the polar front jet stream longitude circle circulation had the important role for the formation of rainstorm area.The coupling effect of southerly jet,low-altitude westerly jet and high-altitude westerly jet in the boundary layer was the important reason of rainstorm occurrence.

Change of Low-level Jet in a Heavy Rainstorm Process of Xiangtan in July 2016

Based on the previous research on the model of rainstorm weather with low-level jet in Xiangtan,using the classification result of radar echo characteristics,the wind profile data provided by new generation of weather radar in Changsha and hourly rainfall data,a thorough study of the heavy rainfall from 2 to 5 July 2016 in Xiangtan was conducted. It was concluded that heavy precipitation had the characteristics of the WPSH pattern of rainstorm with low-level jet at early stage,and then it converted to cold shear jet pattern in latter stage. When low-level southwest jet began to have momentum download,that is to say,there was more than 12 m/s of southwest jet below 1 km,and it rapidly strengthened and expanded downward,it was conducive to the occurrence of short-term rainstorm. The low-level jet would not immediately cause a strong precipitation when it reached the station,with a certain lag. A positive correlation existed between the increase of low-level jet index and precipitation intensity,and low-level jet index could predict the occurrence of heavy rainfall and rain intensity.

ENERGETIC DIAGNOSIS FOR TWO KINDS OF LOW LEVEL JETS

On the basis of the budget equations for KR and KD, this paper presents the horizontal pattern of budget terms for two kinds of low level jets (LLJ ) with and without heavy rain. The results show that the mechanisms for generating and maintaining LLJ are different, and especially, the direction of energy conversion is opposite. A positive conversion from KD to KR appears to be a necessary but not sufficient condition in the lower troposphere near the heavy rain area. The intensity and direction of energy conversion depends not only on the relative position of vorticity and divergence field, but also on the vertical profile of the jets directly.

STATISTICAL ANALYSIS OF LOW-LEVEL JET STREAMS IN NANJING AREA BASED ON WIND PROFILER DATA

In order to understand the activity characteristics of low-level jets in the Nanjing area,statistical analysis and comparative study are carried out on their monthly and diurnal variations,characteristics of their cores and accompanying weather conditions using wind profile data in 2005-2008 collected by two wind profilers.The results show that low-level jets have significant monthly and diurnal variations.They occur more frequently in spring and summer than in autumn and winter and are more active in early morning and at night,with the maximum wind speed usually occurring at midnight.The central part of the low-level jet occurs mainly at the height of less than 1400 meters,and the enhancement of central speed is beneficial to the appearance of precipitation.Meanwhile,when the low-level jet appears in summer,it helps cause heavy rain.The statistical results of the boundary wind profiler are well consistent with those of the tropospheric wind profiler.Two kinds of wind profilers also have the capability of continuously detecting the development of low-level jets.

Analysis on the Forecast Characteristics of K Index and Low-altitude Jet Stream in the Rainstorm Process

By using the durative rainstorm data in South China during May-early June in 2010,the forecast characteristics of K index and low level jet were analyzed.The results found that K2 had the good indication,advancement and relativity on the intensity and falling zone forecast of regional rainstorm in future 24 h,and the positive relative coefficient reached 0.987.The low level jet also had the same advancement and indication significance on the intensity and influence scope of regional rainstorm in 24 h in the future,and the relative coefficient reached above 0.8.K2 and the low level jet were selected as the main factors,and the basic conceptual model of rainstorm falling zone was established.The model has passed the computer program and realized the business automation.K2 provided the important basis for the forecast of rainstorm intensity and falling zone.

Nocturnal Low-levelWinds and Their Impacts on Particulate Matter over the Beijing Area

Three-month wind profiles, 260 m PM_1 concentrations [i.e., particulate matter(PM) with an aerodynamic diameter ≤1μm], and carrier-to-noise ratio data at two Beijing sites 55 km apart(urban and suburban) were collected to analyze the characteristics of low-level nocturnal wind and PM in autumn and winter. Three mountain-plain wind events with wind shear were selected for analysis. The measurements indicated that the maximum wind speeds of the northerly weak low-level jet(LLJ) below 320 m at the suburban site were weaker than those at the urban site, and the LLJ heights and depths at the suburban site were lower than those at the urban site. The nocturnal 140 m mean vertical velocities and the variations in vertical velocity at the urban site were larger than those at the suburban site. A nocturnal breeze with a weak LLJ of ～3 m s^(-1) noticeably offset nocturnal PM transport due to southerly flow and convergence within the northern urban area of Beijing. Characteristics of the nocturnal LLJ, such as start-up time, structure, intensity, and duration, were important factors in determining the decrease in the nocturnal horizontal range and site-based low-level variations in PM.

The micro structure of high carbon low alloy steel for easy drawing

For better processing performance of high carbon low alloy steel wire rod,an investigation about the influence of cementite lamellar spacing on wire 'easy drawing' performance is completed.It is pointed out that too thin cementite lamellar spacing(<80 um) reduces the strain hardening level of wire drawing, and reduce the torsion performance of drawn wire at same time.For the wire or wire rod from industrial production,compared with the micro-structure with troostite,the micro-structure with sorbite or sorbite mixed with pearlite is more suitable to the drawing process with high reduction ratio.

高、低空急流耦合对山东“利奇马”台风暴雨增幅影响的诊断研究

受登陆北上台风“利奇马”等影响,2019年8月9~12日山东省出现连续暴雨,其中10日夜间出现降雨峰值。利用中国气象局上海台风研究所(Shanghai Typhoon Institute of China Meteorological Administration,简称CMA-STI)热带气旋最佳路径数据、山东省自动气象站逐时降雨量、常规观测资料、中国风云二号地球静止气象卫星(FY-2G)0.1°×0.1°逐小时云顶相当黑体亮温和美国环境预报中心(National Center of Environmental Prediction,简称NCEP)1°×1°逐6 h再分析等资料,主要运用纬向风局地变化方程与大气动能方程,诊断分析降雨明显增幅与高、低层风场变化的关系。结果表明:(1)暴雨主要影响系统有高低空急流、500 hPa西风槽、850 hPa台风倒槽及“利奇马”本体环流等。10日200 hPa中纬度大尺度西南风急流东南移影响鲁西北,当天08:00(北京时,下同)850 hPa因双台风活动而形成的大尺度东南风急流突然北伸越过山东省。台风倒槽对流云与本体环流对流云先、后北移经鲁中,累积效应造成该地区10日夜间雨量最大。(2)10日20:00850 hPa章丘站东北侧出现了过程最快东风增幅,纬向运动方程诊断结果表明,东风平流是东风增加最主要原因,地转偏向力项则不利于东风增加。(3)10日20:00章丘站200 hPa西南风风力明显加大形成急流,10日08:00至11日08:00青岛站850 hPa维持东南风低空急流。同时位于高空急流右后侧与低空急流左前方是鲁中附近10日夜间降雨增幅的重要原因。章丘200 hPa与青岛850 hPa都是在最大风力之前12 h动能增加最快。动能方程诊断表明,最有利于鲁西北高空急流形成的是位能平流项,最有利于鲁东南低空急流形成的是动能垂直通量散度项。(4)10日20:00至13日08:00“利奇马”本体环流一直在影响山东,暴雨期间山东中部地形的动力作用也一直存在,而降雨的峰值是出现在10日夜间,说明10日20:00前后高、低空急流的耦合可能是山东暴雨增幅的主要影响因子。其主要作用至少有加强山东中部的垂直运动、整层水汽输送与静力不稳定度等方面。

Sivells方法在高马赫数低总压喷管设计中的适用性分析

目前高超声速轴对称型面喷管广泛采用Sivells方法进行无黏型面设计,通过求解轴对称的von Kármán动量方程进行边界层修正。该方法在常规高超声速风洞、激波风洞等的高马赫数、高总压条件下已成功应用,但鲜有在高马赫数、低总压条件下的应用研究。在低总压条件下,采用该方法设计了马赫数6、8、10、12的轴对称型面喷管,通过数值模拟分析流场结构,并进行试验验证;模拟了喷管射流流场,通过对射流流场进行结构分析,判断设计方法的适用性。研究结果表明:马赫数6、8喷管流场与设计基本一致,射流流场品质较好,适合开展风洞试验;马赫数10、12喷管流场局部过度膨胀,马赫数高于设计值,其中马赫数10喷管的射流流场品质较好,马赫数12喷管的射流流场品质下降显著且马赫数轴向梯度增大。因此,在高马赫数、低总压条件下,Sivells设计方法仍适用于马赫数6、8喷管,马赫数10喷管处于临界状态,而不适用于马赫数12喷管。

MILD粉体燃烧技术研究进展与关键问题分析

MILD燃烧是一种在中度或极度低氧环境下发生的温和燃烧模式,兼具高燃烧热利用率和极低NOx排放的优势,国际燃烧领域认为它是拥有巨大应用潜力的清洁燃烧技术之一。自1990年左右开展相关研究以来,对于实现气体燃料的MILD燃烧的相关技术已相对成熟,而关于煤粉和生物质等固体燃料的MILD燃烧机制和实现条件的研究仍相对缺乏。基于高动量氧化剂射流来实现内部再循环,不再需要外部高温预热来建立MILD燃烧,极大拓宽了MILD燃烧的应用范围。从颗粒弥散、受热、着火、燃烧、污染物等方面概述了MILD粉体燃料燃烧的基础特性,由于颗粒的不均匀弥散和反应,煤粉等碳基固体燃料的MILD燃烧进程较气体燃料更复杂。高速射流MILD燃烧在增加点火延迟的同时也扩展了点火区和反应区,需要对燃烧各阶段的特征和机理开展系统研究。介绍了固体燃料MILD燃烧理论设计和装备研发领域所取得的研究成果,建议通过高精度数值模拟,改进现有燃煤锅炉燃烧器、调节工艺参数以匹配MILD燃烧模式,增加焦炭颗粒的停留时间以提高燃烬率,提高燃烧稳定性并抑制包括细颗粒物在内的各类污染物排放。基于互联能源系统的整体方法,推进MILD燃烧与各类新型燃烧技术的耦合研究,尤其加强煤粉、生物质与氢、氨等可燃气体共燃特性研究,助力能源转型。探究粉体MILD燃烧中的湍流两相流特征、湍流相间传热作用以及湍流-化学耦合作用是加深对粉体MILD燃烧理解的关键,涉及多变量分析和高精度模拟,是未来研究的重点和难点。

东南风低空急流影响“21·7”郑州市极端暴雨分析

利用中国气象局上海台风研究所热带气旋(Tropical Cyclone,TC)最佳路径数据、美国环境预报中心(National Center of Environmental Prediction,NCEP)最终分析格点资料(Final Analysis,FNL)及常规观测数据等,分析了2021年7月郑州极端暴雨过程的特征机理。结果表明:(1)两个TC同时远距离输送大量水汽,东南风低空急流与强降水关系密切。当东南风急流北上到太原、邢台等站后郑州市暴雨减弱。郑州市6 h降水超过62.5 mm站点数目增减与850 hPa地转偏差数值变化趋势一致。(2) 20日白天郑州站极端降水发生前,从850 hPa经500 hPa至200 hPa风向从东南风顺转为西南风。200 hPa与850 hPa水平风的垂直切变(Vertical Wind Shear,VWS)从最大值开始减小、可降水量(Precipitable Water Vapor,PWV)明显加大、不稳定程度减小,这些都是极端暴雨发生的有利条件。极端暴雨具有明显的湿对流特点。(3)纬、经向风变率诊断表明,最有利于郑州市850 hPa东风维持的因子是地转偏差,最有利于南风加大的因子是动量平流。动量对流促使郑州市暴雨过程850 hPa南风减小,故动量上、下传递并非850 hPa南风加大原因。

高燃压中型运载火箭发射地面低高度排导技术

综合高燃压中型运载火箭高密度发射燃气流地面排导需求及烧蚀风险分析,提出基于地面双面导流装置与高位挡流墙结合的地面低高度排导技术方案。利用火箭发射燃气动力学研究总结的燃气流膨胀特性以及导流型面设计方法,解决了地面低高度排导技术涉及的地面导流装置导流型面气动设计以及尺度控制两个关键问题。地面低高度排导技术方案设计与燃气流场瞬态仿真多轮叠代,实现了燃气流排导烧蚀范围合理控制,避免了燃气流低高度排导烧蚀反溅影响箭体。地面低高度排导技术采用专利支撑的喷水冷却防护方案实现高燃压中型运载火箭发射燃气流强烧蚀环境发射系统、发射设施综合防护。基于喷流缩比试验相似性控制方法研制了1∶10比例喷流缩比试验系统,通过喷流缩比试验验证确认高燃压中型运载火箭发射燃气流能够实现地面低高度安全、顺畅排导,同时与发射台、导流装置结构融合的阵列喷水方案能够行之有效解决高燃压中型运载火箭地面低高度排导强烧蚀难题。

低透气性煤层高压脉冲射流割缝-压裂增透技术应用研究

针对盘州平关镇大坪煤矿18采区20号煤层复杂地质条件及瓦斯抽采难题,提出一种高压脉冲射流割缝导向压裂增透技术。为验证该技术效果,分析了其增透技术机理,并设计了4种试验方案进行对比分析。结果表明,采用高压脉冲射流割缝导向压裂方案在瓦斯抽采效果方面显著优于其他方法,与普通抽采、高压脉冲射流割缝、高压水力压裂抽采瓦斯相比,其平均每日抽采瓦斯浓度分别提高了3.01倍、1.41倍和1.67倍;平均每日抽采瓦斯纯流量也相应提升了2.86倍、1.42倍和1.62倍。经过90 d的抽采,该方案的抽采影响半径达到了5.06 m,分别为普通抽采、高压脉冲射流割缝和高压水力压裂抽采方案的2.56倍、1.25倍和1.29倍;在抽采效果相同的条件下,钻孔施工时间分别比普通抽采、高压脉冲射流割缝和高压水力压裂方案缩短了60%、32%和20%,瓦斯抽采达标所需时间分别比普通抽采、高压脉冲射流割缝和高压水力压裂方案缩短了70%、50%和62%。高压脉冲射流割缝导向压裂技术对低透气性煤层瓦斯治理效果较为理想,可供类似矿井借鉴。

2022年“2.13”冀中大雪过程多源气象资料分析

利用常规观测资料、era5再分析资料、风廓线雷达产品、地基GPS/MET大气可降水量(precipitable water vapor,PWV)等,对2022年2月13日冀中大雪过程进行了详细分析。①降雪发生之前的36 h内PWV呈增长态势,0~12 h上升最快,12~36 h呈缓慢上升趋势。②降水量和PWV呈一定正相关关系,降雪期间PWV变化平稳,随着PWV出现连续下降,降水结束。③风廓线雷达的水平风向风速演变对降雪的预报有一定指示意义:3000 m突然出现20 m/s的西南低空急流,随着20 m/s的西南低空急流向下延伸至2500 m高度,降雪增强。④降雪之前,0.5 m/s及以上的正速度首先出现在1500 m以上,当2000 m以下突然出现1.0 m/s以上的正速度后,0~3 h内降雪发生。⑤1000 m以下垂直速度增加到1.5 m/s及以上时,降雪增强。⑥降雪期间C_(n)^(2)(大气折射率结构常数)一直稳定在-180~-165 dB,C_(n)^(2)值小于-180 dB时,最大探测高度降至3500 m以下,整层垂直速度小于0.5 m/s,预示降雪结束。

中国低空经济发展的实践进路:依托科技自立自强助力新质生产力形成

低空经济是中国首倡的一种新兴经济模式,也是近年中国在无人机、卫星定位、5G通信和精密导航等多个领域掌握核心技术,实现高水平科技自立自强的进路呈现。受益于国家和地方政策支持以及资源投入,近两年中国低空经济得以迅速发展,产生了一系列有益的产业化探索和创新实践,然而,由于低空经济关联的技术领域较广,如何进行技术和专利分析目前还存在不少研究盲点;此外,针对低空经济发展可能带来的社会、环境、生态、健康和安全等维度的风险也缺乏足够的关注和应对措施,围绕中国低空经济发展相关的政策、制度和监管体系也亟待进一步健全和完善。为此,首先分析低空经济的内涵与外延,给出其明确定义,即以低空空域为主要物理空间,依托先进的移动通信、卫星定位和物联网等数字基础设施,以及人工智能和大数据为代表的新一代信息技术,围绕低空飞行器生产制造、低空飞行和相关配套服务等新兴产业,通过高水平科技自立自强助力新质生产力发展,从而实现价值的创造和转化,从而更好地满足人民日益增长的物质文化需要;其次,通过政府官方网站搜集梳理中国低空经济相关政策,综合相关文献信息和政策文本,并与大语言模型GPT-4进行交互的基础上,提取和完善低空经济技术(专利)检索关键词,而后利用企查查、incoPat、壹专利等数据库采集相关数据进行系统性分析,丰富和完善相关实证研究;最后,在此基础上分析提出中国低空经济发展在核心技术研发、新兴产业布局、数据隐私和安全风险管理、空域噪声和电磁污染治理,以及国家层面政策法规标准制定等方面所面临的现实挑战和潜在的治理风险,并针对其实践进路提出相应对策建议。

沂沭泗流域2020年一次致洪暴雨天气特征及其成因分析

本文利用ERA5(European centre for medium-range weather forecasts re-analysis 5)逐小时资料、中国地面降水日值数据集(V2.0)和中国自动站与CMORPH降水产品融合的逐时降水量网格数据集(1.0版),对比分析沂沭泗流域2019年1909号台风“利奇马”和2020年8月13日特大暴雨2次致洪暴雨过程的时空特征。2次过程前期降水存在较大差异,“利奇马”过程降水持续时间长,影响区域广,过程雨量大,沂沭泗流域面雨量达1978年最强,但前期流域降水异常偏少五成以上。而8.13致洪暴雨过程前期沂沭泗出现多次强降水,降水异常偏多,降水较常年偏多八成,前30日累计降水总量为1978—2020年历史最大值。分析造成2020年前期降水异常偏差成因:7月20日~8月15日副热带高压强度异常偏强,脊线偏西,且贝加尔湖-蒙古地区冷涡不断有冷空气分裂南下,冷暖空气在江淮-黄淮地区对峙,沂沭泗流域有利于出现连续性强降水。此外,分析8.13致洪暴雨天气尺度和中小尺度系统可知,降水区处于东北冷涡底部和副高边缘,副高呈东北-西南走向,形成高压坝,有利于降水系统稳定少动;低层西南暖湿气流强盛、切变线维持。高、低空急流耦合作用使得低层辐合、高层辐散加剧,降水区垂直运动得以加强和维持。沂蒙山区地形不仅有利于流域坡面汇流,而且造成风场迎风坡辐合,对降水有一定的增强作用,并影响降水落区。最后,研究相对风暴螺旋度与强降水落区发现,两者具有较高的相关性,螺旋度对降水预报提前量超过4 h,且螺旋度中心值越大,雨强越大,螺旋度中心强度的维持预示着强降水的持续,因此相对风暴螺旋度在沂沭泗流域暴雨的预报中可作为重要的参考因子。

“23·7”华北极端暴雨精细特征和天气学成因分析

2023年7月29日至8月1日,华北京津冀地区遭受极端特大暴雨袭击,导致区域性洪涝灾害,造成重大经济损失和人员伤亡。为探明此次“23·7”华北极端降水过程的基本特征和形成原因,基于地面自动气象站分钟级降水资料、风廓线雷达和雨滴谱仪观测资料及ERA5再分析数据,揭示了“23·7”华北极端暴雨的精细特征和天气学成因。结果表明:(1)此次降水过程持续时间长、累计雨量极大,特大暴雨落区、突破降水量历史极值的国家级观测站站点密集分布在京津冀太行山近山地区,降水呈现显著极端性、区域性差异和阶段性变化。河北和北京太行山东侧迎风坡地区出现持续性、强度相对稳定的强降水过程,雨滴谱分布偏向于高雨滴数密度、小雨滴直径的海洋型对流降水;京津冀平原地区过程雨量明显小于山区,但中尺度对流雨带活跃,降水阵性、对流性特征明显。(2)在“杜苏芮”台风残涡、西太平洋副热带高压、大陆高压等天气系统协同作用下,中层位势高度场出现罕见的“北高南低”+“西低东高”的稳定天气形势。北上台风“杜苏芮”残涡在高压坝以及太行山、燕山地形影响下移动缓慢,残涡中心北侧的地形障碍流与低空东南风之间形成稳定倒槽,京津冀地区出现持续性低层辐合,同时配合来自南海季风和东部洋面台风“卡努”的双路水汽输送,导致京津冀地区出现长历时、区域性极端暴雨过程。(3)在阶段性降水发展过程中,与台风残涡相关的倒槽、暖切变线、低空急流等精细结构调控了中尺度对流系统的组织和发展特征,7月31日早晨至上午京津冀地区出现超过22 m/s的超低空东南风急流,配合对流和地形抬升等因素影响,降水强度明显增强,北京西部山前出现超100 mm/h的极端雨强。此次极端降水事件中的地形影响、中小尺度特征以及极端暴雨可预报性等问题尚待更深入研究。

高海拔下内燃机车车顶热流输运特性研究

内燃机车车顶排放的高温浮射流会对列车外流场分布和下游设备的散热性能产生影响,研究高温浮射流对车体周围气动特性的影响有助于评估下游设备的散热环境状况。采用三维、非定常、可压缩雷诺时均Navier-Stokes方法的Realizable k-ε两方程湍流模型,对5节编组高速列车进行数值仿真模拟计算,并与实车试验结果进行对比验证。此外,还分析了不同海拔高度、列车运行速度下的高温浮射流扩散效应。结果表明:随着海拔高度升高,大气密度减小,柴油机排放的高温气体所受的惯性力加强,气流向上运动趋势增加,列车表面最高温度降低。当运行环境的海拔高度由3000 m上升至5000 m时,内燃机车车顶最高温度由117℃下降到86℃。而列车运行速度加快致使柴油机释放的高温气流更贴近列车表面,导致车顶表面最高温度上升。当列车以80 km/h运行在3000 m海拔高度时,列车车顶最高温度为81℃,列车运行速度提高到160 km/h时,最高温度为143℃。研究阐明了高海拔、低气压、低密度的环境中,内燃动力车驱动列车以不同运行速度在明线运行时,柴油机出风口产生的高温气流对列车外流场气动特性的影响机制。

愈创木酚与环戊醇烷基化-加氢脱氧制备高密度低冰点生物航油

以木质纤维素为原料合成高密度低冰点生物航油,可以实现绿色低碳发展。报道了一种以木质素衍生物愈创木酚和半纤维素衍生物环戊醇为原料,经过烷基化和加氢脱氧制备高密度低冰点燃料的工艺路线。筛选出硅铝比为100的USY分子筛作为烷基化反应的催化剂,在优化工况下愈创木酚的转化率可达到97.7%,双环和三环产物的总产率为93.9%。筛选出HZSM-5和Pt/C的组合催化剂催化烷基化产物加氢脱氧,在260℃反应12h,可以实现烷基化产物96.4%的转化率,双环烷烃的产率为27.7%,三环烷烃的产率为63.8%。加氢脱氧终产物的密度为0.89 g/mL,冰点低于-65℃。该研究为木质纤维素衍生物合成高性能喷气燃料提供了一种简单高效的方法。

陕北两次不同强度的区域性暴雨过程特征对比

利用ERA-5逐小时再分析资料、雷达资料、地面加密站和常规探空资料,对2019年7月21日和2020年8月4日陕北地区两次不同强度的暴雨过程进行对比分析。结果表明:(1)强降水的持续性是造成“0804”过程累计降水量大于“0721”过程的直接原因。(2)“0804”过程中,陕北上空层-积混合云回波在夜间的走向和移动方向一致,“列车效应”使低质心暖云降水长时间维持。(3)两次过程降水强度的区别与高低空急流、低涡路径和水汽有密切联系。与“0721”过程相比,“0804”过程中200 hPa高空急流更为稳定,700 hPa西南急流强度更大,强雨带更靠近低涡中心,动力抬升和水汽辐合均偏强。(4)两次过程对流触发机制存在差异,“0804”过程前期地面较强的偏东风更有利于地形抬升。