大型浅水湖泊与大气之间的动量和水热交换系数——以太湖为例

湖泊水面与大气之间垂直方向的动量、水汽和热量通量与风速、湿度和温度梯度之间存在比例关系,因此在湖泊水-气相互作用研究中,这比例系数(交换系数)是关键因子.在以往的研究中,交换系数通常直接采用水面梯度观测法或海洋大气近地层的参数化方案进行计算.本文采用涡度相关系统和小气候系统仪器在太湖平台上直接观测的通量和气象要素,对上述交换系数(最小均方差原则)进行优化,结果为:动量交换系数CD10N=1.52×10-3、水汽交换系数CE10N=0.82×10-3、热量交换系数CH10N=1.02×10-3,与其他内陆湖泊涡度相关观测数据的推导结果一致.本文的研究结果表明:与海洋参数化方案相比,在相同的风速条件下,湖面的空气动力学粗糙度比海洋高,这可能是由于受到水深的影响;如果采用海洋参数化方案,会导致湖泊年蒸发量的估算值偏大40%.太湖的动量、水汽和热量交换系数可以视为常数,可以不考虑稳定度和风速的影响.这是因为本文中83%的数据为近中性条件.敏感性分析表明:如果考虑稳定度的影响,LE模拟值的平均误差降低了0.5 W/m2,H的平均误差降低了0.4 W/m2,u*的计算值没有变化;如果考虑风速的影响,u*模拟值的平均误差降低了0.004 m/s,LE的平均误差升高了1.3 W/m2,H的模拟结果几乎不受影响.这一结果能为湖气相互作用研究提供参考.

灰霾天气变化特征及垂直交换系数的预报应用

利用1998—2008年广东省广州、东莞和增城的常规气象资料及2004年6月10日—2008年12月30日Micaps 3.0的K指数、沙氏指数和L指数资料,重点分析了这三个地方10—12月的灰霾天气变化特征。研究结果表明,增城的能见度比例主要集中在大于10 km的范围内,空气质量最好,东莞的空气质量最差。广州和东莞10—12月的能见度等级百分比分布形态类似,轻微灰霾天气所占频率较大,其中10月占的比例最高。并提出垂直交换系数试图对污染物的垂直输送能力进行评估,进而尝试对灰霾天气进行预报。结果表明当垂直交换系数小于15 000时,城市容易出现灰霾天气,反之则说明该地的空气质量较为良好。

南海西南季风爆发前后海-气通量交换系数研究

动量交换系数(CD)、感热交换系数(CH)和潜热(或水汽)交换系数(CE)是气候模式中参数化海-气通量必需的参数,不同地区、天气、海况的试验中计算结果各异。文章利用2002年4月24日至6月20日在西沙海区进行的第3次南海海-气通量观测试验资料,使用涡旋相关法和TOGA COARE2.5b版本通量计算方案,计算了西南季风爆发前后海-气界面动量、感热通量、潜热通量等的湍流交换系数,讨论了各通量交换系数的变化特征及其与气象要素变化的关系。结果表明:西南季风爆发前后,随着风向、风速、云量、降水、湿度及海面状态等变化,通量交换系数也发生变化:中性条件动量交换系数(CDn)在季风爆发前数值略小,季风爆发后数值增大;中性条件感热交换系数和潜热交换系数(CHn,CEn)对天气变化的反应不够敏感。动量交换系数主要受风速影响,但在不同风速区间相关关系有异。(CH)与海-气温差呈现正相关关系,和气温有明显的负相关关系。CE与风速的关系密切,但当风速>12 m/s,CE随风速的变化趋向一个稳定值。另外当海-气温差大约<2℃时,CE随着海-气温差增大相应增大,反映了通量交换系数不仅与风影响下的下垫面特性有关,而且还与稳定度参数有关。各通量交换系数与气象要素变化的关系可以拟合为多项式或者简单的线性关系式。

敦煌戈壁不同近地层大气稳定度下的感热交换系数

首先利用空气动力学法,计算分析了敦煌戈壁2000年9月—2001年9月的感热交换系数Ch的特征,计算得到Ch的年平均值为0.00203±0.00045。敦煌戈壁的Ch在近中性和中性条件下(-0.01<ζ<0.01,ζ为Monin-Obukhov大气稳定度参数)为常数,Chn≈0.0020;在稳定条件下(ζ≥0.01),Ch比较小,随地表风速的增大而增大,趋于Chn,它们之间存在的关系是:Ch=0.0012+0.0003ln(V);在不稳定条件下(ζ≤-0.01),Ch比较大,随地表风速的增大而减小,也趋于Chn,它们之间存在的关系是:Ch=0.0026-0.0002ln(V)。本文还利用地表温度、一层气温和一层风速近似计算了总体Richardson数Rb,判定大气的层结稳定度,再根据该稳定度来选择感热交换系数。

铝铸件凝固模拟边界热交换系数的测定

铸件/铸型边界热交换系数的准确性是凝固模拟精度的关键因数之一。在实验研究基础上,应用非线性估算法确定了铝铸件凝固模拟边界热交换系数变化规律,并通过数学分析建立了一种近似求解边界热交换系数的通用数学模型。通过实际铝铸件进行的模拟验证,证明了该模型的正确性和通用性。

应用神经网络求解层流冷却水冷区热交换系数

采用BP神经网络与数学模型相结合的方法求解热连轧带钢层流冷却水冷区热交换系数·结果表明 ,采用神经网络计算得出的热交换系数后 ,卷取温度的计算值与实测值的标准差比原来减少了 2 3 89% ,其精度高于原数学模型·因此 。

华南地气感热通量交换系数的估算

利用2009年东莞市气象台涡动能量平衡观测系统的观测数据和常规观测数据,利用一元线性回归的方法对感热交换系数进行估算。结果表明,感热交换系数具有明显的季节变化,春季的感热通量交换系数相对较大,而夏、秋两季的感热交换系数则相对较小。近地面风速越大,感热交换系数越小。华南地区感热交换系数一般在(3.26±1.55)×10-3的范围。

光滑海面上风、温、湿廓线的层结订正模式及海气整体交换系数

详细介绍了光滑面标量粗糙度ＺＴ，Ｚｑ与风速粗糙度Ｚ０的相似表达式，论述了把Ｍｏｎｉｎ－Ｏｂｕｋｈｏｖ相似理论推广到光滑面上湍流气层的合理性，从而得到光滑面风、温、湿层结订正廓线与粗糙面廓线相统一的形式。总结了用该模式处理的三个海上梯度观测资料的计算结果，揭示出了微风时通过光滑海面的海气通量及整体交换系数受层结影响远大于风速影响的特征。并给出光滑界面上不同层结的整体交换系数随风速变化的拟合公式。

湍流交换系数的水平非均匀对Ekman抽吸的影响研究

利用地转动量近似理论 ,讨论了湍流交换系数 (K)存在水平非均匀的条件下 ,边界层顶Ekman抽吸 ,研究表明 :K的水平变化对Ekman抽吸有明显的影响 ,这种影响决定于边界层内的气压场、边界层顶的风场和K的梯度之间的关系 ,在气旋性涡旋中 ,当K由涡旋中心向外增大时 ,它增加边界层顶的Ekman抽吸 ,反之 ,减少Ekman抽吸 .Ekman抽吸增加的幅度与K的梯度值有关 。

海气界面动量、热量及水汽交换系数的数值模拟

本文采用有效波加表面粗糙度的风浪模型 Rodi( 1980 )的浮力修正 k-ε模式数值模拟了不同风速、大气稳定度及风浪发展状态下的海面大气湍流边界层。计算了不同海气状况下的速度、温度、湿度湍流流场。得出阻力系数 CD 、Stanton数 CH 、Dalton数 CE随风速 U10 和大气稳定度的变化规律 ,也讨论了它们与波龄的依赖关系。与理论及实测数据进行比较 。

水体对湍流交换系数的影响

本文根据边界层理论,计算水体附近湍流交换系数的变化。计算结果表明:白天整个水体上的湍流交换系数都比陆面上同高度的要小,并且有二个低值中心:一个靠近水面,另一个在约100m高度;夜间靠近水面的那层空气的湍流交换系数仍较小,但其上方的湍流交换系数要比陆面上大。水面上的湍流交换系数日变化小于陆面上,特别是靠近水面那层空气日变幅很小。同时指出:水陆间粗糙度的差异和稳定度的差异控制着水陆湍流交换系数的差异;前者是稳定的;后者有周期性的变化。

西太平洋暖池区的海气通量及整体交换系数

根据西太平洋海域弱风、高温、潮湿的大气状态特征，提出了在光滑面存在粘性副层气流中的廓线的层结订正方案。用此模式对西太平洋暖池区ＴＯＧＡＣＯＡＲＥＩＯＰ期间，在向阳红５号船（２°Ｓ，１５４°Ｅ）获取的海面风、温、湿梯度资料进行了处理。计算结果显示西太平洋暖池区贴水层气流中不稳定层结占５０％－８０％，其中很不稳定的占１０．３％；该海区海气通量和整体交换系数受层结影响远大于受风速的影响；海气通量和整体交换系数随不稳定程度增加而增大，在相同风速下量值可相差４倍以上；其变化范围为０．３×１０－３—３．２×１０－３。由此可见，层结的影响使它们的变化大于其它海区的结果。在ｕ１０＝０－１０ｍ／ｓ范围内，中性化整体交换系数平均为ＣＤＮ＝１．２×１０－３，ＣＨＮ＝１．１４×１０－３，ＣＥＮ＝１．１９×１０－３，与Ｌａｒｇｅ和Ｐｏｎｄ（１９８１，１９８２）不稳定条件的研究结果相差无几。

刨花板中水分扩散系数和表面交换系数的分离方法

水分扩散系数（Ｄ）和表面交换系数（Ｓ）是描述刨花板中水分迁移的重要参数、要更精确地模拟刨花板的水分迁移过程．精确分离Ｄ和Ｓ是关键。文中采用非线性单纯形法在单一吸附曲线的条件下。求出了最佳的Ｄ和Ｓ组对。通过用平方和的负均值法（ＮＭＳＳ）对此法与现行通用的两种方法的计算结果进行比较．结果此法大大提高了计算精度。

阳离子交换系数及其在地下水Pb污染研究中的应用

本文首先计算了地下水中常见阳离子与被吸附Pb2 +的交换系数 ,在此基础上利用实际地下水水质资料计算了天津市浅层地下水含水介质吸附阳离子的当量分数 ,并利用吸附Pb2 +的当量分数估算了含水介质吸附Pb2 +的量及地下咸水中Pb2

林带对空气的湍流交换系数影响

本文从近地层动力学和热力学方程出发,用数值方法研究了林带对空气的湍流交换系数影响。研究结果表明:在林冠层以上,林带附近的湍流交换系数比较大;在林冠层以下,林带附近的湍流交换系数比较小。林带影响在高度为2.7—3.5倍树高、透风率为0.35左右铅直范围内最大。

边界层风速和湍流交换系数的铅直分布

应用实测风、温廓线资料,结合边界层数值模式,对全边界层的湍流交换系数K与风速的铅直分布规律进行研究,对由相似理论导出的风廓线对数加多项式近似律进行检验,给出了估算平原地区边界联风速和K值铅直分布的较简便方法。

珠海凤凰山森林下垫面干季和湿季气象要素的对比分析与动量和感热交换系数的参数化研究

利用珠海凤凰山陆气相互作用观测塔站2014年11月至2016年5月的观测数据,对比分析了干湿季森林下垫面能量通量和气象要素的变化特征,分析了在不同稳定度下3个风向范围(315°~45°、45°~135°和135°~225°)的动量和感热交换系数随冠层表面风速的变化特征,并对动量和感热交换系数进行了参数化研究。结果表明:干季感热和潜热通量值相当,湿季潜热远大于感热。干季和湿季的夜晚都出现负感热现象,感热从大气向森林输送。相对湿度的变化幅度大,与该地气象状况密切相关,相对湿度的垂直梯度夜晚较大,白天较小。干季的气温垂直梯度比湿季的明显。风速在冬季变化平缓,夏季变化剧烈,低层风速随高度变化梯度明显,高层较紊乱。各高度风向差异不大。中性和近中性状态下,在风向为315°~45°、45°~135°和135°~225°时,动量交换系数Cdn分别为0.05、0.0055和0.022,感热交换系数Chn分别为0.0055、0.003和0.004。在稳定和不稳定状态下,动量交换系数Cd、感热交换系数Ch随冠层表面风速v明显发生变化,稳定条件下,Cd、Ch随v的增大而增大;不稳定条件下,Cd、Ch随v的增大而减小。分不同风向对森林冠层Cd、Ch在稳定和不稳定条件下与v的关系进行了拟合,得到了参数化公式。

热量表计量中热交换系数的分析与确定

热量表做为热量计量的重要依据和主要手段 ,因此对于生产者和有关的计量部门来说 ,热量表的合理计费、科学管理等显得尤为关键。本文基于热量表的计量和工作特点 ,着重研究分析了热系数k的确定方法及温度、压力等对它的影响因素 ,明确了k值在热量表计量体系中所起的作用和所处的地位 ,为今后的工作奠定了一定的基础。

高强度硼钢淬火界面热交换系数的实验与模拟

通过测量硼钢B1500HS淬火过程中板料和模具的温度变化曲线,结合有限元分析及反传热模型获得淬火过程中板料与模具间的界面热交换系数（IHTC）与温度的关系。结果表明：板料温度从770℃下降到200℃,IHTC的变化范围在1970~3960 W/（m2·K）之间。随着板料温度的降低,IHTC随之降低,但由于材料在410℃时发生奥氏体向马氏体的转变,相变潜热的释放导致IHTC不连续的现象发生。与以距离模具形面下方1mm处作为淬火介质的环境温度相比,以模具形面处作为淬火介质的环境温度得到的IHTC分布规律同前者基本一致,但IHTC的数值较高。

混凝土和建筑外壁面温度场热学计算中的热交换系数的取值研究

热交换系数源于牛顿冷却定律,是混凝土温度场控制技术理论和建筑热工物理学上的重要参数,对揭示温度场的内在本质关系和变化规律有重要的意义,本文研讨混凝土浇筑过程与外界空气直接接触产生热交换时的换热系数的取值范围及风速对热交换系数所产生的影响,分析研究各种热交换系数和数学模型,指出理论上求解的困境,提出应加以注意的若干问题,根据传热学原理,利用传热系数的计算公式间接类比转化求得一个新的计算热交换系数的公式,探讨了相似理论和量纲分析原理及实验方法建立可求解热交换系数数学模型的可能性,为混凝土温度场效应分析正确选取热工参数的取值提供理论依据。