中国西北地区荒漠绿洲大气内边界层的数值模拟

本文用二维中尺度土壤－植被－大气连续体数值模拟了黑河地区绿洲与周围荒漠之间下垫面物理特征差异引起的内边界层结构。得到了绿圳上游荒漠至绿洲和从绿洲至其下游荒漠两重下垫面突变过程大气运运动所产生的风速内边界层、温度内边界层和湿度内边界层的空间和时间特征及其这两种情况内边界层的结构差异。同时也表明了绿洲与荒漠之间的局地热力环流对内边界层的影响。

沿海地区热力内边界层高度预测的理论研究

本文对weiman(1976),Venktram(1977)等关于热力内边界层高度的预测公式进行了分析和比较,指出:这些公式在远离海岸线处不能很好地预测热力内边界层高度。作者详细地论述了热力内边界层的发生、发展机制,及其与局地海风的关系,并提出了一种新的热力内边界层高度的预测公式。该公式克服了上述公式的缺点,预测效果较好。

下垫面粗糙度突变时的内边界层研究

本文介绍了下垫面粗糙度突变时内边界层的形成过程,阐述了内边界层研究的意义,总结和分析了内边界层在理论研究、实验和观测以及数值模拟方面的主要成果。

海岸城市上空热力内边界层的基本特征

海岸热力内边界层内大气在热力驱动下产生垂向对流运动,对海岸带的大气运动规律产生深刻的影响.在海岸城市地区,受城市冠层复杂结构的影响,热力内边界层呈现诸多独特的性质.采用大涡模拟的方法,研究了海岸城市热力内边界层内的流动特征.将海岸城市建筑物拟形为一系列有序排列的立方体块,并基于浸入边界方法考虑其对大气流动的影响.和常见的区域尺度数值研究中将城市下垫面假设为均质属性平面的方法相比,模拟结果的精度明显提高,海岸热力内边界层内各种尺度的动力过程也能在一定程度上得以描述.模拟计算了海岸城市热力内边界层、中性海岸城市边界层和开阔的自然海岸热力内边界层共3种情况,对比研究了城市摩阻和海岸热力作用对海岸城市上空大气运动的影响.研究结果表明:在空间上,边界层中各紊流特征量均在街谷尺度呈现出有规律而非均匀分布的特点;在强度上,热力作用与城市构筑物的摩阻作用相互促进,使得紊流强度显著提升并大于两种作用线性叠加的结果.此外,还发现有城市冠层海岸的热力内边界层发展远快于相同热力条件下的自然海岸带,边界层的发展规律也有显著的不同.

烟羽进入内边界层时的扩散

当风从海上吹向陆地,或从农村吹向城市时,下垫面粗糙度迅速变化,并形成一个内边界层(IBL),严重影响烟羽的扩散。本文提出了一个烟羽进入IBL时的动态模式,将扩散过程分为三阶段:(1)进入之前;(2)进入时;(3)进入之后。还提出了烟羽进入IBL时扩散的方差微分方程。该理论模式计算的结果与野外调研和风洞试验十分一致,即在烟羽进入IBL时扩散参数σ_2发生了跳跃。

沿海热力内边界层中污染物化学转化与扩散模式的研究

以SO_2在大气中的传播,扩散和化学转化为例,提出了沿海热力内边界层中污染物的扩散与化学转化模式。研究表明,由于化学转化作用,一部分SO_2继生污染物,将以SO_4^(2-)形式存在于大气中。SO_2及其继生污染物在大气中的组成分配率,主要取决于SO_2氧化为SO_4^(2-)的氧化速率。

明渠渠底糙率突变对紊流边界层影响的试验研究

利用激光测速仪,对壁面糙率突变时的明渠紊流进行了试验研究,测量了糙率突变不同水深情况下明渠紊流的纵向时均流速和脉动流速。通过实测资料分析水深和糙率改变后内边界层发展变化规律、粗糙度和水深对内边界层的厚度的影响以及糙率突变后从一种均匀流到形成新的充分发展的紊流所需要的纵向长度。

糙率突减对渠道紊流边界层的影响

利用激光测速仪,对壁面自水力粗糙面突减至水力过渡面时过渡段内的明渠紊流进行了试验研究,测量了糙率突减不同水深情况下明渠紊流的纵向时均流速和脉动流速。通过实测资料,分析水深和糙率改变后内边界层发展变化规律、粗糙度及水深对内边界层厚度的影响以及糙率突减后从一种均匀紊流到形成新的充分发展紊流所需要的纵向长度。

沿海热力内边界层高度估算方法

沿海大型电厂的建设将给沿海地区的大气造成污染。沿海热力内边界层高度在大气污染物的预测中占有重要的地位。本文主要论述热力内边界层的特征以及6种热力内边界层的理论,作者认为这些理论公式多数是经验的,在不同程度上对混合层热能方程进行了简化,使方程的应用局限在几～十几公里范围内。

中等到强风条件下近海拖曳系数随风速变化的观测

利用位于海岸的风塔提供的四层风速观测数据,经过系统和严格的数据质量控制,采用风廓线法,研究了海上来风拖曳系数随风速的变化。观测数据共2 003 h,期间包括三个台风数据。（1）尽管风塔位于海岸,在风速较大时（u10〉5.5 m/s）,观测数据不受局部地形的影响,海上来风的下垫面具有近海海面的特征;（2）总体而言,在10~24 m/s之间,当风速小于21 m/s时,随风速的增大,拖曳系数增大,在风速达到21 m/s时,拖曳系数达到最大值,随风速的进一步增大,拖曳系数减小;（3）近海条件下,海况和波龄与风向密切相关,因此,在使用基于开阔海域海浪充分发展假设的拖曳系数风速参数化方案时,有必要考虑风向产生的影响。

沿岸熏烟扩散的中尺度模拟系统

建立了一个沿岸熏烟扩散的中尺度模拟系统，它由一个二维二阶矩闭合的ＰＢＬ模式和一个随机游动扩散模式组成．初步的模拟和一些数值试验结果表明，随机游动扩散模式与现行的基于高斯扩散公式的熏烟扩散模式比较，其物理模型更为合理；采用二阶矩湍流闭合方案的Ｐ８Ｌ模式能模拟得到合理的热力内边界层（ＴＩＢＬ）结构特征；将二阶矩湍流闭合ＰＢＬ模式模拟所得气象场作为随机游动扩散模式的气象输入，可以较好地预测沿岸地区日间持续发生的熏烟扩散过程．这一模拟系统能从本质上揭示ＴＩＢＬ的湍流结构，从而可模拟得到更加接近实际的扩散特征．

海岸线熏烟扩散模式

该文导出一个无需作常涡扩散系数或“面源”假设的海岸线熏烟扩散模式．根据二维理论和观测资料对热力内边界层（ＴＩＢＬ）高度公式进行了简化．分析和预测结果表明：在海岸线附近，应尽可能将高污染源设置在远离海岸或靠近海岸线处，避免设置在有效源高度与当地ＴＩＢＬ高度相等的地点附近．

秦山核电厂厂址地区的大气扩散实验研究

为了解秦山核电厂厂址及其周围地区的大气迁移与扩散规律,于1983—1986年间进行了现场和风洞大气扩散实验。本文介绍大气扩散实验的实验设计、概况和主要的实验结果,并着重描述受厂址地理位置和局地复杂地形影响的污染气象特征。

海岸TIBL的数值模拟──E─ε闭合模式的应用

利用二维的非线性ＰＢＬ方程组，采用工程上常用的Ｅ－ε闭合方法模拟了海岸地区热力内边界层的形成和发展过程中的背景个均风、温场以及湍流场的特征。

长江马鞍山段江陆风特征及大气污染物的控制对策

为执行HJ2.2-2008标准,利用马鞍山市曾进行的地面流场原形观测试验及风洞模拟实验资料,模拟了长江中下游江陆界面局地风场的特征。发现长江中下游江陆界面存在江陆风环流和江风形成的热力内边界层。探讨了江陆风环流的影响范围及其发生频率,它异于海陆风而同样有不可忽略的污染气象特征。提出该地区企业在选址、设计和大气环境影响评价工作中需对局地风场的环境影响进行论证和分析,特别是该地区的企业布局和排气筒的高度应尽量大于江陆风环流或江岸线熏烟影响的最大尺度。

地震NaTech中时间因素对化学品安全风险的影响

为弥补我国对自然灾害诱发事故灾难的NaTech事件研究的不足,尤其是该类事故所伴随的有毒有害化学品泄漏和大范围扩散对公众造成的生命安全健康风险定量评估的缺乏,以我国某沿海化工园区企业内对二甲苯(PX)储罐在特大地震下的破坏泄漏情景作示范性案例研究,按照灾害链的方法模拟PX泄漏与扩散的过程,定量评估由此导致的公共安全健康风险。结果表明:PX扩散的质量浓度具有一定的空间分布特征,对地震常发生的季节和时刻具有依存性;沿海地区NaTech风险评估中应考虑热力内边界层(TIBL),以免低估风险。

近海岸风速衰减特征及形成机理分析

为更好理解沿海区域近地面风速衰减规律及其内在机制并获取适用于业务观测风速数据的分析方法,通过引入内边界层厚度的发展机理,推导获得风速随离岸距离变化的数学解析拟合式。结合浙江省温州市境内一沿海区域6个自动气象站2014—2019年逐时风速观测数据应用该拟合式分析了风速随离岸距离的关系,结果表明不管是逐时风速还是逐日最大风速,其平均值均与离岸距离有着良好的负相关,并发现其衰减系数与风速有着密切关系。向岸流及离岸流的风速衰减特性均可以结合该拟合式用线性及幂数律拟合来体现,但后者可以更好地解释风速随离岸距离变化特征,并在较大风速(3~10 m/s)向岸流的背景条件下,获得合理可信的分析结果,说明该方法可以适用于近海岸区域风速观测数据的应用研究。

多水平方法在二维山丘地形大气污染物扩散的数值模式的应用

对海风热力内边界层模式稍作修改后，不仅可模拟海风流场，也可以模拟河谷中的风场。在模拟河谷地区风场的实例计算中，数值计算结果和实测值基本符合。将多水平方法中用得最多的ＰＣＧ方法（预条件共轭梯度法）用来数值解由海风热力内边界层模式离散后得到的线代数方程组，节省了计算时间。