中央空调垂直风管清洁机器人机构设计

针对目前国内外中央空调通风管道清洁机器人的研究现状,提出了一种垂直通风管道清洁机器人的设计思路。该机器人主要由支撑机构、清洁机构组成。支撑机构采用了伞状支架,能够适用于矩形或圆形管道;清洁机构采用了钢丝绳驱动的柔性机械臂。并对机器人的伞状支架和柔性机械臂的机构和工作原理进行了详细说明。通过对样机的实验测试,验证了该结构的合理性和实用性。

基于多普勒天气雷达的两种垂直风廓线反演方法的对比分析

利用2010年阳江高精度探空仪国际比对试验中观测的探空测风资料、CINRAD-SA型多普勒天气雷达体扫资料及基于PUP-VAD方法反演的垂直风廓线产品资料,使用三种不同复杂程度的分层VVP方法(VVP1、VVP2和VVP3)反演了阳江雷达站上空的垂直风廓线,以探空测风为参考,以平均风向、风速均方差和相关系数作为评估因子,将雷达站周围降水回波分布分为较均匀和不均匀两种情况,对比分析了基于分层VVP方法和PUP-VAD方法反演的垂直风廓线。结果表明,相比PUPVAD方法,分层VVP方法都能提供更实用、质量更好的垂直风廓线,特别是在雷达周围降水回波分布不太均匀的情况下。主要原因是在某一高度,相比PUP-VAD方法只分析某仰角某距离圈上的径向速度资料来说,分层VVP方法是通过对该高度层10~100 km范围内的所有有效径向速度资料进行多元线性回归来求解该高度层的平均水平风向、风速,受资料覆盖率的影响程度要小于PUP-VAD方法。

基于全天空F-P干涉仪反演热层垂直中性风

由于测量与计算的难度,对热层垂直中性风的观测还很不够,这影响了人们对热层及热层-电离层耦合的认识.本文基于全天空法布里-珀罗干涉仪(FPI)对热层风场的观测,提出了一种反演垂直中性风的方法.利用该方法,对北极黄河站全天空FPI观测数据进行了垂直中性风的反演计算,结果表明,高热层与低热层的垂直风平均幅值分别在40m·s-1和15m·s-1,且垂直风日变化表现出明显的时间演变特性,且与地磁ap指数的变化有一定的相关性,在地磁活动强烈时,低热层垂直风会出现高达100m·s-1的扰动,高热层甚至会达到300m·s-1的扰动,这些特征与其他学者的观测结果相一致.本文方法不需要假设垂直风均值为零,也不用限制FPI的观测方位,可用于垂直风的反演.

两种垂直风廓线的对比及应用Ⅰ:一致性分析

利用2013年1—9月重庆多普勒天气雷达(CINRAD/SA)和风廓线雷达(TWP8-L)观测到的垂直风廓线数据,就不同高度、不同时间及不同降水条件下二者的一致性进行了分析。研究结果表明:(1)多普勒雷达探测的风廓线资料与同期的风廓线雷达资料在垂直分布和时间变化上表现出较一致的变化趋势,两者探测的风向和风速的相关系数分别为0.90和0.75;(2)风廓线雷达和多普勒雷达探测的风向相关性(标准误差)随高度增加(降低)而逐渐增加(降低),两者间的一致性随高度不断增强。风速间的相关性也随高度增加而增加,但标准误差变化不大,稳定在2~4 m·s-1之间。在不同月份表现出类似的特征,特别是在汛期(6—9月)风切变从底层到高空具有很好的一致性,呈顺时针旋转;(3)两种探测资料间的一致性受降水影响明显,相对于降水偏少的冬季(1月和2月),在以小到中雨为主的春季(3—4月)以及中到大雨的主汛期(6—9月),多普勒天气雷达和风廓线雷达探测风廓线间的一致性得到明显增强,特别是在主汛期两者间的一致性是最高的;(4)多普勒雷达和风廓线雷达各高度层平均风向随高度的变化一致性较好,在低层(<4 km)和高层(>5 km)风向均随高度顺时针旋转。

风垂直切变对中尺度地形对流降水影响的研究

针对长江中下游中尺度地形特点以及暴雨过程发生发展期间风垂直切变的主要观测特征,设计了一系列中尺度地形的三维理想数值试验,分析了干大气地形流和重力波特征,探讨了条件不稳定湿大气地形对流降水的模态分布,在此基础上研究了圆形、直线风垂直切变和切变厚度对中尺度地形对流降水强度和模态分布的影响.结果发现:在Fr≈1的干大气条件下,气流遇到地形后分支、绕流和爬升现象同时存在,地形激发的重力波在水平和垂直方向上传播,其在迎风坡、背风坡、地形上游和下游的振幅不同,并组织出不同强度的垂直上升运动.在Fr>1的条件不稳定湿大气下,地形对流降水主要存在三种模态,即迎风坡和背风坡准静止对流降水以及地形下游移动性对流降水,地形对流降水的形成与重力波在低层组织的上升运动密切相关.风垂直切变对地形对流降水的强度和模态分布有重要作用,其中圆形风垂直切变(风随高度旋转)不仅影响地形下游对流降水系统的移动方向,而且影响迎风坡和背风坡山脚处对流降水中心的分布和强度;直线风垂直切变(风随高度无旋转)主要影响地形对流降水的移动速度和强度.风随高度自下而上顺(逆)时针旋转,地形对流系统向下游传播时向右(左)偏移.风垂直切变主要通过影响地形重力波的结构和传播以及对流系统的形成、移动方向和速度,来影响地形对流降水的模态分布,其中对流层中低层的风垂直切变对地形对流降水强度和模态分布有重要影响.

环境风垂直切变对0908号台风“莫拉克”影响的分析

利用多种卫星观测资料和NCEP/NCAR提供的风场资料等,分析环境风垂直切变对0908号台风"莫拉克"的强度、对流和降水结构的影响。结果表明:环境风垂直切变不是影响"莫拉克"强度变化的直接因素。"莫拉克"登陆前,在较强环境风垂直切变作用下,最大对流和降水区域均位于顺切变方向左侧,降水呈一阶非对称分布。"莫拉克"登陆后,在较弱环境风垂直切变作用下,最大对流区域出现在顺切变方向右侧距台风中心较远处。

藏东南林芝机场低层风场垂直结构与变化特征

为了正确认识青藏高原山地低层大气风场特征及其对民航机场飞行安全的影响,采用地面测风仪与风廓线仪观测资料,分析研究了藏东南雅鲁藏布江河谷中林芝机场低层风场垂直结构及变化特征。结果表明,林芝机场所在的雅鲁藏布江河谷内,风场以正交于河谷方向的东南风为主,整层风场具有较为一致的日变化和季节变化特征,午后地面和河谷内低层强东南风将对飞机的进近及起降安全产生不利影响;雅鲁藏布江河谷外,风场基本分为两层,低层与高层风场的日变化和季节变化规律差异很大,高层风场是大尺度环流的表现。雅鲁藏布江河谷内风场与河谷外高层大尺度环流间缺乏动力学联系。

西北太平洋区域纬向风垂直切变的气候特征研究

西北太平洋区域纬向风垂直切变的变化是影响西北太平洋热带气旋生成和发展的一个重要的动力因子,弱的纬向风切变有利于热带气旋的发生、发展。文中将西北太平洋区域纬向风垂直切变幅度(MWS)定义为850与200 hPa的纬向风之差的绝对值,以研究MWS的气候特征。结果表明,西北太平洋区域的MWS有两个主要空间模态,第1空间模态表现为在15°N以南的热带西太平洋存在MWS东西向变化相反的两个区域,20°N附近的热带西太平洋MWS的变化与其以北海区的MWS的变化相反。第2空间模态表现为在热带太平洋140°E东、西的变化相反。研究了两个模态相关的大气环流特征,发现去掉强ENSO信号后,第1模态不但与低纬度大气环流有关,而且还与南、北半球中高纬度的大气环流有关,第2模态主要与热带西太平洋和北太平洋局地大气环流有关。另外,第1模态的时间系数与赤道东太平洋海温、西北太平洋台风生成频次有着密切联系;第2模态时间系数与西北太平洋台风活动频次联系密切。

环境风速垂直切变对西北太平洋热带气旋强度变化的影响

利用2000---2006年中国气象局《热带气旋年鉴》和NCEP再分析日资料，对环境风垂直切变对西北太平洋热带气旋（TC）强度变化的影响进行统计分析。首先比较了不同高度层之间、不同水平区域平均的全风速垂直切变和纬向风速垂直切变对TC强度变化的影响，结果表明，全风速切变对TC强度变化的抑制作用显著大于纬向风速垂直切变；以200～800km的圆环区域平均计算的风速垂直切变与TC强度变化的负相关最显著；中高层的风速垂直切变与TC强度变化的相关优于中低层。其次，全风速切变大于8m／s后抑制TC增强，且这种抑制作用存在6．60h的滞后。全风速垂直切变大时，滞后时间较短：当全风速切变为8～9m／s（9—10m／s）时，TC强度在未来60（48）h开始减弱；当全风速切变大于10m／s时，TC在6h内开始减弱。最后，利用偏最小二乘回归建立TC强度变化的预报模型PLS—STIPSV。结果表明，加入风速垂直切变因子后对TC强度预报有所改进，并通过分析标准化回归系数进一步证实了上述的统计结果。

2006年6月28日强对流天气过程中风垂直切变分析

利用天气图资料和物理量场,分析了2006年6月28日河南省强对流天气过程中风的垂直切变的形成和作用,结果表明:本次过程受前倾槽系统影响,伴随着对流层上部冷空气暴发,高空强风带向下扩伸,出现了明显的风的垂直切变。高层降温和高层冷平流,使大气层结趋向不稳定,不稳定能量聚集。当高空强风带高度下降,促使风的垂直切变加强,上层空气的动能向下迅速减小,失去的动能转化成使下层空气产生扰动的动能;下层扰动加强,有利于产生或增强上升运动,触发不稳定能量的释放,并引起流场绕水平轴的涡旋运动,从而导致强对流特别是雹暴的形成和发展。

台风环境风垂直切变的计算

环境风垂直切变小大对台风强度变化有显著影响。通过查阅文献和会议交流发现,由于算法上的细微区别,导致同一个台风在计算环境风垂直切变时结果有所不同,有时差异较大。本研究针对这一问题,以南海快速增强台风为例,利用中国气象局整编的热带气旋年鉴、NCEP FNL、个例数值模拟资料等,计算并对比分析了南海台风在快速增强阶段不同环境风垂直切变计算方案和数据对计算结果的影响,并对业务应用时应该注意的问题展开讨论。

“7·21”北京特大暴雨成因分析(Ⅱ):垂直运动、风垂直切变与地形影响

本文是"北京7·21特大暴雨成因分析"的第二部分,从上升运动、风垂直切变以及地形影响等方面进一步探讨暴雨成因。所用资料包括常规、加密自动气象站、多普勒雷达观测以及NCEP 1°×1°再分析资料。分析表明:1)高空急流辐散与低层低涡切变线、地形辐合线、地形强迫抬升等共同作用构成的强烈上升运动触发和增强了暖区强降水;低涡东移、锋面系统进一步增强了上升运动,触发形成锋面降水过程。2)较强的风垂直切变是"7·21"特大暴雨区别一般暴雨的另一个环境场特征。3)对流层中层西南引导气流加强、地面辐合线呈西南—东北向、云团移向前方存在上升运动中心、水汽通量辐合中心以及位势不稳定中心。这些因素造成对流云团在辐合线附近一个个生成,并向前方辐合和位势不稳定中心移动而形成"列车效应",造成特大暴雨灾害天气。4)地形对"7·21"暴雨存在迎风坡、喇叭口地形、地形中尺度辐合线等多种增幅作用,使得北京西南部山区成为对流云团的触发和加强区域。

DEMETER耦合气候模式对西北太平洋纬向风垂直切变的预测能力研究

文章评估耦合气候模式预测台风季节(6～10月)西北太平洋纬向风垂直切变幅度(MWS)的年际变化能力,分析显示欧洲多模式集合气候预测系统计划(DEMETER)中耦合模式数据基本具有回报MWS基本空间分布特征的能力,而回报MWS空间能力的不足区域与模式回报MWS与西北太平洋年台风数(WNPTF)的虚假显著相关区域相一致。过程中还显示西北太平洋低纬海区MWS与WNPTF正(负)相关,而强El Ni o年时该海区MWS对应正(负)异常,强La Ni a年时则相反;这意味着在台风季节,强El Ni o年的WNPTF容易比强La Ni a年的WNPTF偏多。在考察MWS的时间变异特征时,将MWS区域平均时间序列(MWS_T)和MWS的EOF第一特征向量对应的时间系数(MWS_PC1)定义为纬向风垂直切变指数,讨论指数与WNPTF、强ENSO间的关系。分析显示,MWS_T(MWS_PC1)分别与Ni o3.4指数、WNPTF显著相关,模式集合较好地再现了这种特征;但对强ENSO信号的响应,两个指数在ERA-40数据中是相反的,而在模式集合中却是一致的。

两种垂直风廓线的对比及应用Ⅱ:不同降水条件下风廓线特征

利用2013年重庆多普勒天气雷达(SA)和风廓线雷达(TWP8-L)观测的垂直风廓线数据,对晴空、弱降水、一般性降水和强降水四种不同天气条件下垂直风廓线特征及其演变情况进行了分析。结果表明:(1)风廓线雷达的探测高度随降水增加逐渐增加;(2)晴空天气条件下,边界层(1 km以下)风向存在明显的日变化,夜间以偏东气流为主,白天以偏南气流为主,高空(3 km以上)为一致的偏西气流,风速较小;(3)弱降水天气条件下,边界层风向以偏东气流为主,相对较为杂乱,高空与晴空一致,中高层(1~3 km)以偏南气流为主;(4)一般性降水天气条件下,低层与弱降水较一致,而高空出现较一致的西南气流,有利于水汽输送,同时垂直切变具有较好的单一方向性,较有利于对流的发展和维持;(5)强降水天气条件下,风廓线雷达和多普勒雷达观测的垂直风廓线较为一致。降水前期风向随高度的增加逐渐由偏东气流转为偏西气流,有利于对流的触发;降水期间风切变具有很好的单一方向性并在中低层出现低空急流区,有利于对流系统的维持,同时西南气流厚度加深,也有利于水汽的输送;降水结束期风速减小,中低层风向也逐渐转为偏北气流,对流系统逐渐消亡。

双模态风垂直切变对台风结构和强度的作用分析

本文应用WRF(v 3.4)模式输出资料,揭示了风垂直切变(Vertical Wind Shear:VWS)在垂直方向上的波状变化特征,这种波状变化在台风不同发展时期又有不同形态,其中在持续强盛期呈双模态分布.应用VWS引起的次级垂直环流影响台风对流分布和强度变化的基本原理,用模式资料分析发现:对流层中层具有的VWS是整层VWS的主要部分,台风强度变化滞后VWS的形态突变6h左右;双模态波状变化的VWS产生的次级环流和台风垂直环流的配置不同使台风强对流带结构变得不对称及眼墙区对流强度在垂直分布上变得不均匀,随着持续强盛期涡旋运动的增强,强对流带分布又趋于对称.又根据VWS形成的垂直方向上涡度力分布不均匀引起台风内中尺度滚轴状对流带不稳定发展原理,分析表明:对流层中、低层的涡度力有利于对流不稳定增强,垂直速度的最大值与风垂直廓线的拐点在同一高度上,这与理论模型的结论一致.因此,VWS的波状变化分布特征不仅影响台风强对流带中尺度结构的改变,也对台风持续强盛具有重要作用;同时也是台风内滚轴状对流带不稳定的可能启动机制.

中尺度对流系统的动热力特征及其演变对风垂直切变的响应

为探究环境风切变在对流系统发生发展与维持过程中的重要性,利用2009年6月5日20时(北京时)上海宝山站的探空资料生成理想试验初始场,设计了包含改变整层、中层和低层风切变在内的多组试验,对比分析各试验系统的动热力结构特征及其演变发现:(1)整层环境风切变的改变对中尺度对流系统的影响最显著,其次是中层风切变。增大整层风切变时,对流系统强度及组织性最强,生命史增长。减小整层风切变时,系统强度最弱且组织结构易发散。(2)风切变增加,水平涡度增大,其受垂直运动影响转化为垂直涡度,涡旋对与垂直运动间相互作用形成的正反馈过程是系统强度增强并可以长时间维持线状结构的重要原因。(3)风切变减小,对流系统移动速度远小于阵风锋,阵风锋移至系统前方,阻断系统前沿上升气流必需的暖输送。阵风锋后冷而稳定的环境令系统逐渐消散。

MM5模拟垂直风剖面的准确性探讨及在垂向气象场的分析应用

通过调整垂直方向的垂直层分布及增加垂直层数,提高MM5对近地面及中高空风、温度等气象场的模拟准确度,更好地模拟垂直风剖面随高度的变化。特别地,由于模式中2 000 m以上中高空的垂直层比较稀疏,加密垂直层能比较显著改善中高空气象场的模拟结果,这对于研究对我国影响较大的西南风低空急流和高空急流等气象现象有较重要的意义。讨论研究了土地利用的更新对垂直风剖面造成的影响,对比分析了新旧土地利用类型下珠江口三个垂直剖面的流场变化。土地利用的更新会产生不同的地面热通量和水汽通量,并通过垂直方向上的湍流输送进一步影响到高空气象场,从而改善垂直风剖面数值模拟的准确度。

单部多普勒天气雷达对垂直风廓线的探测研究

阐述了 VAD技术的基本原理 ,以 CINRAD- CC多普勒天气雷达为例 ,介绍了在多普勒天气雷达中利用 VAD技术探测垂直风廓线的的具体应用。并对利用雷达测量的数据实例所得到的实际结果进行理论分析和讨论。

基于多普勒雷达垂直风廓线产品的风暴相对螺旋度对山西暴雨的诊断

介绍了风暴相对螺旋度（SRH）的原理及基于多普勒天气雷达垂直风廓线（VWP）产品计算螺旋度的方法，探讨了不同时间分辨率对螺旋度应用效果的影响，最后重点对山西2个典型夏季暴雨个例分别做螺旋度诊断分析。结果表明：利用VWP产品计算的SRH具有较好的时间分辨率，可用于山西夏季暴雨的短时临近预报研究，相较于15min和30min，1h分辨率的螺旋度数据稳定、曲线平滑，更有利于直观分析和业务化；螺旋度强弱变化趋势与降水大小的变化趋势比较吻合，螺旋度变化一般提前于降水变化，有1—2h的提前预报量，可以作为短时（临近）预报降水开始、维持、结束的一个有效预报因子。

风垂直切变对飓风波尼(1998)结构与强度的影响

利用大西洋飓风波尼(1998)的MM5模拟资料(格点距4km),对在风的垂直切变影响下,波尼的结构和强度变化进行了分析。在风的垂直切变影响下,波尼的垂直速度和降水场表现出了明显的1波非对称结构,这种结构与风的垂直切变的强度呈正比;逆切变一侧9—12km高度上通风作用强烈,在破坏波尼暖心的同时,也导致了边界层中低相当位温对波尼核心的入侵,与低层通风路径相比,中层通风对波尼的破坏作用更甚,鉴于在分析时间段内,波尼所经海域平均海温变化不大,可以认为风的垂直切变主导了波尼强度变化;对波尼强度突变现象的分析发现,强度突变源于通风破坏作用的积累,当边界层中低相当位温侵入热带气旋中心的程度超过某一阈值时,气旋强度会突然减弱;其结果显示风的垂直切变造成的动力和热力效应对热带气旋强度的影响都十分重要,而后者更为直接。